DE19962665B4

DE19962665B4 - Stromversorgung für Elektrofilter

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Publication number: DE19962665B4
Application number: DE19962665A
Authority: DE
Inventors: Norbert Dr.-Ing. Graß
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1999-12-23
Filing date: 1999-12-23
Publication date: 2008-08-21
Anticipated expiration: 2019-12-24
Also published as: US20010006469A1; SE0004414D0; TW542752B; US6282106B2; SE0004414L; DE19962665A1; SE524933C2

Abstract

Stromversorgung für Elektrofilter (14) mit einem Leistungselektronikteil (18) umfassend einen Gleichrichter (1), Zwischenkreis (2) und Wechselrichter (4), mit einem ausgangsseitig angeschlossenen Transformator (9) und einem Hochspannungsgleichrichter (11), wobei sich der Transformator (9) und der Hochspannungsgleichrichter (11) sowie ein Gerät (19) zur Messwerterfassung in unmittelbarer Nähe des Elektrofilters (14) befinden, dadurch gekennzeichnet,
dass
a) das Gerät (19) zur Messwerterfassung an die elektrischen Anschlüsse (17, 15) des Elektrofilters (14) gekoppelte Meßeingänge (21, 22) aufweist, sowie einen oder mehrere, diesen Meßeingängen (21, 22) zugeordnete Analog-Digital-Wandler (27), sowie ferner wenigstens einen Schnittstellenbaustein (34) zur Übertragung digitaler Daten; wobei
b) sich der Leistungselektronikteil (18) an einem von dem Elektrofilter (14) entfernten Ort befindet und zu seiner Steuerung, insbesondere Schnellabschaltung bei Spannungsdurchschlägen, über Lichtwellenleiter (35, 36) mit dem Gerät (19) zur Messwerterfassung gekoppelt ist und von diesem ständig digitalisierte Messergebnisse empfängt.

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Stromversorgung für Elektrofilter mit einem Leistungselektronikteil umfassend einen Gleichrichter, Zwischenkreis und Wechselrichter, mit einem ausgangsseitig angeschlossenen Transformator und einem Hochspannungsgleichrichter, wobei sich der Transformator und der Hochspannungsgleichrichter sowie ein Gerät zur Messwerterfassung in unmittelbarer Nähe des Elektrofilters befinden.
Elektrofilter dienen zur Entstaubung von gasförmigen Medien in allen Bereichen der Technik. Das zu entstaubende Gas wird zwischen Platten hindurchgeführt, die allesamt geerdet sind und einen gegenseitigen Abstand von bspw. 600 mm aufweisen. Dazwischen befinden sich jeweils drahtförmige Sprühelektroden, die gegenüber dem Erdpotential eine starke negative Spannung von bspw. 110 kV aufweisen. Durch diese hohe Gleichspannung werden die Gasmoleküle ionisiert und geben ihre Ladung beim Auftreffen auf in dem Gasstrom schwebende Staubpartikel an diese ab. Durch aufgenommene Elektronen werden die Staubpartikel positiv ausgeladen und wandern zu der geerdeten, negativ geladenen Abscheideelektrode, wo sie sich ansammeln und zu Staubflocken zusammenballen, welche durch Vibratoren oder durch einen Bürstmechanismus von den betreffenden Platten abgestreift werden und nach unten fallen. Diese Filtermethode ist sehr effektiv, bringt jedoch auch Probleme mit sich. Infolge der hohen Spannung treten zwischen den Sprühelektroden und den plattenförmigen Abscheideelektroden regelmäßig Spannungsdurchschläge auf. Dieser Effekt lässt sich nicht vermeiden und ist je nach Art des Staubes geringer oder stärker ausgeprägt. Am schwierigsten ist der Einsatz von Elektrostaubfiltern bei Werken der Stahlherstellung, da hier leitfähige Staubpartikel den Überschlagsweg zwischen den Sprüh- und Abscheideelektroden stark verkürzen können und damit zu einem gehäuften Auftreten von Durchschlägen führen.
Üblicherweise wird die Hochspannung für Elektrofilter durch Gleichrichten des Ausgangssignals eines Hochspannungstransformators erzeugt, der primärseitig von einem netzgespeisten Umrichter angesteuert wird. Im Falle eines Spannungsdurchschlags am Elektrofilter kann sich ein blitzartiger Entladungslichtbogen aufbauen, aufgrund dessen die Spannung zusammenbricht. Eine sichere Methode zum Löschen des Lichtbogens ist, das Absinken der Hochspannung auf einen unkritischen Wert abzuwarten und erst dann den Hochspannungstransformator primärseitig wieder zu speisen. Damit der Elektrofilter für einen möglichst kurzen Zeitraum ohne Hochspannung bleibt, sollte bei einem Durchschlag der Umrichter sofort gesperrt werden, damit die Spannung mit größtmöglicher Geschwindigkeit absinkt und sodann nach sicherem Löschen des Lichtbogens durch Aktivieren des Umrichters sobald als möglich wieder aufgebaut werden kann. Aus diesem Grund muss die Leistungselektronik des Umrichters auf möglichst kurzem Weg mit die Spannung und den Strom an dem Elektrofilter messenden Sensoren gekoppelt sein, um einen Durchschlag möglichst frühzeitig erkennen zu können. Es hat sich andererseits gezeigt, dass im Falle eines Spannungsdurchschlags an einem Elektrofilter infolge der großen, dabei auftretenden Ströme die Induktivitäten an den Stromversorgungsleitungen nicht mehr vernachlässigt werden können und zu Potentialsprüngen des geerdeten Potentials im Bereich des Elektrofilters um bis zu 15 kV führen. Bei derartigen Potentialsprüngen ist wiederum eine sichere Datenübertragung selbst bei Verwendung von abgeschirmten Koaxialkabeln von den Strom- und Spannungssensoren am Elektrofilter zu der Ansteuerelektronik des Umrichter-Leistungsteils nicht gewährleistet, und infolge von Übertragunsfehlern wird das Zeitverhalten der Schnellabschaltung bei Spannungsdurchbrüchen negativ beeinflusst. Diese Nachteile werden nur wenig abgemildert, wenn die Leistungselektronik in unmittelbarer Nähe des Elektrofilters angeordnet wird, denn auch bei Abständen von wenigen Metern ist bereits eine sichere Datenübertragung nicht mehr gewährleistet.
Die DE 2 001 189 A offenbart ein Verfahren zur Spannungsregelung von elektrostatischen Staubabscheidern in Abhängigkeit von der Anzahl und/oder der Intensität der elektrischen Durchbrüche, wobei ein Durchbruch durch optische Übertragungselemente im Hochspannungskreis erfaßt und direkt oder durch Lichtleitstäbe kontaktlos auf den Regelkreis übertragen wird. Dabei werden zur Erzeugung eines optischen Signals entweder Leuchtdioden, vorzugsweise aus Gallium-Arsenid oder Gallium-Phosphid verwendet, oder eine mit monochromatischem, polarisiertem Licht bestrahlte Kerrzelle. Zu diesem Zweck wird die Spannung im Hochspannungskreis durch einen geeignet dimensionierten Spannungsteiler heruntergeteilt auf Werte, welche für die verwendeten Elemente zur Erzeugung eines optischen Signals verträglich sind, und der spannungssensitive Eingang des betreffenden, elektro-optischen Wandlers ist dem Ausgangswiderstand des Spannungsteilers direkt parallel geschalten. Damit werden also die analogen Meßsignale in analoger Form direkt in die Glasfaserleitung eingespeist. Zwar erfolgt damit die Übertragung weitgehend ohne Zeitverzug; dennoch ist damit ein Zeitverlust verbunden. Denn sowohl Leuchtdioden als auch Kerrzellen sind Elemente mit einer in erheblichem Maße nichtlinearen Übertragungsfunktion. Dies bedeutet, dass die Amplitude bzw. Helligkeit des übertragenen Lichtsignals keinesfalls proportional zu der tatsächlich am Elektrofilter anliegenden Spannung ist. Es ergeben sich vielmehr erhebliche Verzerrungen, die eine genaue Auswertung des übertragenen Lichts nicht zulassen. Aus Sicherheitsgründen muß daher erst ein deutlicher Spannungsabfall an dem Elektrofilter abgewartet werden, bis anhand des jenseits der Glasfaseroptik empfangenen Signals auf einen Durchbruch geschlossen werden kann. Dabei vergehen jedoch wertvolle Sekundenbruchteile während denen der Lichtbogen und damit der Kurzschlußstrom ungebremst zunehmen.
Das US-Patent 4,725,289 betrifft zwar auch einen Elektrofilter; eine Maßnahme zum Löschen von Lichtbögen bei Spannungsdurchschlägen ist jedoch nicht vorgesehen.
Aus den beschriebenen Nachteilen des Stands der Technik resultiert das die Erfindung initiierende Problem, eine Stromversorgung für Elektrofilter derart auszubilden, dass ein möglichst sicherer Betrieb gewährleistet ist, und dass ein Zugang zu der Leistungselektronik für das Wartungspersonal ohne erhöhte Gefahr für Leib und Leben möglich ist, wobei andererseits ein Spannungsdurchschlag möglichst rasch und eindeutig erkennbar sein soll.
Zur Lösung dieses Problems ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Gerät zur Messwerterfassung an die elektrischen Anschlüsse des Elektrofilters gekoppelte Meßeingänge aufweist, sowie einen oder mehrere, diesen Meßeingängen zugeordnete Analog-Digital-Wandler, sowie ferner wenigsens einen Schnittstellenbaustein zur Übertragung digitaler Daten; wobei sich der Leistungselektronikteil an einem von dem Elektrofilter entfernten Ort befindet und zu seiner Steuerung, insbesondere Schnellabschaltung bei Spannungsdurchschlägen, über Lichtwellenleiter mit dem Gerät zur Messwerterfassung gekoppelt ist und von diesem ständig digitalisierte Messergebnisse über das Elektrofilter empfängt.
Die Erfindung wendet sich hierbei ab von früher beschrittenen Lösungsansätzen mit kurzen Verbindungen zwischen Elektrofilter und Leistungselektronik und verwendet stattdessen Lichtwellenleiter zur Übertragung der Messergebnisse von dem Elektrofilter zu der Leistungselektronik, welche auch bei starken Potentialsprüngen ohne Übertragungsfehler funktionieren. Darüber hinaus haben Lichtwellenleiter eine hohe Grenzfrequenz und können daher mit einer hohen Datenübertragungsrate betrieben werden, so dass eine Abtastung der Messwerte des Elektrofilters in Zeitabständen von etwa 100 Mikrosekunden problemlos möglich ist und die dabei gewonnen Daten online, d. h., mit einem möglichst geringen Zeitversatz, über Lichtwellenleiter zu der Ansteuerschaltung für die Leistungselektronik übertragen werden können. Da die Leistungselektronik aus einem üblichen 380 V-Netz gespeist wird, ist die Spannung an dem Zwischenkreis kaum höher als 500 V, und daher ist es völlig unkritisch, die Komponenten des Umrichters in einen handelsüblichen Schaltschrank einzubauen, der bspw. in einem Schaltraum aufgestellt ist. Dort ist es völlig ungefährlich, an den geschlossenen Schaltschrank heranzutreten und Messinstrumente abzulesen oder manuell Schalter zu betätigen.
Eine vorbereitende Maßnahme zur Übertragung der gewonnen Messergebnisse über Lichtwellenleiter besteht darin, dass den – bspw. über Spannungsteiler oder Shunt – an die elektrischen Anschlüsse des Elektrofilters gekoppelten Messeingängen Analog-Digital-Wandler zugeordnet sind. Digitalwerte können im Gegensatz zu Analogwerten mit nur zwei Spannungspegeln bzw. Helligkeitspegeln dargestellt werden und lassen sich daher bequem als serielles Bitmuster über Lichtwellenleiter übertragen.
Natürlich können per Lichtwellenleiter auch Befehle oder andere Informationen von einer derartigen Schalt- oder Steuerwarte zu einem die Messungen vor Ort koordinierenden und die Ergebnisse aufbereitenden Gerät übertragen werden, so dass eine bidirektionale Kommunikation über Lichtwellenleiter zustande kommt.
Es hat sich als günstig erwiesen, dass die Kommunikation zwischen dem Leistungselektronikteil und/oder der Schalt- oder Steuerwarte einerseits und dem im Bereich des Elektrofilters installierten Gerät zur Koordinierung der Messungen und zur Aufbereitung der Messergebnisse zwecks Datenübertragung über je eine zugeordnete Steuerbaugruppe erfolgt. Diese Steuerbaugruppen können vorzugsweise mit integrierten Schaltwerken in Form von Mikroprozessoren oder Mikrocontrollern realisiert sein, wobei es möglich ist, die Schnittstellenbausteine zur Ankopplung an den Lichtwellenleiter als eigenes Bauteil auszuführen oder zusammen mit dem Steuerungsbauteil zu integrieren.
Ein besonders wichtiger Aspekt der Erfindung ist, dass zur bidirektionalen Kommunikation zwischen dem Leistungselektronikteil und/oder der Schalt- oder Steuerwarte einerseits und dem Gerät zur Messwerterfassung andererseits, insbesondere über die jeweils zugeordneten Steuer- und/oder Schnittstellenbaugruppen, für jede Datenrichtung ein eigener Lichtwellenleiter vorgesehen ist. Dies hat den großen Vorteil, dass asynchron in einer Schaltwarte erzeugte Befehle weder auf eine Lücke in der Datenübertragung der Messergebnisse warten müssen, noch eine Unterbrechung der Datenübertragung herbeiführen, sondern völlig unabhängig und ggf. über eigene Schnittstellenbausteine übertragen werden können. Dadurch werden keine Wartezeiten erzeugt und es ist auch bei Übertragung von Steuerbefehlen an das Gerät zur Messwerterfassung die ununterbrochene Datenübertragung von Messergebnissen an den Leistungselektronikteil sichergestellt.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die über Lichtwellenleiter miteinander kommunizierenden Baugruppen je einen seriellen Eingang und einen seriellen Ausgang aufweisen. Zur Reduzierung des Bauteileaufwands wie auch zur Vermeidung von Übertragungsfehlern sieht die Erfindung vor, für jede Datenrichtung nur einen einzigen Lichtwellenleiter zu verwenden und die Daten seriell über diesen zu übertragen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Taktrate entsprechend erhöht wird, so dass die Messergebnisse unverzögert und mit der erforderlichen Stellengenauigkeit in Form von Digitalsignalen über den Lichtwellenleiter seriell übertragen werden können.
Hierzu ist erfindungsgemäß weiter vorgesehen, dass die Schnittstellenbausteine der über Lichtwellenleiter miteinander kommunizierenden Baugruppen derart konfiguriert sind, dass die Daten mit einer Frequenz von mehr als 500 kHz übertragen werden. Die bevorzugte Datenübertragungsrate liegt bei etwa 625 kBaud und kann je nach Art und Anzahl der zu übertragenden Informationen weiter gesteigert werden.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass ein zweiadriges Leiterkabel von einer Schalt- oder Steuerwarte, insbesondere von dem den Leistungselektronikteil aufnehmenden Schaltschrank, zu dem Gerät zur Messwerterfassung zur Versorgung desselben mit Energie verlegt ist. Über diese vorzugsweise als Kupferkabel aufgebaute Leitung wird das Gerät zur Messwerterfassung mit Strom vorzugsweise in Form einer Wechselspannung mit 220 V/50 Hz versorgt, die in dem Gerät zur Messwerterfassung herab transformiert und gleichgerichtet wird, um eine Gleichspannung von bspw. 5 V zu erhalten.
Zur Dämpfung eingestreuter Störspitzen kann die Stromversorgungsleitung durch ein Koaxialkabel gebildet sein.
Vorzugsweise ist die Stromversorgungsleitung ausschließlich im Bereich des die Leistungselektronik aufnehmenden Schaltschranks geerdet, während sie mit dem Gerät zur Messwerterfassung über einen Trenntransformator verbunden ist, so dass in diesem Bereich ausdrücklich eine kapazitive Ankopplung an das Erdpotential erfolgt und somit eine gewisse Driftmöglichkeit besteht. Je niedriger die Streukapazitäten der primärseitigen Wicklung des Trenntransformators für die Stromversorgung der Messelektronik gegenüber dem Erdpotential ist, umso weniger wirken sich Potentialsprünge auf die Stromversorgung aus, und durch einen ausreichend bemessenen Stützkondensator kann die Stromversorgung des Geräts zur Messwerterfassung sichergestellt werden.
Der Installationsaufwand lässt sich weiter reduzieren, indem die beiden Lichtwellenleiter für die bidirektionelle Datenübertragung von/zu dem Gerät zur Messwerterfassung und die zweiadrige Kupferleitung zur Versorgung desselben mit Energie von einem gemeinsamen Kabelmantel umschlossen sind. Da somit nur eine einzige Kabelverbindung zu dem vor Ort installierten Messgerät besteht, können Übertragungsfehler durch eine gewissenhafte Installation des Verbindungskabels weitgehend ausgeschlossen werden. Bei auftretenden Fehlern ist die In spektion nur eines einzigen Kabels erforderlich, und durch einen endseitigen Kurzschluss der beiden Kupferleitungen kann an dem anderen Ende der Durchgangswiderstand der Kupferleitungen überprüft werden, um einen weiteren Aufschluss darüber zu erhalten, ob das Kabel beschädigt ist oder nicht.
Die erfindungsgemäße Anordnung lässt sich weiterhin dadurch optimieren, dass die Messelektronik des Geräts zur Messwerterfassung galvanisch mit dem geerdeten Potential des Elektrofilters verbunden ist. Dies kann bspw. durch Erdung eines Anschlusses eines der Sekundärseite des Trenntransformators nachgeschalteten Gleichrichters erfolgen und führt dazu, dass das Bezugspotential der Messelektronik sämtliche Potentialsprünge des Erdepotentials im Bereich des Elektrofilters nachvollziehen kann. Somit lassen sich auch kleine Relativspannungen bezogen auf das gemeinsame Erdungspotential an dem Elektrofilter bei starken Potentialsprüngen zuverlässig erfassen.
Weitere Vorteile der Erfindung liegen darin, dass die primärseitigen Messeingänge des Geräts zur Messwerterfassung über Schutzbeschaltungen an das Elektrofilter angekoppelt sind. Derartige Schutzbeschaltungen sorgen dafür, dass selbst bei eingestreuten Spannungsspitzen keinerlei Gefahr für eine Beschädigung der Messelektronik, insbesondere eines integrierten Steuerungsbausteins, gegeben ist.
Vorzugsweise ist je ein primärseitiger, analoger Messeingang des Gerätes zur Messwerterfassung über einen Spannungsteiler bzw. Shunt an die elektrischen Anschlüsse des Elektrofilters gekoppelt. Solchenfalls kann die Strom- und Spannungsmessung direkt an den Klemmen des Elektrofilters erfolgen und bleibt somit unverfälscht gegenüber an Streuinduktivitäten von Zuleitungen abfallenden Spannungen.
Um eine serielle Übertragung von Daten über Lichtwellenleiter zu ermöglichen, müssen die durch Abtastung und Digitalwandlung gewonnen Amplitudenwerte zunächst in einem an die Digi talausgänge der Analog-Digital-Wandler oder an einen daran angeschlossenen Bearbeitungsbaustein gekoppelten Speicher hinterlegt werden. Bei der Abspeicherung kann bereits eine Vorverarbeitung, bspw. eine Messbereichsanpassung od. dgl., vorgenommen werden, andererseits werden die Daten in dem Speicher nicht nur für die anschließende Übertragung über Lichtwellenleiter bereitgehalten, sondern können auch zwecks einer weiteren internen Verarbeitung abermals ausgelesen werden.
Während die Übertragung der zwischengespeicherten Messergebnisse von dem Speicher zu dem Schnittstellenbaustein von einer übergeordneten Steuerungsbaugruppe übernommen werden kann, ist es auch möglich, an dem Speicherbaustein einen weiteren Ausgang vorzusehen, an dem sodann direkt ein Schnittstellenbaustein angekoppelt sein kann. Die als Zwischenspeicher verwendeten Speicheradressen können dabei in zyklischer Reihenfolge beschrieben werden und in derselben Reihenfolge von dem Schnittstellenbaustein ausgelesen werden, so dass keine Informationen verloren gehen; sofern allerdings ein Datenstau in dem Zwischenspeicher aufgetreten ist, sollten zwischenzeitlich überholte Messergebnisse übersprungen werden, damit die an dem Leistungselektronikbauteil eintreffenden Messergebnisse möglichst aktuell sind. Deshalb ist es sinnvoll, die zuletzt beschriebene Speicheradresse mit der zuletzt ausgelesenen Speicheradresse zu vergleichen und bei einem zu großen Offset einen Sprung zu den aktuellen Messwerten auszulösen. Natürlich kann auch vor jeder Datenübertragung die Adresse der aktuellen Messwerte abgefragt werden, um auf diesem Weg automatisch eine möglichst geringe Verzögerungszeit bei der Datenübertragung sicherzustellen.
Schließlich entspricht es der Lehre der Erfindung, dass das Gerät zur Messwerterfassung mit einem integrierten Schaltkreis realisiert ist. Indem hier möglichst wenige, im Idealfall nur ein einziges Bauteil verwendet wird, können alle erforderlichen Baugruppen wie Analog-Digital-Wandler, arithmetisch logische Einheit (ALU) als Steuerungszentrale, Pro gramm- und Zwischenspeicher sowie Schnittstellenbausteine durch Integration auf einem geringsten Raumbereich konzentriert werden, so dass die Einstreuung von Störspannungen auf Verbindungsleitungen weitgehend ausgeschlossen ist. Außerdem kann solchen falls die Datenverarbeitung mit einer maximalen Taktfrequenz erfolgen.
Weitere Merkmale, Einzelheiten, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen:
1 den Leistungsschaltkreis einer Stromversorgung eines Elektrofilters;
2 ein Blockschaltbild der Komponenten zur Erfassung und Weiterleitung der Messwerte des Elektrofilters aus 1; sowie
3 den inneren Aufbau des Geräts zur Messwerterfassung aus 2.
An ein 380 V-Drehstromnetz L1, L2, L3 ist ein Gleichrichter 1 für einen Spannungszwischenkreis 2 mit einem Glättungskondensator 3 angeschlossen. Als Wechselrichter 4 dient eine mit IGBT-Transistoren 5 und denselben antiparallel geschalteten Freilaufdioden 6 aufgebaute H-Brückenschaltung, in deren Brückenzweig 7 die Primärwicklung 8 eines Hochspannungstransformators 9 eingeschalten ist. An die Sekundärwicklung 10 des Hochspannungstransformators 9 ist ein Dioden-Gleichrichter 11 in Grätz-Schaltung angeschlossen, und über eine Drosselspule 12 und einen Stützkondensator 13 gelangt die hochtransformierte Gleichspannung, bspw. 110 kV, an das Elektrofilter 14. Dabei sind dessen plattenförmige Elektroden 15 mit dem geerdeten, positiven Pol 16 des Gleichrichters 11 verbunden, während die demgegenüber negativ aufgeladenen Sprühelektroden 17 mit dem negativen Pol 44 des Gleichrichters 11 gekoppelt sind. In dem Elektrofilter 14 fließen solange nur geringe Entladungsströme, bis es zu einem direkten Spannungsdurchbruch zwischen einer Sprühelektrode 17 und einer Platten elektrode 15 kommt. Sodann bricht die Spannung an dem Stützkondensator 13 infolge hoher Entladeströme zusammen, und gleichzeitig müssen die IGBT-Transistoren 5 gesperrt werden, damit die Ausgangsspannung an dem Gleichrichter 11 schnell absinken kann und nach einem kurzen Zeitraum einen kritischen Wert unterschreitet, welcher zu einer Löschung des Lichtbogens in dem Elektrofilter 14 führt. Sodann kann der Wechselrichter 4 wieder aktiviert werden, um über den Hochspannungstransformator 9 und den Gleichrichter 11 die Spannung an dem Elektrofilter 14 wieder auf die Nennspannung hochzufahren.
Für eine hohe Dynamik der Steuerung des Wechselrichters 4 ist es erforderlich, dass die Messwerte über Strom und Spannung an den Elektroden 15, 17 des Elektrofilters 14 möglichst unverzögert zu der Ansteuerschaltung für den Wechselrichter 4 gelangen.
Nach der Lehre der Erfindung ist der steuerbare Leistungsteil 4 zusammen mit der netzseitigen Beschaltung 1, 2 in einem von dem Elektrofilter 14 entfernten Schaltschrank 18 angeordnet. Der Hochspannungstransformator 9, Gleichrichter 11 sowie Spule 12 und Kondensator 13 sind dagegen in unmittelbarer Nähe des Elektrofilters 14 angeordnet. Ebenfalls in unmittelbarer Nähe des Elektrofilters 14 befindet sich ein Gerät 19 zur Erfassung von Messwerten über Spannung und Strom an den Elektroden 15, 17 des Elektrofilters 14, aber auch zur Erfassung weiterer Informationen, bspw. über Temperatur, Öldruck des Transformators 9, etc.
Wie 2 zeigt, ist die Messelektronik innerhalb des Geräts 19 zur Messwerterfassung vorzugsweise in einem einzigen, integrierten Schaltkreis 20 zusammengefasst, um gegenüber Potentialsprüngen des Erdpotential 16 weitgehend unempfindlich zu sein. Der integrierte Schaltkreis 20 verfügt über zwei Analogeingänge 21, 22, die als Differenzeingänge ausgebildet sein können. Ein die Spannung zwischen den Elektroden 15, 17 des Elektrofilters 14 sensierender Eingang 21 ist über einen Spannungsteiler 23 mit der nicht geerdeten, negativen Elekt rode 17 des Elektrofilters 14 verbunden, während der zweite Analogeingang 22 über einen in die Zuleitung zu der geerdeten 16 Elektrode 15 des Elektrofilters 14 eingeschleiften Shunt angekoppelt ist, um den über diese Elektrode 15 fließenden Strom zu erfassen. Wie 3 weiter zeigt, sind diese Analogeingänge 21, 22 sowie ggf. weitere Eingänge 25 über Schutzbeschaltungen 26 bspw. in Form von Überspannungsschutzdioden mit den Messsensoren 23, 24 bzw. dem zu messenden Prozess 15, 17 verbunden. Dadurch werden eingestreute Störspannungsspitzen von dem integrierten Schaltkreis 20 angehalten.
Die Analogeingänge 21, 22, 25 sind mit einem Analog-Digital-Wandler 27 gekoppelt, wobei entweder ein einziger Analog-Digital-Wandler in dem Schaltkreis 20 integriert sein kann, der sodann nach Art eines Demultiplexers zwischen den unterschiedlichen Eingängen 21, 22, 25 umgeschalten wird, oder jedem dieser Analogeingänge kann ein eigener Analog-Digital-Wandler zugeordnet sein.
Der Ausgang 28 als derartigen Wandlerbausteins 27 ist sodann mit der eigentlichen Steuerungszentrale 29 des integrierten Schaltkreises 20 verbunden, die vorzugsweise als arithmetisch logische Einheit (ALU) realisiert ist und somit eine Vorverarbeitung der digitalisierten Messergebnisse 28 ebenso vornehmen kann wie eine Abspeicherung derselben in einem Zwischenspeicher 30. In ähnlicher Form kann die ALU-Steuerzentrale 29 auch mit mehreren Digitaleingängen 31 verbunden sein, die wiederum über Optokoppler 32 mit digitalen Ausgangssignalen 33 des Elektrofilters 14 verbunden sind.
Ferner dient die ALU-Steuerungszentrale 29 als Schnittstellenbaustein zur Ausgabe von Daten an eine optische Schnittstelle 34, welche mit einem Lichtwellenleiter 35 gekoppelt ist. Andererseits werden auf einem zweiten, parallelen Lichtwellenleiter 36 eintreffende Lichtsignale vermittels einer weiteren, optoelektronischen Schnittstelle 37 in elektrische Signale 38 umgewandelt, die ebenfalls von der ALU-Steue rungszentrale 29 empfangen und weiterverarbeitet werden können.
Die Versorgung der integrierten Schaltung 20 mit Energie erfolgt über ein Netzteil 39, das primärseitig an eine zweiadrige Kupferleitung 40 angeschlossen ist und über diese von dem Schaltschrank 18 mit einer Wechselspannung von bspw. 220 V versorgt wird. In dem Netzteil 39 wird diese Wechselspannung von einem Trenntransformator auf eine für die Elektronik 20 geeignete Spannung herab transformiert und anschließend gleichgerichtet. Ein sekundärseitiger Anschluss des Gleichrichters ist vorzugsweise mit dem Erdungspotential 16 im Bereich des Elektrofilters 14 galvanisch verbunden, so dass sämtliche Potentialsprünge im Fall eines Spannungsdurchbruchs von der Steuerungselektronik 20 problemlos nachvollzogen werden können.
Wie 2 zeigt, ist im Bereich des Schaltschranks 18 ebenfalls eine optische Schnittstelle 41 vorgesehen, welche parallel mit den beiden Lichtwellenleitern 35, 36 bidirektional kommunizieren kann. Diese optische Schnittstelle 41 wandelt auf dem Lichtwellenleiter 35 eintreffende Datensignale in elektrische Signale um und macht daher eine Weiterverarbeitung im Rahmen eines integrierten Schaltkreises 42, bspw. eines Mikrocontrollers, möglich. Ferner werden Steuerbefehle, Taktsignale od. dgl. von dem Steuerungsbaustein 42 erzeugt und über die optische Schnittstelle 41 und den zweiten Lichtwellenleiter 36 zu dem integrierten Schaltkreis 22 des Geräts zur Messwerterfassung 19 übertragen. Durch die Verwendung von zwei Lichtwellenleitern 35, 36 muss die Übertragung von Messergebnissen zu dem die Leistungselektronik 4 aufnehmenden Schaltschrank 18 nicht unterbrochen werden, wenn gleichzeitig Steuerbefehle zu dem Gerät 19 zur Messwerterfassung gesendet werden sollen. Zur Vereinfachung der Installation sind die beiden Lichtwellenleiter 35, 36 zusammen mit der zweiadrigen Stromversorgungsleitung 40 von einem gemeinsamen Kabelmantel 43 umschlossen.

Claims

Stromversorgung für Elektrofilter (14) mit einem Leistungselektronikteil (18) umfassend einen Gleichrichter (1), Zwischenkreis (2) und Wechselrichter (4), mit einem ausgangsseitig angeschlossenen Transformator (9) und einem Hochspannungsgleichrichter (11), wobei sich der Transformator (9) und der Hochspannungsgleichrichter (11) sowie ein Gerät (19) zur Messwerterfassung in unmittelbarer Nähe des Elektrofilters (14) befinden, dadurch gekennzeichnet, dass a) das Gerät (19) zur Messwerterfassung an die elektrischen Anschlüsse (17, 15) des Elektrofilters (14) gekoppelte Meßeingänge (21, 22) aufweist, sowie einen oder mehrere, diesen Meßeingängen (21, 22) zugeordnete Analog-Digital-Wandler (27), sowie ferner wenigstens einen Schnittstellenbaustein (34) zur Übertragung digitaler Daten; wobei b) sich der Leistungselektronikteil (18) an einem von dem Elektrofilter (14) entfernten Ort befindet und zu seiner Steuerung, insbesondere Schnellabschaltung bei Spannungsdurchschlägen, über Lichtwellenleiter (35, 36) mit dem Gerät (19) zur Messwerterfassung gekoppelt ist und von diesem ständig digitalisierte Messergebnisse empfängt.
Stromversorgung für Elektrofilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikation zwischen dem Leistungselektronikteil (18) und dem Gerät (19) zur Messwerterfassung über je eine zugeordnete Steuerbaugruppe (20, 42) erfolgt.
Stromversorgung für Elektrofilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur bidirektionalen Kommunikation zwischen dem Leistungselektronikteil (18) und dem Gerät (19) zur Messwerterfassung, insbesondere über die jeweils zugeordneten Steuerbaugruppen (20, 42), für jede Datenrichtung ein eigener Lichtwellenleiter (35, 36) vorgesehen ist.
Stromversorgung für Elektrofilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die über Lichtwellenleiter (35, 36) miteinander kommunizierenden Baugruppen (20, 42) je einen seriellen Eingang (37) und einen seriellen Ausgang (34) aufweisen.
Stromversorgung für Elektrofilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstellenbausteine (34, 37, 41) der über Lichtwellenleiter (35, 36) miteinander kommunizierenden Baugruppen (20, 42) derart konfiguriert sind, dass die Daten mit einer Frequenz von mehr als 500 kHz übertragen werden.
Stromversorgung für Elektrofilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiadriges Leiterkabel (40) von dem den Leistungselektronikteil aufnehmenden Schaltschrank (18) zu dem Gerät (19) zur Messwerterfassung zu dessen Energieversorgung verlegt ist.
Stromversorgung für Elektrofilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgungsleitung (40) durch ein Koaxialkabel gebildet ist.
Stromversorgung für Elektrofilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgungsleitung (40) ausschließlich im Bereich des die Leistungselektronik aufnehmenden Schaltschranks (18) geerdet ist.
Stromversorgung für Elektrofilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgungsleitung (40) über einen Trenntransformator (39) mit dem Gerät (19, 20) zur Messwerterfassung verbunden ist.
Stromversorgung für Elektrofilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Lichtwellenleiter (35, 36) sowie die zweiadrige Stromversorgungsleitung (40) von einem gemeinsamen Kabelmantel (43) umschlossen sind.
Stromversorgung für Elektrofilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelektronik (20) des Geräts (19) zur Messwerterfassung galvanisch mit dem geerdeten Potential (16) des Elektrofilters (14) verbunden ist.
Stromversorgung für Elektrofilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die primärseitigen Messeingänge (21, 22, 25) des Geräts (19) zur Messwerterfassung über Schutzbeschaltungen (26) an das Elektrofilter (14) angekoppelt sind.
Stromversorgung für Elektrofilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die primärseitigen Messeingänge (21, 22) des Geräts (19) zur Messwerterfassung über Spannungsteiler (23) bzw. Shunt (24) an die elektrischen Anschlüsse (17, 15) des Elektrofilters (14) gekoppelt sind.
Stromversorgung für Elektrofilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Digitalausgänge (28) der Analog-Digital-Wandler (27) oder ein daran angeschlossener Verarbeitungsbaustein (29) mit einem Speicher (30) gekoppelt sind.
Stromversorgung für Elektrofilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Digitalausgänge (28) der Analog-Digital-Wandler (27), ein daran angeschlossener Verarbeitungsbaustein (29) oder ein Speicher (30) mit dem Schnittstellenbaustein (34) zur Datenübertragung gekoppelt sind.
Stromversorgung für Elektrofilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät (19) zur Messwerterfassung mit einem integrierten Schaltkreis (20) realisiert ist.