DE4436593A1

DE4436593A1 - Verfahren zur Ermittlung einer Kompensationskapazität

Info

Publication number: DE4436593A1
Application number: DE19944436593
Authority: DE
Inventors: Istvan Szoboszlai; Lothar Dipl Ing Rapp
Original assignee: Mueller & Weigert
Current assignee: Mueller & Weigert
Priority date: 1994-10-13
Filing date: 1994-10-13
Publication date: 1996-04-25
Also published as: EP0707216A2; EP0707216A3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Wertes einer Kompensations kapazität für einen Stromkreis.

Mittel- und Hochspannungsstromkreise, insbesondere innerhalb von Betrieben, sind meist induktiv belastet, so daß die Anforderung besteht, die daraus entstehende Phasenver schiebung zwischen Strom und Spannung durch entsprechende Kompensationskapazi täten lokal oder zentral zu kompensieren.

Theoretisches Ziel der Kompensation ist eine Phasenverschiebung von Null, diese wird aber in der Praxis selten erreicht, da sich die Lastverhältnisse innerhalb eines Betriebes ständig ändern. Weiterhin stehenden nur Kompensationskapazitäten mit Werten aus Normreihen zur Verfügung und eine Kombination dieser Normwerte zu einer Kapazität für eine Phasenverschiebung von Null ist aus Platz oder Kostengründen nicht möglich.

Dies führt in der Praxis dazu, daß aus einer gemessenen unkompensierten Phasenver schiebung eine Soll-Kompensationskapazität ermittelt wird, der dazu nächstliegende Normwert mit dem Stromkreis verbunden wird und aus einer anschließende Messung wiederum aus der verbleibenden Phasenverschiebung der nächstliegende Normwert mit dem Stromkreis verbunden wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung ein möglichst einfaches Verfahren und eine Anordnung zur Ermittlung der für einen Stromkreis erforderlichen Kompensationskapazität unter Berücksichtigung einer verbleibenden Phasenverschiebung anzugeben.

Diese Aufgabe löst die Erfindung dadurch, daß die Meßgrößen für Strom und Spannung digitalisiert werden, daß die Periodendauer der Signale, der Wirk- und Blindverbrauch (Ww, Wb) innerhalb eines vorgebbaren Zeitraums, sowie die Summe des Spannungs quadrats (ΣU²) während des gleichen Zeitraums bestimmt und zwischengespeichert werden, daß ein Sollwert (Φsoll) für den bei Verbinden der ermittelten Kompensations kapazität mit dem Stromkreis verbleibenden Phasenwinkel Φ eingebbar ist und aus den zwischengespeicherten Werten und dem Sollwert (Φsoll) die Kompensationskapazität (C_comp) ermittelt wird als:

wobei const eine Normierungskonstante, ts der zeitliche Abstand zwischen zwei Ab tastwerten bei der Digitalisierung und N die Anzahl der Abtastwerte innerhalb des vorgebbaren Zeitraums ist.

Insbesondere der eingebbare Sollwert für den verbleibende Phasenwinkel Φ erleichtert dem Benutzer das Auffinden einer geeigneten Kompensationskapazität., denn dadurch wird es ermöglicht, beispielsweise nacheinander sowohl einen Sollwert von 0 als auch einen davon abweichenden Sollwert, der dem maximal erlaubten, oder vorgesehenen ver bleibenden Phasenwinkel entspricht einzugeben und aus eine zwischen den beiden daraus ermittelten Kompensationskapazitäten liegende Kombination von Normwertka pazitäten zu finden.

Besonders vorteilhaft läßt sich dieses Verfahren innerhalb eines Zangenanlegegeräts (Stromzange) realisieren, bei der Strom durch Umschließen des zu messenden Leiters mit der Anlegezange, die Spannung durch Verbinden zusätzlicher Spannungsmeßeingänge mit den zu messenden Leitern, die Digitalisierung der Meßwerte mittels wenigstens eines A/D Umsetzers erfolgt, aus den digitalisierten Abtastwerten die Ermittlung der Perioden dauer (T) der Signale, des Wirk- und Blindverbrauchs (Ww, Wb) innerhalb eines vor gebbaren Zeitraums, sowie die Summe des Spannungsquadrats (ΣU²) während des gleichen Zeitraums erfolgt, diese Werte zwischengespeichert werden, daß ein Sollwert für den bei Verbinden der ermittelten Kompensationskapazität mit dem Stromkreis ver bleibenden Phasenwinkel Φ über Bedienelemente des Zangenanlegegeräts eingebbar ist und aus den zwischengespeicherten Werten und dem Sollwert die Kompensations kapazität ermittelt wird als:

wobei const eine Normierungskonstante, ts der zeitliche Abstand zwischen zwei Ab tastwerten bei der Digitalisierung und N die Anzahl der Abtastwerte innerhalb des vorgebbaren Zeitraums ist, und der Wert der Kompensationskapazität vom einem Display des Zangenanlegegeräts (Stromzange) angezeigt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher beschrieben. Darin zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Signalverarbeitung eines Zangenanlegegerätes (Strom zange) und

Fig. 2 einen beispielhaften Ablaufplan für die Ermittlung der Kompensationskapazität.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild 10 der Signalverarbeitung einer Stromzange, anhand dessen im weiteren die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben wird.

Zur Messung der elektrischen Kenngrößen eines Stromkreises S mit einer Last 12, die sich aus ohmscher und induktiver Last zusammensetzt, wird ein Leiter vom Zangen anleger der Stromzange umschlossen. Über einen Stromeingang 14, der die von dem Hallelement des Zangenanlegers erzeugte Signalspannung verstärkt, gelangt eine dem gemessenen Strom proportionale Meßspannung Ui an einen ersten Eingang eines Multip lexers 16. Ein zweiter Eingang des Multiplexers 16 ist mit dem Ausgang eines Span nungseingangs 18 verbunden, dessen Eingang wiederum mit beiden Leitern des Strom kreises S verbunden ist, und eine der gemessenen Spannung proportionale zweite Meß spannung Uu abgibt.

Der Ausgang des Multiplexers 16 ist mit dem Eingang eines A/D Umsetzers 20 ver bunden, der synchronisiert mit dem Multiplexer 16, in festen, vorgegebenen Zeitabstän den den Momentanwert der jeweils anliegenden Meßspannung Ui bzw. Uu in einen Digitalwert Un bzw. In umsetzt und diesen Digitalwert an einen Digitalen Signalprozes sor 22 überträgt.

In diesem Digitalen Signalprozessor 22, der besonders zu schnellen Signalverarbeitung geeignet ist, und daher mehrere Rechenschritte zwischen aufeinanderfolgenden Digital werten von Uu und Ui ausführen kann, werden, unter Berücksichtigung der aus der EP 0 263 154 B1 bekannten Linearisierung und Nullpunktkorrektur, zur Bestimmung der elektrischen Kenngrößen zyklisch folgende Summen von n = 0 bis (N-1) gebildet:

ΣU_n;ΣI_n;Σ|U_n|;Σ|I_n|;ΣU_n²;ΣI_n²;Σ(U_n × I_n).

ADiese Summenwerte stellen Zwischenergebnisse für die darauffolgende Ermittlung von Wirkverbrauch Ww und Blindverbrauch Wb nach bekannten Rechenverfahren dar, die in Echtzeit durch den Digitalen Signalprozessor ermittelt werden. Die Summenwerte werden zyklisch, z. B. alle 0,5 Sekunden, an einen Mikroprozessor 24 weitergegeben, der aus diesen Summenwerten Wirkverbrauch Ww und Blindverbrauch Wb berechnet. Diese Berechnung ist nicht so zeitkritische wie die Berechnung der Summenwerte und kann daher von einem üblichen Mikroprozessor übernommen werden, der auch noch zusätzli che Aufgaben wie die Steuerung eines Display′s 26 und die Abfrage der nicht dargestell ten Bedienelemente, sowie die Systemsteuerung der Stromzange übernehmen kann.

Die vom Mikroprozessor 24 ermittelten Werte für Wirkverbrauch Ww, Blindverbrauch Wb und die aus den Nulldurchgängen der Signale bestimmte Periodendauer T sowie die Summe ΣU_n² werden in einem Zwischenspeicher 28 abgespeichert.

Aus den zwischengespeicherten Werten wird mittels

die Kompensationskapazität berechnet und auf dem Display angezeigt.

Fig. 3 zeigt einen Ablaufplan einer solchen Bestimmung der Kompensationskapazität.

Im zeitlichen Abstand von ts liefert ein Eingang 140 digitalisierte Abtastwerte des gemessenen Stromes, ein zweiter Eingang 180 digitalisierte Abtastwerte der gemessenen Spannung. Diese werden einer Summenbildung 200 zugeführt, die die oben angegebenen Summen zyklisch jeweils für eine, über einen weiteren Eingang zugeführten, Anzahl von N Abtastwerten ermittelt.

Die so ermittelten Summen werden zyklisch (N × ts) zur Berechnung von Wirk- und Blindleistung 220 verwendet. Wobei auch aus den Nulldurchgängen der Signale die Periodendauer T ermittelt wird.

Abhängig vom eingestellten Mode des Verfahrens werden diese Werte ebenfalls zyklisch in einen Zwischenspeicher geschrieben oder nur ausgelöst durch ein Signal an einem Steuereingang S in den Zwischenspeicher 240 übernommen.

Die Berechnung der Kompensationskapazität erfolgt im Block 260 unter Verwendung der im Zwischenspeicher 240 abgespeicherten Werte und des in einem Sollwertspeicher 280 abgespeicherten Phasenwertes. Der in diesem Sollwertspeicher 280 abgelegte Wert wird von einem Vergleicher 300 auf Veränderung hin überwacht und kann über die nicht dargestellten Bedienelemente der Stromzange entweder direkt mit Zahlenwerten geladen werden, oder der Inhalt durch ein UP-DOWN-Signal mit entsprechender Logik kon tinuierlich verändert werden.

Ausgelöst wird eine Neuberechnung entweder durch eine vom Vergleicher 300 erkannte Änderung des Sollwertes, die durch das Signal Ms an den Block 260 signalisiert wird, oder durch neue Werte im Zwischenspeicher, die dem Block 260 durch das Signal Mw signalisiert werden.

Abhängig von der Größe und dem Aufbau des verwendeten Display′s 26 können, Sollwert, Kompensationskapazität gleichzeitig oder nach Auswahl dargestellt werden.

Claims

1. Verfahren zur Ermittlung des Wertes einer Kompensationskapazität für einen Strom kreis, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßgrößen für Strom und Spannung digitali siert werden, daß die Periodendauer (T)der Signale, der Wirk- und Blindverbrauch (Ww, Wb) innerhalb eines vorgebbaren Zeitraums, sowie die Summe des Span nungsquadrats (ΣU²) während des gleichen Zeitraums bestimmt und zwischenge speichert werden, daß ein Sollwert (Φsoll) für den bei Verbinden der ermittelten Kompensationskapazität mit dem Stromkreis verbleibenden Phasenwinkel Φ eingeb bar ist und aus den zwischengespeicherten Werten (Ww, Wb, ΣU², T) und dem Sollwert (Φsoll) die Kompensationskapazität (C_comp) ermittelt wird als: wobei const eine Normierungskonstante, ts der zeitliche Abstand zwischen zwei Abtastwerten bei der Digitalisierung und N die Anzahl der Abtastwerte innerhalb des vorgebbaren Zeitraums ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Kom pensationskapazität (C_comp) wiederholt wird, wenn sich der Wert des eingebbaren Sollwertes (Φsoll) verändert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischenge speicherten Werte (Ww, Wb, ΣU², T) solange unverändert gespeichert werden, bis aufgrund eines Eingabesignals (S) ein neuer Meßzyklus gestartet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischenge speicherten Werte (Ww, Wb, ΣU², T) jeweils nach Ablauf des vorgebbaren Zeit raums (N × ts) durch die neu ermittelten Werte ersetzt werden und daraufhin die Ermittlung der Kompensationskapazität (C_comp) wiederholt wird.

5. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß sowohl eine Kompensationskapazität (C_comp) für den Sollwert (Φsoll) gleich Null als auch eine für einen davon abweichenden eingebbaren Sollwert (Φsoll) ermittelt wird.

6. Zangenanlegegerät (Stromzange), bei dem der Strom durch Umschließen des zu messenden Leiters mit der Anlegezange und die Spannung durch Verbinden zusätz licher Spannungsmeßeingänge mit den zu messenden Leitern gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Digitalisierung der Meßwerte mittels wenigstens eines A/D Umsetzers (20) erfolgt, aus den digitalisierten Abtastwerten die Perioden dauer (T) der Signale, der Wirk- und Blindverbrauch (Ww, Wb) innerhalb eines vor gebbaren Zeitraums (N × ts), sowie die Summe des Spannungsquadrats (ΣU²) während des gleichen Zeitraums ermittelt werden, diese Werte in einem Zwischen speicher (28) zwischengespeichert werden; daß ein Sollwert (Φsoll) für den bei Ver binden der ermittelten Kompensationskapazität mit dem Stromkreis verbleibenden Phasenwinkel Φ über Bedienelemente des Zangenanlegegeräts eingebbar ist und aus den zwischengespeicherten Werten und dem Sollwert (Φsoll) die Kompensations kapazität (C_comp) wird als: wobei const eine Normierungskonstante, ts der zeitliche Abstand zwischen zwei Ab tastwerten bei der Digitalisierung und N die Anzahl der Abtastwerte innerhalb des vorgebbaren Zeitraums (N × ts) ist, und der Wert der Kompensationskapazität vom einem Display (26) des Zangenanlegegeräts (Stromzange) angezeigt wird.

7. Zangenanlegegerät (Stromzange) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Kompensationskapazität (C_comp) wiederholt wird, wenn eine Überwachungslogik erkennt, daß ein veränderter Wert des eingebbaren Sollwertes (Φsoll) vorliegt.

8. Zangenanlegegerät nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eingabe vorgesehen ist, die einen neuen Meßzyklus startet.

9. Zangenanlegegerät nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte im Zwischenspeicher (Ww, Wb, ΣU², T) jeweils nach Ablauf des vorgebbaren Zeit raums (N × ts) durch die neu ermittelten Werte ersetzt werden und daraufhin die Ermittlung der Kompensationskapazität (C_comp) wiederholt wird.

10. Zangenanlegegerät nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl eine Kompensationskapazität (C_comp) für den Sollwert (Φsoll) gleich Null als auch eine für einen davon abweichenden eingebbaren Sollwert (Φsoll) ermittelt werden und auf einem wenigstens zweizeiligen Display gleichzeitig angezeigt werden.

11. Zangenanlegegerät nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem wenigstens zweizeiligen Display der aktuelle Sollwert (Φsoll) und die ermittelte Kompensationskapazität (C_comp) gleich zeitig angezeigt werden.