DD152425A1 - DEVICE FOR MEASURING ELECTRICITY AND VOLTAGE OVEN HEATING IN ELECTRIC POWER SUPPLY NETWORKS - Google Patents
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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.The aim of the invention is to provide a Oberschwingungsmessgeraet to come to secure statements about the occurrence of higher harmonic in electrical energy supply networks for the purpose of researching such phenomena and their elimination. The device works after the pass u. Parallel analyzer principle (Figure 1). It has a certain number of inputs through which either voltage and / or current directly from the mains and / or smaller voltages for the electronic harmonic analysis are processed. By means of active filters of high quality, the individual harmonics are filtered out and provided as AC voltage and / or DC voltage signals for the measurement and the registration. Each of the developed filters is tunable and by means of the measuring part of the device exactly to the desired frequency adjustable. The device has a high dynamic range and is due to its circuit highly flexible and universally applicable.
Description
Einrichtung zur Messung von Strom- und Spannungsoberschwinin Elektroenergieversorgungsnetzen Device for measuring current and voltage harmonics in electric power supply networks
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.The invention relates to a device for measuring current and voltage harmonics in networks of the public electric power supply and in networks of industry, It serves to capture all the harmonic components of distorted current and voltage waveforms as they occur in electrical energy systems increasingly. With the aid of this invention it is possible to obtain with high accuracy reliable statements about the intensity of such network perturbations caused by certain customers in network hubs of interest.
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.It is known that one can perform the harmonic analysis of a non-sinusoidal periodic electrical quantity in the frequency and time domain. Purely the different fields of application in vibration measurement technology, there are corresponding devices, as described in the DE-Offenlegungsschriften 2143202, 2219085 and 2738707. The arrangement according to DE-OS 2143202 is suitable for measuring and monitoring current harmonics of specific atomic numbers »It is not possible to measure voltage harmonics and / or in several conductors simultaneously.
In der DDR gibt es das von Hertel und Koetnitz gebaute Oberschvingungsmeßgerät, das speziell für Untersuchungen in Elektroenergieversorgungssystemen entwickelt worden ist»In the GDR, there is the Oberschvingungsmeßgerät built by Hertel and Koetnitz, which has been specially developed for studies in electrical energy supply systems. »
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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«,However, the device has the disadvantages that it can not be used at arbitrary voltage levels, does not work independently of the mains supply, is not suitable for long-term measurement, generates large measurement errors and can not measure several harmonics at the same time the acoustic measuring technique and the vibration measuring technique, which are modifiable for the measurement in electric power supply systems, but in addition to specially created additional devices still v / eeere disadvantages have that make them suitable only for special measurement tasks,
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.Although the analyzer SM 32 ζ * B 41 has a high-quality filter, it can only perform a continuous analysis of the frequency spectrum after adaptation and / or measure only one harmonic current in a conductor.
Das EP-Spektrometer FSP-80 kann nach entsprechender Anpassung sofort das Frequenz-Amplituden-Diagramm einer nichtsinusförmigen Größe anzeigens 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«The EP-spectrometer FSP-80 may, however, immediately display the frequency-amplitude diagram of a non-sinusoidal size s should here all vorhandenen'Filter be tuned to the frequencies, such as may occur at the harmonic analysis of the Hetzfrequenz after appropriate adjustment. The measuring dynamics of this device are very low «
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,.The aim of the invention is to provide a highly flexible measuring device that allows reliable statements about the occurrence of higher harmonics in representative Hetzknotenpunkten. With this harmonic measuring device, it is possible to simultaneously measure several voltage and current harmonics at arbitrary voltage levels. This device is suitable for long-term measurement and can be operated both via the supply network as well as off-grid with batteries.
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-It is also possible, with this device, which has a high dynamic and the measurement error is very small, to measure in several conductors simultaneously »This device is therefore a harmonic measuring device, the much improved Eigen-
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schäften gegenüber den zur Zeit existierenden Geräten besitzt.business with existing equipment.
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.The invention has for its object to provide a measuring device for determining occurring current and voltage harmonics of the fundamental frequency in networks of public energy supply 'and networks of industry.
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.The object is achieved in that a device in which the Parallelanalysator- and Durehlaufanalysatorprinzip are coupled together, is constructed. The adaptation to the electrical power supply network for the current measurement is carried out via a device-internal standard converter, which is looped into the burden circuit of the corresponding current transformer at the respective network node. The adaptation to the electrical power supply network for the voltage measurement via a device-internal voltage converter, 'whose transmission error for the proposed measurement tasks is negligible. Thus, the measurement can be made directly in the low voltage level. In the middle and high voltage levels, the measurement is performed behind the voltage transformers of the network.
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.Pur special measurement tasks that arise when using other methods for recording the current and / or voltage curve than that with the help of transducers, such. For example, when measuring via shunts, the device has additional inputs that allow smaller voltages to be analyzed.
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«From the input part 2 signal levels are provided to the device, of which one signal level ten times, greater than the ground level, The larger level is to increase the distance of the signal voltage to noise, so that the measurement is very. small harmonic amplitudes becomes possible «
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 eingestelltThe two signal voltages are fed to filters that sift out the individual harmonics. The quality of the filters does not require a 50 Hz lock · Each filter is tunable and can be set to any harmonic
- 4 - 22Z^ä- 4 - 22Z ^ ä
werden.become.
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.Each filter rectifies the emitted Cb oscillation, thus providing, in addition to the alternating voltage signal of the respective harmonics, a DC voltage signal equivalent to the RMS value of the rectified AC voltage, for example using oscillographs with the aid of DC and / or V Measured and registered with the help of writers.
Aus führungsbeispielFrom management example
Die Erfindung soll an folgendem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden*The invention will be explained in more detail in the following embodiment *
Pig. 1: BlockschaltbildPig. 1: block diagram
- Oberschwingungsmeßgerät -- Harmonic measuring device -
Pig* 2: Schaltung des geräteinternen SpannungswandlersPig * 2: Circuit of the device-internal voltage transformer
Pig«, 3: Darstellung der Signalaufbereitung nach dem geräteeigenen StromwandlerPig «, 3: Representation of the signal conditioning according to the device's own current transformer
Pig«, 1 zeigt das Blockschaltbild des Oberschwingungsmeßgerätes in einer Ausführungsform, in der die Vielseitigkeit des Gerätes am besten zum Ausdruck kommt«Pig «, 1 shows the block diagram of the harmonic measuring device in an embodiment in which the versatility of the device is best expressed«
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 undAt the 3 U - ^, 3 Ip and U 7 -p terminals the mains input voltages, input currents and the additional voltages can be connected. The network-side input variables are converted to electronically processable signals by means of corresponding transducers (Pig * 2) and with the aid of the linear amplifiers Z in the input ICL-g. The signals of these 12 inputs pass via signal channels, 12 each for the basic voltage levels U and
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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«,.12 for 10 U to the pi fi ers F 4 Each of the 12 illustrated filters P 1 to P 12 can be switched separately to any input channel «,
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. · . Each filter is tunable. This makes it possible to measure .12 / n harmonics from the signals of η inputs, eg to examine the signal from one input to 12 different harmonics or the voltages of three inputs to 4 harmonics and so on. In order to allow both easy tuning of the filters and measurement of relatively high frequencies, each filter has different grades. ·.
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-The harmonics which are filtered out by the filters are at one time in the form of a direct current measurement signal U as well as a dc voltage measurement signal at the output terminals of the corresponding filter. In addition, the measurement signals are divided into 12 channels for the alternating voltage measurement signals U and 12 for the dc voltage measuring signals.
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signale U geleitet, um sie am Ausgangsteil der externen Messung und Registrierung zur Verfugung zu stellen.signals U passed to provide them at the output part of the external measurement and registration.
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.The measuring part MT with built-in measuring unit, which can be connected to all channels, serves to match the filters more precisely to the corresponding harmonics and to check the input voltage levels of the individual inputs.
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.In order to achieve a high dynamic range, the filter circuits have a correspondingly high gain. In the case of the high gain, the measuring signal, that is to say the output voltage at the filters, must not exceed a certain level in order to always be able to guarantee a small measuring error. For this reason, there is a circuit in each filter, which signals via an indicator light AL, whether in the corresponding filter, the required output level is exceeded or not.
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 oderIt provides the necessary voltages for the filters F, the amplifiers V, the auxiliary inputs Z and for the indicator lamps AL. As far as the capacity of the secondary part permits, this can be done in Fig. 1 shown device can be expanded by as many filters. It is also possible, instead of the inputs Ur 7 -T, further inputs U -.- ^ and / or Io or
Ai\ " ;'l - ' i ί . Ai \ "; l - ' i ί.
umgekehrt statt U™ und/oder l-o weitere U7-r,-Eingänge an das Gerät anzuschalten, d« h„ die Eingangsbelegung ist in allen denkbaren Variationen veränderbareconversely, instead of U ™ and / or lo, to connect further U 7 -r, inputs to the device, the input assignment is changeable in all conceivable variations
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»FIG. 2 shows the voltage converter, which down-converts the input voltages U, to the device-internal signal level U, which also simultaneously generates the level 10 U. The Spedition v / and ler was built for this special purpose »
Sein lineares Übertragungsverhalten wurde für die vorgesehenen Meßaufgaben dadurch erreichtf daß mit Hilfe theoretischer Untersuchungen entsprechendes Kernmaterial und eine bestimmte Kernform ausgewählt wurden.Its linear transmission behavior was achieved for the proposed measuring tasks f that appropriate nuclear material and a specific core shape were selected with the aid of theoretical investigations.
Der in Pigo 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 ÜbertragungseigenschaftenβThe industrially manufactured current transformer shown in Pig o 3 has linear transmission behavior for the resulting measurement tasks when it is loaded with henn burden Ζ, τ. The voltage signal across the nominal burden Z, j is raised in the amplifier V to the two signal levels U and 10 U. The amplifier V used here has linear transmission characteristics β
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DD22291280A DD152425A1 (en) | 1980-07-28 | 1980-07-28 | DEVICE FOR MEASURING ELECTRICITY AND VOLTAGE OVEN HEATING IN ELECTRIC POWER SUPPLY NETWORKS |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0186936A1 (en) * | 1984-10-12 | 1986-07-09 | Thomas Hong Yue Lin | Method and apparatus for evaluating auditory distortions of an audio system |
-
1980
- 1980-07-28 DD DD22291280A patent/DD152425A1/en unknown
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP0186936A1 (en) * | 1984-10-12 | 1986-07-09 | Thomas Hong Yue Lin | Method and apparatus for evaluating auditory distortions of an audio system |
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