DE102022200909A1 - Apparatus for determining a compensated RMS value and method for determining a compensated RMS value - Google Patents

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DE102022200909A1 DE102022200909.6A DE102022200909A DE102022200909A1 DE 102022200909 A1 DE102022200909 A1 DE 102022200909A1 DE 102022200909 A DE102022200909 A DE 102022200909A DE 102022200909 A1 DE102022200909 A1 DE 102022200909A1
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ermitteln eines kompensierten Effektivwerts Ieffeines Wechselstromes I umfassend einen Stromwandler und eine digitale Auswerteeinheit, wobei aus der vom Stromwandler gemessenen Reihe des Sekundärstromsignals ein verfälschter Effektivwerts Ieff,abgberechnet wird, wobei bei der vom Stromwandler gemessenen Reihe des Sekundärstromsignals die Gesamtanzahl vorliegender Abtastwerte NGesamtund die Anzahl als ungültige betrachteter Abtastwerte NUngültigvon der digitalen Auswerteeinheit bestimmt werden und mittels des Anteils als ungültig betrachteter Abtastwerte an der Gesamtzahl vorliegender Abtastwerte A = NUngüitig/NGesamtein Korrekturwert k(A) zur Korrektur des verfälschten Effektivwerts Ieff,abgberechnet wird und mittels dieses Korrekturwerts k(A) der kompensierte Effektivwert Ieff.The invention relates to a device for determining a compensated effective value Ieff of an alternating current I, comprising a current transformer and a digital evaluation unit, a corrupted effective value Ieff,g being calculated from the series of the secondary current signal measured by the current transformer, the total number of existing Sampled values NTotal and the number of sampled values considered invalid NInvalid are determined by the digital evaluation unit and a correction value k(A) for correcting the falsified effective value Ieff,g is calculated using the proportion of sampled values considered invalid in the total number of available sampled values A = NInvalid/Ntotal and using this correction value k(A) the compensated effective value Ieff.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ermitteln eines kompensierten Effektivwerts und ein Verfahren zum Ermitteln eines kompensierten Effektivwerts.The invention relates to a device for determining a compensated effective value and a method for determining a compensated effective value.

Typischerweise können Effektivwerte von Wechselströmen mit Hilfe eines Stromwandlers ermittelt werden. Dies ist auch dann möglich, wenn sich der Stromwandler in Sättigung befindet, und die Messwerte des Stromwandlers anschließend einer digitalen Auswerteeinheit, beispielsweise einem Mikrocontroller, zugeführt werden, wo mittels eines Korrektur-Verfahrens ein Effektivwert berechnet wird. Typischerweise können solche Korrektur-Verfahren und Vorrichtungen sinusförmige Wechselströme bei Stromwandlern in Sättigung prozessieren und korrigieren, eine Anwendung auf andere Stromformen, beispielsweise rechteckförmige, ist oftmals ebenfalls möglich.Typically, effective values of alternating currents can be determined using a current transformer. This is also possible when the current transformer is in saturation and the measured values of the current transformer are then fed to a digital evaluation unit, for example a microcontroller, where an effective value is calculated using a correction method. Typically, such correction methods and devices can process and correct sinusoidal alternating currents in current transformers in saturation; application to other current forms, for example square-wave, is often also possible.

Stromwandlern können zur Messung von Wechselströmen eingesetzt werden, da sie in einem gewissen Arbeitsbereich einen primärseitig fließenden Wechselstrom linear in einen Sekundärstrom übersetzen. Dieser Sekundärstrom ist gut geeignet, um ihn einer Auswerteeinheit zuzuführen. Vorteilhaft bei solch einer Verwendung eines Stromwandlers ist die galvanische Trennung, die Einstellung einer geeigneten Sekundär-Stromhöhe und beispielsweise eine Strombegrenzung.Current transformers can be used to measure alternating currents, since they convert an alternating current flowing on the primary side linearly into a secondary current within a certain working range. This secondary current is well suited for feeding it to an evaluation unit. When using a current transformer in this way, the advantages are the galvanic isolation, the setting of a suitable secondary current level and, for example, current limitation.

Der lineare Arbeitsbereich eines Stromwandlers ist begrenzt. Eine solche obere Stromgrenze, bis zu der der Stromwandler Wechselströme linear übersetzt, ergibt sich aus dem Erreichen einer Sättigung des Magnetkerns des Stromwandlers bei großen Strömen. Sobald bei der Übertragung der Kern gesättigt ist, wird der Strom nicht mehr linear übertragen. Qualitativ ist solch ein Verhalten in 2 dargestellt, in der der Effektivwert des Sekundärstroms über dem Effektivwert des Primärstroms als Kennlinie aufgetragen ist. Idealerweise ergäbe sich ein linearer Verlauf des Effektivwerts des Sekundärstroms über dem Effektivwert des Primärstroms, bei Verlassen des linearen Bereichs knickt dieser Verlauf nach unten zu geringeren Effektivwerten des Sekundärstroms ab, wie dies in der 2 rechts der gestrichelten Linie dargestellt ist. Links der gestrichelten Linie befindet sich der lineare Übertragungsbereich des Stromwandlers, rechts der nicht-lineare Sättigungsbereich.The linear working range of a current transformer is limited. Such an upper current limit, up to which the current transformer converts alternating currents linearly, results from the magnetic core of the current transformer reaching saturation at high currents. As soon as the core is saturated during transmission, the current is no longer transmitted linearly. Qualitatively, such behavior is in 2 shown, in which the effective value of the secondary current is plotted against the effective value of the primary current as a characteristic. Ideally, the rms value of the secondary current would be linear over the rms value of the primary current; when the linear range is left, this curve drops down to lower rms values of the secondary current, as is shown in FIG 2 shown to the right of the dashed line. To the left of the dashed line is the linear transmission range of the current transformer, to the right is the non-linear saturation range.

Im Sättigungsbereich ist der Effektivwert des Sekundärstroms kleiner als sein Sollwert. Der Auswerteeinheit wird somit vom Stromwandler ein zu geringer Sekundärstrom zugeführt und daraus würde auf einen zu geringen Primärstrom geschlossen werden. Ist beispielsweise eine Schutzfunktion von dieser Auswertung abhängig, kann das zu einem gefährlichen Ausfall führen.In the saturation range, the rms value of the secondary current is smaller than its set value. The evaluation unit is therefore supplied by the current transformer with a secondary current that is too low, and from this it would be concluded that the primary current was too low. If, for example, a protective function depends on this evaluation, this can lead to a dangerous failure.

Um das Abknicken der Übertragungskennlinie nachvollziehen zu können, ist der Zeitverlauf des Sekundärstroms im Sättigungsbereich aussagekräftig. Es zeigt sich, dass auch im Sättigungsbereich ein gewisser Anteil des Stromsignals linear übertragen wird. Ab einem gewissen Zeitpunkt fällt das Sekundärsignal allerdings sehr schnell auf einen Wert nahe 0 ab. Es fließt dann kein Sekundärstrom mehr bis primärseitig ein Vorzeichenwechsel stattfindet, beispielsweise bei Beginn der nächsten Halbwelle bei sinusförmigen Wechselströmen. Erst mit dem Vorzeichenwechsel kommt es zu einer Ummagnetisierung des Magnetkerns.In order to be able to understand the buckling of the transfer characteristic, the time course of the secondary current in the saturation range is meaningful. It can be seen that a certain proportion of the current signal is transmitted linearly even in the saturation range. From a certain point in time, however, the secondary signal drops very quickly to a value close to 0. Secondary current then no longer flows until there is a change of sign on the primary side, for example at the start of the next half-wave in the case of sinusoidal alternating currents. Only with the change of sign does the magnetic core become magnetized.

Für einen sinusförmigen Sekundärstrom ist das Verhalten in 3 schematisch dargestellt. 3 zeigt zeitlich aufgelöst den Sekundärstrom bei Sättigung des Magnetkerns und im Idealfall als sinusförmige Kurve. Der sehr schnelle Abfall auf den Wert nahe 0 ist beispielhaft entsprechend der Darstellung in 3 ungefähr bei den Extremen des sinusförmigen Wechselstroms.For a sinusoidal secondary current, the behavior is in 3 shown schematically. 3 shows the secondary current with saturation of the magnetic core, resolved over time and ideally as a sinusoidal curve. The very fast drop to the value close to 0 is an example according to the representation in 3 approximately at the extremes of sinusoidal alternating current.

Die Stromobergrenze, ab der die Sättigungseffekte beginnen, hängt unter anderem von folgenden Eigenschaften des Stromwandlers ab: Dies sind beispielsweises der Kernquerschnitt, das Kernmaterial, der Widerstand der Sekundärwicklung, welcher stark abhängig von der Temperatur ist, die Belastung des Stromwandlers in Form von elektronischer Beschaltung der Sekundärseite und der Frequenz und Signalform des Primärstroms. Dies bedeutet, dass sich das Sättigungsverhalten unterscheidet bei verschiedenen Wandlertemperaturen und Primärstromfrequenzen, so dass keine triviale Kompensation - beispielsweise über einen festen Faktor - möglich ist, da ein solcher Faktor jeweils nur für einen kleinen Arbeitsbereich gültig wäre.The upper current limit from which the saturation effects begin depends, among other things, on the following properties of the current transformer: These are, for example, the core cross-section, the core material, the resistance of the secondary winding, which is strongly dependent on the temperature, the load on the current transformer in the form of electronic circuitry on the secondary side and the frequency and signal form of the primary current. This means that the saturation behavior differs at different converter temperatures and primary current frequencies, so that no trivial compensation - for example using a fixed factor - is possible, since such a factor would only be valid for a small operating range.

In der EP 1 300 686 A2 wird ein Verfahren zur Stromwertermittlung unter Einsatz eines Stromwandlers offenbart, wobei der Stromwandler im Bereich der Kernsättigung arbeitet, wobei mittels eines Spitzenwertgleichrichters ein Spitzen- bzw. Scheitelwert einer Halbwelle des Sekundärstroms ermittelt wird. Der Spitzen- bzw. Scheitelwert wird in einem Speicherelement zur Weiterverarbeitung gespeichert. Ein Komparator detektiert das Erreichen des Spitzen- bzw. Scheitelwerts. Danach wird vom Komparator ein Schaltsignal einer Signalverarbeitungseinheit zugeführt und dieses Signal startet die Signalverarbeitungseinheit. Bei großen Strömen wird nicht wie üblich eine Effektivwertberechnung über den quadratischen Mittelwert des Sekundärstroms durchgeführt, sondern lediglich der Spitzenwert ermittelt und über den Scheitelfaktor auf den Effektivwert umgerechnet.In the EP 1 300 686 A2 discloses a method for determining the current value using a current transformer, the current transformer operating in the area of core saturation, a peak value or crest value of a half-wave of the secondary current being determined by means of a peak value rectifier. The peak or peak value is stored in a storage element for further processing. A comparator detects when the peak or peak value is reached. After that, the comparator sends a switching signal fed to a signal processing unit and this signal starts the signal processing unit. In the case of large currents, the rms value is not calculated using the root mean square of the secondary current, as is usual, but only the peak value is determined and converted to the rms value using the crest factor.

In dem Paper „Current Transformer Saturation Compensation for Transformer Differential Relais“, IEEE Transactions on Power Delivery 2015 (30), S. 2293 - 2302, wird ein Verfahren beschrieben, das Messwerte, die durch den Sättigungsbetrieb verlorengehen, nach einem Algorithmus rekonstruiert werden und dann mit dem rekonstruierten Signal der Effektivwert berechnet wird.In the paper "Current Transformer Saturation Compensation for Transformer Differential Relay", IEEE Transactions on Power Delivery 2015 (30), pp. 2293 - 2302, a method is described that uses an algorithm to reconstruct measured values that are lost due to saturation operation and then use the reconstructed signal to calculate the effective value.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Ermitteln eines kompensierten Effektivwerts und ein Verfahren zum Ermitteln eines kompensierten Effektivwerts zur Verfügung zu stellen, welches die Nachteile in den Berechnungen der bisherigen Verfahren überwindet.It is an object of the invention to provide an apparatus for determining a compensated rms value and a method for determining a compensated rms value which overcomes the disadvantages in the calculations of the previous methods.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Vorrichtung zum Ermitteln eines kompensierten Effektivwerts gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 angegeben. Ebenfalls wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch das Verfahren zum Ermitteln eines kompensierten Effektivwerts gemäß Patentanspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen 10 bis 13 angegeben.According to the invention, this object is achieved by the device for determining a compensated effective value according to patent claim 1 . Advantageous refinements of the method according to the invention are specified in subclaims 2 to 8. The object is also achieved according to the invention by the method for determining a compensated effective value according to patent claim 9 . Claims 10 to 13 specify advantageous configurations of the method according to the invention.

Die Vorrichtung zum Ermitteln eines kompensierten Effektivwerts Ieff eines Wechselstroms I gemäß Patentanspruch 1 umfasst einen Stromwandler und eine digitale Auswerteeinheit, wobei aus der vom Stromwandler gemessenen Reihe des Sekundärstromsignals ein durch die Stromwandler-Sättigung verfälschter Effektivwert Ieff,abg berechnet wird, wobei bei der vom Stromwandler gemessenen Reihe des Sekundärstromsignals die Gesamtanzahl vorliegender Abtastwerte NGesamt und die Anzahl als ungültig betrachteter Abtastwerte NUngültig von der digitalen Auswerteeinheit bestimmt werden und mittels des Anteils als ungültig betrachteter Abtastwerte an der Gesamtzahl vorliegender Abtastwerte A = NUngültig/NGesamt ein Korrekturwert k (A) zur Korrektur des verfälschten Effektivwerts Ieff,abg berechnet wird und mittels dieses Korrekturwerts k(A) der kompensierte Effektivwert Ieff.The device for determining a compensated rms value I eff of an alternating current I according to claim 1 comprises a current transformer and a digital evaluation unit, an rms value I eff,abg falsified by the current transformer saturation being calculated from the series of the secondary current signal measured by the current transformer, with the total number of existing samples N total and the number of samples considered invalid N invalid being determined by the digital evaluation unit and by means of the series of the secondary current signal measured by the current converter of the proportion of samples considered invalid in the total number of available samples A = N invalid/ N total , a correction value k(A) is calculated to correct the corrupted effective value I eff,abg and the compensated effective value I eff is calculated using this correction value k(A) .

Vorteilhaft hierbei ist, dass im Vergleich zu einer Kompensation des Sättigungseffekts über eine reine Spitzenwertauswertung sich mehrere Effekte ergeben. Die Vorrichtung deckt einen noch größeren Bereich ab, da auch kompensiert werden kann, wenn mehr als die Hälfte einer Halbwelle durch die Sättigung abgeschnitten wird. Da in so einem Fall kein korrekter Spitzenwert ermittelt werden kann, liefert die Spitzenwertauswertung Fehler. Weiterhin gibt es Zeitverläufe wie beispielsweise Oberwellen, bei denen eine Berechnung des Effektivwerts über den Spitzenwert und den Sinus-Scheitelfaktor einen großen Fehler liefern, dort kann die erfindungsgemäße Vorrichtung ebenfalls bessere Werte bestimmen. Im Vergleich zu Verfahren, die eine rechnerische Vervollständigung einer Halbwelle durch eine intelligente Vorausschau umsetzt, ist der Rechenaufwand bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung um ein Vielfaches geringer und kann daher in günstigen und platzsparenden Auswerteeinheiten bzw. Mikrocontrollern umgesetzt werden. Mithilfe dieser Vorrichtung kann der Stromwandler noch kleiner, leichter und kostengünstiger entwickelt werden, gleichzeitig sinkt durch den früheren Sättigungspunkt die Verlustleistung im Wandler und der angeschlossenen Elektronik. Alternativ kann bei gleichbleibender Wandlergröße der Messbereich stark erweitert werden.The advantage here is that, compared to compensating for the saturation effect via pure peak value evaluation, there are several effects. The device covers an even larger range since it can also compensate if more than half of a half-wave is cut off by saturation. Since a correct peak value cannot be determined in such a case, the peak value evaluation supplies errors. Furthermore, there are time curves such as harmonics, for which a calculation of the effective value via the peak value and the sine crest factor yields a large error; the device according to the invention can also determine better values there. In comparison to methods that implement a computational completion of a half-wave by means of an intelligent look-ahead, the computing effort in the device according to the invention is many times lower and can therefore be implemented in inexpensive and space-saving evaluation units or microcontrollers. With the help of this device, the current converter can be developed even smaller, lighter and more cost-effectively, while at the same time the power loss in the converter and the connected electronics decreases due to the earlier saturation point. Alternatively, the measuring range can be greatly expanded with the same converter size.

In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der Korrekturwert k(A) multipliziert mit dem verfälschten Effektivwert Ieff,abg, zur Berechnung des kompensierten Effektivwerts Ieff.In one embodiment of the device according to the invention, the correction value k(A) is multiplied by the corrupted effective value I eff,abg to calculate the compensated effective value I eff .

In einer weiteren Ausgestaltung ist der Wechselstrom I sinusförmig oder rechteckförmig. Bei einem sinusförmigen Wechselstrom I wird der Korrekturwert zu k ( A ) = 1 ( 1 A ) 1 2 π sin ( 2 π ( 1 A ) )

Figure DE102022200909A1_0001
gewählt und bei einem rechteckförmigen Wechselstrom I zu k ( A ) = 1 1     A .
Figure DE102022200909A1_0002
In a further embodiment, the alternating current I is sinusoidal or square-wave. With a sinusoidal alternating current I, the correction value increases k ( A ) = 1 ( 1 A ) 1 2 π sin ( 2 π ( 1 A ) )
Figure DE102022200909A1_0001
chosen and with a square-wave alternating current I to k ( A ) = 1 1 A .
Figure DE102022200909A1_0002

Bei einem sinusförmigen Wechselstrom I kann der Korrekturwert k ( A ) = 5,8 A 4 + 1,014

Figure DE102022200909A1_0003
gewählt werden.With a sinusoidal alternating current I, the correction value k ( A ) = 5.8 A 4 + 1.014
Figure DE102022200909A1_0003
to get voted.

In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden Abtastwerte als ungültig betrachtet, wenn sie unterhalb eines Grenzwertes G liegen.In a further embodiment of the device according to the invention, sampled values are considered invalid if they are below a limit value G.

In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Anzahl als ungültig betrachteter Abtastwerte NUngültig durch Abzug eines Erfahrungswerts E angepasst.In a further embodiment of the device according to the invention, the number of sampled values N Invalid considered invalid is adjusted by subtracting an empirical value E.

In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die vom Stromwandler gemessene Reihe des Sekundärstromsignals gebildet durch ein zeitlich im Wesentlichen äquidistantes Abtasten des Wechselstroms I.In a further embodiment of the device according to the invention, the series of the secondary current signal measured by the current transformer is formed by sampling the alternating current I essentially equidistantly over time.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Ermitteln eines kompensierten Effektivwertes Ieff gemäß Patentanspruch 9 umfasst die Schritte:

  • - Messen einer Reihe des Sekundärstromsignals durch einen Stromwandler;
  • - Bestimmen der Gesamtanzahl der vorliegenden Abtastwerte NGesamt;
  • - Bestimmen der Anzahl als ungültig betrachteter Abtastwerte NUngültig;
  • - Berechnen des Anteils als ungültig betrachteter Abtastwerte an der Gesamtanzahl vorliegender Abtastwerte A = NUngültig/NGesamt;
  • - Berechnen eines Korrekturwerts k(A) zur Korrektur eines verfälschten Effektivwert Ieff,abg mittels des Anteils als ungültig betrachteter Abtastwerte an der Gesamtanzahl vorliegender Abtastwerte A = NUngültig/NGesamt; und
  • - Berechnen des kompensierten Effektivwertes Ieff mittels dieses Korrekturwerts k(A).
The method according to the invention for determining a compensated effective value I eff according to patent claim 9 comprises the steps:
  • - measuring a series of the secondary current signal by a current transformer;
  • - determining the total number of samples present N total ;
  • - determining the number of samples considered invalid N Invalid ;
  • - Calculation of the proportion of samples considered invalid in the total number of samples present A=N invalid /N total ;
  • - calculation of a correction value k(A) for correcting a corrupted effective value I eff,abg by means of the portion of the total number of present sample values considered invalid in the sample values A=N invalid /N total ; and
  • - Calculation of the compensated effective value I eff using this correction value k(A).

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Berechnungen und Bestimmungen von einer digitalen Auswerteeinheit vorgenommen.In one embodiment of the method according to the invention, the calculations and determinations are made by a digital evaluation unit.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens folgt nach dem Bestimmen der Anzahl als ungültig betrachteter Abtastwerte NUngültig der Schritt:

  • - Anpassen der Anzahl als ungültig betrachteter Abtastwerte Nungüitig durch Abzug eines Erfahrungswerts E.
In a further embodiment of the method according to the invention, after the determination of the number of sampled values N Invalid considered invalid, the step follows:
  • - Adjusting the number of samples considered invalid N invalid by subtracting an empirical value E.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei einem sinusförmigen Wechselstrom I der Korrekturwert zu k ( A ) = 1 ( 1 A ) 1 2 π sin ( 2 π ( 1 A ) )

Figure DE102022200909A1_0004
gewählt und bei einem rechteckförmigen Wechselstrom I zu k ( A ) = 1 1 A
Figure DE102022200909A1_0005
In a further embodiment of the method according to the invention, the correction value is increased in the case of a sinusoidal alternating current I k ( A ) = 1 ( 1 A ) 1 2 π sin ( 2 π ( 1 A ) )
Figure DE102022200909A1_0004
chosen and with a square-wave alternating current I to k ( A ) = 1 1 A
Figure DE102022200909A1_0005

Bei einem sinusförmigen Wechselstrom I kann der Korrekturwert zu k ( A ) = 5,8 A 4 + 1,014

Figure DE102022200909A1_0006
gewählt werden.With a sinusoidal alternating current I, the correction value can increase k ( A ) = 5.8 A 4 + 1.014
Figure DE102022200909A1_0006
to get voted.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise wie sie erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen, die im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert werden.The properties, features and advantages of this invention described above, as well as the manner in which they are achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of the embodiments, which are further explained in connection with the figures.

Dabei zeigen:

  • 1 erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ermitteln eines kompensierten Effektivwerts eines Wechselstroms I mit Stromwandler und digitaler Auswerteeinheit;
  • 2 qualitative Kennlinie eines Stromwandlers;
  • 3 typische Zeitverläufe des Sekundärstroms im Sättigungsbereich;
  • 4 typische Zeitverläufe des Sekundärstroms im Sättigungsbereich mit Größen zur Berechnung des Korrekturwerts k(A); und
  • 5 erfindungsgemäßes Verfahren zum Ermitteln eines kompensierten Effektivwerts Ieff.
show:
  • 1 device according to the invention for determining a compensated effective value of an alternating current I with a current transformer and a digital evaluation unit;
  • 2 qualitative characteristic of a current transformer;
  • 3 typical time curves of the secondary current in the saturation range;
  • 4 typical time curves of the secondary current in the saturation range with values for calculating the correction value k(A); and
  • 5 inventive method for determining a compensated effective value I eff .

In 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 100 zum Ermitteln eines kompensierten Effektivwertes Ieff eines Wechselstroms I dargestellt. Der Wechselstrom I kann beispielsweise durch einen Leiter 200 fließen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 umfasst einen Stromwandler 160, der mit dem Leiter 200 zusammenwirkt, und in dem der Wechselstrom I als Primärstrom in einen Sekundärstrom durch den Stromwandler 160 gewandelt wird. Des Weiteren umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 eine digitale Auswerteeinheit 150. Diese digitale Auswerteeinheit 150 ist mit dem Stromwandler 160 verbunden und kann beispielsweise aus der vom Stromwandler 160 gemessenen Reihe des Sekundärstromsignals einen durch Stromwandler-Sättigung verfälschten Effektivwert Ieff,abg berechnen.In 1 a device 100 according to the invention for determining a compensated effective value I eff of an alternating current I is shown. The alternating current I can flow through a conductor 200, for example. The device 100 according to the invention comprises a current transformer 160 which interacts with the conductor 200 and in which the alternating current I as a primary current is converted by the current transformer 160 into a secondary current. Furthermore, the device 100 according to the invention comprises a digital evaluation unit 150. This digital evaluation unit 150 is connected to the current converter 160 and can, for example, from the series of the secondary current signal measured by the current converter 160, calculate an effective value I eff,abg falsified by current converter saturation.

Die Auswerteeinheit 150 kann über Anschlüsse 151 als Schutzeinrichtung mit Schutzfunktion mit einem elektrischen Schalter oder allgemein mit einem Netzwerk zur weiteren Verarbeitung und zum Monitoring verbunden sein.The evaluation unit 150 can be connected via connections 151 as a protective device with a protective function to an electrical switch or generally to a network for further processing and monitoring.

In 2 ist die Kennlinie eines Stromwandlers 160 qualitativ dargestellt. Aufgetragen ist der Effektivwert des Sekundärstroms über dem Effektivwert des Primärstroms. Idealerweise ergibt sich als Kennlinie des Stromwandlers 160 ein linearer Zusammenhang. Aufgrund des Kernquerschnitts des Stromwandlers 160, des Kernmaterials, des Widerstands der Sekundärwicklung, welcher stark abhängig ist von der Temperatur, oder weiterhin von der Belastung des Stromwandlers 160 in Form von elektrischer Beschaltung der Sekundärseite, der Frequenz oder der Signalform des Primärstroms I kommt es zu einem Sättigungseffekt. In 2 trennt die gestrichelte Linie den linearen Bereich, der sich links von dieser Linie befindet, vom nicht-linearen Sättigungsbereich, der sich rechts der gestrichelten Linie befindet. Der Effektivwert des Sekundärstroms ist im nicht-linearen Bereich kleiner als sein idealer Sollwert.In 2 the characteristic curve of a current transformer 160 is shown qualitatively. The effective value of the secondary current is plotted against the effective value of the primary current. A linear relationship ideally results as the characteristic curve of the current converter 160 . A saturation effect occurs due to the core cross-section of the current transformer 160, the core material, the resistance of the secondary winding, which is strongly dependent on the temperature, or the load on the current transformer 160 in the form of electrical circuitry on the secondary side, the frequency or the signal form of the primary current I. In 2 the dashed line separates the linear region, which is to the left of this line, from the nonlinear saturation region, which is to the right of the dashed line. The effective value of the secondary current is smaller than its ideal set value in the non-linear range.

In 3 ist der Zeitverlauf des Sekundärstroms dargestellt anhand eines sinusförmigen Wechselstroms I. Bei Erreichen der Magnetkernsättigung fällt das Signal des Sekundärstroms sehr schnell auf einen Wert nahe 0 ab, es fließt kein Sekundärstrom mehr bis primärseitig ein Vorzeichenwechsel stattfindet. Dies kann beispielsweise der Beginn der nächsten Halbwelle bei sinusförmigen Wechselgrößen sein.In 3 shows the course of the secondary current over time using a sinusoidal alternating current I. When the magnet core is saturated, the signal of the secondary current falls very quickly to a value close to 0, and no more secondary current flows until there is a change of sign on the primary side. For example, this can be the start of the next half-wave in the case of sinusoidal alternating variables.

4 zeigt eine Halbwelle eines sinusförmigen Sekundärstroms Isek über der Zeit. Es ist zum einen der ideale Verlauf des Sekundärstroms als sinusförmiger Strom dargestellt, zum anderen der in Sättigung laufende reale Sekundärstrom Isek, der aufgrund der Sättigungseffekte des Stromwandlers 160 einen plötzlichen Abfall auf ungefähr 0 durchläuft. Es wird ein Grenzwert G eingeführt, unterhalb dessen die Abtastwerte des Sekundärstroms als ungültig betrachtet werden. Entsprechend der Darstellung in 4 bedeutet dies, dass in dem Intervall von -G bis +G die Abtastwerte des Sekundärstroms Isek als ungültig betrachtet werden. Dadurch ergibt sich ein erstes Intervall TUngültig,1, in dem die Abtastwerte des Sekundärstroms Isek als ungültig betrachtet werden und ebenso ein zweites Intervall TUngültig,2, aufgrund der Sättigung des Sekundärstroms. 4 shows a half-wave of a sinusoidal secondary current I sec over time. On the one hand, the ideal profile of the secondary current is shown as a sinusoidal current, and on the other hand, the real secondary current I sec running into saturation, which suddenly drops to approximately 0 due to the saturation effects of the current transformer 160 . A threshold G is introduced, below which the samples of the secondary current are considered invalid. According to the representation in 4 this means that in the interval from -G to +G the samples of the secondary current I sec are considered invalid. This results in a first interval T Invalid,1 , in which the samples of the secondary current I sec are considered invalid, and also a second interval T Invalid,2 , due to the saturation of the secondary current.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 wird nun die Gesamtanzahl vorliegender Abtastwerte NGesamt aus der vom Stromwandlers 160 gemessenen Reihe des Sekundärstromsignals bestimmt und die Anzahl als ungültig betrachteter Abtastwerte NUngültig von der digitalen Auswerteeinheit 150 bestimmt. Die Anzahl als ungültig betrachteter Abtastwerte NUngültig entspricht derjenigen Abtastwerten, die in den Intervallen Tungül- tig,1 und Tungüitig,2 liegen. Es wird der Anteil als ungültig betrachteter Abtastwert an der Gesamtzahl vorliegender Abtastwerte zu A = NUngültig/NGesamt bestimmt und daraus ein Korrekturwert k(A) zur Korrektur des verfälschten Effektivwerts Ieff,abg mittels dessen der kompensierte Effektivwert Ieff berechnet werden kann.In the device 100 according to the invention, the total number of present sampling values N Total is now determined from the series of the secondary current signal measured by the current transformer 160 and the number of sampling values N Invalid considered invalid is determined by the digital evaluation unit 150 . The number of samples N invalid considered to be invalid corresponds to those samples which lie in the intervals T invalid ,1 and T invalid,2 . The portion of the total number of existing samples that is considered invalid is determined as A=N invalid/ N total and from this a correction value k(A) for correcting the corrupted effective value I eff,abg can be calculated by means of which the compensated effective value I eff can be calculated.

Zur Berechnung des kompensierten Effektivwerts Ieff kann der Korrekturwert k(A) multipliziert werden mit dem verfälschten Effektivwert Ieff,abg.To calculate the compensated effective value I eff , the correction value k(A) can be multiplied by the corrupted effective value I eff,abg .

Der betrachtete Wechselstrom I kann beispielsweise sinusförmig oder rechteckförmig sein. Bei einem sinusförmigen Wechselstrom I wird der Korrekturwert zu k ( A ) = 1 ( 1 A ) 1 2 π sin ( 2 π ( 1 A ) )

Figure DE102022200909A1_0007
gewählt und bei einem rechteckförmigen Wechselstrom I zu k ( A ) = 1 1 A
Figure DE102022200909A1_0008
The alternating current I under consideration can be sinusoidal or square-wave, for example. With a sinusoidal alternating current I, the correction value increases k ( A ) = 1 ( 1 A ) 1 2 π sin ( 2 π ( 1 A ) )
Figure DE102022200909A1_0007
chosen and with a square-wave alternating current I to k ( A ) = 1 1 A
Figure DE102022200909A1_0008

Die Bestimmung dieser Korrekturfunktion in Abhängigkeit der erwarteten Signalform soll im Folgenden zunächst allgemein beschrieben werden.The determination of this correction function as a function of the expected signal form is initially to be described in general below.

Es liegt ein Wechselstromsignal (ωt) vor, das sich mit der Periodendauer T wiederholt. Die Grundfrequenz f des Signals ergibt sich dann zu: ƒ = 1 T

Figure DE102022200909A1_0009
There is an alternating current signal (ωt) which is repeated with the period T. The fundamental frequency f of the signal then results in: ƒ = 1 T
Figure DE102022200909A1_0009

Die Winkelgeschwindigkeit ω ergibt sich zu: ω = 2 π ƒ = 2 π T

Figure DE102022200909A1_0010
The angular velocity ω results in: ω = 2 π ƒ = 2 π T
Figure DE102022200909A1_0010

Der Effektivwert dieses vollständigen Stromsignals soll im Folgenden über eine halbe Periodendauer bestimmt werden. Dies entspricht einem Phasenwinkel von ωt = π = 180° I e f f = 1 π 0 π ( i ( ω t ) ) 2 d ω t

Figure DE102022200909A1_0011
The effective value of this complete current signal is to be determined below over half a period. This corresponds to a phase angle of ωt = π = 180° I e f f = 1 π 0 π ( i ( ω t ) ) 2 i.e ω t
Figure DE102022200909A1_0011

Nun wird betrachtet, wie sich dieser Effektivwert Ieff verändert, wenn gegen Ende der halben Periodendauer ein Anteil A des Signals abgeschnitten wird: I e f f , a b g . = 1 π 0 π ( 1 A ) ( i ( ω t ) ) 2 d ω t

Figure DE102022200909A1_0012
It is now considered how this effective value I eff changes if part A of the signal is cut off towards the end of half the period: I e f f , a b G . = 1 π 0 π ( 1 A ) ( i ( ω t ) ) 2 i.e ω t
Figure DE102022200909A1_0012

Es wird jeweils der Effektivwert eines Signals, bei dem ein zeitlicher Anteil A gegen Ende einer halben Periodendauer abgeschnitten wurde, mit dem Effektivwert eines nicht abgeschnittenen Signals verglichen. Das Ergebnis wird als Korrekturwert k(A) interpretiert. Dies ordnet einem Anteil A einen Korrekturwert zu. Aus der Betrachtung und Auswertung des Zeitverlaufs, die die Größe Anteil A liefert, wird also auf einfache Art und Weise ein Korrekturwert k für den bedingt durch die Wandlersättigung zu kleinen Effektivwert Ieff,abg bestimmt: k ( A ) = I e f f I e f f , a b g . = 0 π ( i ( ω t ) ) 2 d ω t 0 π ( 1 A ) ( i ( ω t ) ) 2 d ω t

Figure DE102022200909A1_0013
The rms value of a signal in which a time portion A was cut off towards the end of half a period is compared with the rms value of a signal that has not been cut off. The result is interpreted as a correction value k(A). This assigns a correction value to a portion A. A correction value k for the effective value I eff,abg , which is too small due to the converter saturation, can be determined in a simple manner from the consideration and evaluation of the time curve, which is supplied by the quantity A: k ( A ) = I e f f I e f f , a b G . = 0 π ( i ( ω t ) ) 2 i.e ω t 0 π ( 1 A ) ( i ( ω t ) ) 2 i.e ω t
Figure DE102022200909A1_0013

Der Korrekturwert k(A) soll nun beispielshaft für einen rechteckförmigen Wechselstrom iRechteck und einen sinusförmigen Wechselstrom iSinus bestimmt werden.The correction value k(A) is now to be determined as an example for a square-wave alternating current i square and a sinusoidal alternating current i sine .

Beim rechteckförmigen Wechselstrom iRechteck ergibt sich: i R e c h t e c k ( ω t ) = I S p   f u ¨ r  0 ω t < π

Figure DE102022200909A1_0014
I R e c h t e c k , e f f = 1 π 0 π ( I S p ) 2 d ω t = I S p I R e c h t e c k , e f f , a b g = 1 π 0 π ( 1 A ) ( I S p ) 2 d ω t = I S p 1 A I R e c h t e c k ( A ) = I R e c h t e c k , e f f I R e c h t e c k , e f f , a b g = I S p I S p 1 A = 1 1 A
Figure DE102022200909A1_0015
With square-wave alternating current i square-wave , the result is: i R e c H t e c k ( ω t ) = I S p f and ¨ right 0 ω t < π
Figure DE102022200909A1_0014
I R e c H t e c k , e f f = 1 π 0 π ( I S p ) 2 i.e ω t = I S p I R e c H t e c k , e f f , a b G = 1 π 0 π ( 1 A ) ( I S p ) 2 i.e ω t = I S p 1 A I R e c H t e c k ( A ) = I R e c H t e c k , e f f I R e c H t e c k , e f f , a b G = I S p I S p 1 A = 1 1 A
Figure DE102022200909A1_0015

Für den sinusförmigen Wechselstrom iSinus errechnet sich:   i S i n u s ( ω t ) = I S p sin ( ω t ) I S i n u s , e f f = 1 π 0 π ( I S p sin ( ω t ) ) 2 d ω t = 1 2 I S p I S i n u s , e f f , a b g . = 1 π 0 π ( 1 A ) ( I S p sin ( ω t ) ) 2 d ω t   = 1 2 I S p ( 1 A ) 1 2 π sin ( 2 π ( 1 A ) ) k S i n u s ( A ) = I S i n u s , e f f I S i n u s , e f f , a b g . = 1 ( 1 A ) 1 2 π sin ( 2 π ( 1 A ) )

Figure DE102022200909A1_0016
The following is calculated for the sinusoidal alternating current i sine : i S i n and s ( ω t ) = I S p sin ( ω t ) I S i n and s , e f f = 1 π 0 π ( I S p sin ( ω t ) ) 2 i.e ω t = 1 2 I S p I S i n and s , e f f , a b G . = 1 π 0 π ( 1 A ) ( I S p sin ( ω t ) ) 2 i.e ω t = 1 2 I S p ( 1 A ) 1 2 π sin ( 2 π ( 1 A ) ) k S i n and s ( A ) = I S i n and s , e f f I S i n and s , e f f , a b G . = 1 ( 1 A ) 1 2 π sin ( 2 π ( 1 A ) )
Figure DE102022200909A1_0016

Die Berechnung des Korrekturwerts k(A) kann durch eine bezüglich des Rechenaufwandes vereinfachte Annäherungsfunktion, welche im relevanten Bereich ausreichend genaue Werte liefert, vereinfacht werden. Beispielsweise kann bei sinusförmigen Strömen eine Annäherung über ein Polynom vorgenommen werden: k S i n u s ( A ) = I S i n u s , e f f I S i n u s , e f f , a b g . = 1 ( 1 A ) 1 2 π sin ( 2 π ( 1 A ) ) 5,8 A 4 + 1,014

Figure DE102022200909A1_0017
The calculation of the correction value k(A) can be simplified by an approximation function that is simplified with regard to the computation effort and that supplies sufficiently precise values in the relevant range. For example, sinusoidal currents can be approximated using a polynomial: k S i n and s ( A ) = I S i n and s , e f f I S i n and s , e f f , a b G . = 1 ( 1 A ) 1 2 π sin ( 2 π ( 1 A ) ) 5.8 A 4 + 1.014
Figure DE102022200909A1_0017

Dadurch kann die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 in einer Firmware auf einem weniger leistungsstarken und damit günstigeren Mikrocontroller aufwandsarm umgesetzt werden, da keine aufwändigen Rechenoperationen ausgeführt werden müssen.As a result, the device 100 according to the invention can be implemented in firmware on a less powerful and therefore less expensive microcontroller with little effort, since no complex arithmetic operations have to be carried out.

Die Anzahl als ungültig betrachteter Abtastwerte NUngüitig kann durch Abzug eines Erfahrungswertes E angepasst werden.The number of samples considered invalid N Invalid can be adjusted by subtracting an empirical value E.

Die vom Stromwandler 160 gemessene Reihe des Sekundärstromsignals kann durch ein zeitlich im Wesentlichen äquidistantes Abtasten des Wechselstroms I gemessen werden.The series of the secondary current signal measured by the current transformer 160 can be measured by sampling the alternating current I substantially equidistant in time.

5 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren 1000 zum Ermitteln eines kompensierten Effektivwerts Ieff. Das Verfahren 1000 beginnt bei Start 1001 und endet bei Ende 1099. Nach dem Start 1001 folgen die Schritte:

  • - Messen 1010 einer Reihe des Sekundärstromsignals durch einen Stromwandler 160;
  • - Bestimmen 1020 der Gesamtanzahl vorliegender Abtastwerte NGesamt;
  • - Bestimmen 1030 der Anzahl als ungültig betrachteter Abtastwerte NUngültig;
  • - Berechnen 1040 des Anteils als ungültig betrachteter Abtastwerte an der Gesamtanzahl vorliegender Abtastwerte A = NUngültig/NGesamt;
  • - Berechnen 1050 eines Korrekturwerts k(A) zur Korrektur eines verfälschten Effektivwerts Ieff,abg mittels des Anteils als ungültig betrachteter Abtastwerte an der Gesamtzahl vorliegender Abtastwerte A = NUngültig/NGesamt; und
  • - Berechnen 1060 des kompensierten Effektivwerts Ieff mittels des Korrekturwerts k(A).
5 10 shows a method 1000 according to the invention for determining a compensated effective value I eff . Method 1000 begins at start 1001 and ends at end 1099. After start 1001, the steps follow:
  • - measuring 1010 a series of the secondary current signal by a current transformer 160;
  • - determining 1020 the total number of present sample values N total ;
  • - determining 1030 the number of samples N Invalid considered to be invalid;
  • - calculating 1040 the proportion of samples considered invalid in the total number of samples present A=N invalid /N total ;
  • - Calculation 1050 of a correction value k(A) for correcting a corrupted effective value I eff,abg by means of the portion of the total number of present sample values considered invalid of sample values A=N invalid /N total ; and
  • - calculating 1060 the compensated effective value I eff by means of the correction value k(A).

Die Berechnungen 1030; 1040; 1050; 1060 und die Bestimmungen 1010; 1020 können von einer digitalen Auswerteeinheit 150 vorgenommen werden.The calculations 1030; 1040; 1050; 1060 and provisions 1010; 1020 can be performed by a digital evaluation unit 150.

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens 1000 folgt nach dem Bestimmen 1030 der Anzahl als ungültig betrachteter Abtastwerte NUngültig der Schritt

  • - Anpassen 1035 der Anzahl als ungültig betrachteter Abtastwerte NUngültig durch Abzug eines Erfahrungswerts E.
In one embodiment of the method 1000 according to the invention, after the determination 1030 of the number of sample values N Invalid considered invalid, the step follows
  • - Adjusting 1035 the number of samples considered invalid N Invalid by subtracting an empirical value E.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren 1000 kann der Korrekturwert k(A) bei einem sinusförmigen Wechselstrom I gewählt werden zu k ( A ) = 1 ( 1 A ) 1 2 π sin ( 2 π ( 1 A ) )

Figure DE102022200909A1_0018
und bei einem rechteckförmigen Wechselstrom I zu k ( A ) = 1 1 A .
Figure DE102022200909A1_0019
In the case of the method 1000 according to the invention, the correction value k(A) can be selected for a sinusoidal alternating current I k ( A ) = 1 ( 1 A ) 1 2 π sin ( 2 π ( 1 A ) )
Figure DE102022200909A1_0018
and with a square-wave alternating current I to k ( A ) = 1 1 A .
Figure DE102022200909A1_0019

Beim erfindungsgemäßen Verfahren 1000 kann der Korrekturwert k(A) bei einem sinusförmigen Wechselstrom I alternativ zu k ( A ) = 5,8 A 4 + 1,014

Figure DE102022200909A1_0020
gewählt werden.In the case of the method 1000 according to the invention, the correction value k(A) can alternatively be k ( A ) = 5.8 A 4 + 1.014
Figure DE102022200909A1_0020
to get voted.

Das erfindungsgemäße Verfahren 1000 und die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 können, sobald mindestens eine Halbwelle des Sekundärstromsignals vorliegt, angewendet werden. Eine Kompensation des Effektivwerts Ieff findet über eine einfach umzusetzende und für den Effektivwert aussagekräftige Bewertung des Zeitverlaufs des Sekundärstromsignals statt.The method 1000 according to the invention and the device 100 according to the invention can be used as soon as at least one half-wave of the secondary current signal is present. Compensation of the effective value I eff takes place via an evaluation of the time profile of the secondary current signal that is easy to implement and meaningful for the effective value.

Betrachtet man nicht nur den Effektiv- oder Spitzenwert des Wandlersignals, sondern dessen Zeitverlauf im Sättigungsbereich, so wird erfindungsgemäß vorgegangen: Das Sekundärstromsignal verhält sich so, dass ab dem Zeitpunkt, ab dem eine Sättigung des Wandlerkerns erreicht ist, quasi kein Strom mehr gewandelt wird und das Sekundärsignal daher gleich oder nahe am Ruhepegel, beispielsweise der 0, liegt. Dies ist so lange der Fall, bis primärseitig ein Vorzeichenwechsel geschieht. Das erfindungsgemäße Verfahren 1000 und die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 basieren darauf, dass ermittelt wird, welcher zeitliche Anteil des Stromsignals tatsächlich noch übertragen wird und welcher Anteil aufgrund des Sättigungseffekts fehlt. Dafür wird davon ausgegangen, dass Messwerte nahe dem Ruhepegel durch den Sättigungseffekt verursacht werden und damit ungültig sind. Für diese Entscheidung wird ein Grenzwert G festgelegt. Die Ermittlung dieser Größen, z.B. in einer digitalen Auswerteeinheit 150 wie in einem Mikrocontroller, kann aus einer Reihe von äquidistanten Abtastwerten geschehen.If one considers not only the effective or peak value of the converter signal, but also its time profile in the saturation range, the procedure according to the invention is: The secondary current signal behaves in such a way that from the point in time at which saturation of the converter core is reached, virtually no more current is converted and the secondary signal is therefore equal to or close to the idle level, for example 0. This is the case until a sign change occurs on the primary side. The method 1000 according to the invention and the device 100 according to the invention are based on determining what time portion of the current signal is actually still being transmitted and what portion is missing due to the saturation effect. For this it is assumed that measured values close to the resting level are caused by the saturation effect and are therefore invalid. A limit value G is set for this decision. These variables can be determined, e.g. in a digital evaluation unit 150 such as in a microcontroller, from a series of equidistant sampled values.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • EP 1300686 A2 [0009]EP 1300686 A2 [0009]

Claims (13)

Vorrichtung (100) zum Ermitteln eines kompensierten Effektivwerts Ieff eines Wechselstromes I umfassend einen Stromwandler (160) und eine digitale Auswerteeinheit (150), wobei aus der vom Stromwandler (160) gemessenen Reihe des Sekundärstromsignals ein verfälschter Effektivwerts Ieff,abg berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei der vom Stromwandler (160) gemessenen Reihe des Sekundärstromsignals die Gesamtanzahl vorliegender Abtastwerte NGesamt und die Anzahl als ungültige betrachteter Abtastwerte NUngültig von der digitalen Auswerteeinheit (150) bestimmt werden und mittels des Anteils als ungültig betrachteter Abtastwerte an der Gesamtzahl vorliegender Abtastwerte A = NUngültig/NGesamt ein Korrekturwert k(A) zur Korrektur des verfälschten Effektivwerts Ieff,abg berechnet wird und mittels dieses Korrekturwerts k(A) der kompensierte Effektivwert Ieff.Device (100) for determining a compensated effective value I eff of an alternating current I, comprising a current transformer (160) and a digital evaluation unit (150), a corrupted effective value I eff,abg being calculated from the series of the secondary current signal measured by the current transformer (160), characterized in that in the series of the secondary current signal measured by the current transformer (160), the total number of present sampling values N total and the number considered invalid Sample values N invalid are determined by the digital evaluation unit (150) and a correction value k(A) for correcting the falsified effective value I eff, abg is calculated using the proportion of samples considered invalid in the total number of available sample values A = N invalid /N total and using this correction value k(A) the compensated effective value I eff . Vorrichtung (100) gemäß Patentanspruch 1, bei der der Korrekturwert k(A) multipliziert wird mit dem verfälschten Effektivwert Ieff,abg zur Berechnung des kompensierten Effektivwerts Ieff.Device (100) according to Claim 1 , where the correction value k(A) is multiplied by the corrupted effective value I eff,abg to calculate the compensated effective value I eff . Vorrichtung (100) gemäß Patentanspruch 1 oder 2, wobei der Wechselstrom I sinusförmig oder rechteckförmig ist.Device (100) according to Claim 1 or 2 , where the alternating current I is sinusoidal or square-wave. Vorrichtung (100) gemäß Patentanspruch 3, wobei bei einem sinusförmigen Wechselstrom I der Korrekturwert zu k ( A ) = 1 ( 1 A ) 1 2 π sin ( 2 π ( 1 A ) )
Figure DE102022200909A1_0021
gewählt wird und bei einem rechteckförmigen Wechselstrom I zu k ( A ) = 1 1 A .
Figure DE102022200909A1_0022
Device (100) according to patent claim 3 , where with a sinusoidal alternating current I the correction value increases k ( A ) = 1 ( 1 A ) 1 2 π sin ( 2 π ( 1 A ) )
Figure DE102022200909A1_0021
is selected and with a square-wave alternating current I to k ( A ) = 1 1 A .
Figure DE102022200909A1_0022
Vorrichtung (100) gemäß Patentanspruch 3, wobei bei einem sinusförmigen Wechselstrom I der Korrekturwert zu k ( A ) = 5,8 A 4 + 1,014
Figure DE102022200909A1_0023
gewählt wird.
Device (100) according to patent claim 3 , where with a sinusoidal alternating current I the correction value increases k ( A ) = 5.8 A 4 + 1.014
Figure DE102022200909A1_0023
is chosen.
Vorrichtung (100) gemäß einem der vorherigen Patentansprüche, bei dem Abtastwerte als ungültig betrachtet werden, wenn sie unterhalb eines Grenzwertes G liegen.Apparatus (100) according to any preceding claim, wherein samples are considered invalid if they are below a threshold G. Vorrichtung (100) gemäß einem der vorherigen Patentansprüche, bei dem die Anzahl als ungültig betrachteter Abtastwerte NUngültig durch Abzug eines Erfahrungswerts E angepasst wird.Device (100) according to one of the preceding claims, in which the number of samples considered invalid N Invalid is adjusted by subtracting an empirical value E. Vorrichtung (100) gemäß einem der vorherigen Patentansprüche, bei dem die vom Stromwandler (160) gemessene Reihe des Sekundärstromsignals gebildet wird durch ein zeitlich im Wesentlichen äquidistantes Abtasten des Wechselstroms I.Device (100) according to one of the preceding claims, in which the series of the secondary current signal measured by the current transformer (160) is formed by sampling the alternating current I essentially equidistant in time. Verfahren (1000) zum Ermitteln eines kompensierten Effektivwerts Ieff mit den Schritten: - Messen (1010) einer Reihe des Sekundärstromsignals durch einen Stromwandler (160); - Bestimmen (1020) der Gesamtanzahl vorliegender Abtastwerte NGesamt; - Bestimmen (1030) der Anzahl als ungültig betrachteter Abtastwerte NUngültig; - Berechnen (1040) des Anteils als ungültig betrachteter Abtastwerte an der Gesamtzahl vorliegender Abtastwerte A = NUngültig/NGesamt; - Berechnen (1050) eines Korrekturwerts k(A) zur Korrektur eines verfälschten Effektivwerts Ieff,abg mittels des Anteils als ungültig betrachteter Abtastwerte an der Gesamtzahl vorliegender Abtastwerte A = NUngüitig/NGesamt; und - Berechnen (1060) des kompensierten Effektivwerts Ieff mittels dieses Korrekturwerts k(A).Method (1000) for determining a compensated effective value I eff comprising the steps of: - measuring (1010) a series of the secondary current signal by a current transformer (160); - determining (1020) the total number of samples present N total ; - determining (1030) the number of samples considered invalid N Invalid ; - calculating (1040) the proportion of samples considered invalid in the total number of samples present A=N invalid /N total ; - Calculation (1050) of a correction value k(A) for correcting a corrupted effective value I eff,abg by means of the proportion of sampled values considered invalid in the total number of present sampled values A=N invalid/ N total ; and - calculating (1060) the compensated effective value I eff using this correction value k(A). Verfahren (1000) gemäß Patentanspruch 9, bei dem die Berechnungen (1030; 1040; 1050; 1060) und die Bestimmungen (1010; 1020) von einer digitalen Auswerteeinheit (150) vorgenommen werden.Method (1000) according to Claim 9 , in which the calculations (1030; 1040; 1050; 1060) and the determinations (1010; 1020) are carried out by a digital evaluation unit (150). Verfahren (1000) gemäß Patentanspruch 9 oder 10, bei dem nach dem Bestimmen (1030) der Anzahl als ungültige betrachteter Abtastwerte NUngültig der Schritt folgt: - Anpassen (1035) der Anzahl als ungültig betrachteter Abtastwerte NUngültig durch Abzug eines Erfahrungswerts E.Method (1000) according to Claim 9 or 10 , in which after determining (1030) the number of samples N Invalid considered invalid , the step follows: - adjusting (1035) the number of samples N Invalid considered invalid by subtracting an empirical value E. Verfahren (1000) gemäß einem der Patentansprüche 9 bis 11, bei dem bei einem sinusförmigen Wechselstrom I der Korrekturwert zu k ( A ) = 1 ( 1 A ) 1 2 π sin ( 2 π ( 1 A ) )
Figure DE102022200909A1_0024
gewählt wird und bei einem rechteckförmigen Wechselstrom I zu k ( A ) = 1 1 A .
Figure DE102022200909A1_0025
Method (1000) according to any one of patent claims 9 until 11 , in which the correction value increases with a sinusoidal alternating current I k ( A ) = 1 ( 1 A ) 1 2 π sin ( 2 π ( 1 A ) )
Figure DE102022200909A1_0024
is selected and with a square-wave alternating current I to k ( A ) = 1 1 A .
Figure DE102022200909A1_0025
Verfahren (1000) gemäß einem der Patentansprüche 9 bis 11, bei dem bei einem sinusförmigen Wechselstrom I der Korrekturwert zu k ( A ) = 5,8 A 4 + 1,014
Figure DE102022200909A1_0026
gewählt wird
Method (1000) according to any one of patent claims 9 until 11 , in which the correction value increases with a sinusoidal alternating current I k ( A ) = 5.8 A 4 + 1.014
Figure DE102022200909A1_0026
is chosen
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