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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erkennung einer Lastunsymmetrie
in einem Drehstromnetz, wobei der gleichgerichtete zeitliche Verlauf
eines dreiphasigen elektrischen Stromes durch eine dreiphasige Drehstromleitung
als eine dazu proportionale Eingangsspannungsinformation bereitgestellt ist.
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Es
ist allgemein bekannt, dass Drehstromnetze im Energieversorgungsbereich
drei verschiedene Versorgungsleitungen aufweisen, an denen sogenannte
dreiphasige Lasten angeschlossen werden. Im Idealfall ist die Belastung
eines Energieversorgungsnetzes symmetrisch, das heißt, die
Wechselströme
durch die einzelnen Versorgungsleitungen haben dieselbe Frequenz,
sind betragsmäßig gleich und
zwischen den einzelnen Versorgungsleitungen jeweils um 120° gegeneinander
verschoben. In analoger Weise ist die Spannung in einem symmetrischen
Energieversorgungsnetz charakterisiert, nämlich dass die Spannungen der
drei Versorgungsleitungen an einem Messpunkt gegenüber einem
Bezugspunkt dieselbe Frequenz, dieselbe Amplitude jedoch eine Phasenverschiebung
von jeweils 120° zueinander
aufweisen. In diesem symmetrischen Fall addieren sich die Ströme der drei
Versorgungsleitungen durch einen gemeinsamen Rückleiter zu Null.
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Der
unsymmetrische Zustand eines Energieversorgungsnetzes wird zumeist
durch eine Lastunsymmetrie hervorgerufen, das heißt, die
drei einzelnen Versorgungsleitungen werden von betragsmäßig verschiedenen
Strömen
durchflossen, was gege benenfalls zu unerwünschten Ausgleichseffekten
führt. Die
Ströme
durch die drei Versorgungsleitungen addieren sich in ihrem gemeinsamen
Rückleiter
nicht mehr zu null. Ein solcher unsymmetrischer Zustand ist in einem
reinen Energieversorgungsnetz in jedem Fall unerwünscht, aber
bis zu einem gewissen Maß tolerierbar,
beispielsweise, wenn sich die Ströme durch die verschiedenen
Zuleitungen betragsmäßig nicht
um mehr als 20% voneinander unterscheiden.
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Ein
Asynchronmotor ist eine dreiphasige elektrische Last, die aufgrund
des symmetrischen mechanische Konstruktionsaufbaus der Wicklungen als
ideal symmetrisch anzusehen ist. Eine Lastunsymmetrie bei einem
Asynchronmotor ist deshalb ein Kriterium für das Vorhandensein eines Fehlers. Üblicherweise
werden Asynchronmotoren über
auf sie angepasste dreiphasige Wechselrichter gespeist, welche drei
um jeweils 120° gegeneinander
versetzte sinusförmige
Spannungen erzeugen, welche in ihrer Frequenz und ihrer Amplitude
je nach zu erzielendem Betriebszustand des Asynchronmotors veränderbar sind.
Asynchronmotoren können
Anschlusswerte von wenigen kW bis hin zu mehreren MW aufweisen.
Die Nenndrehzahlen, an denen sich indirekt auch die maximale Frequenz
der zu erzeugenden Versorgungsspannung orientiert, liegen in einem
Drehzahlbereich von bis zu 10000 min–1.
Asynchronmotoren können aber
auch ohne Verwendung eines Wechselrichters an das elektrische Versorgungsnetz
mit beispielsweise einer Frequenz von 50 Hz oder 60 Hz angeschlossen
werden, wobei die Regelungsmöglichkeiten dann
sehr eingeschränkt
sind.
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Zur
Fehlererkennung bei Asynchronmotoren sind entsprechend dem Stand
der Technik verschiedene Schutzvorrichtungen üblich, insbesondere thermische Überlastrelais.
Diese beruhen zumeist auf der phasenweisen Messung des Stromes durch
die Drehstromversorgungsleitungen eines Asynchronmotors, wobei das
Fehlererkennungskriterium darin besteht, dass der Effektivwert des
Stromes über
einen bestimmten Zeitraum einen zuvor festgelegten Grenzwert übersteigt.
Dies ist beispielsweise mittels der Erwärmung eines Bimetallstreifens
realisierbar, in dem durch einen Stromfluss ein thermischer Eintrag
erfolgt.
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Nachteilig
an dieser Vorgehensweise ist insbesondere, dass lediglich das Überschreiten
eines Grenzstromes erkannt wird, so dass eventuelle Fehler mit einem
Fehlerstrom unterhalb des Grenzstromes, welche beispielsweise bei
einem wenig belasteten Asynchronmotor auftreten können, nicht
erkannt werden. Insbesondere die Fehlererkennung gemäß dem Stand
der Technik bei einem ungeregelten Asynchronmotor erweist sich als
schwierig, da dieser beim Hochlauf einen erhöhten Anfahrstrom benötigt, der
dessen Nennstrom deutlich übersteigen
kann. Um eine mögliche
Fehlauslösung
der Fehlererkennung zu vermeiden, werden üblicherweise ein erhöhter Grenzwert
des Stromes und/oder eine verlängerte Zeitkonstante
gewählt,
so dass die Empfindlichkeit des Schutzes dadurch nachteilig reduziert
wird.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine
Vorrichtung zur Erkennung einer Lastunsymmetrie, insbesondere bei einem
Asynchronmotor, in einem Drehstromnetz anzugeben, welche die genannten
Nachteile vermeidet und eine eventuelle Lastunsymmetrie möglichst schnell
erkennt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Vorrichtung zur Erkennung einer Lastunsymmetrie in einem Drehstromnetz
mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
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Demgemäß kennzeichnet
sich die Vorrichtung zur Erkennung einer Lastunsymmetrie in einem Drehstromnetz
der eingangs genannten Art dadurch, dass die Eingangsspannungsinformation
einem Maximalwertmodul zugeführt
ist, dass durch das Maximalwertmodul eine erste Hilfsspannungsinformation bereitgestellt
ist, welche einem näherungsweise
konstant gehaltenen Spitzenwert der Eingangsspannungsinformation
in einem vorgebbaren Zeitraum entspricht, dass die erste Hilfsspannungsinformation einem
Proportionalmodul zugeführt
ist, dass durch das Proportionalmodul eine zu der ersten Hilfsspannungsinformation
proportionale zweite Hilfsspannungsinformation ausgegeben/bereitgestellt
ist, dass die Eingangsspannungsinformation und die zweite Hilfsspannungsinformation
jeweils einem Vergleichsmodul zugeführt sind, durch welches eine
Angabe über
die Lastunsymmetrie enthaltene Ausgangsspannungsinformation bereitgestellt
ist.
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Die
Eingangsspannungsinformation weist einen näherungsweise stückweise
sinusförmigen
Verlauf auf und setzt sich im symmetrischen Lastfall über eine
Periode, welche sich aus dem Kehrwert der Signalfrequenz ergibt,
bei 50 Hz beispielsweise 20 ms, aus der Aneinanderreihung von 6
Kuppen einer Sinusfunktion zusammen. Die Anzahl 6 ergibt sich aus der
Phasenverschiebung von 120° der
einzelnen Ströme
und dem Gleichrichten der jeweils negativen Halbwelle der Sinusfunktion,
so dass die 6 Kuppen jeweils einen Abstand von 60° zueinander
aufweisen.
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Ein
Unterschreiten der Eingangsspannungsinformation unter den Wert von
85% des jeweiligen Maximalwertes kann als Kriterium für eine mögliche Schieflast
gewertet werden, wie später
in einem Beispiel erläutert
ist.
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Der
Maximalwert der ersten Spannungsinformation findet seine Entsprechung
in der ersten Hilfsspannungsinformation, welche durch das Maximalwertmodul
gebildet wird.
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Um
ein eventuelles Unterschreiten eines Wertes der Eingangsspannungsinformation
unterhalb eines festzulegenden Prozentsatzes ihres Maximalwertes,
höchstens
aber 85%, zu ermitteln, ist dem Maximalwertmodul ein Proportionalmodul
nachgeschaltet, mit dessen Hilfe eine der ersten Hilfsspannungsinformation
proportionale zweite Hilfsspannungsinformation zur Verfügung steht,
beispielsweise 50% der zweiten Hilfsspannungsinformation.
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Aus
einem Vergleich der Eingangsspannungsinformation mit der zweiten
Hilfsspannungsinformation durch das Vergleichsmodul erhält man einen
ersten Spannungsinformationswert, wenn die Eingangsspannungsinformation
die zweite Hilfsspannungsinformation unterschreitet, wobei dies
ein Kriterium für
das Vorhandensein einer Schieflast ist. Sofern keine Unterschreitung
vorliegt, wird vom Vergleichsmodul ein zweiter Spannungsinformationswert
zur Verfügung
gestellt.
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Somit
ist es möglich,
eine eventuelle Schieflast, insbesondere bei einem Asynchronmotor,
auch unterhalb seines Nennstromwertes vergleichsweise schnell zu
erkennen.
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In
vorteilhafter Weise sind die drei Phasenströme durch eine Drehstromleitung
mittels eines Messmoduls phasenweise messtechnisch erfassbar und
in jeweils eine erste, zweite und dritte proportionale Messstrominformation
umwandelbar. Ein nachgeschaltetes Gleichrichtmodul wandelt diese
Messstrominformationen in eine vierte Messstrominformation um. Bei
dieser Umwandlung werden die betragsmäßig jeweils größten Messstrominformationswerte der
ersten, zweiten beziehungsweise dritten Messstrominformation als
vierte Messstrominformation bereitgestellt. Diese ist mittels eines
wiederum nachgeordneten Konvertermoduls in eine dazu proportionale
Spannungsinformation umwandelbar und steht dem eingangs genannten
Maximalwertmodul beziehungsweise dem Vergleichsmodul als Eingangsgröße zur Verfügung.
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In
vorteilhafter Weise können
als Spannungsinformationen reale Spannungen verwendet werden und
als Strominformationen reale Ströme.
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Auf
diese Weise ist es möglich,
die genannten Module mittels elektronischer Standardkomponenten
zu realisieren und es ist beispielsweise ein besonders mechanisch
robuster Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht.
Zudem ermöglicht
dies eine besonders einfache Herstellung der Module.
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Es
ist jedoch auch innerhalb des Erfindungsgedankens, wenn die Messstrom-
und Spannungsinformationen als Datenwerte zwischen den Modulen ausgetauscht
werden. Die s ist insbesondere dann von Vorteil, wenn programmierbare
elektrische Schaltkreise oder Datenverarbeitungsanlagen verfügbar sind,
auf denen die Module zumindest teilweise in Form von Programmmodulen
realisierbar sind. Dies ermöglicht
zudem die einfache Integration weiterer Funktionalitäten, wie
zum Beispiel die modellbasierte Ermittelung der Erwärmung eines
Asynchronmotors anhand gemessener Ströme.
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Als
vorteilhaft erweist es sich, wenn ein Proportionalitätsfaktor
des Proportionalitätsmoduls
einstellbar ist, welcher durch das Verhältnis von dessen Ausgangsspannungsinformationswerten
zu dessen Eingangsspannungsinformationswerten gebildet ist.
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Somit
ist es nämlich
möglich,
die Empfindlichkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bezüglich der
Erkennung einer möglichen
Schieflast zu verändern.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist dem einen Eingang des Vergleichsmoduls, welchem ursprünglich die
Eingangsspannungsinformation zugeführt ist, ein zweites Proportionalmodul
vorgeschaltet, welches einen einstellbaren Proportionalitätsfaktor
aufweist.
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Auf
diese Weise ist eine weitere Möglichkeit realisiert,
die Empfindlichkeit der Vorrichtung zu variieren.
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In
einer besonders günstigen
Ausführungsform
ist dem Vergleichsmodul noch ein Auswertemodul nachgeschaltet, welches
den zeitlichen Verlauf der Ausgangsspannungsinformation über einen
bestimmten Zeitraum analysiert und bei Erkennung einer Schieflast
einen Abschaltvorgang wenigstens einer durch die Versorgungsleitung
versorgten Last initiiert.
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Dadurch
wird eine durch die erfindungsgemäße Vorrichtung überwachte
Last vor einer möglichen Überlast
geschützt
und die Stabilität
des gesamten Versorgungsnetzes wird in positiver Weise beeinflusst.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
werden ein und/oder mehrere Module zusammen mit weiterhin für den Einsatz
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sinnvollen Komponenten, beispielsweise einer oder mehrerer Sicherungen,
Schaltvorrichtungen und/oder Anzeigevorrichtungen, in einem gemeinsamen
Gehäuse
angeordnet.
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Auf
diese Weise ist die Anzahl der zum Schutz und/oder Überwachen
einer oder mehrerer elektrischer Lasten notwendigen Gesamtkomponenten
reduziert und die Montage beziehungsweise die Wartung der Vorrichtung
wird vereinfacht.
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Besonders
günstig
ist der modulare Aufbau der Vorrichtung in mehreren Gehäusen, wenn
zum weiteren Schutz und/oder Überwachen
einer oder mehrerer elektrischer Lasten weitere Funktionalitäten zu realisieren
sind. Diese Funktionalitäten
greifen auf einen Teil der in der Vorrichtung vorhandenen Messstrom-
und/oder Spannungsinformationen zurück, beispielsweise auf den
Ausgang des Maximalwertmoduls. Es ist auch eine Vorrichtung denkbar, bei
der das Modul zur Stromerfassung in einem separaten Gehäuse angeordnet
ist und dessen Messstrominformationen über eine steckbare Verbindung
an weitere Module übertragbar
sind, beispielsweise einerseits einer erfindungsgemäß aus den
beschriebenen Modulen bestehenden Vorrichtung und zudem einer in
einem separaten Gehäuse
angeordneten und nicht im Detail beschriebenen Vorrichtung zur Ermittlung
der thermischen Erwärmung
einer Last, beispielsweise eines Asynchronmotors, wobei solche Vorrichtungen
dem Fachmann jedoch bekannt sind.
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Ein
derartiger Aufbau reduziert die Anzahl der benötigten Einzelmodule und/oder
Komponenten im Gesamtsystem.
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In
einer weiteren Ausführungsform
sind zusätzliche
Funktionalitäten
in dasselbe Gehäuse
integriert, wie die erfindungsgemäße Vorrichtung. Dies ist insbesondere
günstig,
wenn mehrere Funktionalitäten
gemeinsam gewünscht
sind, beispielsweise ein Schieflastschutz und ein Schutz vor thermischer
Erwärmung
bei einem Asynchronmotor.
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So
ist in günstiger
Weise die Anzahl der verwendeten Gehäuse weiter reduziert.
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In
einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes weisen die
Gehäuse,
in denen einzelne und/oder mehrere Module und/oder Komponenten angeordnet
sind, möglichst
flexible Anschlussmöglichkeiten
auf, beispielsweise wenigstens eine schraubbare und/oder klemmbare
Verbindungsmöglichkeit.
Auch ein gemeinsames, steckbares Verbindungsbussystem zur Informations-,
Strom- und/oder Spannungsübertragung
ist denkbar.
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So
lässt sich
durch den modularen Aufbau die Handhabung eines oder mehrerer Gehäuse weiter
reduzieren.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten
sind den weiteren abhängigen
Ansprüchen
zu entnehmen.
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Anhand
der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele sollen die
Erfindung, weitere Ausführungsformen
und weitere Vorteile näher
beschrieben werden.
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Es
zeigen:
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1 eine
erste Prinzipschaltung zur Erkennung einer Lastunsymmetrie,
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2 eine
weitere Detailschaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erkennung
einer Lastunsymmetrie basierend auf Standardkomponenten,
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3 ein
Beispiel für
den Verlauf einer Eingangsspannungsinformation über der Zeit bei einer symmetrischen
Last und einer Frequenz von 50 Hz und
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4 ein
Beispiel für
einen zeitlichen Verlauf der Eingangsspannungsinformation, der Ausgangsspannungsinformation
und der zweiten Hilfsspannungsinformation bei Ausfall einer Phase
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1 zeigt
ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10,
welches die signaltechnische Verbindung zwischen den einzelnen, auch
angrenzenden, Modulen darstellt. Eine dreiphasige Versorgungsleitung 99 verbindet
eine nicht dargestellte elektrische Last mit einer nicht gezeigten elektrischen
Energiequelle. Ein Modul zur Stromerfassung 11, beispielsweise
ein Stromwandler, erzeugt entsprechend den durch die drei Phasen
der Versorgungsleitung 99 fließenden Ströme eine erste 31,
eine zweite 32 und eine dritte 33 Messstrominformation.
Im symmetrischen Lastfall weisen diese drei Messstrominformationen
einen über
die Zeit sinusförmigen
Verlauf auf, sind betragsmäßig gleich
und bezüglich
ihres Phasenwinkels um jeweils 120° gegeneinander verschoben. Bei
einem geregelten Asynchronmotor kann die Frequenz der durch die Messstrominformation
dargestellten Messströme zwischen
weniger als 10 Hz bis über
10 kHz betragen.
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Bei
einem Phasenausfall, beispielsweise aufgrund einer defekten Versorgungsleitung 99,
fließt durch
die betroffene Phase der Versorgungsleitung demzufolge kein Strom
und durch die verbleibenden anderen Phasen jeweils ein Strom, dessen
Größe von dem
speisenden Netz beziehungsweise einem speisenden Wechselrichter
abhängt.
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Im
Falle eines einpoligen Kurzschlusses fließt durch die betroffene Phase
der dreiphasigen Versorgungsleitung 99 ein erhöhter Strom.
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Diese
drei Messstrominformationen 31, 32, 33 werden
einem Gleichrichtmodul 12 zugeführt, welches an seinem Ausgang
in Form einer vierten Messstrominformation 34 den jeweils
betragsmäßig höchsten Messstrominformationswert
zur Verfügung stellt.
Im Falle realer elektrischer Messströme erfolgt dies beispielsweise über einen
B6 Gleichrichter.
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Die
vierte Messstrominformation 34 wird in einem Konvertermodul 13 in
eine proportionale Spannungsinformation 35 umgewandelt.
Im Falle eines realen elektrischen Stromes kann dies beispielsweise über einen
Messwiderstand erfolgen, durch den ein realer Messstrom 34 fließt und an
dem Messwiderstand einen proportionalen Spannungsabfall erzeugt.
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Alternativ
ist beispielsweise für
den Fall, dass die Spannungsinformation 35 digitalisierte
Werte, also reine Datenwerte, sind, eine rein mathematische Multiplikation
mittels einer programmierbaren integrierten Schaltung möglich, wie
nachfolgend beschrieben. Dann werden diese Datenwerte beispielsweise
in Form von integrierten, programmierbaren Schaltkreisen, sogenannten
ASICS, verarbeitet, wobei dabei die beschriebenen Funktionalitäten mehrerer
Einzelmodule vorteilhaft zusammenfassbar sind.
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Die
Spannungsinformation 35 wird einem Maximalwertmodul 14 zugeführt, welches
als Ausgangsgröße in Form
einer ersten Hilfsspannungsinformation 36 einen Maximalwert
der Eingangsspannungsinformation 35 über einen unmittelbar zuvor
liegenden Zeitraum von beispielsweise einigen Sekunden zur Verfügung stellt.
Dieser Spannungsinformationswert ist ein Maß dafür, wie hoch der Maximalwert einer
der drei Messstrominformationen 31, 32, 33 über einen
zuvor betrachteten Zeitraum ist und dient im weiteren als Referenzwert,
um eventuelle betragsmäßige Abweichungen
der einzelnen Messstrominformationen untereinander erkennbar zu
machen. Bei realen Spannungswerten kann dies beispielsweise durch
einen Kondensator, einen Entladewiderstand und eine Diode realisiert
werden. Der Entladewiderstand dient hierbei zur Realisierung des
Zeitfensters, innerhalb dessen die Maximalwertbetrach tung erfolgen
soll, beispielsweise einige Sekunden. Eine weitere Ausführungsform
eines weiteren Maximalwertmoduls ist nachfolgend anhand eines Beispiels
erläutert.
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Die
erste Hilfsspannungsinformation 36 wird in einem Proportionalmodul 15 in
eine proportionale zweite Hilfsspannungsinformation 37 umgewandelt und
zusammen mit der Eingangsspannungsinformation 35 einem
Vergleichsmodul 16 zugeführt. Das Verhältnis der
zweiten Hilfsspannungsinformation 37 zur ersten Hilfsspannungsinformation 36 ist
durch das Proportionalmodul 15 vorgegeben, liegt beispielsweise
zwischen den Werten 50% und 85% und beeinflusst die Fehlerempfindlichkeit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10.
Je geringer dieses Verhältnis
ist, desto unempfindlicher ist die Fehlerempfindlichkeit gegenüber einer
möglichen
Schieflast.
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Das
Vergleichsmodul 16 gibt als Ausgangsgröße eine Ausgangsspannungsinformation 38 aus, aus
welcher dann eine mögliche
Unsymmetrie der Last oder eine Schieflast ableitbar ist, wie später anhand
eines Beispiels gezeigt ist.
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2 zeigt
eine Ausführungsform 20 der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Erkennung einer Verbraucherunsymmetrie mit einem weiteren Maximalwertmodul 24,
einem weiteren Proportionalmodul 25 und einem weiteren
Vergleichsmodul 26. Es besteht eine funktionelle Analogie
zu den Modulen 14, 15 und 16, welche
in 1 dargestellt sind. In vorteilhafter Weise weisen
die einzelnen Module in diesem Beispiel elektronische Standardkomponente
auf, beispielsweise einen Widerstand, einen Kondensator, eine Diode
beziehungsweise einen Differenzverstärker. Durch Verwendung solcher
Standardkomponenten ist ein gegenüber Umgebungseinflüssen, wie
beispielsweise mechanischen Schwingungen oder Temperaturschwankungen,
besonders robuster Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung gewährleistet. Die
Fertigung derartiger Vorrichtungen ist darüber hinaus sehr einfach durchzuführen.
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Im
gewählten
Beispiel ist die Eingangsgröße eine
reale Eingangsspannung 45, welche dem weiteren Maximalwertmodul 24 zugeführt wird.
Dieses besteht aus drei Widerständen
R1, R2 und R3, einer Diode D1, einem Kondensator C1 und einem ersten Differenzverstärker N1,
wobei die Maximalwertbestimmung über
den Kondensator C1 und die Diode D1 realisiert ist. Die Ausgangsgröße des weiteren Maximalwertmoduls 24 ist
eine reale erste Hilfsspannung 46. Die realen Spannungen,
welche in diesem Beispiel verwendet werden, liegen beispielsweise
in dem für
solche Schaltungen üblichen
Bereich von 0 V bis 10 V.
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Das
weitere Proportionalmodul 25 ist gemäß 2 als Spannungsteiler
realisiert, welcher aus den beiden Widerständen R4 und R5 besteht und
dessen Ausgangsgröße eine
reale zweite Hilfsspannung 47 ist. Das Verhältnis des
Widerstandes R5 zu dem Summenwert aus R4 und R5 beschreibt das Verhältnis zwischen
der zweiten Hilfsspannung 47 und der ersten Hilfsspannung 46.
Zur Realisation eines Verhältnisses
von 50% sind die Widerstände
R4 und R5 identisch zu wählen,
beispielsweise jeweils 100 kΩ.
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Das
weitere Vergleichsmodul 26 besteht in diesem Beispiel aus
zwei Widerständen
R6 und R7 sowie einem zweiten Differenzverstärker N2 in einer Standardverschaltung.
Die Ausgangsgröße der hier dargestellten
Vorrichtung ist eine reale Spannung 48, welche einen jeweils
ersten Spannungswert oder einen zweiten Spannungswert annehmen kann
und aus welcher das Vorhandensein einer Lastunsymmetrie ableitbar
ist.
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3 zeigt
den zeitlichen Verlauf der gleichgerichteten Eingangsspannungsinformation 35 für den Fall
einer symmetrischen Last bei einer Frequenz von 50 Hz gemäß dem Beispiel
aus 1. Hieraus ergibt sich für dieses Beispiel eine Periodenlänge von
20 ms, welche einem Phasenwinkel von 360° entspricht. Der minimale Spannungsinformationswert über den
dargestellten Zeitraum beträgt etwa
85% des Maximalwertes über
den dargestellten Zeitraum. Dies entspricht der Kosinusfunktion
des Winkels von 30°,
da die Eingangsspannungsinformation 35 über eine Periodenlänge aus
6 Kuppen einer Sinusfunktion zusammengesetzt ist, wobei jede Kuppe
einen Bereich von 60° abdeckt.
Der Winkelabstand eines Kuppenmaximums zum benachbarten Minimalwert
ergibt sich damit zu 30°.
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Ein
Unterschreiten des Grenzwertes von 85% des Maximalwertes ist prinzipiell
als Kriterium für
das Vorhandensein einer Lastunsymmetrie anzusehen. Um durch Messfehler
oder stochastische Schwankungen bedingte mögliche Fehlauslösungen zu
vermeiden, sollte jedoch ein Wert kleiner als 85% gewählt werden,
beispielsweise 75%.
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4 zeigt
schematisch den zeitlichen Verlauf der Eingangsspannungsinformation 35,
der zweiten Hilfsspannungsinformation 37 und der Ausgangsspannungsinformation 38 bei
einem Ausfall einer Phase gemäß dem Beispiel
aus 1. Eine minimale Spannungsinformation beträgt in diesem
Beispiel in etwa 50% des Maximalwertes, was dem Wert der Kosinusfunktion
von 60° entspricht,
wobei 60° der
Winkelabstand von dem Mittelpunkt einer Sinuskuppe zum benachbarten
Minimalwert ist. Die zweite Hilfsspannungsinformation ist mittels
des Proportionalmoduls auf ebenfalls ca. 50% des Maximalwertes der
Eingangsspannungsinformation 35 eingestellt. In diesem
Fall wird eine Lastunsymmetrie erkannt, weil die Eingangsspannungsinformation 35 teilweise
kleinere Werte annimmt, als die annährend konstante zweite Hilfsspannungsinformation 37.
Demgemäß nimmt
die Ausgangsspannungsinformation 38 in diesem Fall einen
minimalen ersten Wert an, oder im anderen möglichen Fall, wenn keine Unterschreitung gegeben
ist, einen maximalen Wert. Ein nachgeordnetes und nicht gezeigtes
Auswertemodul wertet darüber
hinaus die ausgegebenen Spannungsinformationen aus.
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Durch
Messfehler oder stochastische Schwankungen ist es möglich, dass
eine einmalige, geringfügige
Unterschreitung der Eingangsspannungsinformation unter die zweite
Hilfsspannungsinformation innerhalb eines Zeitraumes von mehreren Sekunden
nicht auf einer realen Schieflast basiert. Dies kann beispielsweise
durch stochastische Schwankungen oder Messfehler bedingt sein. Demgemäß ist es
zur Vermeidung möglicher
Fehlauslösungen
durch das eventuell nachgeordnete Auswertemodul zweckmäßig, eine
Lastunsymmetrie erst in dem Fall als detektiert anzusehen, wenn
zumindest eine wiederholte Unterschreitung vorliegt, beispielsweise
mindestens zehn Unterschreitungen innerhalb maximal einer Sekunde.
Alternativ lässt
sich eine solche mögliche
Fehlauslösung
auch durch eine Reduktion der Empfindlichkeit der Vorrichtung mittels
einer geeigneten Wahl des Proportionalitätsfaktors des Proportionalmoduls
(15, 25) vermeiden, beispielsweise 75% oder geringer.
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Für den Fall,
dass die Spannungsinformationswerte reale Spannungen sind, bewegen
diese sich vorzugsweise innerhalb des für vergleichbare Schaltungen üblichen
Spannungsbandes, beispielsweise zwischen 0 V und 10 V.
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- 10
- Vorrichtung
zur Erkennung einer Lastunsymmetrie
- 11
- Messmodul
- 12
- Gleichrichtmodul
- 13
- Konvertermodul
- 14
- Maximalwertmodul
- 15
- Proportionalmodul
- 16
- Vergleichsmodul
- 20
- Ausführungsform
einer Vorrichtung zur Erkennung einer Verbraucherunsymmetrie
- 24
- weiteres
Maximalwertmodul
- 25
- weiteres
Proportionalmodul
- 26
- weiteres
Vergleichsmodul
- 31
- erste
Messstrominformation
- 32
- zweite
Messstrominformation
- 33
- dritte
Messstrominformation
- 34
- vierte
Messstrominformation
- 35
- Eingangsspannungsinformation
- 36
- erste
Hilfsspannungsinformation
- 37
- zweite
Hilfsspannungsinformation
- 38
- Ausgangsspannungsinformation
- 45
- Eingangsspannung
- 46
- erste
Hilfsspannung
- 47
- zweite
Hilfsspannung
- 48
- Ausgangsspannung
- 60
- Wert
der Spannungsinformation
- 99
- dreiphasige
Versorgungsleitung