DE2731658C3

DE2731658C3 - Blindleistungserfassungsgerät

Info

Publication number: DE2731658C3
Application number: DE2731658A
Authority: DE
Inventors: Georg Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Will
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-07-13
Filing date: 1977-07-13
Publication date: 1980-05-29
Also published as: IT1097023B; IT7825596A0; DE2731658B2; SE7807318L; DE2731658A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät für die Erfassung und Anzeige von Blindleistung aus Strom- und Spannungs-Meßwerten in einem für eine Blindleistungskompensation vorgesehenen Teil eines elektrischen Netzes.

Ein Gerät der obengenannten Art ist aus dem Siemens-Katalog Ms 1973, S. 4/13, 4/16 bekannt Mit dem bekannten Gerät kann über längere Zeit die Blindleistung eines Netzzweiges geschrieben werden und hieraus eine Kondensatorleistung, die zur Kompensation der Blindleistung erforderlich ist, überschlägig ermiitelt werden. Abgesehen von den zur Erstellung eines derartigen Gerätes notwendigen Kosten ist die Ermittlung der zu kompensierenden Leistung aufwendig; denn es ist erforderlich, die geschriebene Kurve in herkömmlicher Weise auszuwerten, insbesondere, da üblicherweise je nach den Abnahmebedingungen der Elektrizitätsversorgungsunternehmen Blindleistungs-Anteile unkompensiert bleiben dürfen.

Eine andere Methode zur Ermittlung einer zu installierenden Kondensatorleistung ist die Auswertung der Blindstromrechnung oder grundsätzlich die Berechnung der Blindleistung, beispielsweise aus dem Leistungsfaktor der einzelnen Verbraucher (vgl. Siemens Berechnungsbogen Best-Nr. E 22/1312).

Es ist weiterhin eine Blindleistungsregeleinheit zur Kompensation der Blindleistung in oberschwingungshaltigen Netzen mittels grundschwingungs- und oberschwingungsabhängiger Zu- und Abschaltung der Kondensatorabzweige bekannt (DE-OS 25 48 224), bei dem zumindest ein die Oberschwingungsströme erfassendes Gerät vorhanden ist das mit der Blindleistungsregeleinheit für die Grundschwingung in Wirkverbindung steht. Mit dieser Regeleinheit können zwar die in der Anlage bereits vorhandenen Filterkreise zu- und abgeschaltet werden, jedoch ist der eigentliche Bedarf an erforderlicher Kompensationsleistung mit dieser Regeleinheit nicht ermittelbar.

Als Aufgabe liegt der Erfindung die Schaffung eines Gerätes zugrunde, mit dem es möglich ist, die Blindleistung in einem für eine Blindleistungskompensation vorgesehenen Teil eines elektrischen Netzes zu ermittein, die einer zu installierenden Kondensatorleistung entspricht, durch die die Blindleistung in dem betreffenden Netzteil kompensiert werden kann. Das Gerät soll weiterhin Aufschluß über die dynamischen Anforderungen an eine zu erstellende Kompensationsanlage geben können. Die Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Gerät entsprechend den Merkmalen des kennzeichnenden Teiles des Anspruches 1 gelöst. Hierdurch ist es auf einfache Weise möglich, nachdem der kompensierte Blindleistungsmeßwert an Spannungsmessern ermittelt wurde — das ist der Wert, der bei bestmöglicher Kompensation nicht ausgleichbar ist —, an der Spannungskompensationsschaltung den zugeschalteten Widerstandswert zu ermitteln, der dem KVAR-Wert der in das Netz einzubauenden Kondensatorleistung entspricht.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des Gerätes besteht darin, daß die Spannungs-Kompensationsschaltung über Schalter schaltbare Dekadenwiderstände enthält. Um weitere Umrechnungen von Widerstandswerten oder der abgelesenen Spannungen in die zu installierende Kondensatorleistung zu vermeiden, ist es möglich, daß die Dekadenwiderstände entsprechend der Stüfung der vorzusehenden Kompensatiunskondensatoren bemessen sind. Die simulierte Kompensation wird durch eine Vergleichsspannung durchgeführt, die umgekehrt proportional zu den Widerstandswerten ist. Wie bereits erwähnt, ist es zulässig, abhängig von den

jeweiligen Forderungen der Elektrizitätsversorgungsunternehmen auf einen Leistungsfaktor zu kompensieren, der wesentlich unter dem Leistungsfaktor 1 liegen kann. Um auch hier ohne zusätzlichen Rechenaufwand diese Gegebenheiten bei dem erfindungsgemäßen s BHndleistungserfassungsgerät auf einfache Weise eingeben zu können, ist es vorteilhaft, wenn eine zusätzliche Einrichtung zur Erfassung der Wirkleistung und eine nachgeschaltete Rechenschaltung zur Ermittlung der zulässigen Blindleistung unter Vorgabe eines geforder- ic. ten Leistungsfaktors (cos φ) vorhanden ist Die Obereinstimmung der simulierten Kompensationsleistung mit der zu kompensierenden Blindleistung läßt sich auf einfache Weise kontrollieren, wenn die Abstimmung der Kompensationsschaltung aufgrund des Nullabgleiches r, zweier, in den Endzweigen vorgesehener Anzeigen erfolgt. Um auch Betriebszustände erfassen zu können, die aus einer einmaligen Messung nicht ersehen werden •können, ist es vorteilhaft, wenn Gleichspannungsausgänge zum Anschluß schreibender Geräte zur Aufzeich- >o nung der Vergleichsanzeigen vorhanden sind. Es läßt sich hier aus entsprechenden Abweichungen ein Rückschluß daraufziehen, ob zu bestimmten Zeiten eine weitere Kompensation erforderlich ist Die Genauigkeit des Erfassungsgerätes, insbesondere im Hinblick auf das 2-1 Eliminieren von vorhandenen Oberschwingungen und sonstigen Störungen wird wesentlich gesteigert, wenn zur Ermittlung der Vergleichswerte Blindleistung— Wirkleistung eine an sich bekannte Vektorrechenschaltung benutzt ist Hierzu ist es vorteilhaft, wenn eine jo Vorrichtung zur Drehung des Spannungsvektors um 90° zur Ermittlung der Blindleistung vorhanden ist (DE-PS 24 14 807). Wird zur Stromerfassung ein Zangenstromwandler benutzt, so ist unabhängig von den in der Anlage eingebauten Stromwandlern für das erfindungs- j j gemäße Erfassungsgerät ein festes Übersetzungsverhältnis vorgegeben, so daß eine besondere Anpassung des Gerätes an vorhandene Stromwandler entfallen kann. Um trotzdem an unterschiedliche Meßverhältnisse die Anpassung zu ermöglichen, kann es vorteilhaft ^o sein, wenn ein Zangenstromwandler mit umschaltbarer Bürde Verwendung findet Eine Anpassung in weiten Grenzen an die unterschiedlichen Netzverhältnisse ist möglich, wenn in der Stromerfassung eine Bürdenumschalteinrichtung für den Wandler vorhanden ist. Auch 4^r, hierfür ist es vorteilhaft, wenn diese Umschalteinrichtung im KVAR-Maßstab geeicht ist, so daß sich eine normierte Eingangsspannung ergibt. Zur Kompensierung der Blindleistung sind an sich Regeleinheiten bekannt (DE-PS 21 50 281), die in einem bestimmten ■-,() Rhythmus Kondensator- oder auch Schwingkreise, die aus Induktivität und Kondensator bestehen, zu- und abschalten. Um nun mit dem erfindungsgemäßen Meßgerät feststellen zu können, ob die erfindungsgemäß ermittelten Kompensationswerte mit der handeis- γ, üblichen Regeleinheit erzielt werden können, ist es vorteilhaft wenn anstelle der Kompensationsschaltung eine Schaltungsanordnung zur Simulation einer stufenweise Kondensatoren zu- und abschaltenden Regeleinheit eingeschaltet ist Es läßt sich mit diesem so «> ausgestatteten BHndleistungserfassungsgerät über längere Zeit die Wirkung ■'·. Kompensation unter Verwendung einer Regeleinheit simulieren.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert und der Aufbau eines Gerätes näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 die prinzipielle Schaltung einer kompensierten Verbraucheranlage,

F i g. 2 ein Leistungsaufteilungsriiagramm,

Fig.3 die Innenschaltung des erfindungsgemäßen Blindleistungserfassungsgerätes,

Fig.4 das Prinzipschaitbild eines Erfassungsgerätes nach F i g. 3 mit einer elektronisch simulierten Regeleinheit und

Fig.5 eine mögliche Ausführung der Simulationsschaltung.

Die Zuleitung 1 der Verbraucheraclage speist über den Transformator 2 die Verbraucher 3 und 4 auf der Niederspannungsseite des Transformators 2. Durch den Pfeil 5 ist die Flußrichtung der Verbraucherblindleistung (Qy) und der Verbraucherwirkleistung (P,) dargestellt Durch eine gestrichelte Verbindung ist eine über Schaltgeräte 6 schaltbare Kondensatoreinheit 7 angedeutet, die zur Kompensation zumindest eines Teiles der Verbraucherblindleistung zugeschaltet wird. Diese Kondensatorkompensationsleistung (Qc) ist durch einen Pfeil 8 angedeutet Die Spannung für das erfindungsgemäße BHndleistungserfassungsgerät wird an einer Phase des Niederspannungsnetzes abgegriffen. Der hierfür dargestellte Abzweig trägt das Bezugszeichen 9. Der Verbraucherstrom, ebenfalls einphasig gemessen, wird über einen Zangenstromwandler 10 aus der gemeinsamen Zuleitung abgegriffen.

Da — wie bereits erwähnt — mit der Kompensationseinheit, Kondensator 7, im allgemeinen lediglich ein fester Leistungsfaktor, d. h. der allgemeine cos φ soll einem bestimmten Wert cos φ entsprechen, erreicht werden soll, läßt sich die Verbraucherblindleistung Q_v in einen Anteil Qc — angedeutet durch den Pfeil 8 in Fig. 1, der kompensiert werden soll — und in einen weiteren, nicht zu kompensierenden Anteil Q_v· zerlegen. Diese Zerlegung ist im Zeigerdiagramm der Leistungen in Fig.2 dargestellt. Danach gilt Q_V=Q_C+Qv· mit Q_V. = P_V χ tang) 1. Diese Zerlegung ermöglicht die Berücksichtigung eines geforderten Leistungsfaktors bei der Schaltung nach F i g. 3, wie später noch näher beschrieben wird. Die Schaltung nach F i g. 3 verwertet die direkt am Sammelschienensystem abgegriffene Spannung des Abzweiges 9 über einen Spannungswandler 11. Zusammen mit dem Verstärker 12 wird hier ein dem Spannungspegel der Elektronik entsprechender normierter Spannungswert gebildet. Über einen Vektoridentifizierer 12a wird die so gebildete Spannung in eine um 90° nacheilende Komponente gedreht. Der innere Aufbau des Vektoridentifizierers ist beispielsweise im Prinzip durch die DE-PS 24 14 807 bekannt

Der über den Zangenstromwandler 10 abgegriffene Strom wird über eine stufenweise umschaltbare Bürde 13 dem Verstärker 14 zugeführt. Auch hier wird eine Normierung vorgenommen, beispielsweise entsprechend 8 Vs ■ a=144 A eff bei 50 Hz, wobei der Faktor a die Werte 1,2,3 und 4 beispielsweise durch Umschalten der Bürde annehmen kann. Die Ausgänge 15 und 16 der Verstärker 12 und 14 werden auf den Multiplizierer 18 gegeben, während die Ausgänge 15a und 16 auf den Eingang des Multiplizierers 17 gegeben werden. An den Ausgängen 19 und 20 der Multiplizierer 17 und 18 erhält man so mit den Werten für die normierte Spannung und den normierten Strom der Meßphase:

111 = ΪΙ ■ COS ei/ .

u'_s(^LH)") = Γί · sin oil und i'_s = i ■ (oil — 7)
die Prod u kl werte

/.; · !/»(90 ) = ₁·ΰ·Ί· [sin (2m/ - 7) + sin 7 ]

(17)

Es entsteht so eine der Blind- bzw. Wirkleistung proportionale Gleichspannung, der eine Wechselspannung gleicher Amplitude und doppelter Netzfrequenz überlagert ist In den Verstärkern 21 und 22, die den Ausgängen 19 und 20 der Multiplizierer nachgeschaltet sind, wird der Wechselspannungsanteil herausgeglättet. Der Gleichspannungsanteil wird verstärkt und wiederum normiert Hier entsprechen beispielsweise 10 V_ = a · 100 kVA. Die so der Blind- und Wirkleistung proportionale Gleichspannung kann an den Voltmetern 23 und 24, die an den Ausgängen 25 oder 26 der Verstärker 2ί und 22 liegen, abgelesen werden. Es ist auch möglich, über Steckbuchsen 27 und 28, die an den Voütmetereingängen abgegriffen sind, über Registriergeräte die an den Voltmetern 23, 24 anstehenden Spannungen zu registrieren. Die an den Voltmetern 23, 24 ablesbaren Spannungen entsprechen vorzeichenrichtig den gemessenen Leistungen, d. h. am Voltmeter 23 ist eine der Verbraucherblindleistung Q_v entsprechende Spannung und am Voltmeter 24 ein der Verbraucherwirkleistung Pp entsprechende Spannung abzulesen. Um, wie bereits vorn erwähnt den Leistungsfaktor in der vorgegebenen Weise berücksichtigen zu können, wird die Spannung am Ausgang 26 einem Verstärker 29 zugeführt der über einen schaltbaren, im cos φ Maßstab geeichten Widerstand 30 zurückgekoppelt ist so daß sich am Ausgang 31 dieses Verstärkers eine der vorerwähnten Leistung Qy- entsprechende Spannung einstellt Dem Verstärker 32 wird über einen Schalter 33 eine der Kondensatorleistung Q_c entsprechende Referenzspannung aufgeschaltet Die Eichung der Dekadenwiderstände 34 wird vorzugsweise so vorgenommen, daß die Widerstände jeweils einer Verdoppelung der Kondensatorleistung entsprechen, d. h. Stufe 1 = 5, Stufe 2 = 10, Stufe 2 = 20, Stufe 3=40 KVAR usw. Die der Leistung Q_c entsprechende Spannung am Ausgang 35 wird in einem Summierverstärker 36 zusammen mit dem Ausgang 25 des Verstärkers 21, der der Leistung Q_v entspricht und der Spannung am Ausgang 31, entsprechend Qs, eingeleitet Der Ausgang des Summierverstärkers 36 wird dem Invertierverstärker 37 und dem Verstärker 38 zugeleitet Das Voltmeter 39 mißt den Ausgang des Invertierverstärkers 37 und ist vorzugsweise wiederum im KVAR-Maßstab geeicht Eine Buchse 40 ermöglicht die Registrierung dieses Ausgangs. Der Verstärker 38 hat einen Verstärkungsfaktor >1, so daß die am Voltmeter 41 anliegende Spannung ein Vielfaches des Wertes des Ausschlages des Voltmeters 39 anzeigt (»Spannungslupe«). Auch hier besteht wiederum die Möglichkeit an der Buchse 42 den Ausgang zu registrieren. Die Dekadenwiderstände 34 müssen nun so gewählt werden, daß die am Ausgang 35 anstehende Referenzspannung, die der Kondensatorleistung Qc entsprechen soll, so groß ist, daß die Spannung an den Voltmetern 39 und 41 stets ^0=kapazitive Anzeige ist. Damit ist gewährleistet sofern Kondensa-(18) toren mit der obenerwähnten Kondensatorleistung in

der Anlage installiert werden, daß eine Kompensation auf einen Leistungsfaktor gesichert ist der größer als der vom EVU vorgeschriebene Wert ist Dieser Wert entspricht dem durch den schaltbaren Widerstand 30 eingestellten, d. h. cos φ ist größer als cos q>\.

Um nun simulieren zu könen, ob die bestimmte Kondensatorleistung Q_c nach Installation unter Verwendung eines handelsüblichen Reglers der Kondensatorabzweige — wie vorn erwähnt — zu- und abschaltet, funktionfähig ist, kann der aus Fig.3 ersichtlichen Rechenschaltung — sie ist in F i g. 4 mit einem Kasten dargestellt und mit der Bezugsziffer 43 versehen — eine Simulationsschaltung 44 nachgeschaltet werden — in F i g. 4 ebenfalls schcrnatäsch angedeutet und in F i g. 5 im Prinzip erläutert —, die anstelle der Kompensationsschaltung 32, 33, 34 angeschlossen wird. Hierzu ist ein Eingang 45 und ein Trennschalter 46 in der Schaltungsanordnung nach Fig.3 vorhanden. Die Simulationsschaltung benutzt eine Reihe von Referenzdekaden 47, die über Kontakte 48 bis 52 von einer dem handelsüblichen Regler beispielsweise mittels Relais nachgebauten Schaltanordnung in der bekannten Folge geschlossen werden. Die unterschiedlich gewählten Spannungen der Referenzdekaden 47 werden dann entsprechend der Logik des Reglers über einen Verstärker 53 vom Ausgang 54 auf den Eingang 45 der Rechenschaltung 43 geleitet Anstelle des Trennschalters 46 kann die Verriegelung auch so getroffen sein, daß bei Verwendung der Simulationsschaltung dem Verstärker 32 keine Referenzspannung zugeschaltet wird, & h. alle Schalter 33 der Kompensationsschaltung müssen offen sein. Die Steuergröße für die Betätigungsanordnung der Kontakte 48 bis 52 kommt von einer Logikschaltung 55, die der Schaltlogik des vorgesehenen Blindleistungsreglers entspricht Die Eingangsgröße für diese Logik wird vorzugsweise an der Buchse 40 der Rechenschaltung abgegriffen. An den Voltmetern 39 und 41 läßt sich dann ermitteln, ob die Kondensatorleistungen in der bei dem zu verwendenden Regler üblichen Schaltfolge eine zufriedenstellende Kompensation der Anlage ergeben.
Es ist somit ersichtlich, daß durch das erfindungsge-

-15 mäße Gerät auf einfache Weise in einer bestehenden Anlage der Bedarf an Kondensatorleistung zur Kompensierung der Blindleistung in dem erforderlichen Maße ermittelt werden kann. Es können an Ort und Stelle dem Kunden Vorschläge für die Anzahl der zu

so schaltenden Kondensatorabzweige mit dem vorhandenen Regler gegeben werden, ohne daß hierzu aufwendige Projektierungsarbeit notwendig ist Das Gerät ist im Aufbau relativ raumsparend. Es kann vorteilhafterweise als tragbares Meßgerät aufgebaut werden mit entsprechenden Umschaltvorrichtungen von außen bedienbar, und wie bereits erwähnt mit einem Zangenstrommesser versehen, ist es völlig unabhängig von Aufbauformen und verwendeten Wandlerarten vorhandener Verbraucheranlagen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gerät für die Erfassung und Anzeige von Blindleistung aus Strom- und Spannungs-Meßwerten in einem für eine Blindleistungskompensation vorgesehenen Teil eines elektrischen Netzes, dadurch gekennzeichnet, daß ein Blindleistungsmeßwert mittels einer Spannungs-Kompensationsschaltung (32, 33, 34) kompensierbar und der kompensierte Blindleistungs-Meßwert an Voltmetern (39,41) ablesbar ist

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungs-Kompensationsschaltung über Schalter (33) schaltbare Dekadenwiderstände (34) enthält

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dekadenwiderstände (34) entsprechend aer Stufung der vorzusehenden Kompensationskondensatoren bemessen sind.

4. Gerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Einrichtung zur Erfassung der Wirkleistung (14, 24) und eine nachgeschaltete Rechenschaltung (18) zur Ermittlung der zulässigen Blindleistung unter Vorgabe (30) eines geforderten Leistungsfaktors (cos φ) vorhanden ist

5. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmung der Kompensationsschaltung aufgrund des Nullab- jo gleiches zweier, in den Endzweigen vorgesehener Anzeigen der Voltmeter (39,41) erfolgt.

6. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Gleichspannungsausgänge zum Anschluß sehreibender Geräte zur v, Aufzeichnung der Vergleichsanzeigen vorhanden sind.

7. Gerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Vergleichswerte Blindleistung — Wirkleistung eine an sich bekannte Vektorrechenschaltung (15a, 18) benutzt ist.

8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung {12a) zur Drehung des Spannungsvektors um 90° zur Ermittlung der <r> Blindleistung vorhanden ist.

9. Gerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stromerfassung ein Zangenstromwandler (10) benutzt ist. to

10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zangenstromwandler (10) mit umschaltbarer Bürde Verwendung findet.

11. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Stromerfassung eine Bürdenumschalteinrichtung (13) für den Wandler vorhanden ist.

12. Gerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Kompensationsschaltung eine Schaltungsanordnung zur Simulation einer stufenweise Kondensatoren zu- und abschaltenden Regeleinheit (44) einschaltbar ist.