DE4008298C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Bestimmung des Oberschwingungsgehaltes in elektrischen Netzen mit einer auf die Netzgrundschwingung abgestimmten Bandsperre, der das zu untersuchende Netzspannungssignal zugeführt wird und mit einer der Bandsperre nachgeordneten Auswerteeinheit.

Zur Erfüllung hinreichender Bedingungen für die Betriebssicherheit der angeschlossenen Verbraucher, beispielsweise EDV-Anlagen, müssen elektrische Netze hinsichtlich ihres Oberschwingungsgehaltes bestimmte Mindestvoraussetzungen einhalten. So schreibt die DIN-Norm VDE 0160 vor, daß zum einen der Grundschwingungsgehalt mindestens 99,5% beträgt und zum anderen für jede einzelne Oberschwingung bestimmte Grenzwerte nicht überschritten werden dürfen. Die maximal zulässigen Grenzwerte liegen dabei je nach Ordnung der Oberwelle zwischen 1 und 10%, bezogen auf den Betrag der Netzwechselspannung.

Die vorliegende Erfindung entstammt dem Bedürfnis, im Falle des Auftretens von Störungen bei den angeschlossenen Verbrauchern Fehler im Versorgungsnetz zu diagnostizieren, die ihre Ursache in unzulässigen Oberschwingungen haben.

Für die Bestimmung des Oberschwingungsgehaltes von elektrischen Netzen sind verschiedene Meßmethoden bereits bekannt:

So sieht ein Meßverfahren vor, auf dem Wege der Klirrfaktoranalyse die Anteile der einzelnen Oberschwingungen zu bestimmen. Hierzu wird ein abstimmbares Filter, also ein Bandpaß, der nur für die jeweilige Filtermittenfrequenz durchlässig ist, durchgestimmt und die einzelnen für die jeweiligen Mittenfrequenzen ermittelten Meßwerte erfaßt und ausgewertet. Diese Methode hat den Nachteil, daß eine Vielzahl von Meßwerten erfaßt werden muß und somit eine lange Meßdauer die Folge ist.

Ein anderes Verfahren ist die Auswertung der Oberschwingungserscheinungen mittels eines Speicheroszilloskops. Hierbei wird im Falle eines durch Oberschwingungen bedingten Ereignisses der zeitliche Ablauf der Netzspannung aufgezeichnet und beispielsweise photografisch erfaßt. Der Nachteil bei dieser Methode besteht darin, daß es für die Ingangsetzung der Messung mittels des Speicheroszilloskopes bekannt sein muß, wann ein durch die Oberschwingung bedingtes Ereignis eintritt. Nachteilig wirken sich zudem die vergleichsweise hohen Kosten für Oszilloskope aus.

Aus der DE-OS 21 43 202 ist eine gattungsgemäße Anordnung zur Bestimmung des Oberschwingungsgehaltes eines Starkstromnetzes bekannt, welches als Meßsignaleingangsgröße ein über einen Stromwandler abgeleitetes Stromsignal erhält. Die von der Bandsperre ausgegebenen Oberschwingungen werden in einem Summierwerk addiert und als Absolutwert am Ausgang der Auswerteeinheit dargestellt. Darüber hinaus gestattet diese Schaltung den Vergleich des Ausgangssignals mit einem festen Bezugsspannungswert, der über eine Zenerdiode gewonnen wird. Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß sich bei einer Veränderung der Last (Verbraucher) der Meßwert ändert, auch wenn der Oberschwingungsgehalt unverändert bleibt. Darüber hinaus muß der Bezugsspannungswert bei veränderten Netz-Spannungsbedingungen nachkalibriert werden.

Aus der EP-A 1 86 936 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, die sich mit der Auswertung von Verzerrungen bei Audio-Komponenten beschäftigt, insbesondere mit der Frage, wie ein Zusammenhang von objektiv meßbaren Größen (harmonische Schwingungsanteile) und der subjektiven menschlichen Gehörempfindung hergestellt werden kann. Hierzu weist die Schaltung eine Meßwertanzeige auf, deren Signal davon abhängt, wie die Gewichtung der einzelnen Oberschwingungsanteile entsprechend dem subjektiven Gehörempfinden vorgenommen wurde.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung für die Erfassung von Oberschwingungen in elektrischen Netzen zu schaffen, welche eine kurze Meßdauer ermöglicht und auch von ungeschulten Bedienungspersonen bedient werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Auswerteeinheit eine Vergleicherschaltung enthält, der sowohl das Ausgangssignal der Bandsperre als auch das ungefilterte Netzspannungssignal zugeführt werden, wobei die Vergleicherschaltung den Betrag des Ausgangssignals der Bandsperre ins Verhältnis setzt zum Betrag der ungefilterten Netzspannung.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, durch Ausfilterung der Grundschwingungen aus der Netzwechselspannung den Betrag des gesamten Oberschwingungsgehaltes zu bestimmen und diesen ins Verhältnis zu setzen mit dem Betrag der Netzwechselspannung. Dies wird durch die Realisierung des Diagnosegerätes mit vergleichsweise geringem elektronischen Aufwand ermöglicht. Die Meßdauer dieser Einrichtung ist nur durch die Filterlaufzeit begrenzt und ermöglicht praktisch sofort eine Aussage darüber, ob Oberschwingungen vorliegen oder nicht. Eine Durchstimmung des Filters wie beim Stand der Technik entfällt. Der besondere Vorteil dieser Einrichtung besteht darin, daß für die Bedienung keine Spezialkenntnisse erforderlich sind. Vielmehr kann die Bedienungsperson durch einfaches Anschalten des Gerätes diagnostizieren, ob und in welchem Maße Oberschwingungen vorhanden sind. Somit erhält sie schnell eine Information, ob der beobachtete Fehler seine Ursache in dem Auftreten von Oberschwingungen haben könnte. Stellt sie dies fest, so können aufwendigere Meßmethoden herangezogen werden, um die genaue Störungsursache zu bestimmen. Durch dieses Vorgehen ist eine wesentlich gezieltere Fehlerdiagnose möglich.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich dadurch, daß zwischen Bandsperre und Vergleicherstufe eine Verstärkungsschaltung angeordnet ist. Hierdurch lassen sich auch geringe prozentuale Oberschwingungsanteile meßtechnisch sicher erfassen.

Dadurch, daß die Auswerteeinheit mehrere parallel geschaltete Auswertekreise mit unterschiedlichen Ansprechempfindlichkeiten enthält, wobei die Schwellwerte für die Ansprechempfindlichkeiten derart aufeinander abstimmbar sind, daß der Oberschwingungsgehalt stufenweise anzeigbar ist, ergibt sich ein besonders praxisnaher Einsatz. Der Meßwert für den Oberschwingungsgehalt kann hierdurch in bestimmte Stufen einklassiert werden, wodurch die Bedienungsperson leicht eine Aussage treffen kann, ob sich der Oberschwingungsgehalt innerhalb zulässiger Grenzwerte bewegt oder nicht.

Wenn die Stufen so gewählt sind, daß sie die Werte 1%, 3%, 5%, 10% bezogen auf die Netzwechselspannung einnehmen, läßt sich ein einfacher Bezug des Summensignals der Oberschwingungen zu den durch die VDE-Norm 0160 festgelegten Grenzwerten ermöglichen.

Eine weitere Verbesserung der Praktikabilität ergibt sich dadurch, daß die Auswerteeinheit nicht-flüchtige Speicherelemente für die Abspeicherung des jeweiligen gemessenen Oberschwingungsgehaltes enthält. Hierdurch wird der Meßwert auch beim Ausfall der Netzspannung abgespeichert und geht nicht verloren.

Eine besonders einfache Ausführung der Einrichtung besteht darin, daß der Auswerteeinheit eine Anzeigeeinheit nachgeordnet ist, die vorzugsweise aus einer Leuchtdiodenzeile besteht, wobei bis zum maximalen Meßwert die Leuchtdioden brennen. Hierdurch kann die Bedienungsperson sofort sehen, in welchem Bereich (1%, 3%, 5%, 10%) der gemessene Oberschwingungsgehalt liegt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Blockschaltbildes näher erläutert.

Die erfindungsgemäße Einrichtung enthält als Eingangssignal die von einem Wechselstromnetz, beispielsweise einem 50-Hz- Netz, abgegriffene Netzwechselspannung U_N. Diese Netzwechselspannung wird einerseits einer Bandsperre 1 und andererseits einem Vergleicher 3 zugeführt. Das Ausgangssignal der Bandsperre, deren Bandmittelfrequenz der Grundfrequenz des Netzes entspricht, z. B. 50 Hz, wird auf den Eingang eines Verstärkers 2 gegeben, dessen Ausgang ebenfalls mit dem Eingang des Vergleichers 3 verbunden ist. Der Vergleicher 3 enthält vier parallel geschaltete Auswertekreise 4a, 4b, 4c, 4d, deren Ansprechempfindlichkeiten über unterschiedliche Schwellwerte jeweils einstellbar ist. Am Ausgang eines jeden Auswertekreises 4a, 4b, 4c, 4d befindet sich jeweils eine Leuchtdiode 5a, 5b, 5c, 5d. Die Schwellwerte für die Ansprechempfindlichkeiten sind dabei so aufeinander abgestimmt, daß eine gestufte Anzeige des Meßwertes ermöglicht wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind vier Bereiche vorgesehen, deren Bereichsgrenzen so angeordnet sind, daß im Falle eines von null verschiedenen Oberschwingungsgehaltes jeweils bis zum maximalen Wert die Leuchtdioden brennen.

Mittels der vorbeschriebenen Einrichtung wird das vom Netz abgegriffene Meßsignal mittels der Bandsperre 1 so analysiert, daß der gesamte Signalanteil weiter verarbeitet wird, welcher nicht allein durch die Grundwelle des Netzes geliefert wird. Dadurch, daß das von der Bandsperre 1 ausgegebene Signal, welches über einen gewöhnlichen Analogverstärker entsprechend den geforderten Signalpegeln verstärkt wurde, mit dem ungefilterten Netzspannungssignal verglichen wird, läßt sich ein betragsmäßiger prozentualer Faktor angeben, welcher eine direkte quantitative Aussage über den Oberwellengehalt ermöglicht. Dadurch, daß die Skalierung am Ausgang des Meßgerätes prozentual bezogen auf die Netzwechselspannung erfolgt, kann die Bedienungsperson sofort erkennen, ob der Oberschwingungsgehalt des überprüften Netzes im durch die Norm vorgeschriebenen Bereich liegt oder diesen unzulässigerweise überschreitet.

Die Ankopplung des Gerätes an das zu überwachende Netz erfolgt in einfacher Weise, beispielsweise über einen Schutzkontakt-Stecker, so daß sich ein universeller Einsatzbereich, beispielsweise im Haushaltsbereich, ergibt.

Falls die erfindungsgemäße Einrichtung zur Untersuchung des Oberschwingungsgehaltes in elektrischen Netzen eingesetzt werden soll, welche Schaltanlagen oder Hochspannungsnetze beinhalten, erfolgt die Ankopplung des Gerätes über einen Spannungswandler, der sekundärseitig eine Schutzkontakt-Steckdose für die erfindungsgemäße Prüfungseinrichtung aufweist und primärseitig an die jeweilige Netzspannung angepaßt ist. Über die Steckdose kann dann die erfindungsgemäße Einrichtung das Meßsignal, wie beschrieben, erfassen und auch seinen Energiebedarf abdecken. Der Einsatzbereich, wie er vorstehend beschrieben wurde, liegt vorzugsweise bei Kraftwerken und Industriebetrieben.

Claims (8)

1. Einrichtung zur Bestimmung des Oberschwingungsgehaltes in elektrischen Netzen mit einer auf die Netzgrundschwingung abgestimmten Bandsperre (1), der das zu untersuchende Netzspannungssignal (U_N) zugeführt wird und mit einer der Bandsperre (1) nachgeordneten Auswerteeinheit (3, 4) dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (3, 4) eine Vergleicherschaltung (3) enthält, der sowohl das Ausgangssignal der Bandsperre (1) als auch das ungefilterte Netzspannungssignal (U_N) zugeführt werden, wobei die Vergleicherschaltung (3) den Betrag des Ausgangssignals der Bandsperre (1) ins Verhältnis setzt zum Betrag der ungefilterten Netzspannung.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleicherschaltung (3) mehrere parallele Anzeigeeinheiten (5) mit unterschiedlichen Ansprechempfindlichkeiten zugeordnet sind, wobei die Ansprechempfindlichkeiten in unterschiedliche Werte abgestuft sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte für die Ansprechempfindlichkeiten, jeweils bezogen auf den Betrag der Netzwechselspannung (U_N), 1%, 3%, 5%, 10% betragen.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit nicht-flüchtige Speicherelemente zum Abspeichern des jeweiligen maximalen Meßwertes für den Oberschwingungsgehalt enthält.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswerteeinheit eine Anzeigeeinheit (5) für den gemessenen Oberschwingungsgehalt nachgeordnet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinheit aus einer Leuchtdiodenkette (5) besteht.

7. Einrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ankopplung der Einrichtung an das zu prüfende elektrische Netz ein Schutzkontakt-Stecker vorgesehen ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Schutzkontakt-Stecker und Netz ein Spannungswandler geschaltet ist, der sekundärseitig eine Schutzkontakt-Steckdose aufweist.