DE10216791A1

DE10216791A1 - Alternating voltage phase comparison method in which a single pole phase comparator is used to count the number of cycles within a given time for each voltage, with a division remainder value determined to indicate phase shift

Info

Publication number: DE10216791A1
Application number: DE2002116791
Authority: DE
Original assignee: Dipl Ing H Horstmann GmbH
Current assignee: Dipl Ing H Horstmann GmbH
Priority date: 2002-04-15
Filing date: 2002-04-15
Publication date: 2003-10-30

Abstract

Method for comparing the phase of two AC voltages using a single pole, single test electrode phase comparator. Said method has the following steps: application of the test electrode to first and second voltage lines in turn and counting of a number of cycles at a reference frequency within a give time period for each line; division of the impulse numbers obtained for each line to determine a remainder; and comparison of the remainder with a threshold value to determine if the phase difference is within an acceptable threshold. The invention also relates to a corresponding single pole phase comparator with a single test electrode.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vergleichen von zwei elektrischen Wechselspannungen auf Phasengleichheit bzw. Phasenungleichheit (Phasenverschiebung) unter Verwendung eines einpoligen, nur eine Prüfelektrode aufweisenden Phasenvergleichers. The present invention relates to a method for comparing two electrical AC voltages on phase equality or phase inequality (Phase shift) using a single-pole, only one test electrode having phase comparator.

Ferner betrifft die Erfindung auch einen einpoligen Phasenvergleicher mit einer einzelnen Prüfelektrode und einer damit verbundenen Meßeinrichtung zum Vergleichen von zwei elektrischen Wechselspannungen bezüglich ihrer Phasenlagen unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens. The invention also relates to a single-pole phase comparator with a individual test electrode and an associated measuring device for Comparison of two alternating electrical voltages with regard to their phase positions using the method according to the invention.

In elektrischen Versorgungsnetzen, insbesondere in Mittel- und Hochspannungsnetzen, müssen häufig bestimmte Leitungsabschnitte zusammengeschaltet werden. Dies darf nur erfolgen, wenn die an den Leitungen liegenden beiden Wechselspannungen im Wesentlichen phasengleich sind, da bei zu großer Phasenverschiebung unzulässig hohe Potentialunterschiede auftreten würden. Deshalb müssen die Spannungen vor dem Zusammenschalten grundsätzlich auf Phasengleichheit bzw. auf eine eventuelle, zu große Phasenverschiebung geprüft werden. Zu diesem Zweck sind zunächst zweipolige Phasenvergleicher bekannt (vgl. beispielsweise EP 0 706 054 B1), die zwei Prüfelektroden zum gleichzeitigen Kontaktieren der zu vergleichenden Wechselspannungen aufweisen. Dies erlaubt einen direkten und daher recht genauen Phasenvergleich, die bekannten zweipoligen Geräte sind aber recht aufwändig und auch schwierig in der Handhabung wegen der erforderlichen gleichzeitigen Kontaktierung beider Leitungen. In electrical supply networks, especially in medium and High-voltage networks often have certain line sections be interconnected. This may only be done if the on the lines lying two alternating voltages are essentially in phase, since at too large phase shift would lead to impermissibly high potential differences. Therefore, the voltages must always be on before interconnection Phase equality or checked for a possible, too large phase shift become. For this purpose, two-pole phase comparators are initially known (cf. for example EP 0 706 054 B1), the two test electrodes for simultaneous Contacting the AC voltages to be compared. This allows a direct and therefore very precise phase comparison, the well-known two-pole Devices are quite complex and difficult to use because of the required simultaneous contacting of both lines.

Die DE 44 03 059 C1 beschreibt ein einpoliges Phasenprüfgerät, welches lediglich eine Prüfelektrode aufweist, die mit der Prüfschaltung zu einem kompakten, stangenartigen und daher handlichen Gerät kombiniert ist. Da mit diesem einpoligen Gerät die zu vergleichenden Spannungen nur zeitlich nacheinander kontaktiert werden können, ist eine Simulationseinrichtung für die Phasenlage der Spannung des zuerst kontaktierten Leiters über die Kontaktzeit hinaus erforderlich, um die zweite Wechselspannung mit einer im Gerät simulierten Vergleichsphasenfage der ersten Wechselspannung vergleichen zu können. Um eine hinreichende Meßgenauigkeit zu gewährleisten, besitzt das bekannte Gerät zudem eine Einrichtung zur Frequenzbestimmung sowohl während der Kontaktierung des ersten Leiters als auch des zweiten Leiters und zum Abbrechen der Phasenprüfung für den Fall, dass die gemessenen Frequenzen außerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereiches liegen. Dadurch soll ausgeschlossen werden, dass unterschiedliche Frequenzen den Phasenvergleich verfälschen, also beispielsweise eine Phasenverschiebung vortäuschen, obwohl beide Leiter Spannungen der gleichen Phasenlage führen. Noch kritischer ist aber der Fall, wenn "Phasengleichheit" erkannt und angezeigt wird, obwohl in Wirklichkeit "Phasenungleichheit" besteht und somit das Zusammenschalten der beiden Leitungen auf keinen Fall erfolgen dürfte. Somit soll mit diesem bekannten Gerät nur bei einer Ausschaltung des Einflusses der Frequenzen auf die ermittelte Phasenlage eine fehlerfreie Ermittlung der Phasenlage möglich sein. Diese Maßnahmen, insbesondere die Phasensimulationseinrichtung und die zusätzliche Einrichtung zur Frequenzbestimmung, machen auch dieses bekannte einpolige Phasenprüfgerät insgesamt recht aufwändig. DE 44 03 059 C1 describes a single-pole phase tester, which only has a test electrode which, with the test circuit, forms a compact, rod-like and therefore handy device is combined. As with this single pole If the voltages to be compared are only contacted one after the other in time can, is a simulation device for the phase relationship of the voltage of the first contacted conductor beyond the contact time required to the second AC voltage with a comparison phase question of the first simulated in the device To be able to compare AC voltage. To ensure adequate measurement accuracy ensure, the known device also has a device for Frequency determination both during the contacting of the first conductor and of the second conductor and to cancel the phase check in case the measured frequencies lie outside a predetermined frequency range. This is to rule out that different frequencies Falsify phase comparison, for example a phase shift pretend that both conductors carry voltages in the same phase. Yet is more critical, however, when "phase equality" is recognized and displayed, although in reality there is "phase inequality" and thus interconnection of the two lines should under no circumstances occur. Thus, with this known Device only when the influence of the frequencies on the determined one is switched off Phase position an error-free determination of the phase position may be possible. This Measures, in particular the phase simulation device and the additional Frequency determination device, also make this well-known single-pole Overall, phase tester is quite complex.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum "einpoligen Phasenvergleich" anzugeben, mit dem auch ohne eine Bestimmung der Frequenzen der zu vergleichenden Wechselspannungen eine hohe Prüfgenauigkeit gewährleistet ist. Zudem soll auch ein nach diesem Verfahren arbeitender, einpoliger Phasenvergleicher geschaffen werden, der sich durch einfachen und kompakten Aufbau und gute Handhabbarkeit auszeichnet. The present invention has for its object to provide a method for "unipolar Phase comparison "with which also without a determination of the frequencies of the AC voltages to be compared ensures high test accuracy is. In addition, a single-pole system working according to this procedure should also be used Phase comparator can be created, which is characterized by simple and compact Structure and easy handling.

Erfindungsgemäß wird dies zunächst durch ein Verfahren gemäß dem Anspruch 1 erreicht. Der erfindungsgemäße Phasenvergleicher ist durch die Merkmale des Anspruchs 5 gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen enthalten. According to the invention, this is initially achieved by a method according to claim 1 reached. The phase comparator according to the invention is characterized by the features of Claim 5 marked. Advantageous configurations are in the dependent Claims included.

Erfindungsgemäß wird demnach zunächst die Länge einer vollständigen Periode der ersten Wechselspannung in Form einer ersten Anzahl von Impulsen einer Bezugs- Taktfrequenz durch einen ersten Zählvorgang zwischen den die Periode begrenzenden Nulldurchgängen bestimmt. Weiterhin wird bei Auftreten eines zum Beispiel positiven (oder aber negativen) Nulldurchgangs der ersten Wechselspannung ein zweiter Zählvorgang der gleichen Taktfrequenz-Impulse gestartet. Dieser Zählvorgang wird beendet, wenn nach Kontaktieren der zweiten Wechselspannung ein korrespondierender, d. h. entsprechend positiver (oder negativer) Nulldurchgang festgestellt wird. Diese so ermittelte zweite Impuls-Anzahl ist ein Maß für den zeitlichen Abstand der beiden korrespondierenden Nulldurchgänge der ersten und zweiten Wechselspannung. Wenn nun beide Spannungen phasengleich sind, so ist die zweite Impuls-Anzahl ein ganzzahliges Vielfaches der die Phasenfänge repräsentierenden ersten Impuls-Anzahl. Daher wird erfindungsgemäß die zweite Impuls-Anzahl durch die erste Impuls-Anzahl dividiert, wobei ein nicht-ganzzahliger Divisionsrest ein Maß für eine Phasenverschiebung ist. Ist der Divisionsrest gleich Null, so sind die Spannungen genau phasengleich. Da eine geringfügige Phasenverschiebung von in der Regel bis zu 10° noch zulässig ist, wird erfindungsgemäß der Divisionsrest bezüglich seiner Größe mit einem vorbestimmten, maximal zulässigen Rest-Grenzwert verglichen, und es wird entweder "Phasengleichheit" (wenn der Divisionsrest gleich 0 oder kleiner/gleich dem Grenzwert ist) oder "Phasenungleichheit" signalisiert (wenn der Divisionsrest größer als der Grenzwert ist). According to the invention, the length of a complete period is therefore first first alternating voltage in the form of a first number of pulses of a reference Clock frequency by a first count between the period limiting zero crossings determined. Furthermore, when a Example positive (or negative) zero crossing of the first AC voltage a second counting of the same clock frequency pulses started. This Counting is stopped when the second AC voltage comes on after contact corresponding, d. H. correspondingly positive (or negative) zero crossing is detected. This second number of pulses determined in this way is a measure of the temporal Distance between the two corresponding zero crossings of the first and second AC voltage. If both voltages are in phase, the second is Pulse number is an integer multiple of the phase catches first pulse number. Therefore, according to the invention, the second number of pulses is determined by the divided the first number of pulses, where a non-integer remainder is a measure of is a phase shift. If the remainder of the division is zero, then the tensions are exactly in phase. Because a slight phase shift from usually to is still permissible at 10 °, according to the invention, the remainder of the division with regard to its Size compared with a predetermined, maximum allowable residual limit, and it becomes either "in-phase" (if the division remainder is 0 or is less than / equal to the limit) or "phase inequality" signals (if the Division remainder is greater than the limit).

Erfindungsgemäß werden somit für den Phasenvergleich einfache (digitale) Zählvorgänge und (digitale) Rechen- und Vergleichsoperationen durchgeführt, so dass auf eine aufwändige Phasensimulation sowie auch auf eine Frequenzbestimmung vorteilhafterweise verzichtet werden kann. Dennoch kann eine hohe Prüfgenauigkeit gewährleistet werden, und zwar vorteilhafterweise auch dann, wenn zur Erzeugung der Bezugs-Taktfequenz ein einfacher (nicht normierter) und preiswerter Oszillator verwendet wird, weil die Höhe der Taktfrequenz grundsätzlich beliebig ist. Die Taktfrequenz muß nur jedenfalls wesentlich größer als die vorauszusetzende Frequenz (Nennfrequenz) der Wechselspannungen sein. Die genaue Höhe der Taktfrequenz braucht nicht einmal bekannt zu sein, weil die erfindungsgemäß ermittelten Impuls- Anzahlen nur relativ miteinander in Relation gesetzt werden, nicht aber etwa einen Rückschluß auf zum Beispiel die Frequenz der Wechselspannungen zulassen müssen. Der verwendete Oszillator muß nur für die Dauer der vollständigen Phasenprüfung eine hinreichend konstante Taktfrequenz Erzeugen, um die geforderte Meßgenauigkeit zu gewährleisten. Bei der Taktfrequenz kann es sich mit Vorteil um ein (digitales) Rechtecksignal handeln. According to the invention, simple (digital) Counting and (digital) arithmetic and comparison operations performed so that on a complex phase simulation as well as on a frequency determination can advantageously be dispensed with. Nevertheless, high test accuracy can be guaranteed, and advantageously also when generating the Reference clock frequency a simple (non-standardized) and inexpensive oscillator is used because the clock frequency is basically arbitrary. The The clock frequency only has to be significantly higher than the frequency to be assumed (Nominal frequency) of the alternating voltages. The exact level of the clock frequency need not even be known, because the pulse Numbers are only put in relation to each other, but not about one Allow conclusions to be drawn, for example, about the frequency of the AC voltages have to. The oscillator used only needs to be used for the duration of the complete Phase test generate a sufficiently constant clock frequency to meet the required To ensure measurement accuracy. The clock frequency can advantageously be a Act (digital) square wave.

Anhand der Zeichnungen soll die Erfindung beispielhaft genauer erläutert werden. Dabei zeigen: The invention will be explained in more detail by way of example with reference to the drawings. Show:

Fig. 1 ein vereinfachtes Spannungsdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 1 is a simplified voltage diagram to explain the method according to the invention,

Fig. 2 ein stark schematisches, vereinfachtes Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Phasenvergleichers, Fig. 2 is a highly schematic, simplified block diagram of a phase comparator according to the invention,

Fig. 3 (3a, 3b) ein detaillierteres Flußdiagramm zu dem erfindungsgemäßen Verfahren in einer bevorzugten Ausführung und Fig. 3 ( 3 a, 3 b) a more detailed flowchart of the inventive method in a preferred embodiment and

Fig. 4 ein detailliertes Blockschaltbild des Phasenvergleichers in einer bevorzugten Ausführung. Fig. 4 is a detailed block diagram of the phase comparator in a preferred embodiment.

Wie sich zunächst aus Fig. 1 ergibt, wird zum Phasenvergleich von zwei Wechselspannungen U1 und U2 zunächst die erste Wechselspannung U1 kontaktiert, und es wird eine erste Anzahl X von Impulsen einer bestimmten Bezugs-Taktfrequenz TF (kann in Abweichung von der Darstellung in Fig. 1 mit Vorteil insbesondere ein digitales Rechtecksignal sein) innerhalb einer vollständigen Periode der ersten Wechselspannung U1 durch einen Zählvorgang zwischen einem ersten Nulldurchgang N1 und einem übernächsten (gleichartigen) Nulldurchgang N1' bestimmt. Je nach Höhe der Taktfrequenz TF kann es sich bei der Anzahl X um eine ganz beliebige (zufällige) Zahl handeln. Die Anzahl X stellt somit zwar ein Maß für die zeitliche Länge der Periode N1-N1' dar, allerdings könnte anhand der Zahl X nicht die Periodendauer absolut (in ms) bestimmt werden, so dass folglich auch nicht auf die Frequenz geschlossen werden könnte. Vielmehr geht die Erfindung von der Voraussetzung aus, dass die Wechselspannungen des Energieversorgungsnetzes der jeweiligen Nennfrequenz f_n entsprechen (zum Beispiel 50 Hz oder 60 Hz), wobei f_n während des nur einige, z. B. etwa zehn Sekunden dauernden Prüfvorgangs konstant ist. As initially seen in FIG. 1, for phase comparison of two alternating voltages U1 and U2 initially contacts the first alternating voltage U1, and it is a first number X of pulses of a given reference clock frequency (TF can in deviation from the illustration in FIG. 1 advantageously be a digital square wave signal in particular) within a complete period of the first AC voltage U1 by a counting process between a first zero crossing N1 and a next but one (similar) zero crossing N1 '. Depending on the level of the clock frequency TF, the number X can be any (random) number. The number X thus represents a measure of the temporal length of the period N1-N1 ', but the number X could not be used to determine the period duration absolutely (in ms), so that the frequency could not be inferred. Rather, the invention is based on the premise that the AC voltages of the power supply network correspond to the respective nominal frequency f _n (for example 50 Hz or 60 Hz), with f _n during only a few, e.g. B. is constant test procedure lasting about ten seconds.

Mit einem beliebigen nächsten Nulldurchgang der ersten Wechselspannung U1 - gemäß Fig. 1 zum Beispiel mit dem Nulldurchgang N1' - wird ein zweiter Zählvorgang gestartet. Während dieser zweite Zählvorgang läuft, wird die zweite Wechselspannung U2 kontaktiert, und bei Auftreten eines korrespondierenden, d. h. bezüglich der Nulldurchgangsrichtung dem den Zählvorgang startenden Nulldurchgang (zum Beispiel N1') entsprechenden Nulldurchgangs (zum Beispiel N2) wird der Zählvorgang beendet, so dass dadurch eine zweite Anzahl Y von Impulsen der Taktfrequenz TF als Maß für den zeitlichen Abstand von zum Beispiel N1'-N2 bestimmt wird. With any next zero crossing of the first AC voltage U1 - according to FIG. 1, for example, with the zero crossing N1 '- a second counting process is started. While this second counting process is running, the second AC voltage U2 is contacted, and when a corresponding zero crossing (for example N1 ') corresponding to the zero crossing direction corresponding to the zero crossing direction (for example N1') occurs, the counting process is ended, so that a second number Y of pulses of the clock frequency TF is determined as a measure of the time interval of, for example, N1'-N2.

Wie sich aus dem vereinfachten Blockschaltbild in Fig. 2 ergibt, weist der erfindungsgemäße Phasenvergleicher eine Meßeinrichtung mit einer einzelnen Prüfelektrode 2 zum zeitlich versetzten Kontaktieren der Wechselspannungen auf. Die Meßeinrichtung weist eine die Funktionen steuernde Steuereinheit 4, einen Oszillator 6 zum Erzeugen der Taktfrequenz TF und einen Zähler (Counter) 8 sowie damit verbundene Speicher auf, und zwar zunächst einen Speicher 10 für die Impulszahl X der ersten Phase (Periode der ersten Wechselspannung U1) und einen Speicher 12 für die Impulszahl Y bis zum korrespondierenden Nulldurchgang N2 der zweiten Wechselspannung U2. Beide Speicher 10, 12 sind mit einer Divisionseinrichtung 14 verbunden, die erfindungsgemäß die zweite Impuls-Anzahl Y durch die erste Impuls- Anzahl X dividiert und einen eventuellen, nicht - ganzzahligen Divisionsrest a bestimmt. In einer nachgeschalteten Vergleichereinrichtung 16 wird der Divisionsrest a durch Vergleich mit einem vorbestimmten, maximal zulässigen Rest-Grenzwert a' geprüft. Ist der Divisionsrest a gleich Null oder kleiner/gleich dem Grenzwert a', so wird ein Signalelement 18 zur optischen und/oder akustischen Signalisierung "Phasengleichheit" angesteuert. Ist dagegen der Divisionsrest a größer als der Grenzwert a', so wird ein Signalelement 20 zur optischen und/oder akustischen Signalisierung "Phasenungleichheit" angesteuert. As can be seen from the simplified block diagram in FIG. 2, the phase comparator according to the invention has a measuring device with a single test electrode 2 for contacting the AC voltages at different times. The measuring device has a control unit 4 controlling the functions, an oscillator 6 for generating the clock frequency TF and a counter 8 as well as a memory connected to it, namely first a memory 10 for the number of pulses X of the first phase (period of the first alternating voltage U1 ) and a memory 12 for the number of pulses Y up to the corresponding zero crossing N2 of the second AC voltage U2. Both memories 10 , 12 are connected to a division device 14 which, according to the invention, divides the second number of pulses Y by the first number of pulses X and determines a possible, non-integer division remainder a. In a downstream comparator device 16 , the division remainder a is checked by comparison with a predetermined, maximum permissible residual limit value a '. If the division remainder a is equal to zero or less / equal to the limit value a ', then a signal element 18 for optical and / or acoustic signaling "phase equality" is activated. If, on the other hand, the division remainder a is greater than the limit value a ', then a signal element 20 for optical and / or acoustic signaling "phase inequality" is activated.

Der Divisionsrest a und der Grenzwert a' ergeben sich wie folgt:
a = Y/X - n_T und a' = Δφ/360° mit Δφ = erlaubte Phasenwinkelabweichung und n_T = Anzahl der vollständigen Perioden zwischen den korrespondierenden Nulldurchgängen (z. B. N1'-N2'). The division remainder a and the limit value a 'result as follows:
a = Y / X - n _T and a '= Δφ / 360 ° with Δφ = allowed phase angle deviation and n _T = number of complete periods between the corresponding zero crossings (e.g. N1'-N2').

An dieser Stelle soll ein willkürliches Meßbeispiel erläutert werden. Der erste Zählvorgang kann - je nach Höhe der Taktfrequenz TF - eine erste Impuls-Anzahl X von beispielsweise 20.453 Impulsen ergeben. Wenn Y mit einem ganzzahligen Vielfachen von X (beispielsweise 11.658.210) ermittelt wird, so wäre der Divisionsrest a = 0. Wäre Y aber beispielsweise = 11.659.000, so wäre a = 0,0386 (entsprechend 790 Impulsen). Bei einer noch zulässigen Phasenverschiebung von zum Beispiel 10° würde der Grenzwert a' auf 0,0278 (entsprechend 568 Impulse) festgesetzt, so dass im geschilderten Beispiel a > a' ist ("Phasenungleichheit"). Hierbei handelt es sich aber um ein rein willkürliches bzw. hypothetisches Beispiel zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens. At this point, an arbitrary measurement example will be explained. The first Counting can - depending on the level of the clock frequency TF - a first number of pulses X of, for example, 20,453 pulses. If Y is an integer Multiples of X (e.g. 11,658,210) would be the division remainder a = 0. If Y were, for example, = 11,659,000, then a = 0.0386 (corresponding 790 pulses). With a still permissible phase shift of, for example, 10 ° the limit value a 'would be set at 0.0278 (corresponding to 568 pulses), so that in the example described a> a '("phase inequality"). This is, however a purely arbitrary or hypothetical example to explain the inventive method.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird zusätzlich eine Überprüfung der Wechselspannungen U1 und U2 auf eine relative zeitliche Frequenzänderung durchgeführt. Diese Ausgestaltung basiert auf einer in einer einschlägigen Norm (VDE 0682, Teil 431, Entwurf) enthaltenen Vorgabe, wonach die Frequenzänderung zwischen den Messungen an der ersten und zweiten Wechselspannung nicht größer als 1 mHz/s sein darf. Demzufolge wird durch die bevorzugte Überprüfung eine Fehlerreaktion insbesondere durch Abbruch des weiteren Prüfvorgangs und/oder durch eine optische und/oder akustische Fehlermeldung ausgelöst, wenn eine festgestellte Frequenzänderung größer als der bestimmte, in der genannten Norm als maximal zulässig genannte Wert ist. Vorzugsweise wird diese Überprüfung wie folgt durchgeführt. In an advantageous development of the invention, the AC voltages U1 and U2 are additionally checked for a relative temporal frequency change. This configuration is based on a specification contained in a relevant standard (VDE 0682, Part 431 , draft), according to which the frequency change between the measurements on the first and second AC voltage must not be greater than 1 mHz / s. Accordingly, the preferred check triggers an error reaction, in particular by stopping the further test procedure and / or by an optical and / or acoustic error message, if a detected frequency change is greater than the specific value specified as the maximum permissible in the standard mentioned. This check is preferably carried out as follows.

Gemäß Fig. 1 wird nach Anlegen der Prüfelektrode 2 an die zweite Wechselspannung U2 durch einen zusätzlichen Zählvorgang zwischen zwei zusammengehörigen Nulldurchgängen (beispielsweise N2 und N2') eine dritte Anzahl Z von Impulsen der Bezugs-Taktfrequenz TF innerhalb, einer vollständigen Periode der zweiten Wechselspannung U2 bestimmt. Gemäß Fig. 2 ist dazu ein zusätzlicher Speicher 22 für die Impuls-Anzahl Z der zweiten Phase vorgesehen. Dem Speicher 22 ist ein Differenzbilder 24 nachgeschaltet, der ebenfalls mit dem Speicher 10 verbunden ist. Der Differenzbilder 24 ermittelt eine Differenz b als Betrag von X - Z(b = |X - Z|). Dem Differenzbilder 24 ist eine Vergleichereinrichtung 26 nachgeschaltet, die den Betrag der Differenz zwischen erster und dritter Impuls-Anzahl |X - Z| mit einem bestimmten Grenzwert b' vergleicht. Wenn b > b' ist, wird eine Fehlerreaktion ausgelöst, beispielsweise durch Ansteuern eines optischen und/oder akustischen Signalelementes 28. Der Grenzwert b' wird bei jedem Meßvorgang neu festgelegt, und zwar unter Berücksichtigung der Impulszahl Y, denn je länger der Wechsel von der ersten zur zweiten Spannung dauert, desto größer darf die zulässige Frequenzänderung absolut sein (zum Beispiel bei 20 s: 20 s.1 mHz/s = 20 mHz). Somit errechnet sich b' wie folgt:

b' = (Δf/s).(Y/f_n) mit Δf/s = zulässige Frequenzänderung.
According to Fig. 1 of the test electrode 2, after application to the second alternating voltage U2 by an additional count between two associated zero crossings (for example, N2 and N2 '), a third Z number of pulses of the reference clock frequency TF within, a full period of the second alternating voltage U2 certainly. Referring to FIG. 2, an additional memory to 22-pulse number Z of the second phase provided for. The memory 22 is followed by a difference image 24 , which is also connected to the memory 10 . The difference image 24 determines a difference b as the amount of X - Z (b = | X - Z |). The difference image 24 is followed by a comparator device 26 which determines the amount of the difference between the first and third number of pulses | X - Z | with a certain limit value b '. If b> b ', an error reaction is triggered, for example by driving an optical and / or acoustic signal element 28 . The limit value b 'is set anew with each measuring process, taking into account the number of pulses Y, because the longer the change from the first to the second voltage, the greater the permissible frequency change may be in absolute terms (for example at 20 s: 20 s. 1 mHz / s = 20 mHz). Thus b 'is calculated as follows:

b '= (Δf / s). (Y / f _n ) with Δf / s = permissible frequency change.

In weiterer bevorzugter Ausführung werden die erste Impuls-Anzahl X und gegebenenfalls die dritte Impuls-Anzahl Z jeweils durch mehrere aufeinanderfolgende Einzel-Zählvorgänge mit anschließender Mittelwertbildung bestimmt. Alternativ dazu kann aber auf eine Mittelwertbildung verzichtet werden, wenn bei einer bestimmten Anzahl von beispielsweise fünf Einzel-Zählvorgängen keine nennenswerten Abweichungen festgestellt werden. Es kann dann einer der Werte, zum Beispiel der letzte ermittelte Wert der jeweiligen Impuls-Anzahl für die weitere Prüfung anstatt eines Mittelwertes verwendet werden. In a further preferred embodiment, the first number of pulses X and if necessary, the third number of pulses Z each by several successive ones Individual counting processes with subsequent averaging are determined. Alternatively However, averaging can be dispensed with if a specific Number of five individual counts, for example, no noteworthy Deviations are found. It can then be one of the values, for example the last determined value of the respective number of pulses for the further test instead of one Mean value can be used.

Wie sich noch aus den detaillierteren, bevorzugten Ausführungen gemäß Fig. 3 bzw. 4 ergibt, sind zweckmäßigerweise Mittel zur Eigenprüfung der Meßeinrichtung vorgesehen sowie ferner vorzugsweise auch Mittel zur Spannungserkennung (Vorhandensein der Wechselspannungen U1/U2, siehe in Fig. 3a bei 29a und 29b). Zur Signalisierung sind insbesondere LEDs, vorzugsweise in unterschiedlichen (aber beliebigen) Farben vorgesehen. Alternativ, insbesondere aber zusätzlich können auch akustische Signalgeber vorgesehen sein. Zudem ist die Meßeinrichtung mit Vorteil mit einer Einrichtung ausgestattet, die die Zeitdauer des Übergangs der Prüfelektrode 2 von der ersten Wechselspannung U1 zur zweiten Wechselspannung U2 überwacht. Wird eine maximal zulässige "Speicherzeit" überschritten, so wird der Prüfvorgang selbsttätig abgebrochen (vergleiche in Fig. 3a den mit 30 bezeichneten Teil). As can be seen from the more detailed, preferred embodiments according to FIGS . 3 and 4, means are advantageously provided for self-testing of the measuring device and also preferably means for voltage detection (presence of the alternating voltages U1 / U2, see in Fig. 3a at 29a and 29b ). In particular, LEDs are provided for signaling, preferably in different (but any) colors. Alternatively, but in particular additionally, acoustic signal transmitters can also be provided. In addition, the measuring device is advantageously equipped with a device which monitors the duration of the transition of the test electrode 2 from the first AC voltage U1 to the second AC voltage U2. If a maximum permissible "storage time" is exceeded, the test process is automatically terminated (compare the part labeled 30 in FIG. 3a).

Der erfindungsgemäße Phasenvergleicher weist bevorzugt einen Microcontroller auf, kann aber auch zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen aufgebaut sein. The phase comparator according to the invention preferably has a microcontroller, but can also be built at least partially from discrete components.

Es soll nun noch das detailliertere Blockschaltbild gemäß Fig. 4 bezüglich seiner Funktion genauer erläutert werden. Durch Betätigen eines Schalters S1 wird der Phasenvergleicher über eine Ein-/Ausschaltsteuerung eingeschaltet, und es werden eine LED-Kontrolle und eine Eigenprüfung durchgeführt. Bei Fehlerfreiheit wird eine Anzeige "Bereit" beispielsweise in Form einer weißen LED angesteuert. Im Falle einer Fehlererkennung (Batterie, LED, Prüfelektrode, Oszillator, Fehler auf dem Signalweg) schaltet der Phasenvergleicher automatisch ab. Bei Beginn der Phasenprüfung durch Anlegen der Prüfelektrode 2 an die Spannung U1 wird - nach Spannungserkennung und Einschalten einer zum Beispiel blauen LED (Dauersignal) - über die Start-Stopp- Steuerung die Impuls-Anzahl X insbesondere über eine Mittelwertbildung bestimmt und im Speicher 10 gespeichert. Mit einem nachfolgenden Nulldurchgang der Spannung wird der Zähler 8 erneut gestartet und die zum Beispiel blaue LED geht in Blinklicht über. The detailed block diagram according to FIG. 4 will now be explained in more detail with regard to its function. By actuating a switch S1, the phase comparator is switched on via an on / off control, and an LED check and a self-test are carried out. If there is no error, a "Ready" display is activated, for example in the form of a white LED. In the event of an error detection (battery, LED, test electrode, oscillator, error on the signal path), the phase comparator switches off automatically. At the start of the phase test by applying the test electrode 2 to the voltage U1 - after voltage detection and switching on, for example, of a blue LED (continuous signal) - the number of pulses X is determined via the start / stop control, in particular by averaging, and is stored in the memory 10 , With a subsequent zero crossing of the voltage, the counter 8 is started again and the blue LED, for example, changes into a flashing light.

Damit ist der Wechsel zur zweiten Spannung U2 freigegeben; es läuft die Speicherzeit. In der dargestellten Ausführung erhöht der Oszillator 6 mit jedem Impuls den Inhalt des Zählers 8. The change to the second voltage U2 is thus released; the storage time is running. In the embodiment shown, the oscillator 6 increases the content of the counter 8 with each pulse.

Bei Kontaktierung der Spannung U2 wird nach der bevorzugten Spannungserkennung die zum Beispiel blaue LED auf Dauersignal geschaltet (analog zu Phase 1). Bevorzugt wird dann die Impuls-Anzahl Z bestimmt (Speicher 22). Die Phasenprüfung ist nur dann gültig, wenn eine eventuelle Frequenzänderung einen maximalen Wert nicht übersteigt, der für die Nennfrequenz des Phasenvergleichers in der oben genannten Norm festgelegt ist. Die Frequenzänderung wird bevorzugt festgestellt, indem die Differenz b = X - Z (im Differenzbilder 24)bestimmt und ausgewertet wird. When the voltage U2 is contacted, the blue LED, for example, is switched to a continuous signal after the preferred voltage detection (analogous to phase 1 ). The number of pulses Z is then preferably determined (memory 22 ). The phase test is only valid if a possible frequency change does not exceed a maximum value that is specified for the nominal frequency of the phase comparator in the above-mentioned standard. The frequency change is preferably determined by determining and evaluating the difference b = X-Z (in the difference image 24 ).

In den Speichern 10 und 12 stehen nun die Werte X und Y, wobei dann in der Divisionseinrichtung 14 die Berechnung von Y:X durchgeführt wird sowie die Bestimmung eines eventuellen Divisionsrestes a. Dieser Divisionsrest ist das Maß für die Phasenverschiebung. Bei "Phasengleichheit" wird die beispielsweise grüne LED 18 als Dauersignal angesteuert. Bei "Phasenungleichheit" kann eine zum Beispiel rote LED 20 blinken. Im Übrigen ist die Signalisierung grundsätzlich beliebig. Beispielsweise kann mit Einschalten der roten oder grünen LED die blaue LED verlöschen. Die weiße LED wird mit jeder Spannungserkennung an der ersten und zweiten Spannung nachgetriggert, so dass sie zusammen mit der grünen oder roten LED leuchtet. Die grüne oder rote LED verlöschen, wenn der Phasenvergleicher von der zweiten Spannung U2 entfernt wird; die weiße LED leuchtet dann weiter, bis sie mit Überschreiten der Bereitdauer automatisch verlischt oder der Phasenvergleicher manuell ausgeschaltet wird. The values X and Y are now stored in the memories 10 and 12 , the calculation of Y: X then being carried out in the division device 14 and the determination of a possible division remainder a. This division remainder is the measure for the phase shift. In the case of "phase equality", the green LED 18, for example, is driven as a continuous signal. In the case of "phase inequality", for example, a red LED 20 can flash. The signaling is basically arbitrary. For example, the blue LED can go out when the red or green LED is switched on. The white LED is retriggered with each voltage detection on the first and second voltage so that it lights up together with the green or red LED. The green or red LED go out when the phase comparator is removed from the second voltage U2; the white LED then remains lit until it automatically goes out when the standby time is exceeded or the phase comparator is switched off manually.

Das entsprechende Flußdiagramm in Fig. 3a und 3b dürfte ohne weitere Erläuterungen verständlich sein. The corresponding flow chart in FIGS . 3a and 3b should be understandable without further explanation.

Die Erfindung berücksichtigt alle Normvorgaben der einschlägigen VDE 0682, Teil 431 (Entwurf):

- Phasenwinkelbestimmung nur durchführbar, wenn an jeder Leitung Spannung ist,
- Fequenzänderung zwischen den Messungen an erster und zweiter Spannung 1 mHz/s,
- zeitlicher Abstand zwischen den Messungen ≥ 5 s,
- Anzeige "Phasengleichheit" bei Phasenwinkeln ≤ 10°,
- Anzeige "Phasenungleichheit" bei Phasenwinkeln von 30° bis 330°; daraus folgt, dass zwischen 10° und 30° (330° und 350°) die Anzeige ihren Umschaltwert haben muß; gewählt vorzugsweise etwa 20°(340°).

The invention takes into account all standard specifications of the relevant VDE 0682, part 431 (draft):

- phase angle determination can only be carried out if there is voltage on each line,
- frequency change between the measurements at the first and second voltage 1 mHz / s,
- time interval between measurements ≥ 5 s,
- display "phase equality" for phase angles ≤ 10 °,
- "Phase inequality" display at phase angles from 30 ° to 330 °; it follows that between 10 ° and 30 ° (330 ° and 350 °) the display must have its switchover value; chosen preferably about 20 ° (340 °).

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfaßt auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen. Ferner ist die Erfindung bislang auch noch nicht auf die im Anspruch 1 bzw. 5 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmalen definiert sein. Dies bedeutet, daß grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal des Anspruchs 1 bzw. 5 weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern sind die Ansprüche lediglich als erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen. The invention is not limited to that shown and described Embodiments limited, but also includes all within the meaning of the invention equivalent designs. Furthermore, the invention is not yet open the combination of features defined in claim 1 or 5 limited, but can also by any other combination of certain characteristics of all overall disclosed individual features can be defined. This means that basically omitted practically every single feature of claim 1 or 5 or by at least one disclosed elsewhere in the application Single feature can be replaced. In this respect, the claims are only the first To understand formulation attempt for an invention.

Claims

1. Method for comparing two electrical alternating voltages (U1, U2) for phase equality or phase inequality using a single-pole phase comparator having only one test electrode, characterized by the following method steps:

1. 1.1 applying the test electrode to the first AC voltage (U1) and determining a first number (X) of pulses of a reference clock frequency (TF) within a complete period of the first AC voltage (U1) by a first counting process,

2. 1.2 Starting a second counting process when a positive or negative zero crossing (N1 ') of the first AC voltage (U1) occurs,

3. 1.3 Transfer the test electrode to the second AC voltage (U2) and determine a second number (Y) of pulses of the reference clock frequency (TF) by ending the second counting process when a corresponding, correspondingly positive or negative zero crossing (N2) of the second occurs AC voltage (U2) as a measure of the distance between the corresponding zero crossings (N1 ', N2),

4. 1.4 dividing the second pulse number (Y) by the first pulse number (X) and determining a division remainder (a),

5. 1.5 Check the remainder of the division (a) by comparison with a predetermined, maximum permissible residual limit value (a ') and

1. 1.6.1 Driving a signal "phase equality" when the division remainder (a) is equal to zero or less / equal to the limit value (a ') or

2. 1.6.2 Driving a signal "phase inequality" when the division remainder (a) is greater than the limit value (a ').

2. The method according to claim 1, characterized in that a review of the AC voltages performed on a relative temporal frequency change is, being in the case of a detected frequency change that is greater than one certain, maximum permissible value, in particular greater than 1 mHz / s, an error reaction, in particular by aborting the further test procedure and / or is triggered by an error message.

3. The method according to claim 2, characterized in that after applying the test electrode to the second AC voltage (U2) by an additional counting process a third number (Z) of pulses of the reference clock frequency (TF) within a complete period of the second AC voltage (U2) is determined, and that the third number of pulses (Z) with the first number of pulses (X) is compared, in the case of a determined difference (b = X - Z), the Magnitude (| X - Z |) is greater than a predetermined limit (b '), the error response is triggered.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the first number of pulses (X) and / or optionally the third number of pulses (Z) each by several successive single counting processes with subsequent averaging is / will be determined.

5. Single-pole phase comparator with a single test electrode ( 2 ) and an associated measuring device for comparing two electrical AC voltages (U1, U2) with respect to their phase positions using the method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the measuring device is a counter device ( 8 , 10 ) for the first number of pulses (X), a counter device ( 8 , 12 ) for the second number of pulses (Y), a division device ( 14 ) for determining the remainder of the division (a) and a comparator device ( 16 ) for signal control depending on the size of the division remainder (a).

6. phase comparator according to claim 5, characterized by Mittei to check the AC voltages (U1, U2) on relative temporal frequency change.

7. phase comparator according to claim 5 or 6, characterized in that the measuring device comprises a counter device ( 8 , 22 ) for the third number of pulses (Z) and a comparator device ( 24 , 26 ) for determining and checking a difference (b = X - Z) between the first and third number of pulses and for possibly triggering an error reaction depending on the size of the amount (| X - Z |) of the difference (b).

8. phase comparator according to one of claims 5 to 7, characterized by means for determining the number of pulses (X / Y) by counting several times and then averaging.

9. phase comparator according to one of claims 5 to 8, characterized by a structure of the measuring device discrete components and / or at least one microcontroller.

10. phase comparator according to one of claims 5 to 9, characterized in that for signaling optical Signal elements, preferably LEDs - especially in different ones Color and / or acoustic signal elements are provided.

11. Phase comparator according to one of claims 5 to 10, characterized by an oscillator ( 6 ) for generating the reference clock frequency (TF).

12. phase comparator according to one of claims 5 to 11, characterized by means for self-testing of the measuring device.