ISBN 978-3-8439-2147-3

978-3-8439-2147-3, Reihe Energietechnik

Christoph Buchhagen
Modellierung und Erweiterung des Frequenzübertragungsbereichs von induktiven Mittelspannungswandlern

193 Seiten, Dissertation Universität Hannover (2015), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Aufgrund des vermehrten Einsatzes von leistungselektronischen Betriebsmitteln verschlechtert sich zunehmend die Spannungsqualität in den elektrischen Netzen. Insbesondere steigt die Anzahl harmonischer und zwischenharmonischer Oberschwingungen. Daher ist es zukünftig vermehrt erforderlich, die Spannungsqualität zu überwachen. Für die dafür notwendige Messung der Spannung kommen insbesondere in den Verteilnetzen induktive Spannungswandler zum Einsatz. Diese besitzen jedoch Resonanzfrequenzen bei wenigen kHz, die einer Verfälschung der Messergebnisse führen. Daher sind induktive Spannungswandler zur Überwachung höherfrequenter Spannungsanteile nur bedingt geeignet. Zwar existieren frequenzkompensierte RC-Teiler, jedoch besitzen diese einige entscheidende Nachteile gegenüber induktiven Wandlern. Damit Netzbetreiber auch zukünftig die bisher bevorzugten induktiven Spannungswandler einsetzen können, ist es erforderlich, deren Frequenzverhalten zu verbessern.

In dieser Arbeit erfolgt die Aufstellung eines Modells zur Berechnung des Frequenzverhaltens von induktiven Mittelspannungswandlern. Dabei findet ein Ersatzschaltbild Verwendung, welches einen hohen praktischen Bezug besitzt, so dass Ersatzschaltbildelemente direkt geometrischen Größen am realen Wandler zugeordnet und mit diesen parametriert werden können. Durch die Analyse von Einflussgrößen auf die Frequenz der ersten Resonanzstelle gelingt es, die signifikanten konstruktiven Parameter zu identifizieren. Unter Beachtung der fertigungstechnischen Auslegungsgrenzen wird die erste Eigenfrequenz an mehreren Prototypen in einen hohen Frequenzbereich verschoben. Allerdings ist die Abweichung vom Nennübersetzungsverhältnis bei hohen Frequenzen weiterhin bedeutend. Deshalb ist zusätzlich noch die Minimierung des Übertragungsfehlers erforderlich. Dies erfolgt durch eine Beeinflussung der Lage der Pol- und Nullstellen im Frequenzgang des Spannungswandlers. Diese werden unter anderem derart beeinflusst, dass sie exakt aufeinander liegen und sich gegenseitig auslöschen. Ein optimiertes Übertragungsverhalten stellt sich jedoch ein, wenn die Polstelle geringfügig vor der Nullstelle liegt. Dadurch gelang es 20-kV-Spannungswandler zu entwickeln, die ein deutlich verbessertes Frequenzverhalten als herkömmliche Spannungswandler aufweisen, welche eine erste Resonanzstelle bei ca. 5 kHz besitzen. Bis zu 9 kHz besitzen die Wandler eine geringere Abweichung als 3 % in der Amplitude und 2° in der Phase.