DE4318502C1 - Verfahren und Schaltung zur Überwachung der Ströme von Leistungskondensatoren zur Blindleistungskompensation - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Schaltung zur Überwachung der Ströme von Leistungskondensatoren zur Blindleistungskompensation.

In Drehstromnetzen ist es üblich, zur Kompensation von Blindströmen Leistungskondensatoren zu verwenden, die ggf. unter der Steuerung eines Blindleistungsreglers an das Drehstromnetz angeschaltet werden. Derartige Leistungskondensatoren sind für einen maximalen Strom ausgelegt, der nicht ohne die Gefahr einer Beschädigung des Kondensators für längere Zeit überschritten werden darf.

Zum Schutz vor Beschädigungen der Kondensatoren ist es aus der Literaturstelle IEEE Trans., Vol. PAS-101, Nr. 6, 6/82 bekannt, jeden einzelnen Kondensator durch eine ihm zugeordnete Sicherung zu schützen, wobei das Ansprechen einer Sicherung durch Feststellung einer Unsymmetrie in den Erdströmen der Kondensatorgruppe des Drehstromnetzes festgestellt wird und entsprechende Schaltmaßnahmen vorgenommen werden.

Es ist weiterhin aus der Literaturstelle IEEE Trans., PD, Vol. 4, Nr. 1, 1/89 bekannt, die einzelnen Schaltvorgänge zum Anschalten der Leistungskondensatoren und zur Überwachung des Betriebszustandes dieser Leistungskondensatoren mit Hilfe einer Mikroprozessor-Steuerung durchzuführen. Auch hierbei erfolgt der Schutz der einzelnen Leistungskondensatoren durch zugeordnete Sicherungen, und es werden konventionelle, in den Leistungs­ zweigen der Leistungskondensatoren angeordnete Meßeinrichtungen zur Messung der Ströme und Spannungen verwendet.

Bei allen diesen bekannten Vorrichtungen und Verfahren werden die Leistungskondensatoren üblicherweise mit Sicherungen für den 1,7fachen Kondensatornennstrom geschützt und die Über­ lastung der Kondensatoren wird erst anhand des Ausfalls der Sicherungen festgestellt.

Die zunehmende Verwendung von halbleitergesteuerten Aggregaten in der Leistungselektronik führt zu mehr oder weniger starken Verformungen der ursprünglich sinusförmigen Wechselspannungen. Die periodisch auftretenden Schaltvorgänge derartiger halbleitergesteuerter Aggregate verursachen in vielen Fällen einen Spannungseinbruch mit hohen du/dt-Werten. Der in den Leistungskondensatoren fließende Strom I=C·du/dt ist neben der konstanten Größe der Kapazität des Kondensators entscheidend von der auftretenden Spannungssteilheit du/dt abhängig. Hohe Spannungssteilheiten können damit eine erhebliche Überlastung der Leistungskondensatoren hervorrufen.

Die Messung solcher durch hohe Spannungssteilheiten hervorgerufener Ströme, die zu einer Überlastung der Leistungskondensatoren führen, ist schwierig, und es wurde versucht, durch eine Analyse von Oberschwingungen oder mit Hilfe mathematischer Analysen Aufschluß über die tatsächliche Strombelastung des Kondensators zu erlangen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Schaltung zur Überwachung der Ströme von Leistungskondensatoren zu schaffen, das bzw. die eine einfache und zuverlässige Überwachung der tatsächlich fließenden Ströme ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 bzw. Anspruch 3 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verfahrens bzw. der Vorrichtung ergibt sich eine sehr einfache Möglichkeit der Überwachung der Ströme der Leistungskondensatoren, da der durch den wesentlich kleineren Meßkondensator fließende Strom ein getreues Abbild der in die Leistungskondensatoren fließenden Ströme ist. Diese Schaltung kann damit mit einer hohen Grenzfrequenz aufgebaut werden, so daß die tatsächliche Strombelastung der Leistungskondensatoren selbst bei hohen Spannungssteilheiten zuverlässig ermittelt wird.

Weiterhin ist es möglich, bereits bei kleineren, exakt festleg­ baren Überlastungszuständen entsprechende Abschaltmaßnahmen einzuleiten, so daß sich ein verbesserter Schutz der Leistungs­ kondensatoren ergibt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild einer Ausführungsform einer Schaltung zur Überwachung der Ströme von Leistungskondensatoren,

Fig. 2 eine abgeänderte Ausführungsform der Schaltung nach Fig. 1.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform der Schaltung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Ein Spannungstransformator 1 ist mit seiner Primärseite an zwei Phasen L2/L3 eines Drehstromnetzes angeschlossen und weist eine mittelangezapfte Sekundärwicklung auf, deren Mittelanschluß mit Masse verbunden ist. Ein Anschluß der Sekundärwicklung ist mit einer Reihenschaltung aus einem Meßkondensator C1, einem Meßwiderstand R1 und einer Diode D2 mit Masse verbunden. Parallel zu der Reihenschaltung aus dem Meßwiderstand R1 und der Diode D2 ist eine entgegengesetzt gepolte Diode D1 angeschaltet, die eine Polarität der an dem Meßwiderstand R1 abfallenden Spannung begrenzt, so daß lediglich die negativen Halbwellen des durch den Kondensator C1 fließenden Meßstromes einen Spannungsabfall erzeugen, der über einen Widerstand R2 einer Auswerteschaltung mit einem ersten Operationsverstärker V1 und einem Vergleicher mit einem zweiten Operationsverstärker V2 zugeführt wird. Der erste Operationsverstärker V1 ist mit einem Gegenkopplungszweig beschaltet, der aus einem Widerstand R6 und einer zu diesem parallel geschalteten Reihenschaltung aus zwei mit entgegengesetzter Polarität in Reihe geschalteten Elektolyt- Kondensatoren C2, C3 besteht. Dieser Gegenkopplungszweig bewirkt eine Glättung und Mittelwertbildung des Meßsignals.

Das Ausgangssignal des ersten Operationsverstärkers V1 wird dem Vergleicher V2 zugeführt, der über einen einstellbaren Widerstand R4 auf einen vorgegebenen Sollwert eingestellt ist. Bei Überschreiten dieses Sollwertes wird über eine Zeitverzögerungsstufe 4, deren Zeitverzögerung mit Hilfe eines Einstellwiderstandes R5 einstellbar ist, ein Abschaltsignal an ein Relais 5 geliefert, das die Verbindung des oder der nicht dargestellten Leistungskondensatoren mit dem Drehstromnetz unterbricht.

Der Vergleicher V2 und die Zeitverzögerungsstufe 4, die auch durch einen Integrator gebildet sein kann, können Teil einer nicht dargestellten Mikroprozessorschaltung sein.

Mit dem Ausgang des Vergleichers V2 kann weiterhin eine Leuchtdiode verbunden sein, die über einen Vorwiderstand mit einer positiven Spannungsquelle aus einem Stabilisator 6 verbunden ist, der ebenso wie ein weiterer Spannungsstabilisator 7 mit negativer Polarität zur Speisung von Blindleistungsreglern dienen kann. Die beiden Spannungsstabilisatoren 6, 7 werden von der Sekundärwicklung des Spannungstransformators 1 über einen Brückengleichrichter 2 gespeist.

In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform der Schaltung gezeigt, die sich von der Ausführungsform lediglich durch eine andere Ausgestaltung des Eingangsteils der Auswerteschaltung mit dem Operationsverstärker V1 sowie der Meßschaltung aus dem Meßkondensator C1 und dem Meßwiderstand R1 unterscheidet. In diesem Fall ist die Reihenschaltung aus dem Meßkondensator C1 und dem Meßwiderstand R1 direkt mit Masse bzw. Bezugspotential verbunden und das längs des Meßwiderstandes R1 abfallende Signal wird über zwei Eingangswiderstände R7, R8 den beiden Eingängen des ersten Operationsverstärkers V1 zugeführt. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers V1 ist mit dem invertierenden Eingang eines weiteren Operationsverstärkers V3 direkt und mit dessen Ausgang über eine Diode D3 verbunden, die vorzugsweise eine Schottky-Diode ist. Der nicht invertierende Eingang des weiteren Operationsverstärkers V3 ist mit Masse bzw. Bezugspotential verbunden. Dieser Eingangsteil der Auswerteschaltung mit den Operationsverstärkern V1 und V3 bewirkt eine Vollwellen-Gleichrichtung des an dem Meßwiderstand R1 abfallenden Signals, wobei der Gegenkopplungszweig des Operationsverstärkers V1 in der anhand der Fig. 1 erläuterten Weise wiederum eine Glättung und Mittelwertbildung bewirkt.

Im übrigen entspricht diese Ausführungsform der Schaltung der Schaltung nach Fig. 1.

Claims (9)

1. Verfahren zur Überwachung der Ströme von Leistungskondensatoren zur Kompensation von Blindströmen in Drehstromnetzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung eines mit dem Drehstromnetz verbundenen Spannungstransformators mit der Reihenschaltung eines Meßkondensators und eines Meßwiderstandes verbunden ist, daß der Spannungsabfall längs des Meßwiderstandes einer Auswerteschaltung mit einem Vergleicher zugeführt wird, in dem der Spannungsabfall mit einem Sollwert verglichen wird, und daß bei Überschreiten eines vorgegebenen Schwellenwertes ein Warn- und/oder Abschaltsignal erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Vergleichers einer Verzögerungsschaltung zugeführt wird, die nach einer einstellbaren Zeit das Warn- und/oder Abschaltsignal liefert.

3. Schaltung zur Überwachung der Ströme von Leistungskondensatoren zur Blindleistungskompensation in Drehstromnetzen, dadurch gekennzeichnet, daß an die Sekundärwicklung eines mit dem Drehstromnetz verbundenen Spannungstransformators (1) eine Reihenschaltung aus einem Meßkondensator (C1) und einem Meßwiderstand (R1) angeschaltet ist, daß der durch den Kondensator (C1) fließende Strom einen Spannungsabfall in dem Meßwiderstand (R1) hervorruft, der einer Auswerteschaltung (V1; V2; V1; V2, V3) zugeführt wird, die einen Vergleicher (V2) einschließt, der ein Sollwertsignal (R3, R4) empfängt und bei Überschreiten des Sollwertsignals ein Warn- und/oder Abschaltsignal liefert.

4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenschaltung aus dem Meßkondensator (C1) und dem Meßwiderstand (R1) weiterhin eine mit einer ersten Polarität gepolte Diode (D2) einschließt, daß eine zweite Diode (D1) längs der Serienschaltung aus dem Meßwiderstand (R1) und der ersten Diode (D2) mit entgegengesetzter Polarität zu dieser parallel geschaltet ist, und daß das längs der Reihenschaltung aus dem Meßwiderstand und der ersten Diode (D2) abfallende Signal einem Eingang eines Operationsverstärker (V1) zugeführt wird, der ein Meßsignal liefert, das in einem Vergleicher (V2) mit dem Sollwertsignal verglichen wird.

5. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung einen Vollwellengleichrichter mit einem ersten und einem zweiten Operationsverstärker (V1; V3) einschließt, daß das Signal längs des Meßwiderstandes den beiden Eingängen des ersten Operationsverstärkers über jeweilige Eingangswiderstände (R7, R8) zugeführt wird, daß der nichtinvertierende Eingang des ersten Operationsverstärkers (V1) mit dem invertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers (V3) direkt und mit dessen Ausgang über eine Diode (D3) verbunden ist, daß der nichtinvertierende Eingang des zweiten Operationsverstärkers (V3) mit Bezugspotential verbunden ist, und daß das Ausgangssignal des ersten Operationsverstärkers (V1) dem Eingang des Vergleichers (V2) zugeführt wird.

6. Schaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Vergleicher (V2) eine Zeitverzögerungsschaltung (4) nachgeschaltet ist, die nach einer Einstellzeit das Alarm und/oder Abschaltsignal liefert.

7. Schaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Vergleichers (V2) in einem Integrator über eine vorgegebene Zeitperiode integriert wird.

8. Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleicher (V2) und/oder der Integrator einen Teil einer Mikroprozessorschaltung bilden.

9. Schaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Operationsverstärker (V1) einen Gegenkopplungszweig aufweist, in dem zwei mit entgegengesetzter Polarität gepolte Kondensatoren (C2, C3) in Reihe geschaltet sind, und die Reihenschaltung parallel mit einem Widerstand (R6) beschaltet ist.