DE3020107A1

DE3020107A1 - Ueberwachungseinrichtung fuer einen lc-filterkreis an einem wechselspannungsnetz

Info

Publication number: DE3020107A1
Application number: DE3020107A
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. 8521 Uttenreuth Becker; Alfons Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Fendt; Dusan Dr. 8500 Nürnberg Povh; Klaus Dipl.-Ing. 8510 Fürth Renz; Gerhard 8520 Erlangen Schuch; Hermann Dr.-Ing. 8521 Weiher Waldmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-05-27
Filing date: 1980-05-27
Publication date: 1981-12-03
Also published as: EP0040768A1; US4409542A; JPS5726768A; EP0040768B1; DE3169945D1; CA1189146A

Description

Übewachungseinrichtung für einen LC-Filterkreis an einem Wechselspannungsnetz

Die Erfindung betrifft eine Überwachungseinrichtung für einen LC-Filterkreis an einem Wechselspannungsnetz, dessen Kondensatorbatterie aus einer Anzahl von parallelen Strängen mit jeweils einer Anzahl von in Reihe geschalteten Teilkondensatoren mit Sicherungen besteht, wobei benachbarte Teilkondensatoren mit durchgehenden Querleitungen verbunden sind.

Bei der Erzeugung von Drehspannungen durch Stromrichter entsteht jeweils eine netzfrequente Grundschwingung, der charakteristische Oberschwingungen überlagert sind. Zur Siebung werden LC-Filter verwendet, die auf die Frequenzen der charakteristischen Oberschwingungen abgestimmt sind. Für die Grundschwingung verhalten sich diese Filter praktisch wie kapazitive Widerstände. Die Kapazität eines derartigen LC-Filterkreises besteht im allgemeinen aus einer Kondensatorbatterie mit einer Anzahl von parallelen Strängen, in denen jeweils eine Anzahl von Teilkondensatoren mit Sicherungen in Reihe geschaltet sind. Benachbarte Teilkondensatoren sind über durchgehende Querleitungen miteinander verbunden. Eine derartige Kondensatorbatterie kann aus sehr vielen Teilkondensatoren aufgebaut sein. Bei einem Kurzschluß eines Teilkondensators entladen sich die benachbarten Teilkondensatoren über die Querleitungen auf die Sicherung, die dem defekten Teilkondensator in Reihe ge-

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schaltet ist und lösen diese Sicherung aus. Beim Ausfall eines Teilkondensators wird der Filterkreis verstimmt. Der Grundschwingungsanteil des Filterstroms ändert sich jedoch nur in sehr geringem Maße, so daß eine stationäre Stromüberwachung im Hinblick auf einen Kurzschluß eines Teilkondensators meßtechnisch schwierig durchzuführen und auszuwerten ist. Weiterhin kommt erschwerend hinzu, daß bei einer Kondensatorbatterie mit einer'sehr großen Anzahl von Teilkondensatoren die durch Temperatureinflüsse verursachten Stromänderungen größer sein können als die Stromänderungen, die durch den Ausfall eines oder mehrerer Teilkondensatoren verursacht werden.

Bei Ausfall eines Teilkondensators ändert sich zwar der Oberschwingungsanteil des Filterstromes wesentlich stärker als der Grundschwingungsanteil, jedoch sind Änderungen des Oberschwingungsanteiles des Filterstromes für eine Auswertung nicht geeignet, da sich der Oberschwingungsanteil auch bei Steuerwinkeländerungen des Stromrichters stark ändert. Es kann daher nicht unterschieden werden, ob eine Änderung des Oberschwingungsanteiles des Filterstromes durch eine Steuerwinkeländerung beim Stromrichter oder durch den Defekt eines Teilkondensators in der Kondensatorbatterie des Filterkreises verursacht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine überwachungseinrichtung für einen LC-Filterkreis an einem Wechselspannungsnetz zu schaffen, die meßtechnisch einfach ausführbar ist und den Ausfall eines oder mehrerer Teilkondensatoren zuverlässig anzeigt.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine elektronische Nachbildung zur Ermittlung der Grundschwingung eines nachgebildeten Filterstroms und eine transiente Vergleichsschaltung zum Vergleich der Grundschwingung des nachgebildeten Filterstroms mit der Grundschwingung des gemessenen Filterstroms.

WeitereAusgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

.

Bei einer erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung wird der Grundschwingungsstrom durch den LC-Filterkreis an einem Wechselspannungsnetz ausgewertet. Die Erfindung besteht darin, durch eine elektronische Nachbildung ein Referenzsignal für den Grundschwingungsstrom im ungestörten Zustand zu gewinnen. Dieses Referenzsignal wird mit der Grundschwingung des gemessenen Filter- bzw. Kondensatorstromes verglichen. Abweichungen deuten auf einen Defekt eines Teilkondensators. Damit Änderungen des Grundschwingungsströmes, die durch Temperatureinflüsse verursacht werden, nicht zu falschen Meldungen führen, wird ein transienter Vergleich des nachgebildeten und des gemessenen Grundschwingungsstromes vorgenommen. Unter einem transienten Vergleich wird ver-.standen, daß nur schnelle Änderungen zwischen dem nachgebildeten und dem gemessenen Grundschwingungsstrom als Fehlersignal ausgewertet werden, während langsam auftretende Änderungen nicht zu einer Fehlerauswertung führen.

Eine erfindungsgemäße überwachungseinrichtung kann für einphasige LC-Filterkreise als auch für Drehstrom-Filterkreise eingesetzt werden.

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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Zum einfacheren Verständnis werden alle Spannungen in der informationsverarbeitenden Elektronik mit den physikalischen Größen bezeichnet, die sie abbilden. Es zeigen:

FIG 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen überwachungseinrichtung für die Kondensatorbatterien eines Drehstrom-Filterkreises,

FIG 2 ein Ersatzschaltbild eines Stranges eines LC-Filter-

kreises,
15

FIG 3 den Aufbau einer elektronischen Nachbildung eines LC-Filterkreises,

FIG 4 den Aufbau eines Siebgliedes,

FIG 5 den Aufbau einer transienten Vergleichsschaltung, FIG 6 den Aufbau eines Melde- und Auslösekreises

FIG 7 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen überwachungseinrichtung für einen einphasigen Filterkreis,

FlG 8 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen überwachungseinrichtung für einen einphasigen Filterkreis,

FIG 9 eine andere Ausführungsform eines Siebgliedes. 35

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FIG 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen überwachungseinrichtung für die Kondensatorbatterien C_R, Cg, C„ eines Drehstromfilterkreises, der über eine Schalteinrichtung 1 an eine Drehstrom-Sammelschiene mit den Phasen RST angeschlossen ist.

Der dreiphasige Filterkreis besteht aus drei LC-Reihenschwingkreisen, die in Stern geschaltet und sternpunktseitig geerdet sind. Die LC-Reihenschwingkreise sind auf die Frequenz einer charakteristischen Oberschwingung abgestimmt.

Die Kondensatorbatterien C_R,- Cg, C_T des Drehstrom-Filterkreises bestehen jeweils aus einer Anzahl von parallelen Strängen mit jeweils einer Anzahl von in Reihe geschalteten Teilkondensatoren C. mit Sicherungen X., wobei benachbarte Teilkondensatoren mit durchgehenden Querleitungen verbunden sind. Zur Verdeutlichung ist in der Zeichnung lediglich die Kondensatorbatterie C_R ausführlicher dargestellt, während die gleichartig aufgebauten Kondensatorbatterien Cg und C-, zeichnerisch nur mit dem Symbol eines Kondensators dargestellt sind. Eine derartige Kondensatorbatterie kann mehr als 100 Einzelkondensatoren enthalten. Beim Ausfall eines Einzelkondensators ändert sich die wirksame Kapazität

„,. , j' . x. ■ ,_ /die Grundschwingung einer Phase und damit auch/des Pnasenstromrnur sehr

wenig. Derartig geringe Stromänderungen sind bei den hohen Stromstärken der Phasenströme meßtechnisch nur schwer erfaßbar.
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Die Phasenspannung des LC-Reihenschwingkreises mit der Kondensatorbatterie C-. und der Drosselspule L-, wird von einem potentialtrennenden Spannungsmeßwandler 2R erfaßt. In gleicher Weise wird die Phasenspannung des

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LC-Reihenschwingkreises mit der Kondensatorbatterie C_c und der Drosselspule L_g von einem potentialtrennenden Spannungsmeßwandler 2S, sowie die Phasenspannung des LC-Reihenschwingkreises mit der Kondensatorbatterie C und der Drosselspule L_T von einem potentialtrennenden Spannungsmeßwandler 2T gemessen. An den Bürden der Spannungsmeßwandler 2R, 2S, 2T fallen Meßspannungen auf dem Spannungsniveau der Signalverarbeitung ab, die den jeweiligen Phasenspannungen proportional sind. Den potentialtrennenden Spannungsmeßwandlern können Entkopplungsverstärker nachgeschaltet sein, um die Wandlerkreise von der nachfolgenden signalverarbeitenden Elektronik zu trennen. Durch eine derartige Trennung des Hochspannungspotentials vom Elektronikpotential können Störungen in der Anlage nicht in die Elektronik übergekoppelt werden.

Die an der Potentialseite der Kondensatorbatterien gemessenen Phasenspannungen werden elektronischen Filternachbildungen 4R, 4S, 4T zugeführt. Aufbau und Wirkungsweise einer derartigen elektronischen Filternachbildung werden anhand der Figuren 2 und 3 näher beschrieben. Die nachgebildeten Filterströme werden in Tiefpaßfiltern 5R, 5S, 5T geglättet. Die Tiefpaßfilter unterdrücken die Oberschwingungen weitgehend. Die geglätteten nachgebildeten Filterströme werden in Betragsbildner 6R, 6S, 6t zu negativen Werten gleichgerichtet.

Die Phasenströme werden an der Sternpunktseite des Filters mit potentialtrennenden Strommeßwandlern 3R, 3S, 3T erfaßt. Den Strommeßwandlern können wiederum Entkopplungsverstärker nachgeschaLtet sein. Die gemessenen Phasenströme werden auf Tiefpaßfilter 7R, 7S, 7T gegeben, deren Aufbau den Tiefpaßfiltern 5R, 5S, 5T

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entspricht. Die Tiefpaßfilter 7R, 7S, 7T erzeugen für die Grundschwingung eine Phasendrehung· Die geglätteten Meßwerte für die Phasenströme werden durch Betragsbildner 8R, 8S, 8T zu positiven Werten gleichgerichtet.

Die Grundschwingungen der gemessenen Phasenströme werden mit den Grundschwingungen der zugehörigen Modellfilterströme verglichen, um eine Art "Lupeneffekt" zu erreichen. Hierzu sind transiente Vergleichsschaltungen 9R, 9S, 9T vorgesehen. Die transienten Vergleichsschaltungen sind auf einen Melde- und Auslösekreises mit Phasenanzeigen 10R, 10S, 10T geführt. Der .Aufbau der transienten Vergleicherschaltung 9R ist in FIG 5 näher erläutert. Der Aufbau der Phasenanzeige 10R des Melde- und Auslösekreises 10 ist in FIG 6 näher erläutert.

FIG 2 zeigt ein Ersatzschaltbild eines LC-Reihenschwingkreises mit der Kapazität C der Kondensatorbatterie, dem Gleichstromleitwert G der Kondensatorbatterie, der Induktivität L der Drosselspule, dem Gleichstromwiderstand R_ der Drosselspule und dem Hochpaßwiderstand H der Drosselspule. Die Ströme und Spannungen sind mit entsprechen Indizes bezeichnet.

FIG 3 zeigt den Schaltungsaufbau der elektronischen Filternachbildung 4R, der im folgenden unter Bezugnahme auf das Ersatzschaltbild der FIG 2 beschrieben wird. Die elektronische Filternachbildung 4R enthält zur Anpassung einen Verstärker 19 mit einstellbarer Verstärkung, der eingangsseitig mit der gemessenen Phasenspannung u_ beaufschlagt ist. Die angepaßte Phasenspannung u' wird zusammen mit einem nachgebildeten Kondensatorspannungsabfall u* und einem

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nachgebildeten Spannungsabfall u* am Gleichstromwiderstand R_ der Drosselspule einem Addierverstärker 12 zu-

Jj

geführt. Der Addierverstärker 12 ermittelt aus diesen
Eingangsgrößen einen nachgebildeten Drosselspannungsabfall u* nach Gl.(1):

Ju

u£ = ~(~^ur ^{+ U}J ⁺ W*) (1)

Der nachgebildete Drosselspannungsabfall u* wird einem Integrator 14 mit einstellbarer Integrationszeitkonstante T zugeführt, der einen nachgebildeten Drosselstrom -xf nach Gl(2) ermittelt:
^L t

JJ J._x J JJ

Der nachgebildete Drosselstrom -i* wird in einem Verstärker 13 mit einstellbarer Verstärkung in einen nachgebildeten Spannungsabfall u* am Gleichstromwiderstand R der Drosselspule umgesetzt nach Gl.(3):

Zur Nachbildung des Hochpaßwiderstandes H ist ein weiterer Verstärker 15 mit einstellbarer Verstärkung vorgesehen, dem eingangsseitig der nachgebildete Drosselspannungsabfall u* und der nachgebildte Spannungsabfall u* am
Jj r

Gleichstromwiderstand R_ der Drosselspule zugeführt wird.

Xj

Die Ausgangsspannung des Verstärkers 15 stellt den nachgebildeten Strom -i* durch den Hochpaßwiderstand H nach

Gl.(4) dar. Ist der Filterkreis kein Hochpaß, so wird die Verstärkung des Verstärkers 15 so eingestellt, daß seine Ausgangsspannung stets Null ist.

ti i Xj Il

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Zur Ermittlung des nachgebildeten Phasenstroms i* nach Gl.(5) ist ein Addierverstärker 16 vorgesehen, dem eingangsseitig der nachgebildete Drosselstrom -ii und der nachgebildete Strom -i* durch den Hochpaßwiderstand H

ti

zugeführt werden.

Zur Ermittlung des nachgebildeten Kondensatorspannungsabfalls wird der nachgebildete Kondensatorstrom i* als Differenz zwischen dem nachgebildeten Phasenstrom i* und einem nachgebildeten Strom i* durch den Gleichstromleitwert G der Kondensatorbatterie in einem Differenzglied 7 5 gebildet und im Integrator 17 integriert. Der Integrator 17 mit einstellbarer Integrationszeitkonstante T realisiert die Gl.(6):

i£# %

-u* (t) = - ± Γ ((i*(r) - i* (T)JdT (6)

Der nachgebildete Spannungsabfall u* an der Kondensatorbatterie der Phase R wird über einen Umkehrverstärker auf einen Eingang des Addierverstärkers 12 zurückgeführt und über einen Verstärker 11 mit einstellbarer Verstärkung, der zur Nachbildung des Gleichstromleitwerts G der Kondensatorbatterie vorgesehen ist, auf den Integrator 17 zurückgeführt.

Die Operationsverstärker des Filtermodells können mit einer sogenannten Feedfordward-Bedämpfung beschaltet sein, um den ausnützbaren Frequenzbereich zu erweitern.

FIG 4 zeigt das Schaltbild des Tiefpaßfilters 5R. Der nachgebildete Filterstrom i* wird über einen Anpaßverstärker 20 mit einstellbarer Verstärkung auf ein zweistufiges Siebglied mit den Tiefpässen 21 und 22 gegeben.

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Durch entsprechende

Dimensionierung der beiden Tiefpässe 21 und 22 kann beispielsweise ein Dämpfungsverhalten erreicht werden, bei dem die 11. und 13. Harmonische auf weniger als 1% unterdrückt werden, während die Grundschwingungsamplitude nur etwa um 50%. erniedrigt wird.

FIG 5 zeigt das Blockschaltbild der transienten Vergleichsschaltung 9R. Die gleichgerichtete Grundschwingung des Modellfilterstromes von der Gleichrichterschaltung 6R und die gleichgerichtete Grundschwingung des gemessenen Phasenstromes von der Gleichrichterschaltung 8R werden einem Verstärker 30 zugeführt. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 30 wird einem dreistufigen Siebglied mit den Tiefpässen 24, 25 und 26 zugeführt. Das dreistufige Siebglied wandelt das Eingangssignal in eine Gleichgröße um. Hierdurch erreicht man, daß nur die Amplituden der nachgebildeten Filterströme und der gemessenen Phasenströme miteinander verglichen werden.

Durch Temperatureinflüsse auf die Kondensatorbatterien des Filterkreises können sich die Phasenströme langsam ändern. Die nachgebildeten Phasenströme ändern sich jedoch nicht durch derartige Temperatureinflüsse, da die elektronischen Filternachbildungen nicht nachgeführt werden. Allmählich auftretende Differenzen zwischen den nachgebildeten Phasensirömen und den gemessenen Phasenströmen deuten nicht auf einen Defekt in einer Kondensatorbatterie und werden daher für die Auswertung unterdrückt. Hierzu ist dem dreistufigen Siebglied 24,25,26 ein Differenzierer nachgeschaltet, der aus einem Verstärker 27 und aus einem Integrator 28 in der Rückkopplung besteht. Am Ausgang des Differenzierers 27, 28 werden somit nur durch Kondensatorfehler erzeugte

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plötzliche Phasenstromänderungen als Impulse an den Melde- und Auslösekreis 10 weitergegeben und anschließend vom Differenzierer 27,28 auf Null ausgeregelt. Dem Differenzierer 27, 28 ist ein Betragsbildner 29 nachgeschaltet, der das Ausgangssignal des Differenzierers 27, 28 zu negativen Werten gleich-

.richtet, da sowohl Impulse positiver als auch negativer Polarität auftreten können. Das Ausgangssignal des Betragsbildners 29 wird auf den Melde- und Auslösekreis weitergegeben.

FIG 6 zeigt das Blockschaltbild der Phasenanzeige 1OR des Melde- und Auslösekreises 10. Der gleichgerichtete Vergleichswert von der Vergleichsschaltung 9R wird auf Zählstufen gegeben, die jeweils einen eingangsseitigen

Grenzwertmelder 31 bzw. 37 bzw. 43 aufweisen. Die eingangsseitigen Grenzwertmelder sind so eingestellt, daß plötzliche Stromdifferenzen, die durch einen defekten Teilkondensator in der Kondensatorbatterie hervorgerufen werden, ein Ausgangssignal des betreffenden Grenzwertmelders

ergeben. Die Ansprechschwellenwerte der Grenzwertmelder 31, 37, 43 sind auf gleiche Werte eingestellt.

Dsi eingangsseitigen Grenzwertmeldern sind jeweils Zeitstufen nachgeschaltet, die jeweils aus einem Integrator 32, 38, 44 und einem weiteren Grenzwertmelder 33, 39, 45 bestehen. Die Ausgangssignale der weiteren Grenzwertmelder 33, 39, 45 steuern jeweils ein Relais 34, 40, 46 im Eingang der eingangsseitigen Grenzwertmelder 31, 37, Die Ausgangssignale der eingangsseitigen Grenzwertmelder 31, 37, 43 steuern ebenfalls Relais 35, 41, 47, die wiederum Anzeigen 36, 42, 48 steuern. Die Phasenanzeige 10R ist. über eine Leitung 49 für den Anschluß weiterer Zählstufen erweiterbar.

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Die Wirkungsweise der Phasenanzeige 1OR des Melde- und Auslösekreises 10 ist wie folgt:

Wenn durch einen Defekt eines Teilkondensators in der Kondensatorbatterie eine entsprechende Eingangsspannung auf den eingangsseitigen Grenzwertmelder 31 der ersten Zählstufe gelangt, so spricht der Grenzwertmelder 31 an. Durch Aufleuchten der Anzeige 36 wird ein erster defekter Teilkondensator in der Phase R angezeigt. Hat der Grenzwertmelder 31 angesprochen, so läuft der Integrator 32 hoch, bis seine Ausgangsspannung den Ansprechschwellenwert des weiteren Grenzwertmelders 33 erreicht. Das Ausgangssignal des weiteren Grenzwertmelders 33 steuert das Relais 34 um, so daß die transiente Vergleichsschaltung 9R nunmehr mit der zweiten Zählstufe 37 bis 41 verbunden ist.

Die Hochintegrationszeit des Integrators 32 der ersten Zählstufe ist in der Größenordnung von einigen Sekunden eingestellt, während die Rückintegrationszeit erheblich weniger als 1 Sekunde beträgt. Die Hochintegrationszeit ist länger als die maximale Zeit bis eine Sicherung bei einem durch einen defekten Teilkondensator verursachten Zeilenkurzschluß schmilzt. Die Rückintegrationszeit bestimmt, wie lange man einen - nicht dargestellten Rückstellknopf drücken muß, um/Beseitigung eines Kondensatorfehlers die anstehende Meldung zu quittieren. Durch Quittieren der entsprechenden Meldung werden die Relais 34 bzw. 40 bzw. 46 wieder in die gezeichnete Lage umgesteuert.

Bei einem Defekt eines zweiten Teilkondensators wird - sofern die erste Zählstufe nicht quittiert wurde die zweite Zählstufe 37 bis 41 angesteuert. Durch Auf-

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leuchten der Anzeige 42 wird der zweite defekte Teilkondensator angezeigt. Hat der Grenzwertmelder 37 in der zweiten Zählstufe angesprochen, so läuft der Integrator hoch, bis seine Ausgangsspannung den Ansprechschwellenwert des weiteren Grenzwertmelders 39 erreicht. Dieser steuert das Relais 40 um, so daß nunmehr die transiente Vergleichsschaltung 9R mit der dritten Zählstufe 43 bis 47 verbunden ist. Die Hochintegrationszeit und die Rückintegrationszeit des Integrators 38 und die Ansprech-Schwellenwerte der weiteren Grenzwertmelder 39 und 45 weisen vorzugsweise die gleichen Werte auf wie bei der ersten Zählstufe.

Bei einem Defekt eines dritten Teilkondensators wird - sofern die erste; und die zweite Zählstufe nicht quittiert wurden - die dritte Zählstufe 43 bis 47 angesteuert. Durch Aufleuchten der Anzeige 48 wird der dritte defekte Teilkondensator angezeigt.

Die Zählstufen des Melde- und Auslösekreises 11 ermöglichen die folgende abgestufte Überwachungsstrategie: Wird nur ein defekter Teilkondensator gemeldet, so kann der Filterkreis bis zur nächsten regulären Wartung in Betrieb bleiben. Werden dagegen zwei defekte Teilkondensatoren gemeldet, so kann der Filterkreis nur noch eine beschränkte Zeit in Betrieb bleiben, die beispielsweise so bemessen ist, daß das Wartungspersonal herbeigerufen werden kann. Werden schließlich drei defekte Teilkondensatoren gemeldet, so ist der Filterkreis sofort abzuschalten. Zur Ansteuerung einer entsprechenden Kommandoeinrichtung können die Signale zur Ansteuerung der Anzeigen 36, 42, 48 parallel herausgeführt werden.

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Anstelle der Tiefpaßfilter 5 und 7 können auch andere Siebglieder, insbesondere Resonanzfilterkreise eingesetzt werden.

FIG 7 zeigt eine alternatxve Ausführung einer erfindungsgemäßen überwachungseinrichtung. Gleiche Baugruppen sind mit gleichen Bezugszeichen wie in den Figuren 1 bis 6 bezeichnet.

In FIG 7 ist ein einphasiger LC-Filterkreis dargestellt, der über eine Schalteinrichtung 1 an ein Wechselspannungsnetz angeschlossen ist. Ein Spannungsmeßwandler 2 erfaßt die Filterspannung. Ein Strommeßwandler 3 erfaßt den Filterstrom. Aus der gemessenen Filterspannung wird durch die elektronische Filternachbildung ein nachgebildeter Filterstrom ermittelt und über ein Siebglied 5 geführt, das die Oberschwingungen unterdrück·!und die Grundschwingung des nachgebildeten Filterstroms liefert. Der gemessene Filterstrom wird über ein Siebglied 7 geführt, das mit dem Siebglied 5 übereinstimmt. Das Siebglied 7 liefert die Grundschwingung des gemessenen Filterstroms. Die Grundschwingung des nachgebildeten Filterstroms und die Grundschwingung des gemessenen Filterstroms werden nunmehr in Gleichgrößen gewandelt. Hierzu wird die Grundschwingung des nachgebildeten Filterstroms über einen Betragsbildner 6 mit einem nachgeschalteten Siebglied 50 und die Grundschwingung des gemessenen Filterstroms über einen Betragsbildner 8 mit einem nachgeschalteten Siebglied 51 ge- führt. Die Siebglieder 50 und 51 können gegebenenfalls mehrstufig aufgebaut sein, wie in FIG 4 dargestellt ist

wie
oder /in FIG 5 mit den Tiefpässen 24, 25, 26. Der transiente Vergleich der den Amplituden der Grundschwingungen des nachgebildeten und des gemessenen Filterstroms

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proportionalen Gleichgrößen wird von einem Vergleichsglied 52 durchgeführt, das einen Differenzverstärker zur Differenzbildung, einen Differenzierer mit einem Verstärker 54 und einen Integrator 55 in der Rückführung, sowie einen Betragsbildner 56 aufweist. Dem Vergleichsglied 52 ist ein Melde- und Auslösekreis 57 nachgeschaltet, der einen ähnlichen Aufbau besitzen kann wie eine in FIG 6 dargestellt Zählstufe im Melde- und Auslösekreis 10.

Im Unterschied zu der in FIG 1 dargestellten Überwachungseinrichtung werden im Vergleichsglied 52 in FIG 7 Gleichgrößen miteinander verglichen, während in den Vergleichsgliedern 9R, 9S, 9T der FIG 1 die Grundschwingungen des nachgebildeten und des gemessenen Filterstroms miteinander verglichen werden und die ermittelte Differenz in einem Siebglied 24, 25, 26 (siehe FIG 5) geglättet wird. Dieser Vergleich der Grundschwingungen des nachgebildeten und des gemessenen FilterStroms ist möglich, da diese Grundschwingungen in Phase liegen. Dies ist möglich, wenn die Siebglieder 5 und 7 aufeinander abgeglichen sind. Die überwachungseinrichtung der FIG 1 erfordert daher einen geringeren Aufwand als die überwachungseinrichtung in FIG 7.

FIG 8 zeigt für einen einphasigen LC-Filterkreis eine weitere Ausfuhrungsform einer erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung, bei der eine elektronische Filternachbildung 60 eingesetzt wird, die den Filterstrom im ungestörten Zustand aus dem gemessenen Filterstrom i_R und der gemessenen Fi lter spannung U₁-. ermittelt. Die elektronische Filternachbildung 60 ist als regelungstechnisches Strukturbild dargestellt und wird unter Bezugnahme auf das in FIG 2 dargestellte Ersatzschaltbild beschrieben.

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An die Phase R eines Wechselspannungsnetzes ist über eine Schalteinrichtung 1 ein LC-Filterkreis angeschlossen. Ein Spannungsmeßwandler 2 erfaßt die Filterspannung U_, ein Strommeßwandler 3 erfaßt den Filterstrom .κ

i . Beide Meßwerte werden der elektronischen Filternachbildung 60 zugeführt. Die elektronische Filternachbildung 60 enthält ein Differenzglied 61_f dem der gemessene Filterstrom i_. und der nachgebildete Strom i* von einem Verstärker 63 mit einstellbarem Verstärkungsfaktor zugeführt werden, der den Leitwert G der Kondensatorbatterie C nachbildet. Die vom Differenzglied 61 gebildete Stromdifferenz, die den nachgebildeten Kondensatorstrom i* darstellt, wird in einem Integrator 62 mit einstellbarer Integrationszeitkonstante in den nachgebildeten Kondensatorspannungsabfall u* umgeformt. Der nachgebildete Kondensatorspannungsabfall u* wird im Verstärker 63, der den Leitwert G der Kondensatorbatterie nachbildet, in den nachgebildeten Strom i* umgerechnet. In einem weiteren Differenzverstärker 64 wird von der gemessenen Filterspannung u_o der nachgebildete Kondensatorspannungsabfall u* abgezogen. Die ermittelte Differenz, die der Summe aus dem nachgebildeten Spannungsabfall u* am Gleichstromwiderstand der Induktivität L und dem nachgebildeten Spannungsabfall u* an der Induktivitat L entspricht, wird einem dritten Differenzglied 65 zugeführt. Im dritten Differenzglied 65 wird hiervon der nachgebildete Spannungsabfall u* am Gleichstromwiderstand R der Induktivität L abgezogen. Als Ergebnis wird der nachgebildete Spannungsabfall u* an der Induktivität L erhalten und in einem weiteren Integrator 66 mit einstellbarer Integrationszeitkonstante in den nachgebildeten Strom i* durch die Induktivität L umgeformt.

L·

Der nachgebildete Strom i* wird in einem Verstärker 67

Ij

mit einstellbaren Verstärkungsfaktor in den nachgebildeten

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Spannungsabfall u* am Gleichstromwiderstand R der Induktivität L umgerechnet und dem Differenzverstärker 65 zugeführt. Sofern der LC-Filterkreis einen Hochpaßwiderstand H aufweist, ist zur Nachbildung dieses Hochpaßwiderstandes ein weiterer Verstärker 68 und ein Summierglied 6 9 vorgesehen. Dem weiteren Verstärker 68 wird die Summe u * + ui zugeführt. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 68, die den Strom i* durch den Hochpaßwiderstand H darstellt, wird im Summierglied 69 zum nachgebildeten Strom i* addiert. Das Ergebnis stellt den nachgebildeten Filterstrom ig dar.

Der weitere Aufbau der überwachungseinrichtung entspricht der FIG 1. Der nachgebildete Filterstrom i£ wird einem Siebglied 5 zugeführt, an dessen Ausgang der Grundschwingungsanteil des nachgebildeten Filterstromes erscheint. Dieser Grundschwingungsanteil wird in einem Betragsbildner 6 gleichgerichtet und einer Vergleichsschaltung 9 zugeführt. In gleicher Weise wird der gemessene Filterstrom i_n einem Siebglied 7 zugeführt, an dessen Ausgang die Grundschwingung des gemessenen Filterstromes erscheint. Diese wird in einem Betragsbildner gleichgerichtet und ebenfalls der Vergleichsschaltung zugeführt. Die transiente Vergleichsschaltung 9 weist den in FIG 5 dargestellten Aufbau auf und steuert einen . Melde- und Auslösekreis 10 an, der bei einem entsprechenden Störfall den LC-Filterkreis durch Betätigung der Schalteinrichtung 1 vom Netz trennt.

FIG 9 zeigt als Alternative zu FIG 4 eine andere Ausführungsform eines Siebgliedes 70, das anstelle der Siebglieder 5, 7, 24, 25, 26 eingesetzt werden kann. Das Siebglied 70 ist als Resonanzfilter aufgebaut und

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enthält einen Summierverstärker 71, einen Integrator 73 mit einem Verstärker 72 in der Rückführung, sowie einen weiteren Integrator 74 in der dargestellten Schaltung. Die zu glättende Eingangsgröße, beispielsweise der nachgebildete Filterstrom i* und der Filternachbildung 4R

in FIG 1, wird dem Summierverstärker 71 mit positvem Vorzeichen zugeführt. Dem Summierverstärker 71 wird mit negativem Vorzeichen das Ausgangssignal des Resonanzfilters 70 und ebenfalls mit negativem Vorzeichen das über den Verstärker 72 geführte Ausgangssignal des Integrators 7 3 zugeführt. Das Ausgangssignal des Summierverstärkers 71 wird dem ersten Integrator 73 zugeführt, dessen Ausgangsspannung dem zweiten Integrator 74 zugeführt wird.

Die in den Figuren 7 und 8 dargestellten Überwachungseinrichtungen für einphasige Filterkreise können auf dreiphasige Filterkreise erweitert werden, wie dies in FIG 1 dargestellt ist.

9 Figuren

5 Patentansprüche

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Claims

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Patentansprüche *»

( 1. ^überwachungseinrichtung für einen LC-FiIterkreis an τείηβπι Wechselspannungsnetz, dessen Kondensatorbatterie aus einer Anzahl von parallelen Strängen mit jeweils einer Anzahl von in Reihe geschalteten Teilkondensatoren mit Sicherungen besteht, wobei benachbarte Teilkondensatoren mit durchgehenden Querleitungen verbunden sind, gekennzeichnet durch eine elektronische Nachbildung (4; 4R, 4S, 4T; 60) zur Ermittlung der Grundschwingung eines nachgebildeten Filterstromes (i*) und eine transiente Vergleichsschaltung (9; 9R, 9S, 9T; 52) zum Vergleich der Grundschwingung des nachgebildeten FilterStroms mit der Grundschwingung des gemessenen Filter-Stroms.

2. überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) es sind Strommeßwandler (3R, 3S, 3T) zur Messung der Phasenströme des Filterkreises vorgesehen, denen je- | weils ein Tiefpaßfilter (7R, 7S, 7T) zur Unterdrückung der Oberschwingungen und eine Gleichrichterschaltung (8R, 8S, 8T) nachgeschaltet ist, die eine der Amplitude der Grundschwingung des gemessenen Phasenstromes proportionale Gleichspannung abgibt,

b) es sind Spannungsmeßwandler (2R, 2S, 2T) zur Messung der netzseitigen Phasenspannungen des Filterkreises vorgesehen, denen jeweils eine elektronische Filternachbildung (4R, 4S, 4T) nachgeschaltet ist, deren Ausgangsspannung über ein weiteres Tiefpaßfilter (5R, 5S, 5T) zur Unterdrückung der Oberschwingungen und eine weitere Gleichrichterschaltung (6R, 6S, 6T) geführt ist, die eine der Amplitude der Grundschwingung des nachgebildeten Phasenstromes proportionale Gleich- f spannung abgibt,

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c) es sind transiente Vergleichsschaltungen (9R, 9S, 9T) zum Vergleich der gemessenen und der nachgebildeten Phasenströme vorgesehen, denen ein Melde- und Auslösekreis (10) nachgeschaltet ist.

3. überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine elektronische Filternachbildung (z.B. 4R) mit folgenden Merkmalen:

d) ein Addierverstärker (12) zur Ermittlung eines nachgebildeten Spannungsabfalls (u*) der Drosselspule, dem die gemessene Phasenspannung (u_ bzw. u')_r ein nachgebildeter Kondensatorspannungsabfall (u*) und ein nachgebildeter Spannungsabfall (u*) am Gleichstromwiderstand der Drosselspule zugeführt sind,

e) ein Integrator (14) zur Ermittlung eines nachgebildeten Drosselstromes (i?) , dem die Ausgangs-

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spannung des Addierverstärkers (12) zugeführt ist,

f) ein Verstärker (13) zur Ermittlung des nachgebildeten Spannungsabfalls (u*) am Gleichstromwiderstand der Drosselspule, dem die Ausgangsspannung des Integrators (14) zugeführt ist,

g) ein Verstärker (15) zur Ermittlung des nachgebildeten Stromes (i*) durch den Hochpaßwiderstand, dem die

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Ausgangsspannungen des Addierverstärkers (12) und des Verstärkers (13) zugeführt sind,

h) ein weiterer Addierverstärker (16) zur Ermittlung des nachgebildeten Phasenstromes (i*), dem die Ausgangsspannungen des Integrators (14) und des Verstärkers (15) zugeführt sind,

i) ein Integrator (17) zur Ermittlung des nachgebildeten Kondensatorspannungsabfalls (u*), dem die Ausgangsspannung eines Differenzgliäes (75) zugeführt ist, dem eingangsseitig die Ausgangsspannung des Addierverstärkers (16) und eines weiteren Verstärkers (11) zugeführt sind, dem eingangsseitig der nachgebildete Kondensatorspannungsabfall (u*)zugeführt ist (FIG 3).

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4, überwachungseinrichtung nach .Anspruch 1,. g e kennzeichnet durch folgende Merkmale:

j) ein Verstärker (30), dem die der Amplitude der Grundschwingung des gemessenen Phasenstromes proportionale Gleichspannung und die der Amplitude der Grundschwingung des nächgebildeten Phasenstromes proportionale Gleichspannung zugeführt sind, .

k) ein Siebglied mit mehreren Tiefpässen (24, 25, 26), das die Ausgangsspannung des Verstärkers (30) in eine Gleichgröße umformt,

1) ein Differenzierer (27, 28), dem das Ausgangssignal ' des Siebgliedes (24, 25, 26) zugeführt ist und der nur bei plötzlichen Phasenstromänderungen ein Ausgangssignal erzeugt (PIG 5).

5. überwachungseinr ich iung. nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine elektronische Filternachbildung (60) mit folgenden Merkmalen:

m) ein Differenzglied (61) zur Ermittlung eines nachgebildeten Kondensatorstroms (i*) , dem der gemessene

Filterstrom (i_) und ein nachgebildeter Strom (i*) durch den Gleichstromleitwert der Drosselspule zugeführt .sind,

n) ein Integrator (62) zur Ermittlung des nachgebildeten Kondensatorsparinungsabfalls (u*), dem die Ausgangsspannung des Differenzgliedes (61) eingangsseitig zugeführt ist,

o) ein Verstärker (63) zur Ermittlung des nachgebildeten Stroms (i*) durch den Gleichstromleitwert der Drosselspule aus dem nachgebildeten Kondensator-Spannungsabfall (u*),

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ρ) ein zweiter Differenzverstärker (64) , dem die gemessene Filterspannung (u_R) und der nachgebildete Kondensatorspannungsabfall (u*)zugeführt sind,

q) ein drittes Differenzglied (65) zur Ermittlung des nachgebildeten Spannungsabfalls (u*) der Drosselspule aus dem Ausgangesignal des zweiten Differenzgliedes (64) und einem nachgebildeten Spannungsabfall (u*) am Gleichstromwiderstand der Drosselspule,

r) ein Integrator (66) zur Ermittlung des nachgebildeten Stroms (i*) durch die Drosselspule, dem eingangs-

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seitig der nachgebildete Spannungsabfall (u*) der Drosselspule zugeführt ist,

s) ein Verstärker (67) zur Ermittlung des nachgebildeten Spannungsabfalls (u*) am Gleichstromwiderstand der Drosselspule aus dem nachgebildeten Strom (i*) durch die Drosselspule,

t) ein weiterer Verstärker (68) zur Ermittlung des nachgebildeten Stroms (i*) durch den Hochpaßwiderstand aus dem Ausgangssignal des zweiten Differenzverstärkers (64) , .

u) ein Summierglied (69) zur Ermittlung des nachgebildeten Phasenstroms (i*) aus dem nachgebildeten Strom (i*) durch die Drosselspule und dem nachgebildeten

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Strom (i*) durch ihren Hochpaßwiderstand (FIG 8).

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