DE29717333U1

DE29717333U1 - Vorrichtung zum Messen und Aufzeichnen von Strömen und Spannungen in Nieder-, Mittel- und Hochspannungsleitungssystemen

Info

Publication number: DE29717333U1
Application number: DE29717333U
Authority: DE
Original assignee: Karl Pfisterer & Co KG GmbH
Current assignee: Pfisterer Kontaktsysteme GmbH
Priority date: 1997-09-29
Filing date: 1997-09-29
Publication date: 1997-12-04
Anticipated expiration: 2007-09-30

Description

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Patentanwälte

European Patent Attorneys

Dr.-Ing. M-HeId t Dipl.-Ing.M.Bartels

Zugelassene Vertreter Patentanwälte · Lange Straße 51 · D-70174 Stuttgart beim Europäischen Patentamt

11. September 1997/1006
Reg.-Nr. 128 387

Karl Pfisterer GmbH & Co. KG, Inselstr. 140, 70327 Stuttgart

Vorrichtung zum Messen und Aufzeichnen von Strömen und Spannungen in Nieder-, Mittel- oder Hochspannungsleitungssystemen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen und Aufzeichnen von Strömen und Spannungen in Nieder-, Mittel- oder Hochspannungsleitungssystemen.

Vorrichtungen zum Messen und Aufzeichnen von Strömen in den genannten Leitungssystemen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Mit derartigen Vorrichtungen soll der Lastverlauf über einzelne Tage, Wochen oder Monate aufgezeigt und aufgezeichnet werden. Bei den bekannten Geräten besteht die Möglichkeit, den Momentanwert und den Maximalwert, jeweils als aktuellen Wert und als mit einem Tiefpaß gefilterten Wert abzurufen. An den Meßeingang der Vorrichtung kann entweder ein Zangenstromwandler mit bis zu 5 Ampere Ausgangssignal direkt angeschlossen werden oder es können entsprechende Stromwandler angeschlossen werden, mit denen sich Ströme bis zu etwa 2000 Ampere erfassen lassen. Außerdem können die bekannten Vorrichtungen zur Überwachung des Maximum des Stromwertes eingesetzt werden, da diese Vorrichtungen über eine SchwelIwerttriggerung verfugen, die individuell eingestellt werden kann.

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Deutsche Bank Stuttgart (BLZ 600 700 70) 1428 630 Telefonische Auskünfte und Aufträge sind

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Die bekannten Vorrichtungen wandeln die analogen Meßsignale in einen digitalen Wert, der anschließend in einer Recheneinheit weiterverarbeitet wird. Die Weiterverarbeitung wird durch entsprechende Steuerprogramme und Steuerparameter bestimmt, die in einem mit UV-Strahlung löschbaren, programmierbaren Nur-Lese-Speicher (Erasable Programmable Read Only Memory, EPROM) Speicherelement abgelegt sind.

Bei den bekannten Vorrichtungen ist es erforderlich, bei einer erforderlichen Veränderung der Meßsignal-Verarbeitung die gesamte Vorrichtung auszubauen, das Gehäuse zu öffnen und den EPROM-ßaustein gegen einen neuen EPROM-Baustein mit dem neuen Signalverarbeitungsprogramm auszutauschen. Diese Umrüstung erfordert einen hohen Zeitaufwand und ist kosten intensiv. Außerdem besteht bei dem Umstecken die Gefahr der mechanischen und/oder elektrischen Beschädigung der Platine bzw. der elektronischen Bauelemente.

Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine Vorrichtung zum Messen und Aufzeichnen von Strömen und Spannungen bereitzustellen, welche die vorstehend beschriebenen Nachteile überwindet. Insbesondere soll eine Vorrichtung bereitgestellt werden, bei welcher die Konfiguration schnell, einfach und kostengünstig verändert werden kann.

Das Problem wird durch die in dem unabhängigen Schutzanspruch offenbarte Vorrichtung gelöst. Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.

Das Problem ist insbesondere durch eine Vorrichtung gemäß dem Schutzanspruch 1 gelöst. Unter der Meßwertverarbeitung ist dabei beispielsweise die Ermittlung des wahren Effektiv wertes (True-RMS) aus dem Momentanwert der Meßgröße zu verstehen. Außerdem kann eine Oberwellenanalyse durchgeführt werden und die zugehörigen Daten

abgespeichert werden. Weiterhin können beispielsweise die Fiicker-Anteile, d. h. Schwebungen im Bereich von einem bis wenigen Hertz, ermittelt und abgespeichert werden. Über die Konfiguration der Vorrichtung wird die Art und Weise der Signalverarbeitung gesteuert. Bei dem Speicher mit wahlfreiem Zugriff kann es sich beispielsweise um einen dynamischen (DRAM) oder einen statischen (SRAM) Speicher mit wahlfreiem Zugriff (Random Access Memory) handeln.

Die Verwendung eines elektrisch beschreibbaren und elektrisch löschbaren, programmierbaren Nur-Lese-Speichers (EEPROM) bietet den Vorteil, daß die Konfiguration der Vorrichtung ohne ein Öffnen des Gehäuses und ohne ein physisches Entfernen und Einsetzen eines Bauelementes verändert und an verschiedene Situationen angepaßt werden kann. Das verwendete EEPROM-Bauelement läßt sich durch elektrische Signale löschen und durch elektrische Signale wiederbeschreiben. Damit kann vorteilhafterweise die Konfiguration der Vorrichtung auch automatisch und/oder fernbedient erfolgen. Dies ist insbesondere in sicherheitsrelevanten Bereichen von Vorteil.

Die besondere Ausführungsart der Erfindung gemäß dem Schutzanspruch 2 hat den Vorteil, daß durch Verwendung von Strom- und Spannungswandlern sehr große Stromsignale (bis zu 2000 Ampere) und sehr große Spannungssignale (bis in den Hochspannungsbereich) erfaßt werden können.

Die besondere Ausführungsart der Erfindung gemäß dem Schutzanspruch 3 hat den Vorteil, daß durch die Schnittstelle nicht nur die gespeicherten und aktuellen Meßsignale ausgelesen werden können, sondern auch die Konfiguration der Vorrichtung geändert werden kann. In der Regel findet der Datenaustausch über die erste Schnittstelle lokal statt, d. h. die Daten werden aus der Vorrichtung auf einen Datenträger geladen, der sich in unmittelbarer Nähe der Vorrichtung befindet.

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Die besondere Ausführungsart der Erfindung gemäß dem Schutzanspruch 4 hat den Vorteil, daß durch die Verwendung einer optischen Schnittstelle automatisch eine Potentialtrennung gewährleistet ist. Weiterhin ist vorteilhaft, eine Schnittstelle gemäß RS-232 zu verwenden, da diese gerade im Computerbereich eine große Verbreitung als sogenannte serielle Schnittstelle gefunden hat.

Die besondere Ausführungsart der Erfindung gemäß dem Schutzanspruch 5 hat den Vorteil, daß über die zweite Schnittstelle, die an eine Datenfemverbindung angeschlossen ist, die gespeicherten Werte und/oder die Konfiguration der Vorrichtung fernbedient, beispielsweise von einer Leitstelie aus, ausgelesen bzw. verändert werden kann.

Die besondere Ausführungsart der Erfindung gemäß dem Schutzanspruch 6 hat den Vorteil, daß auch mit einem verhältnismäßig geringem Speicherplatz Signale über einen verhältnismäßig langen Zeitraum von beispielsweise sechs Monaten abgespeichert werden können.

Die besondere Ausführungsart der Erfindung gemäß dem Schutzanspruch 7 hat den Vorteil, daß die Vorrichtung eine eintretende Störung oder einen besonderen Last- oder Störfall automatisch erkennt, und die zugehörigen Meßsignale vor, während und nach dem Auftreten dieses Ereignisses abspeichern kann.

Die besondere Ausführungsart der Erfindung gemäß dem Schutzanspruch 8 hat den Vorteil, daß durch den programmierbaren Schaltungsausgang zusätzliche, beispielsweise sicherheitsrelevante Elemente aktiviert werden können.

Die besondere Ausführungsart der Erfindung gemäß dem Schutzanspruch 9 hat den Vorteil, daß damit mehrere Leitungen und/oder Strom und Spannung

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gleichzeitig überwacht werden können, beispielsweise daß bei Verwendung von drei Stromkanälen und drei Spannungskanälen ein dreiphasiges Leitungssystem hinsichtlich Strom und Spannung komplett überwacht werden kann.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

Ein Weg zum Ausführen der beanspruchten Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiei der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 mit einem Kanal 20 für die Spannung und einem Kanal 30 für den Strom. Der Spannungskanal 20 erhält sein Signal über einen Spannungswandler 7. Über einen Optokoppler erfoigt eine Potentialtrennung. Der anschließende Analog/Digitalwandler 2 erzeugt ein digitales Datensignal entsprechend dem gemessenen Spannungswert und leitet dieses an die zentrale Recheneinheit CPU 4 weiter.

Der Stromkanal 30 erhält sein Signal von einem an die zu untersuchende Leitung 40 angeschlossenen Stromwandler 8. Das analoge Stromsignal wird in einem Analog/Digitalwandler 3 in ein digitales Datensignal umgewandelt und an die CPU 4 abgegeben.

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Über die erste Schnittstelle 9, die mittels eines Optokopplers 15 als optische Schnittstelle gemäß RS 232 ausgeführt ist, kann grundsätzlich ein bidirektionaler Datenverkehr stattfinden, in der Regel werden über diese SchnittsteNe 9 die Konfigurationsdaten für die Vorrichtung 1 von außen über die CPU 4 in das EEPROM 6 eingelesen. Außerdem werden über diese Schnittstelle 9 die Signaidaten aus dem RAM-Speicher 5 über die CPU 4 nach außen abgegeben.

Über die zweite serielle Schnittstelle 10, die als eine drahtgebundene Schnittstelle nach RS 485 ausgebildet ist, kann ebenfalls grundsätzlich ein bidirektionaler Datenverkehr stattfinden, im vorliegenden Fail werden über diese Schnittstelle die Wandlerverhältnisse des Spannungswandlers 7 und des Stromwandlers 8 in die Vorrichtung 1 eingegeben und die Signalwerte aus dem RAM-Speicher 5 über die CPU 4 ausgegeben.

Neben einer konventionellen Uhr 13 für die Erfassung von Uhrzeit und Datum weist die Vorrichtung 1 auch einen Funkuhranschluß 12 auf. Über diesen Funkuhranschluß 12, bei dem es sich ebenfalls um eine RS 232-Schnittstelle handelt, können exakte Zeitsignale aufgenommen werden, um eine Synchronisation verschiedener Vorrichtungen, die sich an verschiedenen Orten befinden können, zu gewährleisten. Der RAM-Speicher 5 dient zur Speicherung der gemessenen und verarbeiteten Signale. Der EEPROM-Speicher 6 dient zur Speicherung der Konfigurationsdaten der Vorrichtung 1 sowie zur Speicherung des Programmes für die Ablaufsteuerung der CPU 4.

Außerdem weist die Vorrichtung 1 noch einen programmierbaren Schaltausgang 11 auf, der in Abhängigkeit eines oder mehrerer frei verknüpfbarer Träggerimpulse geschaltet wird. Darüber hinaus können die MeßsignaSe und/oder die weiterverarbeiteten Signale auf einer in die Vorrichtung 1 integrierten Anzeige 14 angezeigt werden.

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Die dargestellte Vorrichtung 1 dient der Erfassung langsamer Spannungsänderungen, kurzer und langer Unterbrechungen sowie von Spannungseinbrüchen bzw. Spannungsüberhöhungen. Die gemessenen Werte werden klassifiziert und lassen sich über eine optische RS 232 Schnittstelle 9 und eine RS 485 Schnittstelle 10 auf einen Personal Computer (PC) überspielen. Die Speicherung von Ereignissen wird ausgelöst durch die Überoder Unterschreitung eines frei wählbaren Trigger-Wertes. Dabei wird ein einstellbarer Zeitausschnitt um das aufgetretenen Ereignis herum aufgezeichnet. Die Konfiguration der Vorrichtung 1 ist sowohl über die erste Schnittstelle 9 als auch über die zweite Schnittstelle 10 insbesondere über eine Datenfernverbindung 16 möglich. Auf der Anzeige 13 können aktuelle und/oder historische Daten einschließlich Datum und Uhrzeit angezeigt werden. Mehrere der erfindungsgemäßen Vorrichtungen 1 können in einem LAN (Local Area Network)- oder WAN (Wide Area Network)-Verband zusammengeschlossen werden.

Im Rahmen der Meßwert-Verarbeitung wird aus dem Momentanwert der Spannung der wahre Effektivwert (True-RMS) mit einer Zeitkonstante von weniger als 20 msec ermittelt. Der ermittelte True-RMS-Wert wird klassifiziert, gespeichert und angezeigt. Wenn der True-RMS-Wert einen vorher gesetzten Schwellwert während der vorgegebenen Auslösedauer überschreitet, wird eine Ereignisspeicherung mit wählbarer Auflösung, Aufzeichnungsdauer und Vorgeschichte ausgelöst. Die Ereignisse werden in den entsprechenden Klassen über die vorgegebenen Zeit aufsummiert. Die Speicherkapazität beträgt in einer Grundausrüstung beispielsweise 128 KByte und kann beispielsweise bis zu einem Wert von 512 KByte erhöht werden. Sofern Flicker und/oder Oberwellen abzuspeichern sind, ist der Speicherplatz entsprechend zu erweitern.

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Die Auslesung der Daten an der ersten Schnittstelle 9 wird mittels eines durch Magnetkraft an der Gehäusefront haftenden Auslesekopfes durchgeführt. Der Datenaustausch wird über eine entsprechende Software verwaltet. Die Daten können mit einem PC-Programm ausgelesen, grafisch dargestellt, ausgewertet und ausgedruckt werden.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der programmierbare Schaltausgang 11 ein Relais auf, das im Normalbetrieb angezogen ist. Bei Über- oder Unterschreitung eines vorgegebenen Schwellwertes oder bei einem Netzausfall wird das Relais stromlos und fällt ab. Der Schwellwert bezieht sich dabei auf einen der beiden Momentanwerte und kann individuell an der Vorrichtung 1 entsprechend den Anforderungen des jeweiligen Anwendungsfalles eingestellt werden.

Die Vorrichtung 1 ist geeignet für den Anschluß von flexiblen, eisenlosen Stromsensoren {Easy-Sensoren), die auf Rogowskitechnik basieren sowie für den Anschluß von herkömmlichen Stromwandiern mit einem Eisenkern. Weiterhin ist die Vorrichtung 1 geeignet für den Anschluß von kapazitiven Spannungssensoren und für den Anschluß von herkömmlichen Spannungswandiern mit einem Eisenkern.

Claims

-01 - Schutzansprüche

1. Vorrichtung (1) zum Messen und Aufzeichnen von Strömen und elektrischen Spannungen in Nieder-, Mittel- oder Hochspannungsleitungssystemen,

wobei die Ströme und Spannungen mit einem Analog/Digital-Wandler (2 ,3) erfaßt werden und durch eine Recheneinheit (4) teilweise weiterverarbeitet werden,

wobei die gemessenen und verarbeiteten Signale in einem Speicher mit wahlfreiem Zugriff (5) gespeichert werden,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Konfiguration der Vorrichtung {1), insbesondere hinsichtlich der Signaierfassung und der Signalverarbeitung, entsprechend Steuerdaten erfolgt, die in einem elektrischen beschreibbaren und elektrisch löschbaren, programmierbaren Nur-Lese-Speicher (6) abgelegt sind.

2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßgrößen unter Verwendung von Spannungswandlern (7) und Stromwandlern (8) erfaßt werden, wobei das Wandlerverhältnis über die Konfiguration der Vorrichtung (1) einstellbar ist.

3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) eine erste Schnittstelle (9) aufweist, daß die gespeicherten Werte über die erste Schnittstelle (9) lokal aus

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der Vorrichtung ausgelesen werden, und/oder daß die Konfiguration der Vorrichtung (1) über die erste Schnittstelle (9) lokal verändert wird.

4. Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schnittstelle (9) eine drahtlose optische Schnittsteile gemäß RS-232 ist.

5. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) über eine zweite Schnittstelle (10) an eine Datenfernverbindung (16) angeschlossen ist, daß die gespeicherten Werte über die zweite Schnittstelle (10) aus der Vorrichtung (1) ausgelesen werden, und/oder daß die Konfiguration der Vorrichtung (1) über die zweite Schnittstelle (10) verändert wird, und daß die zweite Schnittstelle (10) eine drahtgebundene Schnittstelle, beispielsweise gemäß RS-485, ist.

6. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) in durch die Konfiguration vorgegebenen periodischen Abständen Meßsignale und weiterverarbeitete oder klassifizierte Signale im Speicher (5) abspeichert.

7. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) bei Über- bzw. Unterschreitung des Meßsignals über bzw. unter einen durch die Konfiguration vorgegebenen Grenzwert einen Triggerimpuls auslöst und/oder die Meßwerte innerhalb eines einstellbaren Zeitintervalls abspeichert.

8. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) einen programmierbaren Schaltausgang (11) aufweist, der in Abhängigkeit eines oder mehrerer frei verknüpfbarer Triggerimpulse geschaltet wird.

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9. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) mehrkanaiig ausgestaltet ist, beispielsweise drei Stromkanäle (30) und drei Spannungskanäle (20) aufweist.

10. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) einen Funkuhranschluß (12) aufweist, insbesondere über eine RS 232-Schnittstelle.