DE4016075A1 - Schaltung zur erfassung der phasenstroeme in mehrphasigen netzsystemen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Erfassung der Phasenströme in mehrphasigen Netzsystemen, bestehend aus mindestens einer in jeden Wechselstromkreis geschalteten Stromabtasteinrichtung, der Stromabtasteinrichtung nachge­ schaltete Mittel zur Gleichrichtung des sinusförmigen Signals in ein pulsierendes Signal und einen Meßwiderstand, dem das pulsierende Signal zugeführt wird, welches dann als analoger Meßwert einer Meß- und Steuereinrichtung zur Auswertung angeboten wird.

In der DE-OS 36 38 935 wird eine Signalanpassungsschaltung für elektronische Auslöseschalter der gattungsgemäßen Art beschrieben. Diese Schaltung weist Stromabtastmittel zum Liefern von Stromwerten auf, die einen Stromfluß durch jede der drei Phasen eines elektrischen Netzsystems darstellen. Weiterhin sind Schaltmittel zum Unterbrechen des Stromflus­ ses vorgesehen, die mit den drei Phasen verbunden sind wenn die Stromwerte vorbestimmte Überstromwerte überschreiten. Ein Signalprozessor, der mit den Stromabtastmitteln und Schaltmitteln verbunden ist, vergleicht die Stromwerte mit den vorbestimmten Überstromwerten und betätigt die Schalt­ mittel auf Befehl. Weiter ist eine Einspeisung vorgesehen, die mit den Stromabtastmitteln zum Empfangen von Betriebs­ leistung verbunden ist und die die Schaltmittel und den Signalprozessor mit Betriebsleistung versorgt. Eine Bürde- Widerstandsschaltung, die mit den Stromabtastmitteln und dem Signalprozessor verbunden ist, liefert eine Spannungsdar­ stellung der Stromwerte, wobei die Bürde-Widerstandsschal­ tung drei getrennte Widerstände aufweist, die jeweils in eine der drei Phasen geschaltet sind, um eine getrennte Spannungsdarstellung für jede der drei Phasen zu liefern.

Nachteilig wirkt sich bei dieser Schaltung aus, daß für jede Phase ein Widerstand notwendig ist, dessen Meßsignale über getrennte Leitungen zu dem Signalprozessor transportiert werden. Die Auslöseeinheit benötigt in einem dreiphasigen Netzsystem für jede einzelne Phase eine Abtastschaltung, eine Schaltung zur Probeentnahme (Sampeln) und eine Schaltung zur Signalaufbereitung für den Signalprozessor.

Demgemäß stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Schaltung, insbesondere für elektronische Auslöseschalter zu schaffen, die ohne den nach dem angegebenen Stand der Technik notwendigen Meßmittelaufwand auskommt und der Auslöseeinheit mittels eines Meßwiderstandes und einer Signalaufbereitungsschaltung das Ergebnis einer Strommessung jeder einzelnen Phase in einem mehrphasigen Netzsystem für einen bestimmbaren Meßzyklus übermittelt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Stromabtastmittel mittels eines von einer Meß- und Steuer­ einrichtung gesteuerten Schaltelementes innerhalb eines Meßzyklusses in bestimmbaren zeitlichen Abständen kurzge­ schlossen werden, daß die Ströme aller zu messenden Phasen von einem Meßwiderstand erfaßt werden, wobei die Meß- und Steuereinrichtung derart auf die Schaltelemente einwirkt, daß immer nur der Strom einer Phase durch den Meßwiderstand fließt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung kennzeichnen die Unteransprüche.

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Schaltung anhand einer beispielhaften Ausführung unter Zuhilfenahme der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen,

Fig. 1 die schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Schaltung,

Fig. 2 ein Diagramm, das unter Verwendung der erfindungsgemä­ ßen Schaltung die Meßabtastungen der drei Phasen innerhalb eines Meßzyklusses darstellt,

Fig. 3 ein Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Signalan­ passungsschaltung als Bestandteil einer Auslöseeinheit für den Bereich Motor- und Anlagenschutz.

Die Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der erfin­ dungsgemäßen Schaltung. Die drei, vor Überstrom zu schützen­ den oder auf ihre Stromstärke zu messenden und/oder zu überwachenden Phasen L1, L2, L3 werden jeweils mit einem Stromabtastmittel (Stromwandler) W1, W2, W3 abgetastet. Den Stromwandlern ist jeweils ein Schaltelement 3, 4, 5 parallel geschaltet. Der die Sekundärwicklung der Stromwandler durchflutende Wechselstrom wird mittels der Dioden D13-B18 zu einem pulsierenden Gleichstrom gerichtet. Wären alle drei Schaltelemente 3, 4, 5, geöffnet, so würde immer nur der höchste Phasenstrom einen entsprechenden Spannungsabfall an dem Meßwiderstand 2 bewirken.

Erfindungsgemäß steuert die Meß- und Steuereinrichtung 1 die Schalterelemente 3, 4, 5 innerhalb eines bestimmbaren Meßzyklus (MZ) derart an, daß für ein Abtastzeitpunkt ta1- tan immer nur ein Schaltelement geöffnet ist und somit der entsprechende Wandlerstrom durch den Meßwiderstand fließt. Während des Abtastzeitpunktes ta1 wird der Strom der Phase L1 gemessen. Während des Abtastzeitpunktes ta2 wird der Strom der Phase L2 gemessen und daran anschließend der Phasenstrom der Phase 3 während des Abtastzeitpunktes ta3. Diese Meßfolge wiederholt sich in dem beispielhaft angegebe­ nen Meßzyklus nach Fig. 2 insgesamt zehn mal. Die Stromwand­ ler der zwei Phasen, die innerhalb der Zeit eines Abtast­ zeitpunktes nicht gemessenen werden, sind mittels der Schaltelemente 3, 4, 5 die von der Steuereinrichtung 1 aktiviert werden, kuzgeschlossen.

Die Fig. 2 zeigt ein Diagramm, das unter Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltung die Meßabtastungen der drei Phasen innerhalb eines Meßzyklusses darstellt.

Der Meßzyklus (MZ) jeder Phase weist in dieser beispielhaft­ en Darstellung zehn Abtastzeitpunkte auf. Die Augenblicks­ werte der Abtastzeitpunkte L1.1-L1.10 für die Phase L1 werden dem A/D-Wandler 6 zugeführt, der die Analogwerte digitalisiert und in dem Speicherbereich 7 ablegt. Gleiches gilt für die Augenblickswerte L2.1-L2.10 für die Phase L2 und die Augenblickswerte L3.1-L3.10 für die Phase L3. Dabei werden die Werte für die Phase L2 in digitalisierter Form in den Speicherbereich 8 und für die Phase L3 in den Speicherbereich 9 abgelegt. Die Auswertung bzw. Weiterverar­ beitung dieser gespeicherten Werte ist von den Anwendungs­ forderungen abhängig und wird durch geeigneter Hardware realisiert. Beispielsweise kann der periodische Kurvenver­ lauf jeder Phase nachvollzogen werden. Durch die Messung der einzelnen Phasen ist eine echte Effektivwertberechnung durch einen geeigneten Mikroprozessor leicht realisierbar. Für die Erfindung ist nur die Meßwert- bzw. Signalerfassung und entsprechende Bereitstellung der erfaßten Meßsignale relevant. Der Meß- und Steuereinrichtung 1 wird die Taktfolge und deren Synchronität hardwaremäßig vorgegeben. In Fig. 3 ist ein Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltung als Bestandteil einer Auslöseeinheit für den Bereich Motor- Und Anlagenschutz dargestellt. Die Meß- und Steuereinrichtung 21 liefert in diesem Fall nicht nur die augenblicklichen Stromwerte, die dem Meßwiderstand 2 entnommen werden, sondern auch die Betriebsleistung für die Energieversorgung der Auslöseschaltung. Ein Halbleiterschal­ ter 23 ist im Normalbetrieb immer geschlossen. Die Auslöse­ werte werden von Einstellgliedern 26 vorgegeben und in einem Speicherbereich der digitalen Meß- und Steuereinheit 21 abgelegt. Die Einstellglieder sind geeignete Mittel zur Vorgabe der Auslöseparameter und können Schalter oder Potentiometer sein. Die Ausgänge S1, S2, S3 werden von der Meß- und Steuereinheit 21 derart gesteuert, daß im Augenblick der Messung nur eins der drei Schaltele­ mente 3, 4, 5 geöffnet bleibt. Die Dauer der Messung liegt im Mikrosekundenbereich. Für die Ermittlung der Effektivwer­ te sind lediglich zehn Messungen pro Periode und Phase notwendig. Zusätzlich wird das Summensignal (alle Schaltele­ mente 3, 4, 5 offen) in einer bestimmten Zeitdauer auf Kurzschlußstrom überwacht. Mit dem Auslösesignal 27 wird der Halbleiterschalter 23 geöffnet und die Energieversorgung 22 inaktiv. Gleichzeitig bewirkt das Auslösesignal 27 das Durchschalten des Thyristors 24. Damit wird erreicht, daß die gesamte Energie aus allen Stromwandlern 10, 11, 12 durch die Auslösespule 25 genutzt werden kann und der Leitungsun­ terbrecher 28 schnell öffnet und somit den Stromfluß der Phasen R, S, T unterbricht.

Claims (4)

1. Schaltung für zur Erfassung der Phasenströme in mehrphasi­ gen Netzsystemen, bestehend aus mindestens einer in jeden Wechselstromkreis geschalteten Stromabtasteinrichtung, der Stromabtasteinrichtung nachgeschaltete Mittel zur Gleich­ richtung des sinusförmigen Signals in ein pulsierendes Signal und einen Meßwiderstand, dem das pulsierende Signal zugeführt wird, welches dann als analoger Meßwert einer Auslöseeinheit zur Auswertung angeboten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromabtastmittel (W1, W2, W3) mittels von einer Meß- und Steuereinrichtung (21) gesteuer­ ten Schaltelementen (3, 4, 5) innerhalb eines Meßzyklusses (MZ) in bestimmbaren zeitlichen Abständen kurzgeschlossen werden, daß die Ströme aller zu messenden Phasen (L1, L2, L3) von einem Meßwiderstand (2) erfaßt werden, wobei die Meß- und Steuereinrichtung (21) derart auf die Schaltelemen­ te (3, 4, 5) einwirkt, daß immer nur der Strom der Phase durch den Meßwiderstand (2) fließt, dessen Stromabtastmittel zur Abtastzeit nicht kurzgeschlossen ist.

2. Schaltung zur Erfassung der Phasenströme in mehrphasigen Wechselstromkreisen nach Anspruche 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Meß- und Steuereinrichtung (21) für jede Phase (L1, L2, L3) einen eigenen Speicherbereich aufweist, in dem die Momentanmeßwerte jeder Phase innerhalb eines Meßzyklus­ ses (MZ) abgelegt werden.

3. Schaltung zur Erfassung der Phasenströme in mehrphasigen Wechselstromkreisen nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, die Meß- und Steuereinrichtung einen Analog- Digitalwandler (A/D) (6) aufweist, der die Meßwerte der Phasen (L1, L2, L3) in für die Abspeicherung geeignete Signale umformt.

4. Schaltung zur Erfassung der Phasenströme in mehrphasigen Wechselstromkreisen nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (3, 4, 5) Halbleiter­ schalter sind.