DE19631807C1

DE19631807C1 - Verfahren zur Bestimmung der Drehfeldrichtung in einem Dreiphasennetz (Drehstromnetz)

Info

Publication number: DE19631807C1
Application number: DE19631807A
Authority: DE
Inventors: Christian Beha
Original assignee: BEHA C GmbH
Current assignee: BEHA C GmbH
Priority date: 1996-08-07
Filing date: 1996-08-07
Publication date: 1997-08-28
Anticipated expiration: 2016-08-08
Also published as: US5859530A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Dreh feldrichtung in einem Dreiphasennetz, bei welchem die Phasen beziehung der Spannungsverläufe auf den Dreiphasenleitungen des Dreiphasennetzes zueinander verglichen und ausgewertet werden.

Es sind mittlerweile unterschiedlichste Drehfeldrichtungs anzeiger mit verschiedenen Verfahren zur Bestimmung der Dreh feldrichtung in einem Dreiphasennetz bekannt. Die Drehfeld richtungsanzeiger werden insbesondere bei der Montage von Drehstrommotoren und Drehstrompumpen eingesetzt, da dort die Phasenfolge des Stromversorgungsnetzes bekannt sein muß, wenn die Anlage ordnungsgemäß arbeiten soll. Wichtig ist die Dreh feldbestimmung auch zur ordnungsgemäßen Erkennung der ein zelnen Leiter in einem Schaltschrank, in den eine Dreiphasen stromleitung führt, die einzelnen Leiter hinsichtlich ihrer Phasen jedoch unbekannt sind.

Ein Verfahren zur Bestimmung der Drehfeldrichtung, von dem die vorliegende Erfindung ausgeht, ist aus DE 44 03 059 C1 bekannt. Dort ist ein einpoliges Phasenprüfgerät mit einer Eingangselek tronik beschrieben, die ein Rechtecksignal erzeugt, wenn auf einem ersten Leiter eine Wechselspannung anliegt. Das Recht ecksignal dauert vom Nulldurchgang einer ansteigenden Flanke bis zum Nulldurchgang der nächstfallenden Flanke. Während der Kon taktierung dieses ersten Leiters wird der Verlauf der Wechsel spannung hinsichtlich der Nulldurchgänge nachgebildet und durch Simulation auch nach Beendigung der Kontaktierung fortgeführt. Ist eine Phasenverschiebung kleiner als ein bestimmter Grenz wert, wird Phasengleichheit angenommen. Ein Vor- oder Nachlauf kann jedoch mit dieser Vorrichtung nicht festgestellt werden.

Für die Ermittlung der Drehfeldrichtung wurden früher soge nannte Induktionsinstrumente eingesetzt, bei denen eine Alumi niumscheibe über drei Spulen, die an die drei Stränge R, S und T des Drehstromnetzes angeschlossen sind, drehbar gelagert angeordnet ist. Bei Bestromung der drei Phasen entsteht ein Wanderfeld, das über die Aluminiumscheibe hinweg läuft, in ihr Wirbelströme erzeugt und diese im gleichen Sinn in Drehung versetzt. Die Drehrichtung und damit Phasenfolge ist unmittel bar aus dem Drehsinn der Aluminiumscheibe ersichtlich (vergl. z. B. rororo-Technik-Lexikon, Band 4, Seite 87).

Aus der Beschreibungseinleitung in DE 40 02 603 A1 ist es be kannt, mit in einem Meßgerät vorhandenen Prüfspitzen und einem separaten Erdungskontakt den Drehsinn eines Dreiphasennetzes zu ermitteln. Mit diesem Meßgerät wird die Summe der Spannun gen zweier Phasen gegenüber Erde gemessen, wobei eine der Spannungen phasenverschoben gemessen wird. Problematisch bei diesem Meßgerät ist der zwingend notwendige Erdungskontakt.

Die DE 40 02 603 A1 beschreibt auch eine Lösung ohne einen solchen separaten Erdungskontakt. Diese Lösung sieht einen Spannungsprüfer mit zwei Prüfspitzen und einer in einem Hand griff angeordneten sogenannten Ableitfahne, die an Bezugs potential geschaltet ist, vor. Die Ableitfahne verläuft par allel zu dem Handgriff einer der Prüfspitzen und wirkt im Meßbetrieb zusammen mit der den Handgriff umgreifenden Hand einer Person als Kondensator gegen Erde. Die Ableitfahne und die zwei Prüfspitzen sind mit einer Meßelektronik verbunden. Die Meßelektronik weist eine in Reihe zur Ableitfahne geschal tete LCD-Anzeige auf, die die Richtung des Drehfeldes anzeigt.

Eine ähnliche Einrichtung ist in DE-U-92 06 307 beschrieben. Anstelle der Ableitfahne ist ein von einer Bedienperson zu be rührender Kontakt im Handgriff des Meßgerätes vorgesehen.

Problematisch bei den erwähnten Meßgeräten mit Ableitfahne bzw. Berührungskontakt ist, daß der Handgriff der Meßeinrich tung von der Bedienperson fest mit der Hand umgriffen werden bzw. der Berührungskontakt sicher berührt werden muß. Wird dies nicht befolgt, kann eine Fehlmessung auftreten oder es wird unter Umständen gar kein Meßergebnis erhalten. Problema tisch ist dies insbesondere dann, wenn die Bedienperson Hand schuhe trägt. In diesem Fall ist eine zuverlässige Bestimmung der Drehfeldrichtung überhaupt nicht mehr möglich. Problema tisch ist auch, wenn die Verbindungsleitung zwischen den Prüf spitzen zu lang ist und außerdem beim Meßvorgang um die Be dienperson geschlungen ist. Eine Drehfeldrichtungsanzeige ist aufgrund der dann zu geringen kapazitiven Ströme nicht mehr möglich.

Aus DE 31 17 284 A1 ist eine weitere Schaltungsanordnung zur Überwachung eines symmetrischen Dreiphasen-Elektrostromes be kannt. Die dort beschriebene Schaltungsanordnung sieht für je den Strang des Dreiphasensystemes einen Nulldurchgangsdetektor vor, der an den Nulldurchgängen der Dreiphasenspannungen auf den Dreiphasenleitungen jeweils einen Impuls erzeugt, sobald der Nulldurchgang auftritt. Diese Impulse werden einer Dreh feldüberwachungsschaltung zugeführt, die feststellt, ob zwi schen zwei Nulldurchgangssignalen, die aufeinanderfolgenden Phasen zugeordnet sind, ein Nulldurchgangssignal der dritten Phase auftritt. Ist dies der Fall, dann liegt ein Fehler in der Drehrichtung der Phasen vor und dies wird zur Anzeige ge bracht. Im einzelnen werden die Nulldurchgänge der einzelnen Phasen erfaßt und diese Signale einer Logikeinrichtung, die am Ausgang ein Fehlersignal abgibt, zugeführt. Das Fehlersignal zeigt an, ob ein Phasenfehler vorliegt oder nicht. Die Be stimmung der Drehfeldrichtung im Dreiphasennetz ist mit der Schaltungsanordnung dieses Dokumentes nicht möglich, da dort lediglich untersucht wird, ob überhaupt eine Nullstelle der Phasenspannung der dritten Phase zwischen den beiden Null durchgängen der anderen beiden Phasen vorhanden ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung der Drehfeldrichtung in einem Dreiphasennetz (Drehstromnetz) anzugeben, das eine sichere Bestimmung der Drehfeldrichtung erlaubt und auch sicher mit Handschuhen zu bedienen ist.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren durch folgende Verfahrensschritte gelöst:

- Eine erste Phasenleitung wird von einer ersten Prüfspitze und eine zweite Phasenleitung von einer zweiten Prüf spitze einer Meßeinrichtung kontaktiert,
- Erfassen von wiederkehrendenden Spannungsamplitudenpunk ten der zwischen den beiden Prüfspitzen anliegenden Span nung und Starten eines Zeitfenstergenerators bei einem dieser Spannungsamplitudenpunkte, wobei Zeitfenster nach Maßgabe des Abstandes der wiederkehrenden Spannungsampli tudenpunkte generiert werden,
- Entfernen der ersten oder zweiten Prüfspitze von der zuvor kontaktierten Phasenleitung und Kontaktieren dieser Prüfspitze an die dritte Phasenleitung,
- Bestimmen innerhalb eines oder mehrerer durch den Zeit fenstergenerator vorgegebener Zeitfenster, ob die Phasen lage der Spannung auf der dritten Phasenleitung der Pha senlage der Spannung auf derjenigen Phasenleitung, die sowohl im ersten als auch im dritten Verfahrensschritt von derselben Prüfspitze kontaktiert wird, vor- oder nacheilt, und
- Aktivieren einer Anzeigeeinrichtung für ein rechtsdrehen des Drehfeld, wenn die Phasenspannung auf der dritten Phasenleitung nacheilt und einer Anzeige für ein links drehendes Drehfeld, wenn die Phasenspannung voreilt.

Das für die Durchführung dieses erfindungsgemäßen Verfahrens notwendige Meßgerät besteht im wesentlichen aus einer Ein richtung mit zwei Prüfspitzen und einer internen Elektronik. Die Elektronik verfügt über einen Mikrocomputer mit Speicher oder eine digitale bzw. analoge PLL-Schaltung, eine oder meh rere Zähleinrichtungen, einen oder mehrere Komparatoren sowie eine interne Spannungsmeßschaltung.

Das Meßgerät muß von einer Bedienperson zur Bestimmung der Drehfeldrichtung in einem Dreiphasennetz zunächst mit seinen zwei Prüfspitzen zwei der drei Leiter berühren. Anschließend wird eine dieser beiden Prüfspitzen mit der verbleibenden dritten Leitung in Verbindung gebracht. Die andere Prüfspitze muß von der Bedienperson hierbei weiter an die zuvor bereits kontaktierte Phasenleitung gehalten werden.

Das Meßgerät arbeitet dann folgendermaßen, wobei beispielhaft angenommen ist, daß die Bedienperson zunächst die beiden Lei ter L1 und L2 in einem ersten Meßschritt und anschließend in einem zweiten Meßschritt die Leiter L1 und L3 mit den Prüf spitzen berührt.

Mit dem ersten Meßschritt, bei dem die erste Prüfspitze an die Phasenleitung L1 und die zweite Prüfspitze an die Phasenlei tung L2 liegt, wird intern in der Elektronik des Meßgerätes ein Maß für die Frequenz oder Periodendauer der Dreiphasen spannungen erfaßt. Diese Frequenz oder Periodendauer ist für alle Dreiphasenspannungen innerhalb des Dreiphasennetzes iden tisch. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, wiederkehrende Span nungsamplitudenpunkte, z. B. die Nulldurchgänge, Maxima oder Minima, an der zwischen den beiden Prüfspitzen anliegenden Spannung zu erfassen und in Abhängigkeit hiervon einen Zeit fenstergenerator zu starten. Der Zeitfenstergenerator wird beim Auftreten eines dieser Spannungsamplitudenpunkte gestar tet und generiert Zeitfenster, die dem Abstand von zwei auf einanderfolgenden wiederkehrenden Spannungsamplitudenpunkten entsprechen. Der Zeitfenstergenerator läuft erfindungsgemäß auch dann weiter, wenn nach dem ersten Meßschritt eine der beiden Prüfspitzen von der ersten oder zweiten Phasenleitung weggenommen wird.

Nachdem anschließend für den zweiten Meßschritt die zweite Prüfspitze an die dritte Phasenleitung L3 gelegt wurde, wird intern in der Elektronik des Meßgerätes während einer oder mehrerer durch den Zeitfenstergenerator bestimmter Zeitfenster der Spannungspegel bzw. der Spannungsverlauf auf der dritten Phasenleitung L3 im Vergleich zur ersten Phasenleitung L1 ausgewertet. Die Zeitfenster weisen zweckmäßigerweise eine Länge k·π auf und beginnen bei einem Nulldurchgang der Phasen spannung auf derjenigen Phasenleitung, die von Anfang des Meßvorganges bis zum Schluß des Meßvorganges von einer der Prüfspitzen kontaktiert wurde. Abhängig vom erfaßten Spannungsverlauf/Spannungspegel ist dann innerhalb dieses Zeitfensters feststellbar, ob die Drehrichtung rechtssinnig oder linkssinnig ist. Innerhalb des Zeitfensters kann bei spielsweise das Spannungsmaximum oder die auftretende Null stelle der Phasenspannung auf der dritten Phasenleitung als Maß für die Drehrichtung ausgewertet werden.

Zur Erzielung einer besseren Meßgenauigkeit, können mehrere Zeitfenster hintereinander überwacht werden, innerhalb denen der Spannungsverlauf der Phasenspannung auf der dritten Pha senleitung ausgewertet wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend im Zusammen hang mit zwei Figuren weiter erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Spannungsdiagramm mit den Phasenspannungen U_L1N, U_L2N, U_L3N eines symmetrischen Dreiphasenwechsel stromnetzes sowie ein Spannungsdiagramm mit den Strangspannungen U_L12, U_L23, UL₃₁ und

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfah rens.

In Fig. 1.1 sind beispielhaft die drei Phasenspannungen U_L1N, U_L2N, und U_L3N eines symmetrischen Dreiphasenwechselstromnet zes mit einem sinusformigen Verlauf der einzelnen Phasenspan nungen dargestellt. Der Phasenwinkel Φ beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel 120° = 2π/3. Die Phasenspannung U_LN auf den Dreiphasenleitern L1, L2, L3 beträgt in diesem typischen Dreh stromnetz 230 V, während die Strangspannungen U_LL zwischen zwei Phasenleitern 380 V beträgt, wie Fig. 1.2 illustriert. In Fig. 1.2 sind die drei Strangspannungen U_L12, U_L23, und U_L31 dar gestellt.

Die Phasenspannungen und Strangspannungen sind über die Zeit Ω × t aufgetragen.

Bei der Installation von Schaltschränken oder dergleichen ist es zwingend notwendig, die Phasenfolge des Drehstromnetzes zu bestimmen. Der hierfür eingesetzte Elektriker steht also vor dem Problem, die Phasenfolge auf den Dreiphasenleitungen so zu bestimmen, daß eine eindeutige rechts- oder linkssinnige Dreh richtung erreicht wird.

Nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung erfolgt dies, wie anhand des Ablaufdiagrammes von Fig. 2 ersichtlich, da durch, daß zunächst die erste Meßspitze an die erste Phasen leitung und die zweite Meßspitze der Meßeinrichtung an die zweite Phasenleitung angelegt wird. Das Meßgerät bestimmt hierbei ein Maß für die Frequenz oder Periodendauer der Drei phasenspannung und startet nach Maßgabe dieser Frequenz bzw. Periodendauer einen Zeitfenstergenerator. In Fig. 2 ist an genommen, daß zum Beispiel die Nulldurchgänge der zwischen den beiden Prüfspitzen liegenden Spannung erfaßt werden. Nach dem Erfassen dieser Nulldurchgänge wird der erwähnte Zeitfenster generator mit Zeitfenstern gestartet, die genau dem Abstand der detektierten Nulldurchgänge entsprechen. Hierbei startet jedes Zeitfenster genau in dem Zeitpunkt, an dem ein Null durchgang auftritt oder auftreten würde, je nachdem ob die Prüfspitzen noch an die Phasenleitungen angelegt wird oder nicht. Der einmal zeitrichtig gestartete Zeitfenstergenerator läuft also auch dann weiter, wenn eine der Prüfspitzen von der Phasenleitung entfernt wird.

Anschließend wird die erste oder zweite Meßspitze an die drit te Leitung angelegt. Es erfolgt ein weiterer Meßvorgang in nerhalb des Meßgerätes, bei dem ausgewertet wird, wie der Spannungsverlauf während eines oder mehrerer der erwähnten Zeitfenster der Länge π ist. Das Zeitfenster startet, wie erwähnt, bei einem Nulldurchgang der Phasenspannung auf derje nigen Phasenleitung, die kontinuierlich mit der Prüfspitze in Verbindung steht. Die Meßeinrichtung bestimmt dann, wo der Nulldurchgang der zuletzt kontaktierten Phasenleitung liegt. Liegt dieser Nulldurchgang bei π/3, so wird in der Meßein richtung eine Anzeige für ein linksdrehendes Drehfeld ange zeigt. Liegt der Nulldurchgang bei 2π/3, so aktiviert die Anzeige ein Signal für ein rechtsdrehendes Drehfeld. Hierbei ist angenommen, daß das zu prüfende Dreiphasennetz ein Drei phasennetz ist, wie es in Fig. 1 dargestellt ist.

Nachfolgend werden drei konkrete Meßbeispiele beschrieben, wo bei weiter davon ausgegangen wird, daß das zu überprüfende Dreiphasennetz ein Dreiphasennetz ist, wie es in Fig. 1 dar gestellt ist. Darüber hinaus wird angenommen, daß auf der noch unbekannten Phasenleitung L1 die Phasenspannung U_L1N, auf der noch unbekannten Phasenleitung L2 die Phasenspannung U_L2N und auf der noch unbekannten Phasenleitung L3 die Phasenspannung U_L3N anliegt.

1. Beispiel

Zunächst wird mit der ersten Prüfspitze die noch unbekannte Phasenleitung L2 und mit der zweiten Prüfspitze die noch unbe kannte Phasenleitung L1 berührt. Anschließend wird mit der zweiten Prüfspitze die noch unbekannte Phasenleitung L3 be rührt.

Innerhalb der sich wiederholenden Zeitfenster π der Phasen spannung auf L2 erscheint der Nulldurchgang der Phasenspannung auf L3 immer im Abstand von zwei π/3 zum Zeitfensteranfang und damit nach der Mitte des Zeitfensters. Die Phasenspannung auf L3 eilt daher der Phasenspannung auf L2 um 120° nach. Der Drehsinn der Phasenspannung von L3 zur Phasenspannung auf L2 ist folglich rechts.

2. Beispiel

Zunächst wird mit der ersten Prüfspitze die noch unbekannte Phasenleitung L1 und mit der zweiten Prüfspitze die noch unbe kannte Phasenleitung L3 berührt. Anschließend wird mit der zweiten Prüfspitze die noch unbekannte Phasenleitung L2 be rührt.

Innerhalb der sich wiederholenden Zeitfenster π der Phasen spannung auf L1 erscheint der Nulldurchgang der Phasenspannung auf L2 immer im Abstand π/3 zum Zeitfensteranfang und damit nach der Mitte des Zeitfensters. Die Phasenspannung auf L2 eilt daher der Phasenspannung auf L1 um 120° nach. Der Dreh sinn ist folglich wiederum rechts.

3. Beispiel

Zunächst wird mit der ersten Prüfspitze die noch unbekannte Phasenleitung L1 und mit der zweiten Prüfspitze die noch unbe kannte Phasenleitung L2 berührt. Anschließend wird mit der zweiten Prüfspitze die noch unbekannte Phasenleitung L3 be rührt.

Innerhalb der sich wiederholenden Zeitfenster π der Phasen spannung auf L1 erscheint der Nulldurchgang der Phasenspannung auf L3 immer im Abstand von π/3 zum Zeitfensteranfang und damit vor der Mitte des Zeitfensters. Die Phasenspannung auf L3 eilt daher der Phasenspannung auf L1 um 120° vor. Der Dreh sinn ist folglich links.

Anstelle der zeitlichen Bestimmung der Nulldurchgänge kann ohne weiteres auch das innerhalb der jeweiligen Zeitfenster auftretende Spannungsmaximum auf der dritten Phasenleitung L3 bestimmt werden. Liegt dieses am hinteren Ende des Zeitfen sters, d. h. bei π/3, so ist die Drehrichtung links. Liegt das Spannungsmaximum am Anfang des Zeitfensters, d. h. bei π/3 so ist die Drehrichtung rechts.

Bei den vorgenannten Beispielen wurde die sogenannte Außenlei termeßmethode, also die Meßung der Spannungen zwischen den einzelnen Phasenleitern L1, L2 und L3 beschrieben. Diese Meß methode ist jedoch auch ohne weiteres für Messungen von Span nungen zwischen einem Außenleiter und einem Nulleiter an wendbar.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung der Drehfeldrichtung in einem Dreiphasennetz, bei welchem die Phasenbeziehungen der Spannungsverläufe auf den Dreiphasenleitungen des Dreipha sennetzes zueinander verglichen und ausgewertet werden, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

- Eine erste Phasenleitung wird von einer ersten Prüf spitze und eine zweite Phasenleitung von einer zweiten Prüfspitze einer Meßeinrichtung kontaktiert,
- Erfassen von wiederkehrenden Spannungsamplitudenpunk ten der zwischen den beiden Prüfspitzen anliegenden Spannung und Starten eines Zeitfenstergenerators bei einem dieser Spannungsamplitudenpunkte, wobei Zeit fenster nach Maßgabe des Abstandes der wiederkehrenden Spannungsamplitudenpunkte generiert werden,
- Entfernen der ersten oder zweiten Prüfspitze von der zuvor kontaktierten Phasenleitung und Kontaktieren dieser Prüfspitze an die dritte Phasenleitung,
- Bestimmen innerhalb eines oder mehrerer durch den Zeitfenstergenerator vorgegebener Zeitfenster, ob die Phasenlage der Spannung auf der dritten Phasenleitung der Phasenlage der Spannung auf derjenigen Phasenlei tung, die sowohl im ersten als auch dritten Verfah rensschritt von derselben Prüfspitze kontaktiert wird, vor- oder nacheilt, und
- Aktivieren einer Anzeigeeinrichtung für ein rechts drehendes Drehfeld, wenn die Phasenspannung auf der dritten Phasenleitung nacheilt und einer Anzeige für ein linksdrehendes Drehfeld, wenn die Phasenspannung voreilt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitfenster eine Länge von π aufweist und bei k × π der jenigen Phasenspannung gestartet wird, auf deren Phasen leitung die eine Prüfspitze sowohl im ersten als auch dritten Verfahrensschritt angelegt ist, wobei k = 0, 1, 2.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nulldurchgänge der Phasenspannungen bestimmt und ausgewertet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen der Phasenspannung auf der ersten Phasenleitung der Null durchgang der Phasenspannung auf der dritten Phasenlei tung bestimmt wird, und daß die Anzeige für ein rechts drehendes Drehfeld aktiviert wird, wenn der Nulldurchgang der Phasenspannung auf der dritten Phasenleitung näher am ersten Nulldurchgang der Phasenspannung der ersten Pha senleitung liegt, und daß die Anzeige für ein linksdre hendes Drehfeld aktiviert wird, wenn der Nulldurchgang der Phasenspannung auf der dritten Phasenleitung näher am zweiten Nulldurchgang der Phasenspannung der ersten Pha senleitung liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim ersten Nulldurchgang eine Zeitmeßeinrichtung ge startet wird, und daß beim Nulldurchgang der Phasenspan nung der dritten Phasenleitung diese Zeitmeßeinrichtung gestoppt und die verstrichene Zeit als Maß für die Dreh richtung herangezogen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß zwischen zwei Nulldurchgängen der Pha senspannung auf derjenigen Phasenleitung, die stets von derselben Prüfspitze kontaktiert wird, das Spannungs maximum der Phasenspannung auf der dritten Phasenleitung bestimmt und als Maß für ein rechtsdrehendes oder links drehendes Drehfeld herangezogen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß die Frequenz des Dreiphasennetzes an Hand der wiederkehrenden Nulldurchgänge mindestens einer der Phasenspannungen bestimmt wird.