DE3620439A1 - Apparatus and method for the purpose of acquiring load data from current pick-offs (current collectors, moving contacts) with the aid of a microprocessor having an integrated multifunction display, cos (y) detection and maximum load monitoring, and a residual current device (fault-current protection circuit breaker) - Google Patents

Apparatus and method for the purpose of acquiring load data from current pick-offs (current collectors, moving contacts) with the aid of a microprocessor having an integrated multifunction display, cos (y) detection and maximum load monitoring, and a residual current device (fault-current protection circuit breaker)

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DE3620439A1 DE19863620439 DE3620439A DE3620439A1 DE 3620439 A1 DE3620439 A1 DE 3620439A1 DE 19863620439 DE19863620439 DE 19863620439 DE 3620439 A DE3620439 A DE 3620439A DE 3620439 A1 DE3620439 A1 DE 3620439A1
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Hanns Rump
Wolfgang Voss
Udo Kloss
Eckhardt Suessmann
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E.T.R. ELEKTRONIK UND TECHNOLOGIE RUMP GMBH, 4600
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Hanns Rump
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Abstract

The invention describes an apparatus and a method which has integrated the following functions in one apparatus, with the aid of modern microelectronic circuits: 1. Detection of the electrical work (kWh meter) 2. Detection of the power which is consumed simultaneously by all three phases (kW) 3. Calculation and display of the phase angle error cos (y) 4. Detection and display of the reactive-current consumption 5. Output of an adjusting signal from 0 to 1 volt, corresponding to cos (y) 6. Maximum load monitoring having a multiplicity of channels which are cut off as a function of the load 7. Integrated residual current device circuit.

Description

Die Bedeutung des sparsamen Umgangs mit elektrischer Energie wird für die Zukunft ein immer wichtigeres Thema werden.The importance of economical use of electrical Energy will become more and more important for the future Become a subject.

Dem Bemühen, Energie zu sparen, steht teilweise die Tarifgestaltung der EVU's entgegen, die sowohl die in Anspruch genommene Leistung als auch die installierte elektrische Leistung bei der Berechnung der Kosten in Ansatz bringen.Part of the effort to save energy stands Tariff structure of the RUs, both the used power as well as the installed electrical power when calculating the cost in Bring approach.

Eine Änderung dieses Tarifwesens, das den Stromverbraucher letztlich relativ günstiger stellt als den sparsamen Stromkunden, ist derzeit aus praktischen Gründen nicht durchführbar, weil der erforderliche apparative Aufwand in keinem vernünftigen Verhältnis zum Nutzen steht.A change in this tariff system that affects electricity consumers ultimately relatively cheaper than that economical electricity customers, is currently out of practical Reasons not feasible because of the required apparatus expenditure in no reasonable ratio is useful.

Hier setzt der erfindungsgemäße Gedanken an.This is where the idea of the invention comes in.

Durch Einsatz neuzeitlicher Technologien, z. B. von Mikroprozessoren, ist es möglich, quasi gleichzeitig eine Vielzahl von Messungen, beziehungsweise Funktionen durchzuführen.By using modern technologies, e.g. B. from Microprocessors, it is possible quasi simultaneously a variety of measurements or functions perform.

Demnach ist der erfindungsgemäße Gedanke, einen Mikroprozessor zur Lösung der oben angerissenen Probleme einzusetzen.Accordingly, the idea according to the invention is a microprocessor to solve the problems outlined above to use.

Erfindungsgemäß wird dabei wie folgt vorgegangen:The procedure according to the invention is as follows:

Über die Klemmleisten (1) und (2) werden die drei Phasen L 1, L 2, L 3 und N durch einen gesicherten und geschlossenen Schaltkasten mit vorzugsweise kleinen Abmessungen geleitet. The three phases L 1 , L 2 , L 3 and N are passed through a secured and closed switch box with preferably small dimensions via the terminal strips ( 1 ) and ( 2 ).

An den einzelnen Phasen beziehungsweise am Null- Leiter wird über geeignete Einrichtungen in der bevorzugten Ausführung (Hall-Elemente) ein Signal gewonnen, das proportional dem Strom ist, der durch den Leiter fließt.At the individual phases or at the zero Head will find appropriate facilities in the preferred embodiment (Hall elements) a signal won, which is proportional to the current flowing through the conductor flows.

Das so gewonnene Signal wird auf einen A/D-Wandler (5) gegeben, der vorzugsweise in einem Mikroprozessor (6) integriert ist.The signal obtained in this way is passed to an A / D converter ( 5 ) which is preferably integrated in a microprocessor ( 6 ).

Gleichfalls an die Stromleiter angeschlossen sind geeignete Spannungsteiler (4), die die den einzelnen Phasen zugeordnete Spannung in den A/D-Wandler (5) übertragen.Suitable voltage dividers ( 4 ) are also connected to the current conductors and transmit the voltage assigned to the individual phases into the A / D converter ( 5 ).

Das im Mikroprozessor enthaltene und festgespeicherte Rechenprogramm tastet die einzelnen Phasen so ab, daß mit einer hohen Abtastrate, die in der bevorzugten Ausführung etwa 20 kHz ist, jeweils die Strom- und Spannungswerte einer Phase hintereinander gemessen werden. Das bedeutet, daß der zeitliche Versatz dieser Messung im Verhältnis zur Meßfrequenz sehr klein ist.The one stored and permanently stored in the microprocessor The computer program scans the individual phases so that with a high sampling rate, which in the preferred embodiment is about 20 kHz, the current and voltage values, respectively one phase in a row. The means that the time offset of this measurement in Ratio to the measuring frequency is very small.

Das Rechenprogramm multipliziert nicht nur diese Werte miteinander, um daraus ein Maß für die beanspruchte Leistung zu errechnen, es stellt auch die Phasenbeziehung der gemessenen Strom- bzw. Spannungssignale her.The computer program does not just multiply these values with each other to get a measure of the claimed To calculate performance, it also represents the phase relationship the measured current or voltage signals forth.

Aus der Phasen-Differenz errechnet das Programm den Blindstromverbrauch. Über zugeordnete Ausgänge (9) wird in der bevorzugten Ausführung der Erfindung es möglich gemacht, daß über zweckdienliche Schaltglieder beispielsweise Kondensatoren zugeschaltet werden können, um den Blindstrom zu kompensieren, den cos (y) also auf einen Wert von 0,9 zu bringen.The program calculates the reactive current consumption from the phase difference. In the preferred embodiment of the invention, assigned outputs ( 9 ) make it possible that, for example, capacitors can be connected via appropriate switching elements in order to compensate for the reactive current, ie to bring the cos ( y ) to a value of 0.9.

Die Summe der über die drei Phasen abgegebenen Leistungen wird im Mikroprozessor addiert, mit der Zeit multipliziert und integriert, wobei beim Erreichen einer Arbeitsabgabe von z. B. 0,1 kW h ein Schaltimpuls generiert wird, der ein vorzugsweise mechanisches Zählwerk um einen Schritt weiterschaltet, der 0,1 kW h entspricht.The sum of the services provided over the three phases is added in the microprocessor, multiplied by time and integrated, where when reaching a workload of z. B. 0.1 kW h a switching pulse is generated, the one preferably mechanical counter by one step incremented, which corresponds to 0.1 kW h.

Selbstverständlich sind auch andere Leistungsschritte denkbar, die zum Beispiel einer vollen kW-Stunde oder 0,01-kW-Stunde entsprechen.Of course, other performance steps are also conceivable, for example a full kW hour or 0.01 kW hour correspond.

Die für diesen Vorgang erforderliche Zeitbasis wird entweder von einer Quartz-Zeit-Basis abgenommen oder aber aus der Netzfrequenz des Wechselstromes abgeleitet.The time base required for this process is either taken from a quartz time basis or from the Line frequency of the alternating current derived.

Der Mikroprozessor steuert eine vorzugsweise LCD-Anzeige an, die über den reinen Zählwerksstand, wie derzeit bekannt, hinaus weitere Werte anzeigt, die für den Stromverbraucher von Interesse sein können und ihn bei seinem Bemühen unterstützen, Leistung und damit Energie zu sparen.The microprocessor controls a preferably LCD display to the pure counter status, as is currently known, also displays other values for the electricity consumer may be of interest and at him support his efforts, performance and therefore energy to save.

In der bevorzugten Ausführung ist die aktuelle beanspruchte Leistung für jede einzelne Phase angegeben. Das ist von Interesse für die symmetrische Auslastung des Netzes (siehe auch "Schieflast").In the preferred embodiment, the current one is claimed Performance for every single phase specified. That is of interest to the symmetric Network utilization (see also "unbalanced load").

Ebenfalls von Interesse ist es, den cos (y) zu wissen, weil dies dem Fachmann und dem interessierten Laien eindeutige Aufschlüsse darüber gibt, welche Maßnahmen zu ergreifen sind, um den Blindstromverbrauch zurückzudrängen. It is also of interest to know the cos ( y ), because this gives the expert and the interested layperson clear information about which measures have to be taken to reduce the reactive current consumption.

Ebenfalls im Prozessor ist integriert ein vielkanaliger Höchstlast-Begrenzer. In der erfindungsgemäßen Ausführung spricht der Prozessor über eine kodierte 4-Bit-Leitung mit nachgeschaltetem Dekodierer 16 Kanäle an, die über einen Optokoppler potentialfrei mit einem "open-collektor" in der Lage sind, beispielsweise ein Schütz zu bedienen.A multi-channel is also integrated in the processor Maximum load limiter. In the embodiment according to the invention the processor speaks over a coded 4-bit line with downstream decoder 16 channels on an optocoupler potential-free with an "open collector" are able to operate a contactor, for example.

Beim Überschreiten eines vorher im Programm festgelegten Leistungswertes, schaltet das Programm von oben beginnend einzelne Kanäle ab. Der Installateur ist in der Lage, in Abstimmung mit dem EVU und dem Kunden diese Schaltkanäle einzelnen Stromkreisen zuzuordnen, dergestalt, daß ergebnismäßig das Überschreiten eines vorher festgelegten Gesamtstromes der Anlage technisch damit verhindert wird.When exceeding a previously defined in the program Power value, the program switches from the top individual channels. The installer is able to Coordination with the RU and the customer of these switching channels to assign to individual circuits in such a way that results exceeding a predetermined one Total current of the system is technically prevented.

Somit vereinigt der erfindungsgemäße Apparat/Vorrichtung eine Vielzahl von Funktionen, die nach dem derzeitigen Stande der Technik jeweils einzeln ausgeführt sind, hohe Kosten verursachen und eines nicht unerheblichen Installationsaufwandes bedürfen.The apparatus / device according to the invention thus combines a variety of functions according to the current State of the art are individually executed, high Cause costs and one not insignificant Installation effort required.

Auch dem Nicht-Großverbraucher ist es mit Hilfe des erfindungsgemäßen Apparates möglich, seinen Stromverbrauch zu reduzieren, weiterhin die abgenommene Höchstlast wirkungsvoll zu begrenzen und damit Tarifvorteile zu haben, ferner kann er über die LCD-Multifunktionsanzeige jederzeit sich ein Bild seiner elektrischen Anlage verschaffen, wobei insbesondere die Möglichkeit der Blindstrom-Kompensation von Bedeutung ist.Even the non-bulk consumer can use the apparatus according to the invention possible, its power consumption continue to reduce the maximum load removed effective limitation and thus tariff advantages to have, he can also via the LCD multifunction display anytime a picture of its electrical Provide facility, in particular the possibility reactive current compensation is important.

Claims (8)

1. Apparat und Verfahren zum Zwecke der Überwachung und Aufzeichnung der relevanten Daten in Stromübergabeanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß Strom und Spannung in den einzelnen Phasen über einen schnellen Analog-Digitalwandler, dessen Abtastrate ein Vielfaches der Netzfrequenz beträgt, einem Mikroprozessor zugeführt werden, der aus den so ermittelten Strom- bzw. Spannungswerten alle weiteren relevanten Größen errechnet, wie elektrische Arbeit, elektrische Leistung, und durch Phasenvergleich Blindstrom (cos (y)).1. Apparatus and method for the purpose of monitoring and recording the relevant data in power transmission systems, characterized in that current and voltage in the individual phases are fed to a microprocessor via a fast analog-digital converter, the sampling rate of which is a multiple of the mains frequency the current or voltage values determined in this way are used to calculate all other relevant variables, such as electrical work, electrical power, and by comparing phases, reactive current (cos ( y )). 2. Apparat und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor aus der Multiplikation von Strom und Spannung die elektrische Leistung errechnet und durch Integration über die Zeit die elektrische Arbeit bestimmt, wobei beim Erreichen einer beliebig festzulegenden Leistung ein Stellimpuls ein mechanisches Zählwerk um eine Stelle weiter stellt.2. Apparatus and method according to claim 1, characterized in that the processor from multiplying the electrical power is calculated from current and voltage and through integration over time the electrical work determines, when reaching a an actuating pulse mechanical counter by one digit. 3. Apparat und Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor weiterhin eine optisch lesbare Anzeige bedient, die alle relevanten Daten anzuzeigen in der Lage ist, vorzugsweise bei Anspruch der Leistung in den drei Phasen, die Summe der beanspruchten Leistungen in allen drei Phasen und dem Blindstrom (cos (y)).3. Apparatus and method according to claim 1 and 2, characterized in that the processor further operates an optically readable display that is able to display all relevant data, preferably when claiming the performance in the three phases, the sum of the claimed performance in all three phases and the reactive current (cos ( y )). 4. Apparat und Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über eine analoge oder digitale Datenschnittstelle die Zuschaltung von geeigneten Apparaturen möglich ist, die den Blindstromverbrauch auf ein festzulegendes Maß reduzieren, wobei sich der Prozessor dabei iterativer Methoden bedient. 4. Apparatus and method according to one or more of the preceding claims, characterized in that through an analog or digital data interface suitable equipment can be connected, which the reactive current consumption to a set Reduce dimension, whereby the processor uses iterative methods.   5. Apparat und Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß über eine digitale Datenschnittstelle einzelne Kanäle in absteigender Reihenfolge abgeschaltet werden, wobei den einzelnen Kanälen eine festzulegende Höchstlast zugeordnet ist.5. Apparatus and method according to claim 1 to 4, characterized characterized in that via a digital data interface individual channels in descending order be switched off, with the individual channels maximum load to be determined is assigned. 6. Apparat und Verfahren nach dem vorangegangenen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Höchstlastabschaltung erst dann in Funktion tritt, wenn der abgenommene Spitzenwert über einen freidefinierten Zeitraum in Anspruch genommen worden ist.6. Apparatus and method according to the previous one Claim, characterized in that the maximum load shutdown only functions when the removed one Peak value over a freely defined Period has been taken. 7. Apparat und Verfahren nach einem oder mehreren vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der im Φ-Leiter fließende Strom der Summe der in den einzelnen Phasen fließenden Ströme zu entsprechen hat, anderenfalls ein Schaltausgang zu bedienen ist, der es gestattet, die Anlage abzuschalten.7. Apparatus and method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the current flowing in the Φ conductor has to correspond to the sum of the currents flowing in the individual phases, otherwise a switching output is to be operated which allows the system to be switched off . 8. Apparat und Verfahren nach einem oder mehreren vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung für den Prozessor aus dem Netz unter Inanspruchnahme einer oder mehrerer Phasen gewonnen wird, wobei kurzzeitige Netzausfälle über einen geeigneten Energiespeicher gepuffert werden können.8. Apparatus and method according to one or more previous claims, characterized in that the power supply for the processor from the Network using one or more phases is obtained, with short-term power failures over a suitable energy storage can be buffered can.
DE19863620439 1986-06-18 1986-06-18 Apparatus and method for the purpose of acquiring load data from current pick-offs (current collectors, moving contacts) with the aid of a microprocessor having an integrated multifunction display, cos (y) detection and maximum load monitoring, and a residual current device (fault-current protection circuit breaker) Withdrawn DE3620439A1 (en)

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