FI86224B - Statisk elektricitetsraeknare och foerfarande foer dess kalibrering. - Google Patents

Description

1 86224

Staattinen sähkömittari ja menetelmä sen kalibroimiseksi. -Statisk elektricitetsräknare och förfarande för dess kalibrering.

Keksinnön kohteena on staattinen sähkömittari, jossa on elektroninen mittauskoneisto, jossa on analogia/digitaalimuun-nin eteenkytkettyine vahvistimineen eri mittausalueita varten sekä ohjausosa, jossa on mikrotietokone, joka suorittaa mit-tauskoneiston signaalien käsittelyn huomioonottaen kytkennän eri elementtien korjausarvot.

DE-hakemusjulkaisusta 26 30 959 tunnetussa tämän tyyppisessä sähkömittarissa tallennetaan muistiin sekä korjauskertoimet vahvistimien vahvistuskertoimien poikkeamien kompensoimiseksi että virtamuuntimen koko ominaiskäyrä esimerkiksi 64 kulmapis-tearvolla ja muiden elementtien korjauskertoimet. Kaikkien näiden arvojen tallentaminen johtaa huomattaviin kustannuksiin.

Keksinnön avulla on tarkoitus esittää sähkömittari, jossa tarvitsee tallentaa mahdollisimman vähän korjausarvoja, jotka on lisäksi voitava saada mahdollisimman yksinkertaisesti.

Tämä tehtävä ratkaistaan keksinnön mukaan siten, että korjaus-·_ ·* arvot edustavat kulloinkin kokonaisarvoa kyseiselle mittaus-'···' alueelle ja sisältyvät mittariin tallennettuihin mittarin : “ ominaissuureisiin, jotka kukin edustavat määrättyä energia-määrää vastaavaa lukuarvoa.

Kun mittarissa on esimerkiksi neljä vahvistinta neljää mittausaluetta varten, tällöin on tallennettava vain neljä mittarin ominaissuuretta. Nämä voidaan saada tavanomaisella kalibrointi-menettelyllä ja ne mahdollistavat signaalinkäsittelyn kaikkien vakiovirheiden kompensoinnin.

Keksintö kohdistuu lisäksi menetelmään mainitun sähkömit- 2 86224 tarin kalibroimiseksi, jossa on useita mittausalueita ja joka on varustettu wattituntilaskurilla sekä sisäisillä rekistereillä.

Keksinnön mukaiselle kalibrointimenetelmälle on tunnusomaista, että kalibrointi suoritetaan erikseen jokaiselle mittausalueelle, jolloin aluksi nollataan wattituntilaskuri ja rekisteri ja tämän jälkeen määrätyn aikajakson ajan mittarille tuodaan määrätty kalibrointijännite ja sille syötetään määrätty kalibrointivirta, ja että kalibroitaessa akkumuloituneet energiamäärät tallennetaan mittarin asianomaisten alueiden ominaissuureiksi.

Keksintöä selitetään lähemmin seuraavassa erääseen suoritus-esimerkkiin ja piirustukseen liittyen. Piirustuksessa:

Kuvio 1 esittää sähkömittarin lohkokaaviota.

Kuvio 2 esittää kuvion 1 yksityiskohtaa.

Kuviossa 1 esitetty staattinen sähkömittari on yhdistetty tulomodulin 1 välityksellä kahteen johtimeen 2 ja 3, jotka .. . johtavat toisaalta verkosta mittariin ja toisaalta mittarista asiakkaan eri sähkökojeisiin. Tulomoduli 1 kehittää joukon analogisia signaaleja, jotka ovat verrannollisia johtimien 2 ja 3 vaiheiden virran I ja jännitteen U hetkellisarvoihin. Nämä * ’ signaalit saadaan tulomodulin 1 vastaavista lähdöistä. Jännit-:.i.: teeseen U verrannolliset signaalit johdetaan johtimen 4 väli- :V: tyksellä suoraan ja virtasignaalit I johdetaan johtimella 5 joukon vahvistimia, esitetyssä tapauksessa neljän vahvistimen : Vi-V1 kautta epäsuoraan multiplekserille 6.

Vahvistimilla Vi-V.» on erilaiset vahvistusportaat ja niitä käytetään mittausalueen laajentamiseen. Jokainen näistä vahvistimista vahvistaa virtasignaalia siten, että multi- 3 86224 plekserin 6 jälkeen kytketty A/D-muunnin 7 tulee ohjatuksi optimaalisesti.

Vahvistimia Vi-V* käytetään esimerkiksi seuraavia virta-alueita varten:

Vahvistin Alue Virta

Vi 1 20 A - 80 A

V2 2 5 A - 20 A

V3 3 1,25 A - 5 A

V* 4 0 A - 1,25 A

Taulukko 1

Multiplekseria 6 ja A/D-muunninta 7 ohjaa keskussuoritinyksikkö 8, joka on yhdistetty multiplekseriin 6, A/D-muuntimeen 7 ja muihin myöhemmin selitettäviin elementteihin tieto-, osoite- ja ohjausväylän 9 välityksellä. Esimerkiksi kolmivaiheverkossa A/D-muuntimen 7 lähtösignaali muodostuu kolmesta virta- ja - ·* kolmesta jännitetietosanasta, jotka syötetään väylän 9 tieto-osaan tavanomaisessa tietojenkäsittelyssä tavanomaisten mene-: '*· telmien mukaisesti.

Eräs mainituista elementeistä, joihin keskussuoritinyksikkö 8 on yhdistetty väylän 9 välityksellä, on ajoitin 10, joka antaa kellotaajuuden multiplekserille 6 ja A/D-muuntimelle 7.

Keskussuoritinyksikkö 8 on yhdistetty väylän 9 välityksellä lisäksi liitäntään 11, tallennusvälineeseen 12, tosiaikakelloon 13, näyttöön 14, ensimmäiseen ja toiseen ohjelmoitavaan luku- 4 86224 muistiin (PROM) 15 vast. 16 ja hajasaantisignaalimuistiin (RAM) 17.

Liitäntä 11 on yhdistetty tietojen syöttö/tulostuslaitteeseen ja se mahdollistaa tietojen siirtämisen siirtojärjestelmän kautta. Tietojen tallennusvälineenä 12 voi olla esimerkiksi magneettinauha, magneettilevy tai puolijohdemuisti.

Tosiaikakelloa 13 tarvitaan kulutettujen energiamäärien aika-pohjaiseen laskemiseen ja näyttö 14 suorittaa näiden energia-määrien esittämisen. Ensimmäinen PROM 15 sisältää käskyt ja tiedot, jotka ovat kaikille kyseistä sähkömittaria käyttäville asiakkaille samanlaisia, ja toinen PROM 16 sisältää asiakaskohtaiset käskyt ja tiedot, sen sisältö on siten enemmän tai vähemmän erilainen eri asiakkailla. RAM 17 sisältää lopuksi wattituntilaskurin ja erilaisia sisäisiä rekistereitä, joita selitetään kuvion 2 yhteydessä.

Joitakin selitetyistä elementeistä, esimerkiksi liitäntää 11, tallennusvälinettä 12 ja toista PROM-muistia 16 ei tarvitse sisältyä laitteeseen kaikissa tapauksisa ja ne voidaan siten katsoa valinnaisiksi.

• · I

Koska tapa, jolla keskussuoritusyksikkö on yhdistetty väylän ;··’ välityksellä kuviossa 1 esitettyihin eri elementteihin, sisältyy ammattimiehen tietoihin, sitä ei selitetä tässä lähemmin.

” " ' Tunnettujen staattisten sähkömittareiden osalta viitataan DE-kuulutusjulkaisuun 28 31 407 ja EP-patenttihakemuksiin 57 978 : : ja 63 402. Myös sähkömittarin mekaaninen rakenne oletetaan tunnetuksi. Tässä yhteydessä voidaan mainita, että mittari voi : luonnollisesti sisältää muita elementtejä tai komponentteja.

Mittari voisi siten sisältää verkkokäskyvastaanottimen tai siinä voi olla vapaa paikka verkkokäskyohjausvastaanottimen - myöhempää asentamista varten. Viimeksi mainitussa tapauksessa 5 86224 koko verkkokäskyohjausvastaanottimeen liittyvä ohjelma voi jo sisältyä mittariin tai se voidafin yhdistää toiseen PROM-muistiin, joka tällöin verkkokäskyohjausvastaanotinta jälkeenpäin asennettaessa korvaa vastaavan PROM-muistin 16.

On tunnettua, että sähkömittareissa epälineaarisen ominaiskäy-rän sisältävät elementit, etenkin virta- ja jännitemuuntimet sekä vahvistimet aiheuttavat mittausvirheitä. Näitä yritetään poistaa esimerkiksi siten, että virtamuuntimen ominaiskäyrä sekä muita korjauskertoimia vahvistimien vahvistuskertoimien poikkeamien kompensoimiseksi tallennetaan ja signaalikäsittely suoritetaan ottamalla huomioon kaikki nämä korjausarvot.

Esillä olevan sähkömittarin olennaiset tunnusmerkit liittyvät tapaan, jolla mainitut korjausarvot saadaan, ja niiden huomioonottamiseen signaalinkäsittelyssä. Tässä mittarissa ei tallenneta kokonaisia ominaiskäyriä ja useita muita korjaus-arvoja, vaan mittarin kalibrointitoimituksen aikana määrätään jokaiselle neljälle vahvistimien Vi-V* määräämälle virta-alueelle vakiovirhe, ja mittari ohjelmoidaan siten, että vakiovirhe kompensoituu täsmälleen normaalikäytössä. Tallennettavien ja huomioonotettavien korjausarvojen lukumäärä tulee .. . tällöin käytännöllisesti katsoen kertaluokkaa pienemmäksi.

]**·' Kuviossa 2 esitetty RAM 17 sisältää toisaalta wattituntilas-kurin WHZ ja toisaalta rekisterit REHa ja RK± jokaista neljää aluetta varten. Apurekistereiden REHa tehtävänä on energian Ea akkumulointi yksittäisillä alueilla ja korjausrekisterit RKa sisältävät kalibrointiprosessissa määritetyt mittarin ominais-suureet KEa, jotka edustavat kulloistakin vakiovirhettä.

Kalibrointivaiheen alussa rekisterit ja wattituntilaskuri asetetaan nollaan ja kalibrointi aloitetaan erikseen jokaiselle vahvistimelle Vj.-V* (kuvio 1). Määrätyn aikajakson ajan 6 86224 mittariin kohdistetaan määrätty kalibrointijännite ja sille syötetään määrätty kalibrointivirta. Tämän avulla mittari määrittää kalibrointijakson aikana määrätyn energiamäärän.

Mittari ottaa kalibroinnin aikana näytteitä tulosignaaleista ja digitalisoi ne ja muodostaa sopivalla numeerisella käsittelyllä (kertolasku, akkumulointi) hetkellisen tehon ja kalibroinnin alkamisesta akkumuloituneen energian. Akkumulointiin käytetään vastaavaa apurekisteriä REHi.

Kalibrointijakson lopussa apurekisterin REHi sisältämä arvo vastaa siten määritelmän mukaan tarkasti energiamäärää. Apurekisterin REHi sisältämää arvoa käytetään tämän jälkeen ominaissuureena KEi, joka tallennetaan asianomaiseen korjaus-rekisteriin RKi. Kyseisen alueen kalibrointitoimitus päättyy rekisterin REHi sisällön siirtämiseen rekisteriin RKi.

Kalibrointitoimituksen aikana voidaan syöttää esimerkiksi seuraavat jännitteet ja virrat:

Alue Jännite Virta

1 Nimellisjännite 50 A

esim. 220 V

2 12,5 A

3 3,125 A

4 0,78 A

Taulukko 2

Kun taulukon 2 arvoja verrataan taulukon 1 arvoihin, havaitaan, että kalibrointivirrat ovat kunkin alueen keskellä. Tietyssä komponenttien virhekäyttäytymisessä, esim. tapaukses-sa, jossa virtamuuntimen ominaiskäyrän kulku on epälineaarinen alueen sisällä, on parasta, kun kalibrointivirta valitaan 7 86224 epäsymmetrisesti alueen rajoihin nähden. Tavoitteena on tällöin joka tapauksessa mittausvirheen maksimimäärän minimointi koko alueella.

Tarkoituksenmukaiset kalibrointiajät ovat alueella 20 - 100 s. Esimerkiksi seuraavat kalibrointiajät antavat taulukon 2 jännite- ja virta-arvoilla seuraavat ominaissuureet KE±:

Alue Kalibrointiaika Energiamäärä kalibrointivirralla 1 noin 52 s 10 Wh 2 noin 21 s 1 Wh 3 noin 84 s 1 Wh 4 noin 34 s 0,1 Wh k· —........ - * . I . y .1 —

Taulukko 3

Kuten laskemalla voidaan todeta, taulukossa 3 annetuilla arvoilla saadaan itse asiassa kulloinkin 16-kertainen energia-määrä, esimerkiksi alueella 1:220.50.52/3600 = 160 Wh. Mittari jakaa kuitenkin tämän arvon luvulla 16 ja tallentaa tuloksen alueesta riippuvana ominaissuureena KEX.

Kalibroinnissa käytetään vertailulaitteena kalibrointimittaria, joka kalibroinnin alussa antaa käynnistyssignaalin kalibroitavalle mittarille. Tämän jälkeen molemmat mittarit aloittavat rinnan käynnistyssignaalista alkaen tuloksena saatavan energian laskennan. Kun halutun energiamäärän 16-kertainen arvo saavutetaan, kalibrointimittari antaa kalibroitavalle mittarille pysäytyssignaalin. Tämä liipaisee akkumuloidun energia-arvon jakamisen luvulla 16 sekä tuloksena olevan arvon tallentamisen mittarin ominaissuureena KE* vastaavaan korjausrekisteriin RKi.

• · ψ » » β 86224

Mittarin käyttötilassa wattituntien lukumäärä tallennetaan tässä esitetyn mukaisesti asianomaisiin kymmenen potens-seihin jaettuna wattituntilaskurin WHZ yksityisiin kennoihin (kuvio 2). Kennon sisältö on siten välillä 0-9. Kennon koon ei tarvitse vastata wattituntilaskurissa WHZ eikä myöskään muissa RAM-muistin 17 rekistereissä välttämättä 8-bittistä tavua. Siten riittää esimerkiksi alueen 0-9 esittämiseen wattituntilaskurissa WHZ 4 bittiä, rekisterit REH± ja RK± käsittävät sitä vastoin enemmän kuin yhden tavun.

Esimerkiksi apurekisteriä REHi käytetään energian Ei akkumu-loimiseen, kun laskuri on valinnut virta-alueen 1. Kulloisenkin virta-alueen valinnan suorittaa keskussuoritinyksikkö 8, joka ohjaa senhetkisen vahvistimen Vi - V* lähtösignaalin perusteella toimintaan toisen vahvistimen, kun virta on suurentunut tai pienentynyt.

Korjausrekisteri RKi sisältää mittarin ominaissuureen KEi, jonka arvo on määrätty kalibrointiprosessissa. Taulukon 3 mukaan KEi:n arvo vastaa tarkasti arvoa 10 Wh.

Mittarin keskussuoritinyksikkö 8 vertaa mittaustoimituksen aikana, ts. aina virta- ja jännitearvojen näytteenoton ja tuloksena olevan tulon arvon Ei:n vanhaan arvoon lisäämisen jälkeen arvoa Ei ominaissuureeseen KEi. Heti kun Ei, eli apurekisterin REHi sisältö, ylittää korjausrekisteriin RKi ””· tallennetun mittarin ominaissuureen KEi, wattituntilaskurin WHZ "10Wh"-kennoon tallennettua lukua kasvatetaan ykkösellä ja mahdollisesti suoritetaan siirto wattituntilaskurin WHZ seuraa-vaksi korkeampaan rekisteriin 102Wh. Samanaikaisesti apurekis-.·. : terissä REHi arvosta Ei vähennetään vastaava mittarin ominais- suure KEi ja akkumuloimisprosessi jatkuu normaalisti edelleen. Tämä virta-alueelle 1 selitetty menetelmä pätee analogisesti muille alueille 2-4.

I; 9 86224

Kun alueenvaihto tulee mittaustoimituksen aikana tarpeelliseksi, tällöin aikaisemman alueen arvot E± säilytetään, kunnes mittari palaa jälleen tälle vanhalle aikaisemmalle alueelle.

Sekä wattituntilaskuri WHZ että apurekisterit REH± ja korjaus-rekisterit RKi ovat ns. non-volatile memories eli haihtumatto-mia muisteja.

Claims (10)

1. Staattinen sähkömittari, jossa on elektroninen mittaus-koneisto, jossa on analogia/digitaalimuunnin (7) eteenkytket-tyine vahvistimineen (Vi - V*) eri mittausalueita varten sekä ohjausosa, jossa on mikrotietokone (8), joka suorittaa mittaus-koneiston signaalien käsittelyn huomioonottaen kytkennän eri elementtien korjausarvot, tunnettu siitä, että korjaus-arvot edustavat kulloinkin kokonaisarvoa kyseiselle mittausalueelle ja sisältyvät mittariin tallennettuihin mittarin ominaissuureisiin (KEi), jotka kukin edustavat yhtä määrättyä energiamäärää vastaavaa lukuarvoa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sähkömittari, tunnettu siitä, että mittaustoimituksen aikana asianomaisen virta-alueen energia (Ei) akkumuloidaan apurekisteriin (REHi) ja akkumuloi-tunutta arvoa verrataan vastaavaan mittarin ominaissuureeseen (KEi) ja että akkumuloituneen energian ylittäessä mittarin omi-naissuureen mittarin ominaissuureeseen liittyvään wattitunti-laskurin (WHZ) kennoon syötetään mittarin ominaissuuretta vastaava energia-arvo.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen sähkömittari, tunnettu siitä, että syötettäessä mittarin ominaisarvoa (KEi) vastaava energia-arvo wattituntilaskurin (WHZ) vastaavaan kennoon apure- . kisteriin (REHi) akkumuloitunutta energiaa (Ei) pienennetään mittarin ominaissuureen verran.

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen sähkömittari, tunnettu siitä, että jokaista mittausaluetta varten on apu-rekisteri (REHi) senhetkisen energian (Ei) akkumuloimiseksi sekä korjausrekisteri (RKi), jossa on vastaava mittarin omi- * naissuure (KEi). li 11 86224

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen sähkömittari, tunnet-t u siitä, että apurekisterit (REHi.) ja korjausrekisterit (RK±) sisältyvät hajasaantisignaalimuistiin (17).

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen sähkömittari, tunnettu siitä, että wattituntilaskuri (WHZ) sisältyy signaalimuistiin (17).

7. Menetelmä patenttivaatimuksen 1 mukaisen sähkömittarin kalibroimiseksi, jossa on erilaisia mittausalueita ja joka on varustettu wattituntilaskurilla (WHZ) sekä rekisterillä (RKi, REHi.), tunnettu siitä, että kalibrointi suoritetaan erikseen jokaiselle mittausalueelle, jolloin aluksi nollataan wattituntilaskuri (WHZ) ja rekisteri ja tämän jälkeen määrätyn aikajakson ajan mittarille tuodaan määrätty kalibrointi-jännite ja sille syötetään määrätty kalibrointivirta, ja että kalibroitaessa akkumuloituneet energiamäärät (Ei.) tallennetaan mittarin asianomaisten alueiden ominaissuureiksi (KEi).

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että energiamäärä (E±) akkumuloidaan apurekisteriin (RHEi) ja mittarin ominaissuure (KEi.) tallennetaan korjaus-rekisteriin (RKi).

9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen menetelmä, t u n - n e t t u siitä, että kalibrointivirta valitaan siten, että mittausvirheen maksimisuuruus asianomaisen mittausalueen sisällä minimoidaan.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu . siitä, että kalibrointivirta valitaan siten, että se vastaa kyseisen mittausalueen keskiarvoa. i2 86224