DE102008005663A1 - Einrichtung zur Messung einer elektrischen Wechselspannung, insbesondere einer Drehspannung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung einer elektrischen Wechselspannung, die mehrere Spannungsphasen (L1, L2, L3) sowie eine Neutralphase (N) aufweisen kann, wobei jeder Spannungsphase (L1, L2, L3) ein Phasenleiter und der Neutralphase (N) ein Neutralleiter zugeordnet ist, welche jeweils an einem Eingang (E1, E2, E3, EN) der Einrichtung anschließbar sind, mit Spannungsmesseinrichtungen (1, 2, 3), die mit jeweils einem der Eingänge (E1, E2, E3) unter Zwischenschaltung eines Spannungsteilers R5, R6; R7, R8; R9, R10) verbunden sind, wobei die Spannungsteiler (R5, R6; R7, R8; R9, R10) mit dem Eingang (EN) des Neutralleiters verbunden sind, und mit einer den Spannungsteilern (R5, R6; R7, R8; R9, R10) und dem Neutralleiter nachgeschalteten Schutzimpedanz (R4) zum Schutz einer Bedienperson bei Berührung von spannungsführenden Teilen. Um mit geringem technischen Aufwand eine hohe Schutzklasse und Messgenauigkeit zu erzielen, wird vorgeschlagen, dass die Eingangsspannungsteiler (R5, R6; R7, R8; R9, R10) jeweils über eine vorgegebene Vorschaltimpedanz (R1, R2, R3) mit der zugehörigen Spannungsmesseinrichtung (1, 2, 3) verbunden sind, dass die Schutzimpedanz (R4) und die Vorschaltimpedanzen (R1, R2, R3) so dimensioniert sind, dass - wenn mehrere Spannungsphasen (L1, L2, L3), aber keine Neutralphase (N) anliegt - sich jeweils selbsttätig ein virtueller Nullpunkt als Referenzpunkt der Spannungsmesseinrichtungen (1, 2, 3) am Neutralleitereingang ausbildet und dass die ...

Description

• Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung einer elektrischen Wechselspannung, die mehrere Spannungsphasen sowie eine Neutralphase aufweisen kann, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Einrichtungen zur Messung von Drehspannungen, welche drei Spannungsphasen und eine Neutralphase aufweisen, sind bekannt. Die Spannungsphasen werden über die zugehörigen Phasenleiter und die Neutralphase über den Neutralleiter an die Eingänge der Einrichtung gelegt. Die Eingänge sind mit Spannungsmesseinrichtungen verbunden, meist über Spannungsteiler zur Pegelanpassung. Alle Spannungsteiler sind mit dem Neutralleitereingang verbunden. Zum Schutz einer Bedienperson vor spannungsführenden Teilen ist hinter den Spannungsteilern zur Begrenzung des durch den Neutralleiter fließenden Stroms eine Schutzimpedanz vorgesehen.
• Nachteilig ist dabei, dass derartige Einrichtungen bei einer nicht vorhandenen Neutralphase einen erheblichen Messfehler aufweisen können. Weiter ist es bei den bekannten Einrichtungen nicht möglich, mit einfachen technischen Maßnahmen eine hohe Schutzklasse zu erzielen, welche den Anforderungen an Luft- und Kriechstrecken entspricht, und das insbesondere auch bei Ausfall eines Spannungsteilerwiderstands.
• Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Messung einer elektrischen Wechselspannung, insbesondere einer Drehspannung, zu erzielen, welche mit geringem technischem Aufwand eine hohe Schutzklasse und Messgenauigkeit aufweist.
• Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst; die Unteransprüche entsprechen vorteilhaften Ausgestaltungen.
• Die Lösung sieht vor, dass die Eingangsspannungsteiler jeweils über eine vorgegebene Vorschaltimpedanz mit der zugehörigen Spannungsmesseinrichtung verbunden sind, dass die Schutzimpedanz und die Vorschaltimpedanzen so dimensioniert sind, dass – wenn mehrere Spannungsphasen aber keine Neutralphase anliegt – sich jeweils selbsttätig ein virtueller Nullpunkt als Referenzpunkt der Messeinrichtungen am Neutralleitereingang ausbildet, und dass die Impedanzen der Eingangsspannungsteiler und die Schutzimpedanz aus mehreren in Reihe geschalteten Impedanzen gebildet werden. Auf diese Weise ist es möglich, Wechselspannungen mit mehreren Spannungsphasen genau zu messen, auch wenn keine Neutralphase vorhanden ist. Die Verwendung von mit der Schutzimpedanz abgestimmten Vorschaltimpedanzen macht es möglich, diese aus mehreren in Reihe geschalteten Impedanzen zu bilden, wodurch sich entsprechende Luft- und Kriechstrecken realisieren lassen.
• Um bei Unsymmetrien eine Beeinflussung der unbelegten Eingänge und damit der Messung zu verhindern, wird vorgeschlagen, dass die Eingänge der Messeinrichtungen hochohmig ausgebildet sind.
• Zur Erzielung einer hohen Messgenauigkeit ist für jede Spannungsphase eine eigene Messeinrichtung vorgesehen.
• Zweckmäßigerweise sind die Messeinrichtungen als Differenzverstärker ausgebildet.
• Ein virtueller Nullpunkt als Referenzpunkt der Messeinrichtungen ergibt sich auf einfache Art und Weise, wenn die Schutzimpedanz gleich der Impedanz ist, die der Parallelschaltung aller Vorschaltimpedanzen entspricht.
• Besonders einfach ist es, wenn die Vorschaltimpedanzen jeweils gleich sind.
• Der Schutz der Bedienperson wird verbessert, wenn die Impedanzen des Spannungsteils jeweils aus zwei parallel geschalteten Impedanzen gebildet sind.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher beschrieben, dessen einzige Figur die Schaltung einer Einrichtung zur Messung einer elektrischen Drehspannung zeigt. Die Einrichtung weist vier Eingänge E1, E2, E3, EN auf, drei Eingänge E1, E2, E3 für die drei Spannungsphasen L1, L2, L3 und einen Eingang EN für die Neutralphase N. Die Spannungsphasen L1, L2, L3 und die Neutralphase N werden über entsprechende Phasenleiter sowie einen Neutralleiter für die Neutralphase an die Einrichtung angeschlossen. Die Spannungsphasen L1, L2, L3 sind über einen Spannungsteiler R5 und R6, R7 und R8, R9 und R10, die der Pegelanpassung dienen, an die nachgeschalteten Spannungsmesseinrichtungen 1, 2, 3 angeschlossen, die hier als mittels Operationsverstärker realisierte Differenzverstärker ausgebildet sind. Wie die Figur zeigt, sind alle drei Spannungsteiler mit dem Eingang EN des Neutralleiters verbunden. Dabei liegen zwischen den Spannungsteilern R5 und R6, R7 und R8, R9 und R10 und den Spannungsmesseinrichtungen 1, 2, 3 Vorschaltimpedanzen R1, R2, R3. Insbesondere die Impedanzen R5, R7 und R9 sowie R6, R8 und R10 der Spannungsteiler sind jeweils gleich; jeweils gleich sind auch die Vorschaltimpedanzen R1, R2, R3.
• Zum Schutz von Bedienpersonen gegen unbeabsichtigtes Berühren von spannungsführenden Teilen ist die Einrichtung über eine Schutzimpedanz R4 mit dem Nulleitereingang EN verbunden. Die Schutzimpedanz R4 ist hier so dimensioniert, dass sie gleich der Parallelschaltung der drei Vorschaltimpedanzen R1, R2, R3 ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass bei einer Drehspannung ohne angeschlossener oder nicht verfügbarer Neutralphase sich jeweils ein virtueller Nullpunkt als Referenzpunkt der Messeinrichtungen am Neutralleitereingang EN einstellt. Dadurch wird die Drehspannung auch in diesem Fall mit entsprechend hoher Genauigkeit gemessen. (Selbstverständlich ist die Schaltung auch zur Messung von einphasigen Wechselspannungen geeignet, wobei allerdings der Nulleiter angeschlossen sein muss.)
• Die oben beschriebene Einrichtung ermöglicht es mit geringem Aufwand, die Impedanzen aus mehreren in Reihe geschalteten Impedanzen zu bilden, um so eine hohe Schutzklasse der Schaltung sicherzustellen, da eine solche „Kette" bzw. Reihe von Impedanzen für eine Vergrößerung der Luft- und Kriechstrecken sorgt. wird Vor allem die Impedanzen R5–R10 sowie R1–R3 setzen sich jeweils aus mehreren Impedanzen zusammen, d. h. sind jeweils aus einer „Kette" gebildet.
• Die Messgenauigkeit erhöht sich, wenn die Eingänge der Messeinrichtungen 1, 2, 3 hochohmig sind. Um die Schutzklasse auch bei Ausfall eines der Impedanzen R5–R10 sicherzustellen, sind diese außerdem jeweils aus zwei parallel geschalteten Impedanzen gebildet.
• Alle Impedanzen sind hier in diesem Beispiel rein ohmsche Widerstände.

Claims (7)

1. Einrichtung zur Messung einer elektrischen Wechselspannung, die mehrere Spannungsphasen (L1, L2, L3) sowie eine Neutralphase (N) aufweisen kann, wobei jeder Spannungsphase (L1, L2, L3) ein Phasenleiter und der Neutralphase (N) ein Neutralleiter zugeordnet ist, welche jeweils an einem Eingang (E1, E2, E3, EN) der Einrichtung anschließbar sind, mit Spannungsmesseinrichtungen (1, 2, 3), die mit jeweils einem der Eingänge (E1, E2, E3) unter Zwischenschaltung eines Spannungsteilers verbunden (R5, R6; R7, R8; R9, R10) sind, wobei die Spannungsteiler (R5, R6; R7, R8; R9, R10) mit dem Eingang (EN) des Neutralleiters verbunden sind, und mit einer den Spannungsteilern (R5, R6; R7, R8; R9, R10) und dem Neutralleiter nachgeschalteten Schutzimpedanz (R4) zum Schutz einer Bedienperson bei Berührung von spannungsführenden Teilen, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsspannungsteiler (R5, R6; R7, R8; R9, R10) jeweils über eine vorgegebene Vorschaltimpedanz (R1, R2, R3) mit der zugehörigen Spannungsmesseinrichtung (1, 2, 3) verbunden sind, dass die Schutzimpedanz (R4) und die Vorschaltimpedanzen (R1, R2, R3) so dimensioniert sind, dass – wenn mehrere Spannungsphasen (L1, L2, L3) aber keine Neutralphase (N) anliegt – sich jeweils selbsttätig ein virtueller Nullpunkt als Referenzpunkt der Spannungsmesseinrichtungen (1, 2, 3) am Neutralleitereingang ausbildet, und dass die Impedanzen der Eingangsspannungsteiler (R5–R10) und die Schutzimpedanz (R4) aus mehreren in Reihe geschalteten Impedanzen gebildet werden.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingänge der Spannungsmesseinrichtungen (1, 2, 3) hochohmig ausgebildet sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Spannungsphase (L1, L2, L3) eine Spannungsmesseinrichtung (1, 2, 3) vorgesehen ist.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsmesseinrichtungen (1, 2, 3) als Differenzverstärker ausgebildet sind.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzimpedanz (R4) gleich der Impedanz ist, die der Parallelschaltung aller Vorschaltimpedanzen (R1, R2, R3) entspricht.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschaltimpedanzen (R1, R2, R3) jeweils gleich sind.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanzen der Eingangsspannungsteiler (R5–R10) jeweils aus zwei parallel geschalteten Impedanzen gebildet sind.