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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung elektrischer Leistungsdaten mit Lastströmen ohne Obergrenze.
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Elektrische Energiekosten, auch kurz als „Stromkosten” bezeichnet, sind in jüngerer Vergangenheit erheblich angestiegen. Sie bilden daher auch in der Industrie einen immer größeren Kostenanteil der durch Verbesserung der Effizienz der Nutzung elektrischer Energie reduziert werden kann.
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Auch für die Betreiber von Rechenzentren wird es aufgrund der steigenden Stromkosten immer wichtiger, Potentiale zur Energieeffizienz durch Analysen zu erfassen und unter Berücksichtigung der Ergebnisse Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz zu treffen.
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Aus der
US 2008/0049458 A1 ist ein „ethernet switch” bekannt, bei dem drei Komponenten zur sicheren Trennung erforderlich sind, nämlich „fly back”, „DC/DC converter” und „ethernet Übertrager”.
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Die
US 7,460,930 B1 nutzt zur sicheren galvanischen Trennung „high voltage opto-isolators”.
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Aus der
US 5,751,536 A ist eine Messeinrichtung für Überspannungen auf Leitungen durch Blitzeinschlag offenbart. Eine sichere galvanische Trennung wird unter Zuhilfenahme dreier Relais hergestellt.
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Die
DE 100 50 476 A1 beschreibt eine Anwendung, bei der die Messwerte via Powerline übertragen Werden. Somit entfällt hier gänzlich die Notwendigkeit Messkreise sicher voneinander zu trennen.
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Aus der
US 2009/0132096 A1 ist es bekannt, Daten via RS 232 Schnittstelle zu einem PC zu übertragen, welcher die Weiterleitung über das Internet ermöglicht. Ein unmittelbares Abrufen der Messwerte über einen Browser ist somit nicht gewährleistet. Die sichere galvanische Trennung wird hier über Lichtleiter realisiert.
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Die
US 2004/0139038 A1 beschreibt eine Anwendung, bei der Logdaten innerhalb eines Zeitraumes von 15 Tagen in den Speicher eines „Gateway” programmiert werden. Eine direkte Kommunikation mit einer SPS ist in dieser Druckschrift nicht offenbart und eine sichere Trennung ist nicht beschrieben.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung und Analyse von Parametern elektrischer Leistungen zu schaffen, die einzelnen Verbrauchern in Rechenzentren bereitgestellt werden und die elektrische Stromwerte auch von über 16 A aufweisen. Das Verfahren und die Vorrichtung sollen einen großen Einsatzbereich aufweisen.
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Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 wiedergegebene Verfahren und durch die in Anspruch 5 wiedergegebene Vorrichtung gelöst.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Messwerterfassung elektrischer Leistungsdaten mit Lastströmen > 16 A sieht vor, dass elektrische Spannungswerte zumindest eines Stromkreises, regelmäßig mehrerer Stromkreise erfasst und in ein zum Anlegen an den analogen Eingang eines A/D-Wandlers geeignetes Signal umgewandelt werden. Ferner werden erfindungsgemäß auch die elektrischen Stromstärkenwerte in diesem Stromkreis (bei mehreren Stromkreisen separat voneinander) erfasst und in ein zum Anlegen an den anlogen Eingang eines A/D-Wandlers geeignetes Signal umgewandelt. Mit Umwandeln in ein zum Anlegen an den analogen Eingang eines A/D-Wandlers geeignetes Signal ist im Rahmen dieser Druckschrift insbesondere gemeint, dass die erfassten elektrische Spannungswerte bzw. die elektrischen Stromstärkenwerte auf eine Niedrigspannung reduziert bzw. umgewandelt werden. Auch kann unter anderem eine Filterung (z. B. Tiefpassfilter) vorgenommen werden. Aus den Spannungs- und Stromwerten werden die Phasenverschiebung Φ und der Wirkfaktor cosinus Φ ermittelt. Aus letzterem wird die Wirkleistung bestimmt. Auf die vorgenannten gemessenen oder die ermittelten Daten greift ein HTTP-Server zu und überträgt diese Daten auf ein LAN und ein Gateway. Ferner wird durch ein WAN ein Fernzugriff auf die gemessenen oder ermittelten Daten bereitgestellt, wobei das WAN bevorzugt in Übereinstimmung mit dem TCP/IP-Protokoll arbeitet. Die Messbereiche werden entsprechend der Größe der jeweils aktuell zu messenden oder zu ermittelnden Werte skaliert, so dass das Verfahren für einen großen Messwertbereich geeignet ist. Da eine Visualisierung über einen Webbrowser erfolgt, ist das erfindungsgemäße Verfahren universell einsetzbar, ohne dass eine Client Software nötig wäre. Die gemessenen oder ermittelten Werte können mit einem herkömmlichen Browser überwacht und Fehler frühzeitig erkannt werden.
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Wenn – wie bevorzugt – die Messwerte von elektrischen Leistungsdaten mehrerer Stromkreise erfasst werden, werden cosinus Φ gesamt, die gesamte Scheinleistung, die gesamte Blindleistung, die gesamte Wirkleistung und/oder der Strom pro Stromkreis ermittelt.
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Über eine Schnittstelle, besonders bevorzugt eine Ethernet-Buchse, erfolgt ein kabelgebundener Datenaustausch und die Schnittstelle wird durch ein Bauteil – ganz besonders bevorzugt ein einziges Bauteil – galvanisch von den laststromführenden Leitungen getrennt. Hierdurch wird ein Schutz gegen Spitzenspannungen erreicht. Mit kabelgebundenem Datenaustausch ist gemeint, dass die Daten zunächst kabelgebunden, z. B. über eine Steckverbindung ausgetauscht bzw. übertragen werden. Daran anschließend können die Daten auch kabellos ausgetauscht bzw. übertragen werden.
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Die Schnittstelle für den kabelgebundenen Datenaustausch wird bevorzugt durch ein nicht in die Schnittstelle integriertes Bauteil unmittelbar vor der Schnittstelle galvanisch getrennt. Verglichen mit einer in die Schnittstelle (beispielsweise Ethernet-Buchse) integrierten galvanischen Trennung wird durch die externe Ausgestaltung ein besserer Schutz vor Spitzenspannungen bewirkt. Verglichen mit an anderen Stellen vorgenommener galvanischer Trennung hat die Anordnung unmittelbar vor der Schnittstelle den Vorteil, dass sie zentral an einer einzigen Stelle und durch ein einziges Bauteil erfolgen kann und hierdurch eine Kosten- und Platzersparnis erreicht wird.
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Das galvanisch trennende Bauteil ist lediglich in der Mess- und Überspannungskategorie II und kleiner gemäß DIN EN 61010-1 zugelassen. Derartige Bauteile sind gegenwärtig bereits auf dem Markt erhältlich.
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Das Bauteil fügt, im Sinne einer doppelten Isolierung, einen Abstand von mindestens 5,9 mm zwischen gefährlich aktiven und berührbaren Stromkreisen ein. Hierdurch wird ein besonders effektiver Schutz vor Spitzenspannungen bewirkt.
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Vorzugsweise umfasst das galvanisch trennende Bauteil einen LAN-Transformer. Es hat sich gezeigt, dass hierdurch bei geeigneter räumlicher Anordnung des LAN-Transformers ein hoher Spitzenspannungsschutz erreicht werden kann.
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Das Verfahren erfüllt die Voraussetzungen, um in der Mess- und Überspannungskategorie III und kleiner gemäß DIN EN 61010-1 zugelassen zu sein. Hierdurch kann es auch zu Messungen innerhalb der Gebäudeinstallation (stationäre Verbraucher mit nicht steckbarem Anschluss, Verteileranschluss, fest eingebaute Geräte im Verteiler), z. B. Unterverteilung genutzt werden. Beispielsweise kann dann auch ein 400 V Dreiphasen Wechselstrom gemessen werden. Die Abstände für Luft und Kriechstrecken betragen also bevorzugt wie von der Norm gefordert mindestens 5,9 mm und sind mit einer Stoßspannung von 6512 V beweisbar. In der Ausführungsform, in der das galvanisch trennende Bauteil lediglich in der Mess- und Überspannungskategorie II und kleiner gemäß DIN EN 61010-1 zugelassen ist, hat sich gezeigt, dass durch geeignete Anordnung dieses für die Messkategorie II zugelassenen Bauteils, insbesondere durch Einhaltung eines Abstandes von mindestens 5,9 mm zu der Schnittstelle, für das Gesamtverfahren eine Zulassung in der Mess- und Überspannungskategorie III erreicht wird.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erfassung elektrischer Leistungsdaten mit Laststrom > 16 A umfasst erfindungsgemäß mindestens eine analoge Vorstufe mit Ausgängen, die mit A/D-Wandlern verbunden sind und eine Einrichtung zur Fernauslesung der gemessenen oder aus den gemessenen ermittelten Daten.
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Vorzugsweise umfasst die analoge Vorstufe eine Spannungsmesseinrichtung bzw. Spannungsmessvorstufe, die Eingänge L, N zum Verbinden mit einer Phase und mit einem Neutralleiter sowie Ausgänge A0+, A0– verbunden mit einem A/D-Wandler umfasst. Die Spannungsmesseinrichtung bzw. Spannungsmessvorstufe weist bevorzugt eine elektrische Schaltung auf, die die an den Eingängen anliegende Spannung in zum Ansteuern des A/D-Wandlers geeignete Signale umwandelt.
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Die analoge Vorstufe weist ferner bevorzugt Eingänge zum Anschluss eines Strom/Spannungswandlers bzw. einer Strommessvorstufe auf, der bzw. die von der Stromstärke in dem Stromkreis abhängige Spannungssignale erzeugt. Die Eingänge des Strom/Spannungswandlers bzw. der Strommessvorstufe sind bevorzugt mit einem Stromwandler – vorzugsweise einem Messtransformator – verbunden. Der Strom/Spannungswandler bzw. die Strommessvorstufe umfasst des Weiteren Ausgänge zum Verbinden mit einem A/D-Wandler und eine elektrische Schaltung, die die an den Eingängen anliegenden Signale in zum Ansteuern des A/D-Wandlers geeignete Signale umwandelt.
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Die Einrichtung zur Fernauslese kann einen HTTP-Server umfassen, der mit einem LAN mit Gateway gekoppelt ist. Die gemessenen und aus diesen ermittelten Daten können dann über eine Internetverbindung beispielsweise mit Hilfe handelsüblicher Browser abgerufen und mit Hilfe geeigneter Programme auch graphisch, beispielsweise auch in ihrer zeitlichen Entwicklung, dargestellt werden. Eine Fernanalyse der Leistungsdaten verschiedener Komponenten eines Rechenzentrums ist daher ohne weiteres möglich. Die erfindungsgemäße Vorrichtung schafft somit die Möglichkeit der Erhöhung der Energieeffizienz, in dem auf plötzlich auftretende ungünstige gemessene oder ermittelte Werte geeignet reagiert werden kann.
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Bei einer Alternative der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Einrichtung zur Fernauslese anstatt des HTTP-Servers eine Datenfunkeinrichtung. Zur Datenfernauslese ist dann keine Internetverbindung erforderlich.
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Ganz besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche eine den A/D-Wandlern nachgeschaltete Recheneinrichtung umfasst, welche einen oder mehrere der folgenden Werte aus den von den A/D-Wandlern bereitgestellten Signalen errechnet und bereitstellt:
- – Spannung pro Phase
- – Strom pro Phase
- – cosinus Φ pro Phase
- – Wirkleistung pro Phase
- – Frequenz des an dem Stromkreis anliegenden Wechselstromkreises
- – cosinus Φ gesamt
- – Scheinleistung gesamt
- – Blindleistung gesamt
- – Wirkleistung gesamt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient vorzugsweise auch der Verteilung elektrischer Leistung von einem zentralen Anschluss an mehrere Verbraucher. Hierzu umfasst die Vorrichtung mindestens einen Anschluss für die Versorgungsspannung, die dann mehreren Anschlüssen jeweils für einen Stromkreis zugeführt wird, dessen elektrischen Leistungswerte gemessen und ermittelt werden.
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Besonders gut geeignet für die Verwendung in einem Rechenzentrum ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dann, wenn sie für den Einbau in ein auch weitere Komponenten des Rechenzentrums aufnehmendes Rack ausgebildet ist.
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Es ist eine Schnittstelle zum kabelgebundenen Datenaustausch vorgesehen – vorzugsweise eine Ethernet-Buchse- und die Schnittstelle ist durch ein Bauteil galvanisch von den laststromführenden Leitungen getrennt. Mit einer Schnittstelle zum kabelgebundenen Datenaustausch ist im Rahmen dieser Druckschrift eine Schnittstelle gemeint, die Daten zunächst kabelgebunden austauscht bzw. überträgt. Daran anschließend können die Daten auch kabellos ausgetauscht bzw. übertragen werden.
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In der bevorzugten Ausführungsform ist das galvanisch trennende Bauteil nicht in die Schnittstelle integriert und weiter bevorzugt unmittelbar vor der Schnittstelle angeordnet. Wie bereits oben in Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben, wird hierdurch ein hoher Spitzenspannungsschutz bei geringem Platzbedarf und niedrigen Herstellungskosten erreicht.
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Das galvanisch trennende Bauteil ist lediglich in der Mess- und Überspannungskategorie II und kleiner gemäß DIN EN 61010-1 zugelassen.
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Das galvanisch trennende Bauteil fügt einen Abstand von mindestens 5,9 mm zwischen gefährlich aktiven und berührbaren Stromkreisen ein. Durch diese so genannte doppelte Isolierung wird ein hoher Schutz vor Spitzenspannungen erreicht.
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Vorzugsweise umfasst das galvanisch trennende Bauteil einen LAN-Tansformer, der weiter bevorzugt einen eins zu eins Transformator umfasst.
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Die Vorrichtung erfüllt die Voraussetzungen, um in der Mess- und Überspannungskategorie III und kleiner, also in den Kategorien I, II und III gemäß DIN EN 61010-1 zugelassen zu sein. Die Abstände für Luft und Kriechstrecken betragen also wie von der. Norm gefordert bevorzugt mindestens 5,9 mm und sind mit einer Stoßspannung von 6512 V beweisbar. In der Ausführungsform, in der das galvanisch trennende Bauteil lediglich in der Mess- und Überspannungskategorie II und kleiner gemäß DIN EN 61010-1 zugelassen ist, hat sich gezeigt, dass durch geeignete Anordnung dieses Bauteils der Kategorie II, insbesondere durch Einhaltung eines Abstandes von mindestens 5,9 mm zwischen gefährlich aktiven und berührbaren Stromkreisen, für die Gesamtvorrichtung die Voraussetzungen für eine Zulassung in der Kategorie III erreicht werden.
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Ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung soll nun anhand der beigefügten Figuren erläutert werden, in denen
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1 ein schematisches Anschlussschema dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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2 ein Schaltbild einer Spannungsmesseinrichtung bzw. Spannungsmessvorstufe einer analogen Vorstufe der Vorrichtung,
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3 ein Schaltbild eines Strom/Spannungswandlers bzw. einer Strommessvorstufe der analogen Vorstufe dieser Vorrichtung,
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4 ein Übersichtsschaltbild der gesamten erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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5 eine mit Hilfe einer geeigneten Software erzeugten Bildschirmdarstellung eines mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verbundenen Rechners in der Ansteuerebene,
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6 die mit Hilfe dieser Software erzeugte Bildschirmdarstellung in einer Auswerteebene sowie
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7 die mit Hilfe der Software erzeugten graphischen Darstellung der zeitlichen Entwicklung gemessener oder ermittelter Daten am Beispiel eines 24 Stundenverlaufs von elektrischen Strom- und Spannungswerten eines Stromkreises darstellt.
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Die in der Zeichnung als Ganzes mit 1 bezeichnete Vorrichtung zur Messwerterfassung elektrischer Leistungsdaten umfasst einen Anschluss 2 zum Anschluss an ein elektrisches Wechselstromnetz, beispielsweise zur Einspeisung eines Dreiphasenwechselstroms von 400 V Innerhalb der Vorrichtung 1 erfolgt die Verteilung der über den Anschluss 2 eingespeisten elektrischen Leistung an verschiedene Verbraucher 3, 4, die über separate Anschlüsse 5, 6 an der Vorrichtung angeschlossen sind. Bei den Anschlüssen 5, 6 kann es sich um handelsübliche Steckdosen handeln, die beispielsweise an einer dem Benutzer bei üblicher Betriebsstellung der Vorrichtung zugewandten Vorderseite angeordnet sein können.
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Die Vorrichtung kann darüber hinaus Sicherungsautomaten für sämtliche Phasen aller Anschlüsse umfassen, welche die Vorrichtung gegen Überlastungen und Kurzschlüssen schützen.
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Bei den in 1 beispielhaft dargestellten Verbrauchern handelt es sich um Server und PC's eines Rechenzentrums.
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Mit Hilfe der Vorrichtung 1 werden ferner die an den Anschlüssen 5, 6 anliegenden elektrischen Spannungsdaten sowie die Daten des über diese Anschlüsse geflossenen elektrischen Stromes gemessen, und zwar separat für jede Phase.
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Hierzu umfasst die Vorrichtung für jeden Anschluss 5, 6 elektrische Schaltungen, zur Spannungsmessung 7a (2) und zur Strommessung 8b (3), die in der Vorrichtung in analogen Vorstufen 9 (s. 4) zusammengefasst sind. Die in 4 dargestellten drei analogen Vorstufen enthalten gemeinsam elektrische Schaltungen 7a, 8b für drei Anschlüsse, von denen in 1 lediglich die Anschlüsse 5, 6 beispielhaft dargestellt sind.
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Die in 2 dargestellte elektrische Schaltung 7a umfasst eine elektrische Leiterbahn 10, die mit einer Phase L, und eine elektrische Leiterbahn 11, die mit einem Neutralleiter 11 verbunden ist. In die elektrische Leiterbahn 10 sind in Reihe die folgenden elektrischen Bauteile eingeschaltet: drei in Reihe geschaltete ohmsche Widerstände R2, R3, R4 mit jeweils 330 kΩ, sowie ein weiterer hierzu in Reihe geschalteter ohmscher Widerstand R5 von 100 Ω.
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Die elektrische Leiterbahn 11 umfasst – vom Anschluss an den neutralen Leiter N gesehen einen ohmschen Widerstand R7 von 1 k Ω.
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Zwischen dem Widerstand R4 und dem Widerstand R5 einerseits, und vor dem Widerstand R7 andererseits sind die elektrischen Leiterbahnen 10, 11 über einen ohmschen Widerstand R6 von 1,5 kΩ verbunden. Die elektrische Leiterbahn 11 ist an dieser Stelle auch geerdet.
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Eine weitere Verbindung der elektrischen Leiterbahnen 10, 11 befindet sich hinter den Widerständen R5 und R7 über zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren C1 und C2 von jeweils 47 pF. Diese Verbindung ist zwischen den beiden Kondensatoren C1, C2 geerdet.
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Schließlich befindet sich hinter der vorgenannten Verbindung eine weitere zwischen den elektrischen Leiterbahnen 10, 11 über einen Kondensator C3 von 15 nF.
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Mit Hilfe dieser Schaltung wird die zwischen der Phase L und dem Neutralleiter N anliegende Wechselspannung von dem vorliegenden Ausführungsbeispiel 230 V~ auf eine Kleinspannung als Eingangsspannung für einen weiter unten noch beschriebenen Mikroprozessor bzw. Chip 14 MSP1, MSP2, MSP3 von ±500 mV (maximal ±600 mV) reduziert. Hierbei dienen die Widerstände R2 bis R6 der Ausbildung des hierzu notwendigen Spannungsteilers, die Widerstände R5 und R7 sowie die Kondensatoren C1 bis C3 der Bildung eines RC-Tiefpassfilters, der als ein Antialiasing-Filter agiert, um den sogenannten Alias-Effekt an den Ausgängen A0+ und A0– der elektrischen Schaltung 7a zu unterdrücken. Die elektrische Schaltung zur Spannungsmessung 7a bildet eine Spannungsmesseinrichtung bzw. Spannungsmessvorstufe 7.
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Die in 3 dargestellte elektrische Schaltung 8b zur Strommessung umfasst eine mit einem Anschluss I+ verbundene elektrische Leiterbahn 12 und eine mit dem anderen Anschluss I– verbundene elektrische Leiterbahn 13. In die elektrische Leiterbahn 12 sind hintereinander eine Spule L3 der Werte XL = 120 Ω bei 100 MHz -> 0,191 μH (im Handel erhältlich unter der Bezeichnung BLM21BD121SN 1D) und ein ohmscher Widerstand R9 von 3,3 kΩ eingeschaltet. Die gleichen Bauteile befinden sich ebenfalls in Reihe geschaltet in der elektrischen Leiterbahn 13 als Spule L4 und ohmscher Widerstand R10.
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Von den Eingängen I+ und I– gesehen vor den Spulen L3, L4 können die Leiterbahnen 12, 13 über eine Suppressordiode TVS1 mit VRWM = 5 V, im Handel erhältlich unter der Bezeichnung SMAJ5.0CA verbunden sein. Dass es sich hierbei um eine Bestückoption handelt, ist durch die gestrichelten Linien verdeutlicht. Zwei weitere Verbindungen der Leiterbahnen 12 und 13 befinden sich hinter der optionalen Suppressordiode parallel zu diese über jeweils eine Diode D1, D2. Bei den Dioden D1, D2 handelt es sich um SA3 Dioden. Die beiden Dioden D1, D2 sind antiparallel zueinander angeordnet. Sie dienen dem Überspannungsschutz. Hinter den beiden Spulen L3 und L4, die der Rauschunterdrückung auf den Signalleitungen dienen, sind die beiden Leiterbahnen 12, 13 über einen Shunt-Widerstand R8 von 0,25 Ω verbunden. Hinter den Widerständen R9 und R10 sind die beiden Leiterbahnen 12, 13 – ähnlich wie an entsprechender Stelle auch in der elektrischen Schaltung 7a zur Spannungsmessung – über zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren C4 und C5 von je 47 pF, zwischen denen auch eine Erdung vorgesehen ist, und über einen Kondensator C6 von 4,7 nF miteinander verbunden. Die Widerstände R9 und R10 sowie die Kondensatoren C4, C5 und C6 dienen wiederum der Ausbildung eines RC-Tiefpassfilters, der als Antialising-Filter agiert und den Alias-Effekt unterdrückt. An die Eingänge I+ und I– wird ein Stromwandler 8a angeschlossen, der durch einen Messtransformator gebildet wird. Das von dem Stromwandler gebildete Eingangssignal liegt in dem Bereich 0 bis 1 A. Abhängig von dem Shunt- Widerstand R8 und dem dahinter folgenden Netzwerk stellt sich die Niedrigspannung an den Ausgängen A3+ und A3– ein. Die elektrische Schaltung zur Strommessung 8b bildet einen Strom/Spannungswandler bzw. eine Strommessvorstufe 8. Die Strommessvorstufe bzw. der Strom/Spannungswandler 8 weist also eine elektrische Schaltung 8b auf, die die an den Eingängen I+. I– anliegenden Signale in zum Ansteuern des A/D-Wandlers geeignete Signale umwandelt.
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Die mit Hilfe der elektrischen Schaltungen 7a und 8b erzeugten und an deren Ausgängen A0+, A0– bzw. A3+, A3– anliegenden Signale von Normal ±500 mV, maximal ±600 mV werden einer elektrischen Schaltung 14a zur Analog-Digitalumwandlung übermittelt. Diese umfasst in der hier dargestellten Ausführungsform drei Chips 14 MSP1, MSP2, MSP3, Typ MSP430F47197 der Firma Texas Instruments (s. 4) bzw. ist auf diesen angeordnet. Pro Chip 14 werden insgesamt sechs analoge Messungen durchgeführt. Es handelt sich jeweils um drei Spannungsmessungen und drei Strommessungen.
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Von den in 4 mit 14 bezeichneten Chips, hier Typ MSP430F47197 werden die Signale durch A/D-Wandler 14a digitalisiert und digital weiter verarbeitet sowie zwischengespeichert.
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Mit Hilfe eines Web Controllers, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel Typ AVR 32 der Firma Atmel Corporation, in 4 mit 15 bezeichnet, werden diese Werte nacheinander per SPI-Bus abgerufen und ein Display zur Anzeige der Werte angesteuert. Der Web Controller 15 ist zu diesem Zweck mit jedem Chip 14 mit einer Chip Select Leitung, z. B. CS1, und einem SPI Bus verbunden (4).
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Es ist eine Masterplatine Master PCB und eine Slave Platine Slave PCB vorgesehen (vgl. 4). Auf der Masterplatine ist der Web Controller 15 und ein Chip 14 sowie eine analoge Vorstufe 9 angeordnet. Auf der Slave Platine sind zwei Vorstufen 9 und zwei Chips 14 angeordnet. Die Vorrichtung ist modular aufgebaut. Je nach Anforderungen (etwa Zahl der Anschlüsse) können weitere Slave Platinen vorgesehen sein.
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Der Web Controller 15 ist mit verschiedenen Speichermedien, nämlich SD, 8 MB Dataflash und 256 Mb SDRAM verbunden. Er weist eine USB bzw. Mini USB Anschlussmöglichkeit auf (vgl. 4). Diese dient insbesondere Wartungszwecken.
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Zudem ist eine Schnittstelle 16 für kabelgebundenen Datenaustausch vorgesehen, die eine Ethernet-Buchse 17 umfasst. Diese ist von den laststromführenden Leitungen, im Ausführungsbeispiel (4) 400 V-Dreiphasenwechselstrom-Leitungen, galvanisch getrennt. Die galvanische Trennung erfolgt durch ein unmittelbar vor der Ethernet-Buchse 17 nicht in diese integriertes Bauteil 18, welches durch einen LAN-Transformer 19 gebildet ist. Der LAN-Transformer 19 ist in der Lage, die galvanische Trennung der Ethernet-Buchse 17 zentral und an dieser Stelle vorzunehmen. Bei dem LAN-Transformer handelt es sich um einen LAN Übertrager aus der Medizintechnik der Firma Würth.
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Alternative Lösungen zum Erreichen des für die Zulassung in der Mess- und Überspannungskategorie III erforderlichen Überspannungsschutzes, wie beispielsweise Optokoppler, müssten an vielen verschiedenen Stellen eingesetzt werden und wären deutlich teurer und platzbedürftiger. Der LAN-Transformer 19 ist für sich genommen lediglich in der Mess- und Überspannungskategorie II zugelassen. Durch die beabstandete Anordnung (mindestens 5,9 mm zu der Ethernet-Buchse 17) erfüllt die Gesamtanordnung die Voraussetzungen für die Zulassung in der Mess- und Überspannungskategorie III.
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Die Spannungsversorgung der Komponenten der Vorrichtung 1 erfolgt durch Abgriff von der Phase L1 vor den Sicherungen der einzelnen Anschlüsse 5, 6.
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Mit Hilfe der Vorrichtung werden auf diese Weise die folgenden Werte gemessen bzw. berechnet:
- – Spannung pro Phase
- – Strom pro Phase
- – cosinus Φ pro Phase
- – Wirkleistung pro Phase
- – Frequenz
- – cosinus Φ gesamt
- – Scheinleistung gesamt
- – Blindleistung gesamt
- – Wirkleistung gesamt
- – Strom pro Verbraucher pro Steckdose.
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Die hierfür erforderliche Recheneinrichtung 20 ist zumindest in erster Linie auf den Chips 14 angeordnet. Diese Daten werden an den integrierten Web Server 15 übermittelt und von diesem zur Verfügung gestellt. Er kann mittels der Ethernet-Buchse über ein LAN mit Gateway über ein WAN abgefragt und gesteuert werden.
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Hierzu ist eine zur Fernabfrage und -steuerung dienende Software vorgesehen, deren Hauptmenü etwa die in 5 dargestellte Bildschirmgraphik umfasst. Die Software ist so ausgebildet, dass durch Anklicken der graphisch dargestellten Steckdosen man zum Übersichtsbild der jeweiligen Steckdose gelangt, welches in 6 dargestellt ist. Jede in 5 dargestellte Steckdose umfasst eine Kontrolllampendarstellung, die bei einem angeschlossenen und eingeschalteten Verbraucher grün leuchtend dargestellt ist.
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Die gemessenen bzw. ermittelten Leistungsdaten des an der jeweils ausgewählten Steckdose angeschlossenen Stromkreises können aus der in 6 dargestellten Maske, die hier keine Messwerte anzeigt, abgelesen werden.
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Schließlich kann die zeitliche Entwicklung der gemessenen bzw. ermittelten Daten graphisch dargestellt werden, wie am Beispiel von 7, welche die zeitliche Entwicklung von Strom- und Spannungswerten eines an die Vorrichtung 1 angeschlossenen Stromkreises im Laufe der vergangenen 24 Stunden zeigt.
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Es werden die Strom- und Spannungswerte mindestens der vergangenen zwei Wochen gespeichert und bei Bedarf angezeigt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Anschluss
- 3
- Verbraucher
- 4
- Verbraucher
- 5
- Anschlüsse
- 6
- Anschlüsse
- 7
- Spannungsmesseinrichtung bzw. Spannungsmessvorstufe
- 7a
- elektrische Schaltung
- 8
- Strom/Spannungswandler bzw. Strommessvorstufe
- 8a
- Stromwandler
- 8b
- elektrische Schaltung
- 9
- Analoge Vorstufe
- 10
- Elektrische Leiterbahn
- 11
- Elektrische Leiterbahn
- 12
- Elektrische Leiterbahn
- 13
- Elektrische Leiterbahn
- 14
- Chip
- 14a
- A/D-Wandler
- 15
- Web Server
- 16
- Schnittstelle
- 17
- Ethernet-Buchse
- 18
- Bauteil
- 19
- LAN-Transformer
- 20
- Recheneinrichtung
