DE2902363A1

DE2902363A1 - Selbstueberwachter messverstaerker fuer eine kapazitive spannungsmessung

Info

Publication number: DE2902363A1
Application number: DE19792902363
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Ruf
Original assignee: Ritz Messwandler GmbH and Co KG
Current assignee: Ritz Messwandler GmbH and Co KG
Priority date: 1979-01-22
Filing date: 1979-01-22
Publication date: 1980-12-04
Also published as: DE2902363C2

Description

Selbstüberwachter Meßverstärker für eine
kapazitive Spannungsmessung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verstärkeranlage für eine Spannungsmeßeinrichtung für Hochspannungen mit einem kapazi tiven Spannungsteiler.
Es ist bekannt, die in Energieversorgungsnetzen gebräuchlichen hohen Spannungen mit Hilfe eines kapazitiven Spannungsteilers auf mit elektronischen Bauteilen verarbeitbare Größenordnungen herunterzuteilen und einem Verstärker zuzuführen, der einerseits die Anpassung an den kapazitiven Teiler und die Kabelkapazität gestattet und andererseits die Bereitstellung der für Schutz- und Verrechnungs zwecke benötigten. Aus gangsleis tung gewährleistet.
Eine derartige Anordnung hat den Nachteil, daß die von den Energieversotungsunternehmen geforderte hohe Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit wegen der Au sfallwahr scheinlichkeit elektronischer Bauteile nicht in genügendem Maße gewährleistet werden kann.
Es ist ferner bekannt, die Verstärkereinrichtung durch redundante Ausführung einzelner Baugruppen oder der gesamten Anordnung und einen Vergleich der Ausgangsgrößen der redundanten Systeme zuverlässiger zu gestalten.
Nachteilig ist hierbei, daß der Vergleich der Ausgangsgrößen der redundanten Einrichtungen bei Spannungsungleichheit keine zuverlässige Aussage getroffen werden kann, welcher der ungleichen Spannungswerte der meßtechnisch richtige ist, sondern daß mit Wahrscheinlichkeitskriterien gearbeitet werden muß. Ferner bedingt die redundante Ausführung mindestens die doppelte Anzahl der benötigten Baugruppen und stellt damit einen erheblichen Kostenfaktor dar.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Verstärkeranordnung für eine Spannungsmessung mit einem kapazitiven Spannungsteiler zu schaffen, welche die Nachteile des Bekannten nicht aufweist. Insbesondere soll eine hohe Zuverlässigkeit der Anordnung trotz der gegebenen Ausfallwahrscheinlichkeit elektronischer Bauelemente gewährleistet sein und im Falle von Fehlverhalten eine eindeutige Aussage über Ursache und Art der Fehlfunktion gemacht werden können. Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß die Ein- und Ausgangsgrößen der Verstärkeranordnung mit den Eingängen eines Vergleichers verbunden sind, dessen Ausgangssignal eine eindeutige Information über die Funktion der Verstärkeranordnung enthält und Entscheidungsgröße für eine logische Einrichtung ist, die eine Defekterkennung enthält und mit einer Umschalteinrichtung für mindestens ein Reservesystem verbunden ist.
Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, daß durch einen Vergleich zwischen Ein- und Ausgangsgröße der Verstärkeranordnung im Gegensatz zur redundanten Anordnung eine eindeutige Aussage über die richtige Funktion gemacht werden kann. Zudem werden bei einer üblichen dreiphasigen Anordnung mit e-n-Ausgang bei redundanter Ausführung mindestens acht Verstärker benötigt, während die erfindungsgemäße Anordnung bei gleicher Verfügbarkeit mit nur einem Reservesystem, d.h. mit insgesamt fünf Verstärkern einen deutlich geringeren Aufwand verbunden mit ebenfalls geringerer Verlustleistung darstellt, wohingegen eine Erhöhung der Anzahl der Reservesysteme bei der erfindungsgemäßen Anordnung eine wesentliche Steigerung der Zuverlässigkeit bewirkt.
Ferner kann durch den Einsatz technischer Intelligenz der geforderte Grad der Zuverlässigkeit noch verbessert werden, wobei durch entsprechende Zusatzeinrichtungen der Betriebszustand der Verstärkeranordnung nicht nur überwacht, sondern auch analysiert werden kann.
Die Erfindung ist im folgenden anhand der Darstellung Fig. 1 näher erläutert.
Es bedeuten: 1 Kapazitive Teiler 2, 3> 4 Verstärkungsanordnung für die Phasenspannungen 5 Verstärkungsanordnung für die Erdschlußerfassung 6 Reserve-Verstärkungsanordnung 7 Vorstufe 8 Potentialtrennung 9 Leistungsstufe 10 Ausgänge für Zählung und Schutzeinrichtungen 11 Steuerung Schaltnetzteil 12 Überwachung Stationsbatterie und Versorgungsspannungen 13 Komparator 14 Temperaturerfassung 15 Übersteuerungserkennung und Verstärkeranpassung 16 Überlasterkennung 17 Reserve-Umschaltung 18 Prüfroutine 19 Str om eingänge 20 Netzzustandsberechnungen 21 Ausgang Zähler/Relais 22 Alarm-Ausgang 23 Mikrokomputer 24 Puffer 25 Stationsbatterie 26 Schaltnetzteil 27 Versorgungsspannungen 28 Phasenleiter 29 Bewertungseinrichtung In Fig. 1 ist eine Anordnung für ein dreiphasiges Netz dargestellt, wobei für jede Phase eine identische Anordnung (2, 3, 4) bestehend aus kapazitivem Teiler 1, Vorverstärker 7 zur Anpassung an den Teiler und die Zuleitungskapazität, einer Potentialtrennungsemrichtung 8 sowie einer Leistungsendstufe 9 besteht. Eine weitere, ebenfalls identische Anordnung 5 gestattet die Ermittlung der geometrischen Summe der Phasenspannungen zur Erfassung von Erdschlüssen. Ferner ist mindestens ein weiteres identisches System 6 vorgesehen, das mittels einer Schaltanordnung 17 jede der Anordnungen 2,3,4,5 ersetzen kann.
Die Vorverstärker 7 sind in ihrer Verstärkung änderbar, um z. B.
Änderungen des Teilerverhältnisses der kapazitiven Teiler 1 ausgleichen zu können. Im betriebsmäßigen Frequenzbereich besitzen sie einen hohen, bei Gleichspannungen einen niedrigen Eingangswiderstand.
Der Leistungsverstärker 9 kann für große Ausgangsleistungen zweckmäßig als Schaltverstärker ausgeführt werden.
Ein Komparator 13 vergleicht die einer Bewertungsschaltung 29 zur Her stellung der Vergleichbarkeit zugeführten Ein- und Ausgangsgrößen der vier Verstärkungsanordnungen und wandelt sie in eine dem Mikrokomputer 23 verständliche Information um. Der Vergleich wird in analoger Form mit Hilfe eines Differenzverstärkers hoher Verstärkung, beispielsweise eines Operationsverstärkers vorgenommen. Bei Betreuung des Mikrokomputers 23 mit Berechnungsaufgaben werden Ein- und Ausgangsspannungen zweckmäßigerweise digitalisiert und der Vergleich durch den Mikrokomputer 23 durchgeführt.
Als weitere für den Betriebszustand wichtige Information erhält der Mikrokomputer 23 Aussagen über die Höhe der Eingangsspannung 15, die Belastung der Ausgangsspannung 16, den Zustand der Stationsbatterie 25 und der in einem Schaltnetzteil 26 erzeugten Versorgungsspannungen 27 zur Überwachung des Betriebszustandes der Verstärkeranordnung, sowie in einer vorteilhaften Ausgestaltung über die Temperatur (14) des kapazitiven Teilers 1 zum Zwecke der Temperaturgangkompensafion und über die in den Phasenleitern fließenden Ströme 19, so daß dann auch Berechnungen über den Netz zustand getroffen werden können, die es gestatten, Signale für Schutz-, Zähl- und Überwachungszwecke abzugeben.
Der Mikrokomputer überwacht sich über eine Prüfroutine 18 selbst.

Claims

Patentansprüche Anspruch 1: } Verstärkeranlage für eine Spannungsmeßeinrichtung für Hochspannungen mit einem zwischen der Hochspannung und Erde liegenden kapazitiven Spannungsteiler aus Ober- und Unterspannungskondensator, die eingangsseitig an den Unterspamlungskondensator angeschlossen ist und deren Ausgang und Versorgungsanschluß vom Eingang sowie gegeneinander galvanisch getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannungsvergleichseinrichtung für den Vergleich der Eingangsgröße der Verstärkeranlage mit der Ausgangsgröße enthalten ist.

Anspruch 2: Verstärkeranlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsvergleichs einrichtung 13 aus einem Differenzverstärker, beispielsweise einem Operationsverstärker, besteht.

Anspruch 3: Verstärkeranlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet daß am Eingang ein Analog/Digitalwandler zur Digitalisierung der Eingangsgröße sowie am Ausgang ein Digital/Analogwandler angeordnet ist und daß die Spannungsvergleichseinrichtung 13 Teil eines Mikrokomputers 23 ist.

Anspruch 4: Verstärkeranlage nach Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung zur Überprüfung und Übersteuerung 15 des Eingangs und/oder eine Einrichtung zur Überprüfung des Ausgangs auf Überlastung und/oder eine Einrichtung zur Überwachung von Stationsbatterie 25 und Puffer 24 enthält.

Anspruch 5: Verstärkeranlage nach Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Anordnung zur Erfassung der Temperatur 14 des kapazitiven Teilers enthält.

Anspruch 6: Verstärkeranordnung nach Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsverstärker 9 ein geschalteter Verstärker ist.

Anspruch 7: Verstärkeranordnung nach Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß pro dreiphasiger Anordnung mindestens eine Reserve - Verstärkereinheit vorhanden ist, die jede etwa defekt gewordene Einheit ersetzen kann.

Anspruch 8: Verstärkeranlage nach Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangsverstärker 7 für Gleichspannungen einen niedrigen, für den frequenzmäßigen Arbeitsbereich jedoch einen sehr hohen Eingangswiderstand besitzt.

Anspruch 9: Verstärkeranlage nach Ansprüchen 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß zur Verarbeitung der Überwachungssignale und zur Steuerung ein Mikrok omputer 23 vorhanden ist.

Anspruch 10: Verstärkeranlage nach Ansprüchen 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzliche Eingänge 19 für die digitalisierten Ströme der Netzleiter 28 enthält.

Anspruch 11: Verstärkeranlage nach Ansprüchen 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrokomputer 23 ein Pro-- gramm zur Berechnung des Netzzustandes sowie Ausgangskanäle 21 zur netzzustandsabhängigen Ansteuerung von Peripheriegeräten besitzt.

Anspruch 12j Verstärkeranlage nach- An sprüchen 1 bis 9- dadurch gekennzeichnet, daß Ausgänge 22 zur Information über den Betriebszustand der Versärkeranlage vorhanden sind.