DE19529302A1 - Vorrichtung zur Kompensation von Oberschwingungsströmen einer aus mehreren Leitern bestehenden Übertragungsstrecke - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Kompensa­ tion von Oberschwingungsströmen einer aus mehreren Leitern bestehenden Übertragungsstrecke.

Eine aus mehreren Leitern bestehende elektrische Übertra­ gungsstrecke kann auf eine andere elektrische Einrichtung, wie beispielsweise Daten- und/oder Telefonleitungen, Störun­ gen verursachen. Dabei werden diese Störungen durch Harmoni­ sche aller Leiter der Übertragungsstrecke verursacht, d. h., die Übertragungsstrecke als Ganzes bewirkt die Störung.

Aus dem Tagungsband CIGRE Colloquium on Power System EMC, 26.05.1995, ist bekannt, zur Oberschwingungskompensation in einer elektrischen Übertragungsstrecke aktive Filter zu ver­ wenden. Dabei wird für jeden Leiter dieser Übertragungsstrecke ein aktives Filter vorgesehen. Diese aktiven Filter müssen zur Spannungsanpassung über spezielle Kopplungselemente, bei­ spielsweise Kondensatoren und/oder Transformatoren, an die einzelnen Leiter angeschlossen werden. Der Aufwand und die Kosten solcher Kopplungselemente sind besonders für Hochspan­ nungsanwendungen sehr hoch.

Aktive Filter sind aus der IEEE Trans. on Ind. Appl., Vol. IA-22, No. 3, May/June 1986, Seiten 460 bis 465, bekannt. In dieser Veröffentlichung werden mehrere Ausführungsformen eines aktiven Filters beschrieben.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, den Aufwand und die Kosten für eine Vorrichtung zur Kompensation von Ober­ schwingungsströmen einer aus mehreren Leitern bestehenden elektrischen Übertragungsstrecke zu reduzieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Dadurch, daß nur noch ein aktives Filter direkt ohne ein Kopplungselement an einem im Normalbetrieb spannungsfreien Leiter der Übertragungsstrecke angeschlossen wird, reduzieren sich der Aufwand und die Kosten erheblich.

Eine besonders einfache Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß als spannungsfreier Leiter das in der Übertragungsstrecke vorhandene Erdseil verwendet wird, das mittels Isolatoren von den Masten der Übertragungsstrecke elektrisch isoliert ist, wobei bei mindestens einem Isolator je Mast eine Funkenstrecke elektrisch parallel geschaltet ist. Dadurch erhält man einen entlang der Übertragungsstrecke verlaufenden Leiter, in dem der vom aktiven Filter generierte Kompensationsstrom fließt, wodurch die in den Leitern der Übertragungsstrecke fließenden und außerhalb dieser Übertra­ gungsstrecke wirkenden Oberschwingungsströme kompensiert wer­ den.

Bei einer weiteren einfachen Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung wird als spannungsfreier Leiter ein Ka­ belschirm verwendet, wenn als Übertragungsstrecke ein mehr­ adriges Kabel verwendet wird. Bei dieser Anordnung werden keine Isolatoren und Funkenstrecken benutzt.

Dadurch, daß der generierte Kompensationsstrom in dem Erdseil oder in dem Schirmkabel fließt, wird die elektrische Übertra­ gungsstrecke gegenüber anderen elektrischen Einrichtungen neutral.

Bei der Generierung eines Steuersignals für den aktiven Fil­ ter mittels einer Einrichtung, die eingangsseitig mit Meßein­ richtungen der Leiter der Übertragungsstrecke verbunden ist, werden im einfachsten Fall diese gemessenen Stromwerte vek­ toriell addiert oder es wird eine Meßeinrichtung verwendet, die bereits die Summe der Oberschwingungsströme aller Leiter der Übertragungsstrecke erfassen kann.

Weist eine Übertragungsstrecke zwei Erdseile auf, so werden auch zwei aktive Filter benötigt, die jeweils einen Kompen­ sationsstrom in ein Erdseil einspeisen. Zur Generierung der Steuersignale für die beiden aktiven Filter werden nun die gemessenen Stromwerte mittels Gewichtungsfaktoren multipli­ ziert. Diese Gewichtungsfaktoren berücksichtigen die räumli­ che Anordnung der einzelnen Leiter der Übertragungsstrecke zueinander und im Bezug auf die den Störeinflüssen ausge­ setzten elektrischen Einrichtungen, wie Daten- und Telefon­ leitungen. Je komplexer die Übertragungsstrecke ist, umso aufwendiger ist die Einrichtung zur Generierung wenigstens eines Steuersignals.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der mehrere Ausführungsbeispiele der Vor­ richtung zur Kompensation von Oberschwingungsströmen einer aus mehreren Leitern bestehenden elektrischen Übertragungs­ strecke schematisch veranschaulicht sind.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung, wobei die

Fig. 2 bis 4 jeweils eine weitere Ausführungsform der er­ findungsgemäßen Vorrichtung darstellen.

In der Fig. 1 ist mit 2 eine Übertragungsstrecke bezeichnet, die drei Leiter A, B und C und ein Erdseil ES1 aufweisen. Je­ dem Leiter A bis C ist eine Meßeinrichtung 4 zugeordnet, mit der jeweils ein Leiterstrom iA, iB und iC gemessen wird. Die­ se Meßeinrichtungen 4 sind jeweils mit einem Eingang einer Einrichtung 6 zur Generierung eines Steuersignals U_G für einen nachfolgenden aktiven Filter 8, der ausgangsseitig mit dem Erdseil ES1 elektrisch leitend verbunden ist, verknüpft. Das Erdseil ES1, das im Normalbetrieb spannungsfrei ist, ist mittels Isolatoren 10 und 12 von einem Masten 14 der Übertra­ gungsstrecke 2 elektrisch isoliert. Mindestens einem der Iso­ latoren 10 und 12 ist eine Funkenstrecke 16 elektrisch paral­ lel geschaltet, von denen in dieser Figur nur eine darge­ stellt ist. Mittels einer Überbrückungsleitung 18 sind die einzelnen Erdseile ES1 untereinander elektrisch leitend ver­ bunden, so daß eine durchgehende, parallele Leitung zu den Leitern A, B und C der Übertragungsstrecke 2 vorhanden ist. Die Funkenstrecke 16 überbrückt bei Blitzeinschlag die Isola­ toren 10 und 12, so daß das Erdseil ES1 geerdet ist. Das ak­ tive Filter 8 ist ausgangsseitig außerdem über eine Schutz­ einrichtung 20 mit Massepotential verbunden. Als Schutzein­ richtung 20 können Ableiter oder Halbleiterbauelemente ver­ wendet werden. Diese Schutzeinrichtung verhindert, daß bei einem Blitzeinschlag eine Beschädigung der Komponenten des aktiven Filters 8 erfolgen kann, bevor die Überspannung über die Funkenstrecke 16 abgebaut wird. Deshalb liegt die Schutz­ einrichtung 20 unmittelbar am Ausgang des aktiven Filters 8.

Die Einrichtung 6 zur Generierung des Steuersignals U_G des aktiven Filters 8 weist im einfachsten Fall eine vektorielle Additionsstelle auf, an deren Ausgang als Steuersignal U_G die vektorielle Summe der zu kompensierenden Oberschwingungsströ­ me ansteht. Es kann auch eine Oberschwingungs-Meßeinrichtung als Einrichtung 6 verwendet werden, die bereits diese Summe aller Oberschwingungsströme von allen Leitern A, B und C der Übertragungsstrecke 2 erfassen kann. Für komplexere Gebilde der Leiter A, B, C und ES1 im Bezug auf eine Kommunikations­ leitung, die aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt ist, ist die Einrichtung 6 als Meßwertgewichtungs-Einrichtung ausgebildet. Diese Meßwertgewichtungs-Einrichtung kann auch als Kombinationsmatrix-Einrichtung bezeichnet werden, da die gemessenen Leiterströme iA, iB und iC mit Gewichtungsfaktoren A1, B1 und C1 gewichtet werden, wobei diese Gewichtungsfakto­ ren die räumliche Anordnung der einzelnen Leiter A, B und C zueinander und im Bezug auf die den Störeinflüssen ausgeset­ zten Einrichtungen, beispielsweise Daten- und/oder Telefon­ leitungen, berücksichtigen. Die Matrixgleichung, die mittels der Einrichtung 6 realisiert wird, ist der Fig. 1 zu entneh­ men. Diese Bearbeitung der Meßsignale iA, iB und iC gilt für eine Übertragungsstrecke 2 mit einem Erdseil ES1 und drei Leitern A, B und C.

In Abhängigkeit dieses generierten Steuersignals U_G erzeugt der aktive Filter 8 an seinem Ausgang einen Kompensations­ strom iKomp, der in das Erdseil ES1 eingespeist wird. Mittels dieses Kompensationsstromes iKomp werden die Störeinflüsse der Übertragungsstrecke 2 als Ganzes auf beispielsweise Daten- und/oder Telefonleitungen kompensiert.

Die Fig. 2 und 3 zeigen zwei mögliche Ausführungsformen der Leiteranordnung einer Übertragungsstrecke 2 auf einem Masten 14 mit jeweils zwei Erdseilen ES1 und ES2. Für jedes ist ein aktiver Filter 8 vorgesehen, für dessen Steuersignal U_G1 bzw. U_G2 der Einfluß jedes einzelnen Leiters A, B und C bzw. a, b und c gesondert gewichtet wird. Die Gewichtungs­ faktoren A1, B1, C1, A2, B2 und C2 bzw. A1, . . ., C2 und a1, . . ., c2 enthalten auch den Einfluß auf eine im Störbereich verlaufende Kommunikationsleitung.

Die Fig. 4 zeigt ein Beispiel einer industriellen Anwendung, wobei ein Kabel 22 für die elektrische Übertragungsstrecke 2 verwendet wird. Bei der Verwendung eines Kabels 22 wird der Ausgang des aktiven Filters 8 mit einem Kabelschirm 24 elek­ trisch leitend verknüpft. Der Ausgang dieses aktiven Filters 8 kann auch mit einer Erdungsader oder mit einer zusätzlichen Ader elektrisch leitend verbunden werden.

Falls nicht entlang der gesamten Strecke 2 elektrische Ein­ richtungen vorhanden sind, die gestört werden können, ist die Oberschwingungskompensation nicht unbedingt auf der ganzen Übertragungsstrecke 2 nötig. Außerdem läßt der Störeinfluß der Oberwellen mit steigendem Abstand von deren Quelle längs oder Übertragungsstrecke 2 nach, so daß nicht überall eine Kompensation erforderlich ist.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Kompensation von Oberschwingungsströmen einer aus mehreren Leitern (A, B, C) bestehenden elektrischen Übertragungsstrecke (2), bestehend aus wenigstens einem akti­ ven Filter (8) und einer Einrichtung (6) zur Generierung eines Steuersignals (U_G, U_G1, U_G2) für den aktiven Filter (8), wobei diese Einrichtung (6) eingangsseitig jeweils mit einer Meßeinrichtung (4) der Leiter (A, B, C) der elektrischen Über­ tragungsstrecke (2) und ausgangsseitig mit wenigstens einem aktiven Filter (8) und jeder aktive Filter (8) ausgangsseitig mit einem im Normalbetrieb spannungsfreien Leiter der Über­ tragungsstrecke (2) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei als spannungsfreier Leiter ein Erdseil (ES1, ES2) der Übertragungsstrecke (2) ver­ wendet wird, das von einem Masten (14) der Übertragungsstrecke (2) elektrisch isoliert ist, wobei mindestens einem Isola­ tor (10, 12) eine Funkenstrecke (16) elektrisch parallel ge­ schaltet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei als spannungsfreier Leiter ein Kabelschirm (24) der Übertragungsstrecke (2) ver­ wendet wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei als spannungsfreier Leiter eine Erdungsader der Übertragungsstrecke (2) verwendet wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei als Einrichtung (6) zur Generierung eines Steuersignals (U_G, U_G1, U_G2) für den ak­ tiven Filter (8) ein Oberschwingungsmeßgerät verwendet wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei als Einrichtung (6) zur Generierung eines Steuersignals (U_G, U_G1, U_G2) für den ak­ tiven Filter (8) eine Meßwertgewichtungs-Einrichtung verwen­ det wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der aktive Filter (8) ausgangsseitig mit einer Schutzeinrichtung (20) versehen ist.