DE102011085516A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Spannungsmessung in einem dreiphasigen Spannungsnetz und externer NA-Schutz - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Spannungsmessung in einem dreiphasigen Spannungsnetz und externer NA-Schutz Download PDF

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Abstract

Ein Verfahren zur, insbesondere einfehlersicheren, Spannungsmessung in einem dreiphasigen Spannungsnetz, das einen Neutralleiter (N), einen ersten Phasenleiter (L1), einen zweiten Phasenleiter (L2) und einen dritten Phasenleiter (L3) aufweist, weist folgende Schritte auf: Messen einer ersten Momentanspannung (UL1) zwischen dem ersten Phasenleiter (L1) und dem Neutralleiter (N) zum Bilden eines ersten Spannungsmesswerts, Messen einer zweiten Momentanspannung (UL2) zwischen dem zweiten Phasenleiter (L2) und dem Neutralleiter (N) zum Bilden eines zweiten Spannungsmesswerts, Messen einer dritten Momentanspannung (UL3) zwischen dem dritten Phasenleiter (L3) und dem Neutralleiter (N) zum Bilden eines dritten Spannungsmesswerts, Addieren des ersten Spannungsmesswerts, des zweiten Spannungsmesswerts und des dritten Spannungsmesswerts zum Bilden eines Summenspannungsreferenzwerts, analoges Addieren der ersten Momentanspannung, der zweiten Momentanspannung und der dritten Momentanspannung zum Bilden einer Summenspannung (US), Erzeugen eines Summenspannungsmesswerts aus der Summenspannung, Bilden einer Differenz zwischen dem Summenspannungsmesswert und dem Summenspannungsreferenzwert und Ausgeben eines Fehlersignals, wenn die Differenz ein vorgegebenes Maß überschreitet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Spannungsmessung in einem dreiphasigen Spannungsnetz und einen externen Netz- und Anlagen(NA)-Schutz.
  • Bei herkömmlichen, nicht einfehlersicheren Spannungsmessungen in dreiphasigen Spannungsnetzen werden Spannungen zwischen den drei Phasenleitern und dem Neutralleiter gemessen. Aus diesen drei Messungen können auf Momentanwertebene auch die Außenleiterspannungen berechnet werden. Wird eine dieser Messungen ungenau, z. B. aufgrund einer Drift von Bauelementen über die Betriebsdauer, kann dies allein auf Grundlage von drei Messungen nicht erkannt werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Spannungsmessung in einem dreiphasigen Spannungsnetz und einen externen NA-Schutz zur Verfügung zu stellen, die eine zuverlässige Spannungsmessung ermöglichen und die insbesondere das Auftreten eines einzelnen Fehlers bei der Spannungsmessung erkennen.
  • Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 1, eine Vorrichtung nach Anspruch 4 und einen externen NA-Schutz nach Anspruch 5.
  • Das Verfahren zur, insbesondere einfehlersicheren, Spannungsmessung in einem dreiphasigen Spannungsnetz, das einen Neutralleiter, einen ersten Phasenleiter, einen zweiten Phasenleiter und einen dritten Phasenleiter aufweist, weist folgende Schritte auf: Messen einer ersten Momentanspannung zwischen dem ersten Phasenleiter und dem Neutralleiter zum Bilden eines ersten, insbesondere digitalen, Spannungsmesswerts, insbesondere durch Analog-Digital-Wandeln der ersten Momentanspannung, im Wesentlichen zeitgleich zum Messen der ersten Momentanspannung Messen einer zweiten Momentanspannung zwischen dem zweiten Phasenleiter und dem Neutralleiter zum Bilden eines zweiten, insbesondere digitalen, Spannungsmesswerts, insbesondere durch Analog-Digital-Wandeln der zweiten Momentanspannung, im Wesentlichen zeitgleich zum Messen der ersten bzw. zweiten Momentanspannung Messen einer dritten Momentanspannung zwischen dem dritten Phasenleiter und dem Neutralleiter zum Bilden eines dritten, insbesondere digitalen, Spannungsmesswerts, insbesondere durch Analog-Digital-Wandeln der dritten Momentanspannung und anschließend ein, insbesondere digitales, Addieren des ersten Spannungsmesswerts, des zweiten Spannungsmesswerts und des dritten Spannungsmesswerts zum Bilden eines, insbesondere digitalen, Summenspannungsreferenzwerts. Unabhängig vom Messen der ersten, zweiten und dritten Momentanspannung erfolgt ein analoges Addieren der ersten Momentanspannung, der zweiten Momentanspannung und der dritten Momentanspannung zum Bilden einer analogen Summenspannung, ein Erzeugen eines, insbesondere digitalen, Summenspannungsmesswerts aus der analogen Summenspannung, insbesondere durch Analog-Digital-Wandeln der Summenspannung, ein Bilden einer Differenz zwischen dem Summenspannungsmesswert und dem Summenspannungsreferenzwert und ein Ausgeben eines Fehlersignals, wenn die Differenz ein vorgegebenes Maß überschreitet.
  • In einer Weiterbildung wird beim, insbesondere digitalen, Addieren des ersten Spannungsmesswerts, des zweiten Spannungsmesswerts und des dritten Spannungsmesswerts zum Bilden des Summenspannungsreferenzwerts ein jeweiliger Spannungsmesswert vor dem Addieren mit einem zugehörigen Gewichtungsfaktor, insbesondere digital, multipliziert, wobei sich die jeweiligen Gewichtungsfaktoren bevorzugt voneinander unterscheiden.
  • In einer Weiterbildung wird beim analogen Addieren der ersten Momentanspannung, der zweiten Momentanspannung und der dritten Momentanspannung zum Bilden der Summenspannung eine jeweilige Momentanspannung vor dem analogen Addieren mit einem zugehörigen Verstärkungsfaktor verstärkt, wobei sich die jeweiligen Verstärkungsfaktoren bevorzugt voneinander unterscheiden. Ein zu einer Momentanspannung gehörender Verstärkungsfaktor kann einem zu der Momentanspannung gehörenden Gewichtungsfaktor entsprechen.
  • Die Vorrichtung zur, insbesondere einfehlersicheren, Spannungsmessung in einem dreiphasigen Spannungsnetz, das einen Neutralleiter, einen ersten Phasenleiter, einen zweiten Phasenleiter und einen dritten Phasenleiter aufweist, ist zur Durchführung des oben genannten Verfahrens ausgebildet. Die Vorrichtung weist auf: Mittel zum Messen der ersten Momentanspannung zwischen dem ersten Phasenleiter und dem Neutralleiter zum Bilden des ersten Spannungsmesswerts, Mittel zum Messen der zweiten Momentanspannung zwischen dem zweiten Phasenleiter und dem Neutralleiter zum Bilden des zweiten Spannungsmesswerts und Mittel zum Messen der dritten Momentanspannung zwischen dem dritten Phasenleiter und dem Neutralleiter zum Bilden des dritten Spannungsmesswerts. Weiter sind vorgesehen: ein analoger Addierer zum analogen Addieren der ersten Momentanspannung, der zweiten Momentanspannung und der dritten Momentanspannung zum Bilden einer Summenspannung, Mittel zum Erzeugen des Summenspannungsmesswerts aus der Summenspannung, Mitteln zum, insbesondere digitalen, Addieren des ersten Spannungsmesswerts, des zweiten Spannungsmesswerts und des dritten Spannungsmesswerts zum Bilden des Summenspannungsreferenzwerts, Mittel zum Bilden einer Differenz zwischen dem Summenspannungsmesswert und dem Summenspannungsreferenzwert und Mittel zum Ausgeben eines Fehlersignals, wenn die Differenz ein vorgegebenes Maß überschreitet.
  • Der externe Netz- und Anlagenschutz umfasst eine oben genannte Vorrichtung.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, die bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung darstellt. Hierbei zeigt schematisch:
  • 1 eine Vorrichtung zur Spannungsmessung in einem dreiphasigen Spannungsnetz als externer NA-Schutz.
  • 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 1 zur einfehlersicheren Spannungsmessung in einem dreiphasigen Spannungsnetz als externer NA-Schutz, wobei das dreiphasige Spannungsnetz herkömmlich einen Neutralleiter N, einen ersten Phasenleiter L1, einen zweiten Phasenleiter L2 und einen dritten Phasenleiter L1 aufweist.
  • Die Vorrichtung 1 umfasst Mittel zum Messen einer ersten Momentanspannung UL1 zwischen dem ersten Phasenleiter L1 und dem Neutralleiter N zum Bilden eines ersten Spannungsmesswerts, wobei die Mittel einen Differenzverstärker 2, der eine Potentialdifferenz zwischen dem ersten Phasenleiter L1 und dem Neutralleiter N verstärkt und als verstärkte Spannung UVL1 ausgibt, und einen nicht dargestellten Analog-Digital(A/D)-Wandler umfassen, der Teil eines Mikroprozessors 6 ist, wobei der Mikroprozessor 6 bzw. dessen A/D-Wandler die Spannung UVL1 digitalisiert und in digitalisierter Form als den ersten Spannungsmesswert speichert und weiterverarbeitet.
  • Entsprechend umfasst die Vorrichtung 1 Mittel zum Messen einer zweiten Momentanspannung UL2 zwischen dem zweiten Phasenleiter L2 und dem Neutralleiter N zum Bilden eines zweiten Spannungsmesswerts, wobei die Mittel einen Differenzverstärker 3, der eine Potentialdifferenz zwischen dem zweiten Phasenleiter L2 und dem Neutralleiter N verstärkt und als verstärkte Spannung UVL2 ausgibt, und den nicht dargestellten Analog-Digital-Wandler des Mikroprozessors 6 umfassen, wobei der Mikroprozessor 6 bzw. dessen A/D-Wandler die Spannung UVL2 digitalisiert und in digitalisierter Form als den zweiten Spannungsmesswert speichert und weiterverarbeitet.
  • Weiter umfasst die Vorrichtung 1 Mittel zum Messen einer dritten Momentanspannung UL3 zwischen dem dritten Phasenleiter L3 und dem Neutralleiter N zum Bilden eines dritten Spannungsmesswerts, wobei die Mittel einen Differenzverstärker 4, der eine Potentialdifferenz zwischen dem dritten Phasenleiter L3 und dem Neutralleiter N verstärkt und als verstärkte Spannung UVL3 ausgibt, und den nicht dargestellten Analog-Digital-Wandler des Mikroprozessors 6 umfassen, wobei der Mikroprozessor 6 bzw. dessen A/D-Wandler die Spannung UVL3 digitalisiert und in digitalisierter Form als den dritten Spannungsmesswert speichert und weiterverarbeitet.
  • Die Momentanspannungen UL1, UL2 und UL3 werden im Wesentlichen zeitgleich gemessen.
  • Ein analoger Addierer 5 der Vorrichtung 1 dient zum analogen Addieren der ersten Momentanspannung UL1, der zweiten Momentanspannung UL2 und der dritten Momentanspannung UL3, wobei das Ergebnis des Addierens als Summenspannung US ausgegeben wird. Der Mikroprozessor 6 bzw. dessen A/D-Wandler digitalisiert die Summenspannung US und speichert die digitalisierte Summenspannung als Summenspannungsmesswert zur Weiterverarbeitung ab.
  • Der Mikroprozessor 6 addiert den ersten Spannungsmesswert, den zweiten Spannungsmesswert und den dritten Spannungsmesswert zum Bilden eines Summenspannungsreferenzwerts und bildet anschließend die Differenz zwischen dem Summenspannungsmesswert und dem Summenspannungsreferenzwert. Wenn die Differenz ein vorgegebenes Maß überschreitet, gibt der Mikroprozessor 6 ein Fehlersignal aus, beispielsweise durch Ansteuerung eines geeigneten Signalgebers und/oder durch Ausgabe einer Nachricht über einen nicht dargestellten Datenübertragungsbus.
  • Die oben beschriebenen Verfahrensschritte werden periodisch wiederholt, beispielsweise mit einer Zykluszeit von einer Millisekunde.
  • Mittels des Addierers bzw. der Addiererschaltung 5 werden die Spannungen UL1, UL2 und UL3 der drei Phasen addiert. Das resultierende Spannungssignal US entspricht dem Sternpunkt des Dreiphasensystems. Es wird die Spannung dieses analog berechneten Sternpunktes gegen N, den tatsächlichen Sternpunkt des Dreiphasensystems, gemessen.
  • Im auswertenden Prozessor 6 wird auf Basis der drei Phasenspannungsmessungen nicht nur die Außenleiterspannung berechnet sondern ebenfalls eine digitale Addition der digitalisierten Einzelspannungen durchgeführt. Die derart gewonnene digitale Summe wird mit der analog gewonnenen und anschließend digitalisierten Summe verglichen.
  • Entsteht bei einer der vier Messungen aufgrund eines Bauelementedrifts oder aufgrund anderer Ursachen ein Messfehler, stimmen die Werte der digital gewonnenen Summe nicht mehr mit den Werten der analog gewonnenen Summe überein. Dies wird als Fehler vom Prozessor 6 erkannt, so dass ein sicherer Zustand eingestellt werden kann.
  • Der Prozessor 6, dessen A/D-Wandler und die Peripherie werden bevorzugt einfehlersicher betrieben bzw. sind einfehlersicher ausgebildet. Hierzu sei auf die diesbezügliche Fachliteratur verwiesen.

Claims (5)

  1. Verfahren zur, insbesondere einfehlersicheren, Spannungsmessung in einem dreiphasigen Spannungsnetz, das einen Neutralleiter (N), einen ersten Phasenleiter (L1), einen zweiten Phasenleiter (L2) und einen dritten Phasenleiter (L3) aufweist, mit den Schritten: – Messen einer ersten Momentanspannung (UL1) zwischen dem ersten Phasenleiter (L1) und dem Neutralleiter (N) zum Bilden eines ersten Spannungsmesswerts, – Messen einer zweiten Momentanspannung (UL2) zwischen dem zweiten Phasenleiter (L2) und dem Neutralleiter (N) zum Bilden eines zweiten Spannungsmesswerts, – Messen einer dritten Momentanspannung (UL3) zwischen dem dritten Phasenleiter (L3) und dem Neutralleiter (N) zum Bilden eines dritten Spannungsmesswerts, – Addieren des ersten Spannungsmesswerts, des zweiten Spannungsmesswerts und des dritten Spannungsmesswerts zum Bilden eines Summenspannungsreferenzwerts, – analoges Addieren der ersten Momentanspannung, der zweiten Momentanspannung und der dritten Momentanspannung zum Bilden einer Summenspannung (US), – Erzeugen eines Summenspannungsmesswerts aus der Summenspannung, – Bilden einer Differenz zwischen dem Summenspannungsmesswert und dem Summenspannungsreferenzwert und – Ausgeben eines Fehlersignals, wenn die Differenz ein vorgegebenes Maß überschreitet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Addieren des ersten Spannungsmesswerts, des zweiten Spannungsmesswerts und des dritten Spannungsmesswerts zum Bilden des Summenspannungsreferenzwerts ein jeweiliger Spannungsmesswert vor dem Addieren mit einem zugehörigen Gewichtungsfaktor multipliziert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim analogen Addieren der ersten Momentanspannung, der zweiten Momentanspannung und der dritten Momentanspannung zum Bilden der Summenspannung eine jeweilige Momentanspannung vor dem analogen Addieren mit einem zugehörigen Verstärkungsfaktor verstärkt wird.
  4. Vorrichtung (1) zur, insbesondere einfehlersicheren, Spannungsmessung in einem dreiphasigen Spannungsnetz, das einen Neutralleiter (N), einen ersten Phasenleiter (L1), einen zweiten Phasenleiter (L2) und einen dritten Phasenleiter (L1) aufweist, die zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ausgebildet ist, mit: – Mitteln (2, 6) zum Messen der ersten Momentanspannung (UL1) zwischen dem ersten Phasenleiter (L1) und dem Neutralleiter (N) zum Bilden des ersten Spannungsmesswerts, – Mitteln (3, 6) zum Messen der zweiten Momentanspannung (UL2) zwischen dem zweiten Phasenleiter (L2) und dem Neutralleiter (N) zum Bilden des zweiten Spannungsmesswerts und – Mitteln (4, 6) zum Messen der dritten Momentanspannung (UL3) zwischen dem dritten Phasenleiter (L3) und dem Neutralleiter (N) zum Bilden des dritten Spannungsmesswerts, – einem analogen Addierer (5) zum analogen Addieren der ersten Momentanspannung, der zweiten Momentanspannung und der dritten Momentanspannung zum Bilden der Summenspannung (US), – Mitteln (6) zum Erzeugen des Summenspannungsmesswerts aus der Summenspannung, – Mitteln (6) zum Addieren des ersten Spannungsmesswerts, des zweiten Spannungsmesswerts und des dritten Spannungsmesswerts zum Bilden des Summenspannungsreferenzwerts, – Mitteln (6) zum Bilden der Differenz zwischen dem Summenspannungsmesswert und dem Summenspannungsreferenzwert und – Mitteln (6) zum Ausgeben des Fehlersignals, wenn die Differenz ein vorgegebenes Maß überschreitet.
  5. Externer Netz- und Anlagenschutz, gekennzeichnet durch ein Vorrichtung (1) nach Anspruch 4.
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