DE3329737C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem elektronischen Elektri­ zitätszähler für zwei Energierichtungen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger Elektrizitätszähler ist beispielsweise aus der Zeitschrift "Technisches Messen atm 1978, Heft 11, Seite 407 bis 411" bekannt. Elektro­ nische Elektrizitätszähler der dort beschriebenen Art weisen eine hohe Genauigkeit auf, jedoch nur bis herab zu einem Mindeststrom von z. B. 1%. Unterhalb dieses Min­ deststroms steigen die Fehler z. B. aufgrund von Offset­ spannungen der im elektronischen Zähler verwendeten Operationsverstärker stark an.

Bei Zählern für zwei Energierichtungen sind häufig die in beiden Richtungen auftretenden maximalen Ströme stark unterschiedlich. Bei Kernkraftwerken wird bei­ spielsweise im Normalbetrieb in einer Richtung eine hohe Leistung abgegeben. Im Störungsfall nimmt das Kernkraftwerk aus dem Netz die für den Eigenbedarf benötigte Leistung auf, die nur einen kleinen Bruchteil der abgegebenen Leistung ausmacht.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen elektronischen Elektrizitätszähler der eingangs genannten Art so zu ge­ stalten, daß auch bei stark unterschiedlichen maximalen Strömen in beiden Energierichtungen eine genaue Messung erfolgt.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die Vergrößerung des Eingangssignals am Stromein­ gang des Multiplizierers wird eine entsprechende Verrin­ gerung des beispielsweise durch Offsetspannungen verur­ sachten Fehlers erreicht. Die Umschaltung des Eingangs­ signalteilers erfolgt auf einfache Weise durch den Ener­ gierichtungsdiskriminator, der zur Umschaltung der Zähl­ einrichtungen ohnehin vorhanden sein muß. Die Vergrö­ ßerung des Eingangssignals in einer Energierichtung muß bei der Anzeige der zugeordneten Zähleinrichtung natürlich berücksichtigt werden, was besonders einfach ist, wenn beispielsweise eine Vergrößerung um den Faktor 10 erfolgt. In diesem Fall ist lediglich eine entsprechende Kommaverschiebung in der dezimalen Ziffernanzeige erforderlich.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausführungsformen des Elektrizitätszählers angegeben.

Bei einem elektronischen Elektrizitätszähler mit einem dem Stromeingang des Multiplizierers vorgeschalteten Stromwandler kann zur Bildung des Eingangssignalteilers die Sekundärwicklung des Stromwandlers eine Anzapfung aufweisen und es können zwei steuerbare Schalter vorge­ sehen sein, die einerseits an ein Ende bzw. an die An­ zapfung der Sekundärwicklung und andererseits an einen Bürdenwiderstand und an den Stromeingang des Multipli­ zierers angeschlossen sind. Bei dieser Anordnung geht eine Widerstandsänderung der Schalter nicht in das Meß­ ergebnis ein, da der Bürdenwiderstand des Stromwandlers direkt an den Stromeingang des Multiplizierers ange­ schlossen ist.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform besteht der Eingangssignalteiler aus zwei Bürdenwiderständen, die über je einen steuerbaren Schalter mit der Sekun­ därwicklung des Stromwandlers verbunden sind, wobei die Verbindungspunkte von steuerbaren Schaltern und Bürden­ widerständen über je einen weiteren steuerbaren Schalter mit dem Stromeingang des Multiplizierers verbunden sind. Auch in diesem Fall geht der Innenwiderstand der Schal­ ter nicht in das Meßergebnis ein, da er keinen für das Meßergebnis relevanten Spannungsabfall verursacht. Es sind zwar vier steuerbare Schalter erforderlich, dafür jedoch keine Anzapfung des Stromwandlers.

In einer weiteren Ausführungsform kann der Eingangs- Signalteiler aus zwei Bürdenwiderständen bestehen, von denen einer über einen steuerbaren Schalter und einer direkt mit der Sekundärwicklung des Stromwandlers ver­ bunden ist, wobei je ein Anschluß der Bürdenwiderstände über je einen steuerbaren Schalter mit dem Stromeingang des Multiplizierers verbunden ist. Hierbei kann mit drei Schaltern auf zwei Bürdenwiderständen umgeschaltet wer­ den. Dabei beeinflußt allerdings der in Reihe zu einem Bürdenwiderstand liegende Schalter die Stromaufteilung zwischen den Bürdenwiderständen. Änderungen des Innen­ widerstandes dieses Schalters führen daher auch zu einer Verfälschung des Meßergebnisses, allerdings nur in ge­ ringem Umfang.

In einer weiteren Ausführungsform besteht der Eingangs- Signalteiler aus zwei Bürdenwiderständen, von denen einer über einen steuerbaren Schalter und der andere direkt mit der Sekundärwicklung des Stromwandlers ver­ bunden ist, wobei der Stromeingang des Multiplizierers direkt mit einem Ende der Sekundärwicklung verbunden ist. Bei dieser Anordnung ist nur ein einziger Schalter zur Umschaltung erforderlich. Der Innenwiderstand dieses Schalters beeinflußt aber den Spannungsabfall an der Parallelschaltung beider Bürdenwiderstände, so daß Änderungen des Innenwiderstands zu Meßfehlern führen.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel besteht der Ein­ gangs-Signalteiler aus zwei Bürdenwiderständen, die in Reihenschaltung an die Sekundärwicklung des Stromwand­ lers angeschlossen sind, wobei einem der Bürdenwider­ stände ein steuerbarer Schalter parallel geschaltet ist und der Stromeingang des Multiplizierers mit einem Ende der Sekundärwicklung verbunden ist. Auch in diesem Fall beeinflußt der Innenwiderstand des Schalters den Span­ nungsabfall an einem Bürdenwiderstand und verursacht so­ mit bei Änderungen Meßfehler.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 6 näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines elektronischen Elektrizitätszählers für zwei Energierichtungen. Der Meß­ strom wird dem Elektrizitätszähler über einen Stromwand­ ler 7 zugeführt, der die zur Verfügung stehenden Meß­ ströme auf für die Elektronik geeignete Ströme herab­ setzt. Der Stromwandler kann zur Erzielung einer guten Linearität beispielsweise elektronisch fehlerkompensiert sein, wie dies in der bereits genannten Literaturstelle "Technisches Messen atm 1978, Heft 11 auf Seite 408 beschrieben ist. Die Sekundärwicklung 7b des Strom­ wandlers 7 ist über einen Eingangs­ signalteiler 8 mit dem Stromeingang eines Multipli­ zierers 1 verbunden. Am Spannungseingang des Multipli­ zierers 1 steht die Meßspannung an, deren Größe eben­ falls an die Elektronik entsprechend angepaßt ist. Dem Multiplizierer 1 ist ein Quantisierer 2 nachgeschaltet, der im wesentlichen aus einem Integrator 2a und einem Komparator 2b bestht. Mit diesem Quantisierer 2 wird die leistungsproportionale Ausgangsspannung des Multiplizierers 1 in eine proportionale Frequenz umgewandelt.

Dem Quantisierer 2 sind zwei getrennte Zähleinrich­ tungen 4, 5 nachgeschaltet, die in Abhängigkeit von der momentanen Energierichtung über den Umschalter 3 zuge­ schaltet werden. Zur Ansteuerung des Umschalters 3 ist ein Energierichtungsdiskriminator 6 vorgesehen, der sein Eingangssignal aus dem Integrator 2a bezieht.

Soweit bisher beschrieben, ist die Schaltung aus der bereits genannten Literaturstelle "Technisches Messen atm 1978, Heft 11, Seiten 407 bis 411" bekannt und näher erläutert.

Im Unterschied zur bekannten Einrichtung ist der Eingangssignalteiler 8 umschaltbar und wird von dem Energierichtungsdiskriminator 6 angesteuert. Dabei wird in der Energierichtung, in der der maximal auftretende Strom kleiner ist, das Eingangssignal des Stromeingangs des Multiplizierers 1 vergrößert. Damit wirken sich Fehler des Multiplizierers 1 und des Quanti­ sierers 2, die insbesondere durch Offsetspannungen der verwendeten Operationsverstärker hervorgerufen werden, entsprechend weniger aus. Diese Umschaltung des Ein­ gangssignalteilers muß bei der entsprechenden Zählein­ richtung 4 bzw. 5 entsprechend berücksichtigt werden, z. B. durch Hinweis auf einen Multiplikationsfaktor auf der Anzeigetafel. Besonders einfach ist diese Berück­ sichtigung bei einem Multiplikationsfaktor von z. B. 10 möglich, da dann einfach das Komma an der Anzeigeein­ richtung verschoben werden kann.

Verschiedene Ausführungsbeispiele für den Eingassignal­ teiler sind in den Fig. 2 bis 6 dargestellt.

Bei der Ausführung nach Fig. 2 weist die Sekundärwick­ lung 7b des Stromwandlers 7 eine Anzapfung 7c auf. Ein Ende der Sekundärwicklung 7b und die Anzapfung 7c sind über je einen Schalter 8e bzw. 8f mit einem Bürdenwider­ stand 8a und dem Stromeingang des Multiplizierers 1 verbunden. Der zweite Anschluß des Bürdenwiderstands 8a ist mit dem zweiten Ende der Sekundärwicklung 7b verbunden. Bei dieser Anordnung wird der Schalter 8e geöffnet und der Schalter 8f geschlossen, sobald der Energierichtungsdiskriminator 6 die Energierichtung erkennt, in der der kleinere Maximalstrom auftritt. Damit wird der Sekundärstrom des Stromwandlers 7 und damit auch der Spannungsabfall am Bürdenwiderstand 8a bei gleichem Primärstrom erhöht. Der Widerstand der elektronischen Schalter 8e und 8f beeinflußt den Spannungsabfall am Bürdenwiderstand 8a praktisch nicht, insbesondere wenn der Stromwandler 7 elektronisch fehlerkompensiert ist.

Bei der Anordnung nach Fig. 3 sind zwei Bürdenwider­ stände 8a und 8b über je einen Schalter 8g bzw. 8h an die Sekundärwicklung 7b angeschlossen. Der Verbindungs­ punkt von Bürdenwiderstand 8a und Schalter 8g bzw. Bür­ denwiderstand 8b und Schalter 8h ist jeweils über einen Schalter 8k bzw. 8i mit dem Stromeingang des Multipli­ zierers 1 verbunden. Bei dieser Anordnung wird ein Bür­ denwiderstand 8a oder 8b eingeschaltet, indem die bei­ den mit ihm verbundenen Schalter 8g, 8k bzw. 8h, 8i ein­ geschaltet werden. Dabei wird der Bürdenwiderstand mit dem größeren Widerstandswert für die Energierichtung mit dem kleineren Maximalstrom eingeschaltet. Der Wider­ stand der Schalter 8g bis 8k beeinflußt auch bei der Schaltung nach Fig. 3 den Spannungsabfall an den Bürden­ widerständen 8a bzw. 8b nicht und geht somit nicht in das Meßergebnis ein.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist ein Bürdenwider­ stand 8a direkt und ein zweiter Bürdenwiderstand 8b über einen Schalter 8h mit der Sekundärwicklung 7b verbunden. Die Bürdenwiderstände 8a und 8b sind über je einen Schalter 8k bzw. 8i mit dem Stromeingang des Multipli­ zierers 1 verbunden. Wenn die beiden Schalter 8i und 8h geschlossen sind, so ist die Parallelschaltung der bei­ den Bürdenwiderstände 8a und 8b wirksam. Bei der Ener­ gierichtung mit dem kleineren Maximalstrom werden die Schalter 8i und 8h geöffnet und der Schalter 8k ge­ schlossen. Damit ist dann nur noch der Bürdenwiderstand 8a wirksam, so daß der Spannungsabfall für den Multipli­ zierer vergrößert wird. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 geht allerdings der Widerstand des Schalters 8h mit in das Meßergebnis ein, da er den Spannungsabfall bei Parallelschaltung beider Bürdenwiderstände 8a und 8b beeinflußt. Ein nicht vernachlässigbarer Meßfehler ergibt sich dann, wenn man für den Schalter 8h einen elektronischen Schalter mit relativ hohem Widerstand R_8h, der außerdem großen Toleranzen unterworfen ist, ein­ setzt. Wenn man beispielsweise folgende Widerstandswerte annimmt:

R_8a = 10 kΩ  R_8b = 1 kΩ  R_8h = 50Ω ± 20%

So ergibt eine einfache Berechnung des Spannungsabfalls einen durch die Widerstandstoleranz des Schalters 8h verursachten Meßfehler von ±0,1%.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist wieder ein Bürdenwiderstand 8a direkt und ein zweiter Bürdenwider­ stand 8b über einen Schalter 8h mit der Sekundärwicklung 7b verbunden. In diesem Fall ist aber die Sekundärwick­ lung 7b direkt mit dem Stromeingang des Multiplizierers 1 verbunden. Durch Einschalten des Schalters 8h wird hier ebenfalls eine Parallelschaltung beider Bürden­ widerstände 8a und 8b und damit eine Verkleinerung des Spannungsabfalls erzielt. Bei dieser Schaltung kommt man zwar mit einem Schalter 8h aus, dafür ist aber der durch die Widerstandstoleranz dieses Schalters verursachte Meßfehler größer. Bei der obengenannten Dimensionierung ergibt sich ein Meßfehler von ±0,86%.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 ist an die Sekun­ därwicklung 7b die Reihenschaltung zweier Bürdenwider­ stände 8a und 8b angeschlossen, wobei dem Bürdenwider­ stand 8b ein Schalter 8l parallel geschaltet ist. Der Stromeingang des Multiplizierers 1 ist direkt an die Sekundärwicklung 7b angeschlossen. Dabei wird zur Erhö­ hung des Spannungsabfalls in der Energierichtung mit kleinen Lastströmen der Schalter 8l geöffnet. Der mit dem Schalter 8l maximal verursachte Lastfehler beträgt - wiederum unter Zugrundelegung der obenangegebenen Dimensionierung - ±0,95%.

Zusammenfassend ist also festzustellen, daß es mit den angegebenen Schaltungen gelingt, auf einfache Weise den Meßfehler eines elektronischen Zählers auch bei kleinen Strömen zu verringern. Wenn man entweder eine Mittel­ anzapfung der Sekundärwicklung 7c und zwei Schalter 8e, 8f vorsieht, oder eine nichtangezapfte Sekundärwick­ lung und vier Schalter 8g bis 8k, so wird mit der Anordnung praktisch kein Meßfehler verursacht. Man kann auch mit weniger Schaltern auskommen, muß dann aber einen größeren Meßfehler in Kauf nehmen, der vom Innenwi­ derstand der Schalter und von deren Toleranz abhängig ist. Ein nicht mehr vernachlässigbarer Meßfehler kann sich dabei ergeben, wenn man elektronische Schalter einsetzt.

Die Anordnung ist in den Ausführungsbeispielen einphasig dargestellt. Selbstverständlich kann man auch einen Drehstromzähler entsprechend aufbauen, indem man den gesamten Eingangskreis einschließlich des Multiplizie­ rers 1 dreifach vorsieht. Der Integrator 2a dient dann gleichzeitig als Summierer für die Meßwerte der drei Phasen.

Claims (6)

1. Elektronischer Elektrizitätszähler für zwei Ener­ gierichtungen, bei dessen Betrieb für beide Energierichtungen unter­ schiedliche maximale Ströme festgelegt sind, aufweisend einen Multiplizierer (1) für Strom und Spannung, einen nachgeschalteten Quantisierer (2) mit getrennten Zähleinrichtungen (4, 5) für die beiden Energierichtungen sowie einen Energierichtungsdiskrimi­ nator (6), dadurch gekennzeichnet, daß dem Stromeingang des Multiplizierers (1) ein umschaltbarer Eingangssignalteiler (8) vorgeschaltet ist, der vom Energierichtungsdiskriminator (6) derart angesteuert wird, daß das Eingangssignal des Stromeingangs des Multipli­ zierers (1) bei der Energierichtung, in der ein kleine­ rer maximaler Strom festgelegt ist, vergrößert wird.

2. Elektronischer Elektrizitätszähler nach Anspruch 1, mit einem dem Stromeingang des Multiplizierers (1) vorgeschalteten Stromwandler (7), dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Eingangssignalteilers (8) die Sekundärwicklung (7b) des Stromwandlers (7) eine Anzapfung (7c) aufweist und daß zwei steuerbare Schalter (8e, 8f) vorgesehen sind, die einerseits an ein Ende bzw. an die Anzapfung (7c) der Sekundärwicklung (7b) und andererseits an einen Bürdenwiderstand (8a) und an den Stromeingang des Multiplizierers (1) angeschlossen sind.

3. Elektronischer Elektrizitätszähler nach Anspruch 1, mit einem dem Stromeingang des Multiplizierers (1) vorgeschalteten Stromwandler (7), dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangssignal­ teiler (8) aus zwei Bürdenwiderständen (8a, 8b) be­ steht, die über je einen steuerbaren Schalter (8g, 8h) mit der Sekundärwicklung (7b) des Stromwandlers (7) verbunden sind, und daß die Verbindungspunkte von steuerbaren Schaltern (8g, 8h) und Bürdenwiderständen (8a, 8b) über je einen weiteren steuerbaren Schalter (8i, 8k) mit dem Stromeingang des Multiplizierers (1) verbunden sind.

4. Elektronischer Elektrizitätszähler nach Anspruch 1, mit einem dem Stromeingang des Multiplizierers (1) vorgeschalteten Stromwandler (7), dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangssignal­ teiler (8) aus zwei Bürdenwiderständen (8a, 8b) besteht, von denen einer über einen steuerbaren Schalter (8h) und einer direkt mit der Sekundärwicklung (7b) des Stromwandlers (7) verbunden ist, und daß je ein Anschluß der Bürdenwiderstände (8a, 8b) über je einen steuer­ baren Schalter (8i, 8k) mit dem Stromeingang des Multi­ plizierers (1) verbunden ist.

5. Elektronischer Elektrizitätszähler nach Anspruch 1, mit einem dem Stromeingang des Multiplizierers (1) vorgeschalteten Stromwandler (7), dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangssignalschalter aus zwei Bürdenwiderständen (8a, 8b) besteht, von denen einer (8b) über einen steuerbaren Schalter (8h) und der andere (8a) direkt mit der Sekundärwicklung (7b) des Stromwandlers (7) verbun­ den ist, und daß der Stromeingang des Multiplizierers (1) direkt mit einem Ende der Sekundärwicklung (7b) verbun­ den ist.

6. Elektronischer Elektrizitätszähler nach Anspruch 1, mit einem dem Steuereingang des Multiplizierers (1) vorgeschalteten Stromwandler (7), dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangssignal­ teiler aus zwei Bürdenwiderständen (8a, 8b) besteht, die in Reihenschaltung an die Sekundärwicklung (7b) des Stromwandlers (7) angeschlossen sind, daß einem der Bürdenwiderstände (8b) ein steuerbarer Schalter (8l) parallel geschaltet ist und daß der Stromeingang des Multiplizierers (1) mit einem Ende der Sekundärwicklung (7b) verbunden ist.