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Oberwellenmeßgerät für Netz oberwellenmessungen
Die Erfindung bezieht
sich auf ein Oberwellenmeßgerät für Netzoberwel,lenmessangen.
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Zur Überwachung des Oberwellengehaltes der Spannungen und Ströme
elektrischer Netze werden Meßanordnungen verwendet, welche die Oberwellen aussiehen
und deren Größe durch ein anzeigendes oder schreibendes Gerät messen. Man verwendet
im einfachsten Falle zum Aussieben Schwingkreise, die auf die einzelnen Oberwellen
abgestimmt sind und mißt die Spannungen am Schwingkreis. Das Verfahren hat den Nachteil,
flaß bei Frequenzschwankungen des Netzes die Resonanzlzge des Schwingkreises nicht
mehr der Meßfrequenz entspricht. Der dadurch hervorgerufene Fehler wird um so größer,
je selektiver man die Schwingkreise zur notwendigen Unterdrückung der Nachbaroberwellen
macht.
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Des weiteren sind auch kombinierte Anordnungen von Reibend und Parallelschwingkreisen
mit einer für die Frequenzunabhängigkeit der Anzeige günstigen Bandfiltercharakteristik
bekannt. Gemäß den Begriffen der Vierpoltheorie stellen diese ein Halbglied eines
abgestimmten Doppelsiehes dar.
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Die entsprechende nur einwertige D ämpfungskurve ist bei der für Frequenzschwankungen
notwendigen absoluten Bandbreite theoretisch und praktisch
genau
festgelegt. Sie ereicht z. B. erst bei einem Abstand von der I. zur 5. Harmonischen
den Wert von 1 : 200, d. h., 0,5 o,5°/o Grundwellenamplitude treten noch im Kanal
der fünften Oberwelle auf.
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Soll fernerhin ein solches Filter auf verschiedene Oberwellen umgeschaltet
werden, so müssen außer den Kondensatoren auch die Spulen umgeschaltet werden, wenn
die Vorteile der Bandfiltercharakteristik erhalten bleiben sollen. Praktisch ist
aber eine dafür notwendige umschaltbare Induktivität bei konstanter Güte so schwer
herstellbar, daß man in den bisherigen Ausführungen auf die an sich wirtschaftlichere
Umschaltbarkeit verzichtet und für jede Oberwelle ein völlig neues Filter bereitstellt.
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Außerdem ist bei einem Filter der für Oberwellenmessungen notwendigen
geringen absoluten Bandbreite zlf f nach Art des abgestimmten Doppel- -siebes, das
Verhältnis der Induktivitäten im Reihen- und Parallelschwingkreis und damit die
erzielbare Kreisgüte prinzipiell sehr ungünstig, so daß eine große Dämpfung im Durchlaßbereich
unvermeidlich ist.
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Es ist ferner bekannt, bei abgestimmten Doppelsieben durch Veränderung
der Kondensatoren auf eine andere Oberwelle umzuschalten. Hierbei ergibt sich jedoch
der nachteilige Tatbestand, daß bei dieser Umschaltung der Eingangswiderstand (Wellenwiderstand)
des Doppelsiebes geändert wird. Diese Anderung muß durch eine Umschaltung des Spulensatzes,
der vorzugsweise aus Sparübertragern besteht, wieder ausgeglichen werden. Es ist
nun im Bereich der technischen Frequenzen ein äußerst aufwendiges Unterfangen, mit
Spulensätzen und nicht konstanten Spulen zu arbeiten. Insbesondere würde die Meßgenauigkeit
bei der Verwendung von Spulenanzapfungen reduziert werden, da eine für die Oberwellenmessung
genügend genaue Ausbildung der Spulensätze kaum erreichbar ist. Insbesondere wenn
eine große Anzahl von Oberwellen untersucht werden soll, ist es sehr nachteilig,
wenn eine Umscbaltuhg der Spulen erfolgen muß, um den Eingangswiderstand der Anordnung
konstant zu halten. Ein weiterer prinzipieller Nachteil dieser bekannten Schaltungen
besteht darin, daß bei ihnen die relative Lochbreite df konstant bleibt, so daß
also die absolute f Lochbreite dz Jf mit steigender Frequenz größer wird. Beim Fortschreiten
um eine Oktave vergrößert sich also die absolute Lochbreite um das Doppelte. Aus
diesem Grunde haben sich die genannten Schaltungen nicht bei Oberwvellenmeßgeräten
durchsetzen können, bei denen es sehr wichtig ist. daß die absolute Lochbreite xf
J konstant bleibt.
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Das Oberwellenmeßgerät vermeidet die genannten Nachteile dadurch,
daß erfindungsgemäß bei konstant bleibender absoluter Lochbreite ein dreiwertiges
Brückenfilter vorgesehen ist, so daß die Umschaltung des Filters auf eine andere
Oberwelle lediglich durch eine Änderung der Kondensatoren bei Konstanz der Spulen
und des Wellenwiderstandes erfolgt.
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Das Oberwellenmeßgerät gemäß der Erfindung kann außerdem mit einem
Hochpaß erhöhter Siilheit versehen sein, der vor das Brückenfilter ge schaltet ist
und der zur Erhöhung der Selektivität für die Grundwelle (50 Hz) dient. Das Brückenfilter
gehört zur Klasse der sogenannten Jaumannfilter und gestattet die Erzielung einer
konstanten Lochbreite d f für variable Lochlage im Frequenzband.
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Fig. I zeigt ein Ausführungsbeispiel der Schaltung nach der Erfindung;
Fig. 2 veranschaulicht ein Meßdiagramm.
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Der Wandler I dient zum Anpassen des Filters an das Netz. Die Schaltung
2 veranschaulicht einen Hochpaß mit erhöhter Steilheit mit Zobelschem Halbglied
mit einem Dämpfungspol bei 50 Hz. Das Brückenfilter 3 ist ein dreiwertiges Filter,
entspricht also der Hintereinanderschaltung von drei a-Gliedern. Der Differentialwandler
3s ermöglicht durch eine Spiegelung die Einsparung der Hälfte der Schaltelemente.
Die Induktivitäten L1, L2, L3 und L4 bleiben bei der Umschaltung auf die ein zelnen
Oberwellen konstant. Die Umschaltung auf die genannten Oberwellen erfolgt bei dem
Ausführungsbeispiel gemäß Fig. I mit den fünffach umschaltbaren Kondensatorsätzen
C1, C2, c8, C4, welche mit dem gekoppelten Umschalter 3b bedient werden. Der Abschlußwiderstand
4 des Filters entspricht dem Wellenwiderstand desselben, um Reflexionen zu vermeiden.
Der Wellenwiderstand des Filters bleibt für sämtliche Oberwellen konstant.
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Der Ausgangsübertrager 5 dient zur Weiterleitung der Meßspannung
an das Anzeigegerät 6.
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Die Verwendung des Hochpasses nach Zobel zum Unterdrücken der Grundwelle
hat gegenüber der bisher verwendeten Frequenzsperre nach Art des abgestimmten Doppelsiebes
den Vorteil, daß bei gleicher Dämpfungskurve oberhalb 50 Hz eine Induktivität pro
Halbglied eingespart werden kann.
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Die bei dem Zobelglied gegenüber der~Frequenzsperre veränderte D
ämp fungskurve unterhalb 50 Hz spielt bei der Oberwellenmessung keine Rolle.
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Das in diesem Fall günstige dreiwertige Brückenfilter hat bei dem
Aufwand von nur vier Spulen, die zudem für alle Meßbereiche beibehalten werden können
und von jeweils vier umschaltbaren Kondensatoren für jede zu messende Oberwelle
die Dämpfungsklasse III, d. h., die Selektivität entspricht der dreier vollständiger
abgestimmter Doppelsiebe in Ketteuschaltung. Dieses nur in den Kondensatoren umschaltbare
Bandfilter . kann mit einer absoluten Bandbreitet von z. B. 50 bis 60 Hz, für jeden
Oberwellenbereich praktisch so ausgelegt werden, daß noch bei der- II.Harmonischeu
der durch die Welligkeit der Bandfilterkurve bedingte Anzeigefehler unerheblich
bleibt. Im Sperrbereich ist die Steilheit der dreiwertigen versteilerten Dämpfungskurve
so groß, daß in Verbindung mit dem vorgeschalteten zweigliedrigen Hochpaß erhöhter
Steilheit (Pol bei 50 Hz) die Grundwelle in jedem Bereich mit mehr als I :2000 (=
66 db) und jede benachbarte ungeradzahlige Oberwelle mit
I: 1000
(= 60 db) unterdrückt wird. Es sind demgemäß auch noch im Meßbereich unter 1 6/o
die Oberwellen mit großer Genauigkeit meßbar.
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Bei dem Gerät nach der Erfindung können also mit einem vierteiligen
Spulensatz und umschaltbaren Kondensatoren beliebig viele Oberwellen mit gleicher
Dämpfung im Durchlaßbereich ausgesiebt werden. Vorzugsweise wird das Filter für
die 3. bis II. Harmonische mit einer Lochbreite von 50 Hz gewählt.
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Sollte in Sonderfällen die Messung noch höherer Harmonischen. bis
zur 3I. interessieren, so wird zweckmäßigerweise ein zweiter Spulensatz, der eine
Bandbreite von jeweils 80 bis 100 Hz aussiebt, vorgesehen. Die Verwendung einer
so großen Bandbreite ist deshalb möglich, weil in den üblichen technischen Netzen
nur ungerade Oberwellen auftreten, so daß im allgemeinen erst ab der 3. Harmonischen
eine Oberwellenmessung vorgenommen wird. Die Kombination von nur zwei Spufensätzen
mit verschiedener absoluter Bandbreite gestattet, jede nur interessierende Harmo
nische zu messen. Zur Anzeige wird die Ausgangsspannung des Filters gleichgerichtet
und einem Meßgerät zugeführt.
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Zum Registrieren der Oberwellen durch einen Mehrfachschreiber, z.
B. durch einen Punktschreiher, wird nach Fig. I mit dem Umschalter 3b für die Kondensoren
ein weiterer Umschalter 7 gekuppelt. Dieser Umschalter 7 schaltet den Schreiberg
gleichsinnig mit den Kondensatoren auf die verschiedenen Oberwellen um. Durch den
Motor 8 wird der Gesamtschalter periodisch auf die folgende Oberwelle umgeschaltet,
so daß der Schreiber den zeitlichen Verlauf sämtlicher er faßter Oberwellen intermittierend
aufzeichnet.
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Nach der Erfindung kann auch ein gewöhnlicher Einfachschreiber zum
Aufzeichnen mehrerer Oberwellen verwendet werden. Dabei wird der Schreiber an Stelle
des anzeigenden Meßgerätes 6 angeschlossen und nur der Kondensatorsatz durch den
Motor 8 periodisch umgeschaltet. So wird der Kondensatorsatz, z. B. von ooo bis
o06 Uhr auf die 3. Harmonische, von 005 bis o10 Uhr auf die 5. usw. geschaltet.
Auf den Schreiberstreifen entsteht dann eine Kurve nach Fig. 2, also intermittierende
Kurven für alle erfaßten Oberwellen. Dabei sind die Schaltzeiten auf der unteren
Abszisse, die jeweils in dem betreffenden Schaltintervall registrierte Harmonische
mit den römischen Ziffern III, V, VII usw. auf der oberen Abszisse markiert und
an der Ordinate ist der Oberwellengehalt in 9/o abt lesbar. Die einzelnen Oberwellen
können also durch die jeder Oberwelle zugeordnete Zeit unterschieden werden.