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VERFAHREN ZUR ERFASSUNG VON DURCHSCHLÄGEN
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BEI EINEM ELEKTROFILTER.
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Die Erfindung'bezieht sich auf ein Verfahren zur Erfassung von Durchschlägen
bei einem Elektrofilter, das über einen Gleichrichter, einen Hochspannungstransformator
und ein Stellglied aus einem Wechselspannungsnetz gespeist wird, durch Vergleich
eines Spannungswertes mit einem Referenzwert, wobei eine Abweichung vom Referenzwert
zur Ansteuerung des Stellgliedes benutzt wird.
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Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-OS 25 40 084 bekanntgeworden.
Dabei werden bestimmte phasengleiche Spannungswerte aufeinanderfolgender Halbwellen
miteinander verglichen und Abweichungen, die ein fest vorgegebenes Maß überschreiten,
als Kriterium für einen Durchschlag benutzt. Es wird also nach folgender Formel
verfahren: U. U. Ui(n-l) 7 a UR -> Durchschlag.
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Ui (n) ist der Spannungswert zu einem bestimmten Zeitpunkt i (Phasenlage)
der Halbwelle n, während Ui (n-1) der Spannungswert zum entsprechenden Zeitpunkt
i (gleiche Phasenlage) der vorausgehenden Halbwelle (n-l) ist.
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d UR ist ein fest vorgegebener Referenzwert.
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Bei diesem Verfahren wird als nachteilig angesehen, daß es nicht über
den ganzen Spannungsbereich anwendbar ist, weil es nicht möglich ist, einen gleichbleibenden,
für den ganzen Bereich geltenden Referenzwert a UR vorzugeben. In der DE-OS 29 49
752 wird deshalb vorgeschlagen, daß als ß UR ein fester Teilbetrag der jeweils gemessenen
Spannung benutzt wird: ß UR = x ^ Ui(n), mit x im Bereich von 0,05 bis 0,20, d.h.
5 bis 20 % der durch die Phasenlage i bestimmten Spannung der jeweils zu überwachenden
Halbwelle n. Das Verfahren läßt sich mit dem bereits angegebenen System der Indizierung
wie folgt als Formel schreiben: ui(n) - Ui(n-l) > x Ui(n) -> Durchschlag.
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Der Wert X wird bei der Inbetriebnahme einer Anlage bestimmt, wobei
sich bei einem ausgeführten Elektrofilter ein Wert von 0,125 als geeignet erwiesen
hat.
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Für eine differenzierte Erfassung von Durchschlägen und eine entsprechend
abgestimmte Ansteuerung des Stellgliedes der Regeleinrichtung, -wird diese Art der
Vorgabe des Referenzwertes aber als noch zu grob und unelastisch angesehen. Insbesondere
lassen sich auf diese Weise nicht alle Veränderungen im Verlauf der Halbwellen berücksichtigen,
die beim Betrieb eines Elektrofilters durch verschiedene Einflüsse hervorgerufen
werden können.
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Es besteht somit die Aufgabe, daß zuletzt erwähnte Verfahren weiter
zu verbessern, d.h. die Erfassung von Durchschlägen noch zu verfeinern und regeltechnisch
noch empfindlicher darauf zu reagieren. Insbesondere sollen auch solche Spannungsänderungen,
die nicht auf Durchschlägen beruhen, besser identifiziert und ihr Einfluß auf die
Spannungsregelung ausgeschaltet werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren der eingangs genannten
Art vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß als Spannungswert der absolute
Betrag einer Spannungsdifferenz iS Uj = Ui+l - Ui aus zwei aufeinanderfolgenden
Messungen des Zeitintervalls At und als Referenzwert der absolute Betrag einer Spannungsdifferenz
ß Uj~l = Ui - Ui~1 aus zwei aufeinanderfolgenden Messungen des voraufgegangenen
Zeitintervalls n tj-1 benutzt werden und der absolute Betrag des Unterschiedes zwischen
Spannungswert und Referenzwert bei Überschreiten eines vorgegebenen Wertes x als
Durchschlag gewertet und zur Ansteuerung der Regelung benutzt wird.
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Als Formel geschrieben lautet das Durchschlagskriterium:
Durchschlag.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn man anhand einer repräsentativen,
durchschlagsfreien Halbwelle mit der Bedingung iS U = konstant ein Zeitraster mit
# t1...#tj....#tm ermittelt und dieses Zeitraster mit phasengleichem Beginn für
alle nachfolgenden Messungen der Spannungswerte benutzt.
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Das Verfahren kann in analoger Weise auch auf die Strom-Halbwellen
angewendet und zur Durchschlagserfassung herangezogen werden.
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Die Erfindung beruht auf der Überlegung, daß die pulsierende Gleichspannung,
mit der ein Elektrofilter beaufschlagt wird, einen stetigen Verlauf aufweist und
daß lediglich im Falle von Durchschlägen Unstetigkeitsstellen in der Spannunskurve
zu verzeichnen sind.
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Mittels moderner Meß- und Rechengeräte ist es nun möglich, - wie auch
bei den bekannten Verfahren - innerhalb des
auf- und ahsteigenden
Astes der Spannungskurve eine Mehrzahl von Messungen und Vergleichen durchzuführen
und bei Durchschlägen entsprechend schnell zu reagieren und aie Spannungsregelung
zu beeinflussen. Bei den bisher vorgeschlagenen Verfahren hat man für die Referenzwerte
jeweils auf die voraufgegangene (ungestörte) Halbwelle zurückgegriffen, wozu entsprechend
der Anzahl der Messungen pro Halbwelle eine gleichgroße Zahl von Vergleichswerten
gespeichert werden mußte. Außerdem haben die bekanntgewordenen Verfahren noch den
Nachteil, daß man zur Festlegung der Ansprechempfindlichkeit Werte vorgeben muß,
die zwar korrigierbar sind, letztlich aber doch einen willkürlichen Eingriff in
ein im übrigen selbsttätig funktionierendes Verfahren darstellt.
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Gemäß der Erfindung entfällt die Notwendigkeit der Speicherung mehrerer
Referenzwerte. Als Vergleich muß nur die jeweils letzte gemessene Spannungsdifferenz
zur Verfügung stehen.
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Bei einem Zeitraster mit festem d t, kann man anhand einer ungestörten
Referenzkurve und in Abhängigkeit von der realisierten Anzahl von Messungen pro
Halbwelle leicht feststellen, welche maximalen Unterschiede zweier aufeinanderfolgenden
Spannungsdifferenzen auftreten können und dementsprechend den Wert x, ggfs. mit
einem kleinen Sicherheitszuschlag festlegen. Je größer die Anzahl der pro Halbwelle
möglichen Messungen ist, umso kleiner kann x festgelegt werden.
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Eine weitere wesentliche Verbesserung ergibt sich, wenn man von einem
Zeitraster mit festgelegtem ii t abgehen kann und stattdessen eine repräsentative
Spannungskurve mit einem Raster mit gleichbleibendem ß U überdeckt und daraus die
zugehörigen Zeitabstände für die einzelnen Messungen ableitet.
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Da sich die Frequenz der Spannungshalbwellen nicht ändert und auch
der charakteristische Verlauf der Spannungskurve eines Elektro ilters - abgesehen
von der Änderung der Amplitudenwerte - praktisch gleichbleibend ist, ergeben die
Vergleiche aufeinanderfolgender Spannungsdifferenzen mit diesem Zeitraster für die
Messungen stets 0, solange kein Durchschlag stattfindet.
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Auf diese Weise kann demnach eine ideale Stetigkeitsprüfung der Spannungskurve
eines Elektrofilters meß- und rechentechnisch durchgeführt werden. Theoretisch kann
der Wert x dabei zu 0 angenommen werden, praktisch wird man zur Stahilisierung des
Regelsystems für x einen kleinen, endlichen Wert vorgeben, der entweder als Konstante
gespeichert ist oder in an sich bekannter Weise mit einem anderen charakteristischen
Wert gekoppelt ist, z.B. mit der maximalen Spannungsdifferenz der vorausgegangenen
Halbwelle.
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Weitere Einzelheiten werden anhand der Figuren 1 und 2 erläutert.
Dargestellt ist der Verlauf der Filterspannung U über der Zeit T. Da sich die Filterspannung
periodisch mit doppelter Netzfrequenz ändert, wird eine volle Schwingung der Filterspannung
auch als Halbwelle (der Netzspannung) bezeichnet. Im vorliegenden Fall ist die Filterspannung
vereinfacht als reine Sinusschwingung dargestellt. In der Praxis weicht die Filterspannung
mehr oder weniger von einer Sinusschwingung ab. Für die folgenden Erläuterungen
ist dies jedoch ohne Bedeutung.
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Die Filterspannung ändert sich periodisch zwischen Umin und Umax,
d.h. mit der Amplitude A. Dargestellt sind zwei Halbwellen mit den zugehörigen Zeitabschnitten
bzw.
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Perioden n-l und n. Der Spannungsverlauf zwischen Umin und Umax ist
in aufeinanderfolgenden Perioden oder Halbwellen nahezu identisch, wenn keine Durchschläge
erfolgen.
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Gemäß der Erfindung werden aufeinanderfolgende Spannungsdifferenzen
miteinander ver-glichen, wobei nach Figur 1 ein Zeitraster mit äquidistanten Abständen
zugrundegelegt wird ( b t = const.). Bei stetigem Verlauf der Spannungskurve und
ausreichend schneller Befolge, unterscheiden sich die aufeinanderfolgenden Spannungsdifferenzen
nur sehr wenig voneinander, so daß ein se-hr kleiner Wert x gewählt bzw.
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die Ansprechempfindlichkeit sehr fein eingestellt werden kann. Für
die Durchschlagserfassung in der Halbwelle n muß nicht mehr auf gespeicherte Referenzwerte
der vorhergehenden Halbwelle n-l zurückgegriffen werden.
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In Figur 2 ist eine weitere Verbesserung des erfindungsgemäßen Verfahrens
dargestellt. Eine ungestörte Halbwelle n-l wird zunächst mit einem Raster n U =
const.
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analysiert, um ein Zeitraster für die Spannungsmessungen zu gewinnen,
bei dem t nicht mehr konstant sein kann.
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Dieses Zeitraster ist typisch für den Verlauf der Spannungskurve eines
bestimmten Elektrofilters und kann in der Folgezeit für die Durchschlagserfassung
beibehalten werden. Bei phasengleicher Anwendung des Zeitrasters auf nachfolgende
Halbwellen (hier n), ergeben sich so zwangsläufig gleichgroße Spannungsdifferenzen,
so daß der Wert x zu Null gewänlt werden kann. In der Praxis wird man allerdings
einen von Null verschiedenen Wert x wählen, damit die Regelung nicht instabil wird.
Wie klein der Wert x bei diesem Verfahren gewählt-werden kann, muß beim Einfahren
eines Elektrofilters ermittelt werden.