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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erkennung einer Lastunsymmetrie in einem Drehstromnetz.
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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 gegebenenfalls 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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Aus der Druckschrift
DE 1 588 324 A ist eine Schaltungsanordnung zur Erkennung von Spannungsausfällen an dreiphasigen Transformatoren bekannt. Die Schaltungsanordnung ist nicht zur Erkennung einer Lastunsymmetrie, also einer Erfassung von Lastströmen vorgesehen, sondern zur Erkennung einer Änderung einer konstant zu haltenden Versorgungsspannung, insbesondere einer Gleichspannung. Wenn auch ein Phasenausfall im Drehstromnetz sowohl eine Änderung einer Versorgungsspannung, als auch eine Lastunsymmetrie verursachen kann, so ist die Schaltungsanordnung nicht generell zur Erfassung unterschiedlicher Ströme in einer Drehstromleitung geeignet. Bei der bekannten Schaltungsanordnung wird die gleichgerichtete Ausgangsspannung eines Transformators einerseits direkt oder über einen Spannungsteiler, andererseits über einen Spitzengleichrichter einer Vergleicherschaltung zugeführt. Durch diese Maßnahme wird ein Vergleich zwischen dem Mittelwert einer Spannung, die der von der Gleichrichterschaltung abgegebenen Gleichspannung proportional ist, und dem Spitzenwert der dieser Gleichspannung überlagerten Wechselspannung durchgeführt.
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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. Demgemäß kennzeichnet sich die Vorrichtung zur Erkennung einer Lastunsymmetrie in einem Drehstromnetz der eingangs genannten Art dadurch, dass von drei den Phasenströmen entsprechenden Messstrominformationen die jeweils betragsmäßig höchste als eine Eingangsspannungsinformation bereitgestellt ist, 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. Dies 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. 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 Maximalwertbetrachtung 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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Bezugszeichenliste
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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
