DD152425A1 - Einrichtung zur messung von strom-und spannungsoberschwingungen in elektroenergieversorgungsnetzen - Google Patents

Abstract

Ziel der Erfindung ist es, ein Oberschwingungsmessgeraet zu schaffen, um zu gesicherten Aussagen ueber das Auftreten hoeherer Harmonischer in Elektroenergieversorgungsnetzen zum Zwecke der Erforschung solcher Erscheinungen sowie deren Beseitigung zu kommen. Das Geraet arbeitet nach dem Durchlauf- u. Parallelanalysatorprinzip (Figur 1). Es besitzt eine bestimmte Anzahl von Eingaengen, ueber die entweder Spannungs- und/oder Stromgroessen direkt aus dem Netz und/oder kleinere Spannungen fuer die elektronische harmonische Analyse aufbereitet werden. Mit Hilfe von aktiven Filtern hoher Guete werden die einzelnen Oberschwingungen herausgesiebt und als Wechselspannungs- und/oder Gleichspannungsmeszsignale fuer die Messung und die Registrierung zur Verfuegung gestellt. Jeder der entwickelten Filter ist durchstimmbar und vermittels des Messteiles des Geraetes genau auf die gewuenschte Frequenz einstellbar. Das Geraet besitzt eine hohe Messdynamik und ist aufgrund seiner Schaltung hochflexibel und universell einsetzbar.

Description

Einrichtung zur Messung von Strom- und Spannungsoberschwinin Elektroenergieversorgungsnetzen

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung von Strom- und Spannungsoberschwingungen in Netzen der öffentlichen Elektroenergieversorgung sowie in Netzen der Industrie, Sie dient der Erfassung aller harmonischen Anteile von verzerrten Strom- und Spannungsverläufen wie sie in immer stärkerem Maße in Elektroenergiesystemen auftreten. Mit Hilfe dieser Erfindung ist es möglich, mit hoher Genauigkeit zu gesicherten Aussagen über die Intensität solcher Netzrückwirkungen zu gelangen, die von bestimmten Abnehmern in interessierenden Netzknotenpunkten hervorgerufen v/erden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß man die harmonische Analyse einer nichtsinusförmigen periodischen elektrischen Größe im Frequenz- und im Zeitbereich durchführen kann. Pur die unterschiedlichen Anwendungsgebiete in der Schwingungsmeßtechnik gibt es entsprechende Geräte, wie sie in den DE-Offenlegungsschriften 2143202, 2219085 und 2738707 beschrieben sind. Die Anordnung nach DE-OS 2143202 ist geeignet, Stromoberschwingungen bestimmter Ordnungszahlen zu messen und zu überwachen» Es ist nicht möglich, Spannungsoberschwingungen und/oder in mehreren Leitern gleichzeitig zu messen.

In der DDR gibt es das von Hertel und Koetnitz gebaute Oberschvingungsmeßgerät, das speziell für Untersuchungen in Elektroenergieversorgungssystemen entwickelt worden ist»

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Das Gerat weist jedoch die Nachteile, nicht an beliebigen Spannungsebenen eingesetzt werden zu können, nicht netzunabhängig zu arbeiten, nicht für Langzeitmessung geeignet zu sein, große Meßfehler zu erzeugen und nicht mehrere Oberschwingungen gleichzeitig messen zu können, auf« Des v/eiteren gibt es Geräte der akustischen Meßtechnik sowie der Schwingungsmeßtechnik, die für die Messung in Elektroenergieversorgungssystemen modifizierbar sind, die aber neben speziell zu schaffenden Zusatzgeräten noch v/eitere Nachteile aufweisen, die sie nur für spezielle Meßaufgaben geeignet machen«,

Der Analysator SM 32 ζ * B₄₁ besitzt zwar ein hochwertiges Filter, kann aber nach entsprechender Anpassung nur eine Durchlaufanalyse des Frequenzspektrums durchführen "bzw. nur eine OTderschwingung in einem Leiter messen.

Das EP-Spektrometer FSP-80 kann nach entsprechender Anpassung sofort das Frequenz-Amplituden-Diagramm einer nichtsinusförmigen Größe anzeigen_s jedoch müßten hier alle vorhandenen'Filter auf die Frequenzen umgestimmt werden, wie sie bei der harmonischen Analyse der Hetzfrequenz auftreten können. Die Meßdynamik dieses Gerätes ist sehr gering«

Ziel der Erfindung ist es, ein hochflexibles Meßgerät, das gesicherte Aussagen über das Auftreten höherer Harmonischer in repräsentativen Hetzknotenpunkten zuläßt, zu schaffen. Mit diesem Oberschwingungsmeßgerät ist es möglich, an beliebigen Spannungsebenen auch mehrere Spannungs- und Stromoberschwingungen gleichzeitig zu messen. Dieses Gerät ist zur Langzeitmessung geeignet und kann sowohl über das Versorgungsnetz wie auch netzunabhängig mit Batterien betrieben werden,.

Ebenso ist es möglich, mit diesem Gerät, das eine hohe Dynamik besitzt und dessen Meßfehler sehr klein ist, in mehreren Leitern gleichzeitig zu messen» Diese Einrichtung ist deswegen ein Oberschwingungsmeßgerät, das wesentlich verbesserte Eigen-

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schäften gegenüber den zur Zeit existierenden Geräten besitzt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßgerät zur Bestimmung auftretender Strom- und Spannungsharmonischer der Grundfrequenz in Netzen der öffentlichen Energieversorgung ' sowie Netzen der Industrie zu schaffen.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Gerät, in dem das Parallelanalysator- und Durehlaufanalysatorprinzip miteinander gekoppelt sind, aufgebaut wird. Die Anpassung an das Elektroenergieversorgungsnetz für die Strommessung erfolgt über einen geräteinternen Normalwandler, der in den Bürdenkreis der entsprechenden Stromwandler am jeweiligen Netzknotenpunkt eingeschleift wird. Die Anpassung an das Elektroenergieversorgungsnetz für die Spannungsmessung erfolgt über einen geräteinternen Spannungswandler,'dessen Übertragungsfehler für die vorgesehenen Meßaufgaben vernachlässigbar klein ist. Damit kann die Messung in der Niederspannungsebene direkt erfolgen. In den Mittel- und Hochspannungsebenen wird die Messung hinter den Spannungswandlern des Netzes durchgeführt.

Pur besondere Meßaufgaben, die sich ergeben, wenn man andere Methoden zur Aufnahme des Strom- und/oder Spannungsverlaufes anwendet als die mit Hilfe von Wandlern, wie z. B. die Messung über Shunts, besitzt das Gerät zusätzliche Eingänge, mit denen kleinere Spannungen analysiert werden können.

Vom Eingangsteil werden dem Gerät 2 Signalpegel zur Verfügung gestellt, wovon der eine Signalpegel zehnmal, größer ist als der Grundpegel, Der größere Pegel soll den Abstand der Signalspannung zum Rauschen vergrößern, so daß die Messung sehr . kleiner Oberschwingungsamplituden möglich wird«

Die beiden Signalspannungen werden Filtern zugeführt, die die einzelnen Oberschwingungen heraussieben. Die Güte der Filter macht eine 50-Hz-Sperre nicht notwendig· Jeder Filter ist durchstimmbar und kann auf jede beliebige Harmonische eingestellt

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werden.

Jeder Filter richtet die herausgesie"bte Cb er schwingung gleich, stellt somit neben dem Wechselspannungssignal der jeweiligen Harrnonischen auch ein dem Effektivwert der gleichgerichteten Wechselspannung äquivalentes Gleichspannungssignal zur Messung zur Verfügung. So kann mit Hilfe von Oszillographen, mit Hilfe von Gleich- und/oder V/echselspannungsmeßwerken sowie mit Hilfe von Schreibern gemessen und registriert werden.

Aus führungsbeispiel

Die Erfindung soll an folgendem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden*

Pig. 1: Blockschaltbild

- Oberschwingungsmeßgerät -

Pig* 2: Schaltung des geräteinternen Spannungswandlers

Pig«, 3: Darstellung der Signalaufbereitung nach dem geräteeigenen Stromwandler

Pig«, 1 zeigt das Blockschaltbild des Oberschwingungsmeßgerätes in einer Ausführungsform, in der die Vielseitigkeit des Gerätes am besten zum Ausdruck kommt«

An den 3 U-^-, 3 Ip- und U₇-p-Klemmen können die Netzeingangsspannungen, Eingangsströme und die zusätzlichen Spannungen angeschlossen werden. Die netzseitigen Eingangsgrößen v/erden über entsprechende Wandlers (Pig* 2) sowie mit Hilfe der linearen Verstärker Z im Eingang ICL-g zu elektronisch verarbeitbaren Signalen umgewandelt· Die Signale dieser 12 Eingänge gelangen über Signalkanäle, je 12 für die Grundspannungspegel U und

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.12 für 10 U an die PiIter F₄ Jeder der 12 dargestellten Filter P1 bis P12 kann gesondert auf jeden beliebigen Eingangskanal geschaltet werden«,

Jeder Filter ist durchstimmbar. Damit v/ird es möglich,.12/n Harmonische aus den Signalen von η Eingängen zu messen, also z, B. das Signal von einem Eingang auf 12 verschiedene Oberschwingungen oder die Spannungen dreier Eingänge auf je 4 Oberschwingungen usw. zu untersuchen. Um sowohl ein leichtes Abstimmen der Filter wie auch die Messung relativ hoher Frequenzen zu ermöglichen, besitzt jeder Filter verschiedene Güten. · .

Die von den Filtern ausgesiebten Oberschwingungen liegen gleichzeitig einmal als Y/echselspannungsmeßsignal U direkt und als Gleichspannungsmeßsignal U _ nach einem Präzisionsgleichriehter an den Ausgangsklemmen des entsprechenden Filters, Außerdem werden die Meßsignale in je 12 Kanäle für die Wechselspannungsmeßsignale U und 12 für die Gleichspannungsmeß-

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signale U geleitet, um sie am Ausgangsteil der externen Messung und Registrierung zur Verfugung zu stellen.

Der Meßteil MT mit eingebautem Meßwerk, das an alle Kanäle anschaltbar ist, dient der genaueren Abstimmung der Filter auf die entsprechende Oberschwingungen sowie zur Überprüfung der Eingangsspannungspegel der einzelnen Eingänge.

Um eine hohe Meßdynamik zu erreichen, besitzen die Filterschaltungen eine entsprechend hohe Verstärkung. Bei der hohen Verstärkung darf das Meßsignal, also die Ausgangsspannung an den Filtern einen bestimmten Pegel nicht überschreiten, um stets einen kleinen Meßfehler garantieren zu können. Aus diesem Grunde existiert in jedem Filter eine Schaltung, die über ein Anzeigelämpchen AL signalisiert, ob in dem entsprechenden Filter der geforderte Ausgangspegel überschritten ist oder nicht.

Das Hetzteil (NT) arbeitet mit Netzanschluß sowie bei Batteriebetrieb, Es liefert die erforderlichen Spannungen für die Filter F, die Verstärker V, die Schaltungen der Zusatzeingänge Z und für die Anzeigelämpchen AL, Soweit, wie es die Kapazität des lietzteiles zuläßt, kann das in Fig. 1 gezeigte Gerät um beliebig viele Filter erweitert werden. Außerdem ist es möglich, statt der Eingänge Ur₇-T, weitere Eingänge U-.-^ und/oder I-o oder

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umgekehrt statt U™ und/oder l-o weitere U₇-r,-Eingänge an das Gerät anzuschalten, d« h„ die Eingangsbelegung ist in allen denkbaren Variationen veränderbare

Fig* 2 zeigt den Spannungswandler, der die Eingangsspannungen U,™ auf den geräteinternen Signalpegel U heruntertransfor- miertj der auch gleichzeitig den Pegel 10 U erzeugt. Der Sp annungs v/and ler wurde für diesen speziellen Zweck gebaut»

Sein lineares Übertragungsverhalten wurde für die vorgesehenen Meßaufgaben dadurch erreicht_f daß mit Hilfe theoretischer Untersuchungen entsprechendes Kernmaterial und eine bestimmte Kernform ausgewählt wurden.

Der in Pig_o 3 gezeigt, industriell hergestellte Stromwandler besitzt für die anfallenden Meßaufgaben lineares Übertragungsverhalten, wenn er mit Hennbürde Ζ,τ belastet ist. Das über der Nennbürde Z,j entstehende Spannungssignal wird im Verstärker V auf die beiden Signalpegel U und 10 U angehoben. Der hier verwendete Verstärker V besitzt lineare Übertragungseigenschaftenβ

Claims (8)

— ί — Erfindungs ansprüche

1» Einrichtung .zur Messung von Strom- und Spannungsoberschwingungen in Elektroenergieversorgungsnetzen mit durchstimmbaren aktiven Filtern, die eine solch hohe Güte besitzen, daß keine 50-Hz-Sperre erforderlich ist, deren Güte von einem Viert, der ein bequemes Abstimmen der Filter ermöglicht, auf einen Wert umschaltbar ist, mit dem man auch Oberschwingungen relativ hoher Frequenz noch aussieben kann, die eine sehr hohe Meßdy-namik besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das Durchlauf- wie auch das Parallelanalysatorprinzip miteinander gekoppelt sind, um verschiedene Oberschwingungen beliebiger Ordnungszahl parallel messen zu können, daß es möglich ist, in allen Spannungsebenen Ströme und/oder Spannungen in einem Leiter sowie in mehreren . gleichzeitig auf ihren Oberschwingungsgehalt zu untersuchen, indem eine elektronische harmonische Analyse durchgeführt wirdi und zu registrieren, wobei das Verlassen des Meßbereiches mit garantierter Meßgenauigkeit angezeigt wird·

2_# Einrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein speziell entwickelter Spannungswandler mit linearen Übertragungseigenschaften, der die Netzspannung auf den geforderten Geräteeingangspegel untersetzt, und somit eine galvanische Trennung zwischen Netz und Gerät realisiert, verwendet wird.

3· Einrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der über die Nennbürde eines vorhandenen Normalstromwandlers entstehende Spannungsabfall ein dem Stromverlauf im Netz äquivalentes Signal darstellt, das von einem speziellen, bezüglich des Übertragungsverhaltens absolut linearen Verstärker auf den geforderten Geräteeingangspegel angehoben wird· '

4. Einrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Eingang vorhanden ist, mit dem Kleinspannungen auf den erforderlichen Geräteeingangspegel gebracht werden können.

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5« Einrichtung nach Punkt 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die drei verschiedenen Eingangstypen mehrfach vorhanden sind, und daß sie je nach Meßauf gäbe untereinander austauschbar sind«

6* Einrichtung nach Punkt 1 bis 5₅ dadurch gekennzeichnet, daß im Eingangsteil jeder der drei Eingangstypen neben dem erforderlichen Geräteeingangsspannungspegel noch den zehnfachen Wert dieses Pegels liefert,

7* Einrichtung nach Punkt 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßgrößen sowohl als Wechselspannungs- als auch als Gleichspannungssignal zur Messung und zur Registrierung zur Verfügung stehen»

8«, Einrichtung nach Punkt 1 bis 7_S dadurch gekennzeichnet, daß alle ia vorhandenen PiIter parallel messen.

S* Einrichtung nach Punkt 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder "beliebige der m PiIter an die vorhandenen η Eingänge angeschlossen werden kann, daß also an η verwendeten Eingängen $e m/n verschiedene Oberschwingungen gemessen und registriert werden können*

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