DE102015014820A1

DE102015014820A1 - Gerätesystem zur Regelung und/oder Überwachung eines Stromversorgungsnetzes

Info

Publication number: DE102015014820A1
Application number: DE102015014820.6A
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Haag; Josef Gödde
Original assignee: Haag - Elektronische Messgerate GmbH
Current assignee: Haag - Elektronische Messgerate GmbH
Priority date: 2014-11-19
Filing date: 2015-11-18
Publication date: 2016-05-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gerätesystem zur Regelung und/oder Überwachung eines Stromversorgungsnetzes, basierend auf einer Gerätetypenkombination mehrerer Gerätetypen, insbesondere Netzqualitäts-Messgerät, Synchrophasor-Messgerät, Leistungs-Messgerät, Energie-Messgerät, Fehlerstrom-Mess- und -Schutzgerät, Isolations-Messgerät für ungeerdete IT-Stromversorgungsnetze, spektral auflösendes Impedanz-Messgerät für die Netzimpedanzen zwischen Neutralleiter N und Phasen-Außenleitern L1, L2, L3, spektral auflösendes Impedanz-Messgerät für die Netzimpedanz zwischen Schutzleiter PE und Neutralleiter N für IT-Stromversorgungsnetze, Aktives Netzfilter und/oder Unterbrechungsfreie Stromversorgung mit sinusförmiger Ausgangsspannung. Erfindungsgemäß sind alle aus den genannten Gerätetypen zusammengestellten Gerätetypenkombinationen als ein modularisiertes Baukastensystem (1) ausgeführt, welches für alle Gerätetypen dasselbe Grundmodul zur Messdatenerfassung (2) aufweist, wobei das Grundmodul zur Messdatenerfassung (2) einen Datenstrom aus digitalisierten Messwerten von Strömen und Spannungen erzeugt und diesen Datenstrom allen gerätetypspezifischen Hardware- und/oder Softwaremodulen zur Verfügung stellt. Das Grundmodul zur Messdatenerfassung (2) weist für Messungen an 3-phasigen Netzen auf: Ein Basis-Messmodul (6) mit Controller (9) sowie an das Basis-Messmodul (6) angeschlossene Strommesseingänge (14, 15, 16, 17, 18, 19), Stromwandler (33, 34, 35, 36, 37, 38), Spannungsmesseingänge (20, 21, 22, 23) und optional Isolationsverstärker/Messwandler (29, 30, 31, 32).

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerätesystem zur Regelung und/oder Überwachung eines Stromversorgungsnetzes, basierend auf einer Gerätetypenkombination mehrerer Gerätetypen, insbesondere

– Netzqualitäts-Messgerät,
– Synchrophasor-Messgerät,
– Leistungs-Messgerät,
– Energie-Messgerät,
– Fehlerstrom-Mess- und -Schutzgerät,
– Isolations-Messgerät für ungeerdete IT-Stromversorgungsnetze,
– spektral auflösendes Impedanz-Messgerät für die Netzimpedanzen zwischen Neutralleiter N und Phasen-Außenleitern L1, L2, L3,
– spektral auflösendes Impedanz-Messgerät für die Netzimpedanz zwischen Schutzleiter PE und Neutralleiter N für IT-Stromversorgungsnetze,
– Aktives Netzfilter und/oder
– Unterbrechungsfreie Stromversorgung mit sinusförmiger Ausgangsspannung.

Alle genannten Gerätetypen sind dem Fachmann wohlbekannt: Zum Beispiel Netzqualitäts-Messgeräte, wie sie die Anmelderin selbst herstellt und vertreibt oder Synchrophasor-Messgeräte aus der US 2014/0032143 A1 oder Fehlerstrom-Mess- und Schutzgeräte aus der DE 10 2011 011 983 A1 . Bekannt ist auch die messtechnische Bestimmung schutztechnischer Kenngrößen zur ständigen Isolationsüberwachung des IT-Stromversorgungssystems und zur normgemäßen Ausführung messtechnischer Prüfungen für eine Erstprüfung und für wiederkehrende Prüfungen des IT-Stromversorgungssystems mit derselben integrierten baulichen Einheit, beispielsweise aus der DE 10 2011 084 361 A1 . Bekannt ist auch die Nutzung der Kompensationsströme Aktiver Netzfilter zur spektral auflösenden Messung der Netzimpedanz zwischen einem Neutralleiter und den Außenleiter-Phasen L1, L2, L3, beispielsweise aus der JP H10111329 .
Netzqualitäts-Messgeräte, Synchrophasor-Messgeräte, Leistungs-Messgeräte, Energie-Messgeräte, Fehlerstrom-Mess- und -Schutzgeräte, Isolations-Messgeräte für ungeerdete IT-Stromversorgungsnetze, spektral auflösende Impedanz-Messgeräte, Aktive Netzfilter und Unterbrechungsfreie Stromversorgungen mit sinusförmiger Ausgangsspannung können ihre Funktionen nur mittels Messung des Stroms und/oder der Spannung der Außenleiter-Phasen L1, L2 und L3, des Neutralleiters N und des Schutzleiters PE erfüllen. Das bedeutet, dass jedes einzelne Gerät, bevor es aktiv werden kann, Spannung und/oder Strom analysieren muss. Obwohl alle genannten Gerätetypen gewöhnlich an identischen Anschlusspunkten des Netzes – oft einem Verteiler- oder Schaltschrank – betrieben werden, erfordert typischerweise jedes Gerät eigene Wandler-, Isolations- und Messschaltungen für Spannung und Strom. Diese Redundanz treibt die Kosten für Anschaffung, Dokumentation und Betrieb, den Verdrahtungsaufwand und den Platzbedarf im Schaltschrank in die Höhe. Ferner erfordert jedes Hinzufügen bzw. Entfernen eines Gerätes das Hantieren an spannungführenden Leitungen oder Abschalten von Stromkreisen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem solchen Gerätesystem die Software- und Hardware-Redundanz in den Wandler-, Isolations- und Messschaltungen für Spannung und Strom im Falle des Betriebs von oben aufgeführten Gerätetypenkombinationen zu vermindern und somit die Kosten erheblich zu senken. Gleichzeitig soll der erforderliche Platzbedarf für das erfindungsgemäße Gerätesystem gegenüber herkömmlichen Gerätetypenkombinationen, z. B. in Schaltschränken, reduziert, und Sicherheit, Wartung und Pflege wesentlich verbessert werden. Außerdem soll das erfindungsgemäße Gerätesystem bei Veränderungen deutlich weniger Eingriffe an spannungführenden Leitungen oder Abschaltungen erfordern, als dies bei herkömmlichen Gerätetypenkombinationen der Fall wäre.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Erfindungsgemäß sind alle aus den oben aufgeführten Gerätetypen zusammengestellten Gerätetypenkombinationen als ein modularisiertes Baukastensystem ausgeführt, welches für alle Gerätetypen ein gemeinsames Grundmodul zur Messdatenerfassung aufweist, wobei dieses gemeinsame Grundmodul zur Messdatenerfassung einen Datenstrom aus digitalisierten Messwerten von Strömen und Spannungen erzeugt und diesen Datenstrom allen erfindungsgemäßen gerätetypspezifischen Hardware- und/oder Softwaremodulen zur Verfügung stellt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Baukastensystems und der erfindungsgemäßen gerätetypspezifischen Hardware- und/oder Softwaremodule sind Gegenstand der Unteransprüche.
Auf diese Weise werden die Software- und Hardware-Redundanz im Falle des Betriebs des erfindungsgemäßen Baukastensystems deutlich vermindert und die Gerätesystemkosten erheblich gesenkt. Gleichzeitig sinkt der erforderliche Platzbedarf und Sicherheit, Wartung und Pflege verbessern sich allein schon dadurch, dass weniger Kabelverbindungen benötigt werden. In diesem vereinheitlichten Gerätesystem kann die Messdatenerfassung komplex erfolgen, ohne für jeden Gerätetyp einzeln implementiert werden zu müssen. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Baukastensystems besteht darin, dass sich manche der erfindungsgemäßen gerätetypspezifischen Hardware- und/oder Softwaremodule, nachfolgend auch als Gerätetypen-Module bezeichnet, ohne Eingriff auf der Spannung führenden Seite, allein durch Einspielen/Einfügen bzw. Entfernen von Software und/oder Hardwaremodulen auf der Kleinspannungsseite, hinzufügen oder entfernen lassen. Das erspart nicht nur Kosten für Betriebsunterbrechungen während Abschaltungen, sondern auch den zusätzlichen Aufwand von qualifiziertem Personal, der bei Eingriffen an spannungführenden Leitungen aus Sicherheitsgründen erforderlich ist.
Zum erfindungsgemäßen Baukastensystem gehören auch solche Gerätetypen, die Energie aus dem Netz aufnehmen und/oder ins Netz einspeisen, im Folgenden als Leistungsgeräte-Typen bezeichnet. Zu diesen Leistungsgeräte-Typen zählen Aktive Netzfilter, Isolations-Messgeräte für IT-Stromversorgungsnetze, spektral auflösende Impedanz-Messgeräte für die Netzimpedanzen zwischen Neutralleiter N und Phasen-Außenleitern L1, L2, L3, spektral auflösende Impedanz-Messgeräte für die Netzimpedanz zwischen Schutzleiter PE und Neutralleiter N in IT-Stromversorgungsnetzen sowie Unterbrechungsfreie Stromversorgungen mit sinusförmiger Ausgangsspannung. Vorzugsweise handelt es sich bei den zuletzt genannten um sogenannte Online-USV. Als Online-USV werden Unterbrechungsfreie Stromversorgungen bezeichnet, deren Ausgangsspannung auch im Normalbetrieb vom USV-internen Wechselrichter erzeugt wird.
Aus physikalischen Gründen ist es nicht sinnvoll, innerhalb eines erfindungsgemäß realisierten Baukastensystems alle aufgelisteten Leistungsgeräte-Typen an einem Netzanschlusspunkt gleichzeitig zu realisieren. Für den Verknüpfungspunkt des erfindungsgemäßen Baukastensystems mit dem Netz ist in Niederspannungsnetzen typischerweise Messkategorie CAT IV/600 V oder CAT IV/1000 V erforderlich, woraus sich beispielsweise Mindestanforderungen an die nötigen Isolationsabstände und damit an die Mindest-Baugröße von Strom- und Spanungswandlern ergeben.
Die Funktion der einzelnen Gerätetypen einer Gerätetypenkombination eines Gerätesystems stellt unterschiedliche Ansprüche an die jeweiligen Strom- und Spannungsmessvorrichtungen jedes einzelnen Gerätetyps. Aktive Netzfilter erfordern Strom- und Spannungswandler-Bandbreiten von etwa 100 kHz und lückenlose Abtastung mit Abtastfrequenzen in der Größenordnung 100 kHz bis 1 MHz je Kanal, wenn sie dem Stand der Technik gemäß auf Regelkreisen mit Reaktionszeiten im 0.1 ms-Bereich basieren. Die Erfassung wenig gefilterter Flanken von Stromrichtern erfordert sogar Bandbreiten im MHz-Bereich. Für Synchrophasor-Messungen müssen die Zeitpunkte aller Messwert-Samples bzw. Zeitstempel mit einer Unsicherheit von < 1 μs bekannt sein, wobei der Standardwert der Zeitunsicherheit der Zeitstempel 100 ns beträgt. Leistungs- und Energie-Messgeräte erfordern eichfähige Kombinationen von Signalwandlern und/oder Isolationsstufen und A/D-Wandlern, nachfolgend auch als Messketten bezeichnet, mit hoher, von der Genauigkeitsklasse abhängiger Phasen- und Amplitudengenauigkeit. Netzqualitäts-Messgeräte benötigen zur Erfassung von Störungen Messketten, die mit transienter Überspannung oder mit transienten Überströmen einhergehen und ein Mehrfaches der Nenn-Höchstspannungen und Nenn-Höchstströme ohne reversible oder gar irreversible Schädigung vertragen. Im Idealfall weisen Netzqualitäts-Messgeräte besondere „Transienten-Messbereiche” auf, mit denen solche Ereignisse ohne Übersteuerung quantitativ erfasst werden können.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Zeichnung gemäß 1 auszugsweise und teilweise schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
1 zeigt die im erfindungsgemäßen Baukastensystem 1 zum Teil optional mit dem elektrischen Netz verbundenen Hardwarekomponenten, nicht jedoch die dadurch realisierten Gerätetypen-Module. Das erfindungsgemäße Baukastensystem 1 weist ein für alle Gerätetypen-Module des erfindungsgemäßen Gerätesystems gemeinsames Grundmodul zur Messdatenerfassung 2 auf. Das Basis-Messmodul 6 erzeugt zur Messdatenerfassung einen Datenstrom aus digitalisierten Messwerten von Strömen und Spannungen und stellt diesen Datenstrom allen gerätetypspezifischen Hardware- und/oder Softwaremodulen zur Verfügung.
Das Grundmodul zur Messdatenerfassung 2 besteht im Wesentlichen aus einem Basis-Messmodul 6 und einem Controller 9. Dem Basis-Messmodul 6 sind Stromwandler 33, 34, 35, 36, 37, 38 an drei Phasen-Außenleitern L1, L2, L3, einem Neutralleiter N 4 und einem Schutzleiter PE 5 vorgeschaltet. Das Basis-Messmodul 6 weist Strommesseingänge 14, 15, 16, 17, 18, 19 und Spannungsmesseingänge 20, 21, 22, 23 sowie optional Isolationsverstärker/Messwandler 29, 30, 31, 32 auf. Dabei muss mindestens einer der Strommesseingänge 14, 15, 16, 17, 18, 19 und mindestens einer der Stromwandler 33, 34, 35, 36, 37, 38 und mindestens einer der Spannungsmesseingänge 20, 21, 22, 23 sowie optional mindestens einer der Isolationsverstärker/Messwandler 29, 30, 31, 32 über Datenverbindungen zum Grundmodul zur Messdatenerfassung 2 verfügen.
Erfindungsgemäß sind das Basis-Messmodul 6 mit Controller 9 und die mit dem Netz verbundenen Strommesseingänge 14, 15, 16, 17, 18, 19 und Spannungsmesseingänge 20, 21, 22, 23 auf die jeweils höchsten Ansprüche ausgelegt, die einer der mit dem Baukastensystem 1 realisierbaren Gerätetypen stellt.
Um das vollständige Baukastensystem 1 für ein 3-phasiges Niederspannungs-Stromversorgungsnetz realisieren zu können, gehören erfindungsgemäß zur Ausstattung des Basis-Messmoduls 6:

– Ein erster Strommesseingang 14 für die Ausgangssignale eines ersten Stromwandlers 33 für den Strom des ersten Phasen-Außenleiters L1. Der erste Strommesseingang 14 misst mittels des ersten Stromwandlers 33 den Strom im ersten Phasen-Außenleiter L1.
– Ein zweiter Strommesseingang 15 für die Ausgangssignale eines zweiten Stromwandlers 34 für den Strom des zweiten Phasen-Außenleiters L2. Der zweite Strommesseingang 15 misst mittels des zweiten Stromwandlers 34 den Strom im zweiten Phasen-Außenleiter L2.
– Ein dritter Strommesseingang 16 für die Ausgangssignale eines dritten Stromwandlers 35 für den Strom des dritten Phasen-Außenleiters L3. Der dritte Strommesseingang 16 misst mittels des dritten Stromwandlers 35 den Strom im dritten Phasen-Außenleiter L3.
– Ein vierter Strommesseingang 17 für die Ausgangssignale eines vierten Stromwandlers 36 für den Strom des Neutralleiters N 4. Der vierte Strommesseingang 17 misst mittels des vierten Stromwandlers 36 den Strom im Neutralleiter N 4.
– Ein fünfter Strommesseingang 18 für die Ausgangssignale eines fünften Stromwandlers 37 für den Strom des Schutzleiters PE 5. Der fünfte Strommesseingang 18 misst mittels des fünften Stromwandlers 37 den Strom im Schutzleiter PE 5.
– Ein sechster Strommesseingang I_L1 + I_L2 + I_L3–I_N 19 für die Ausgangssignale eines sechsten Stromwandlers 38 zur Messung des Differenzstroms I_L1 + I_L2 + I_L3–I_N, eines sogenannten „Fehlerstroms”. Der sechste Strommesseingang I_L1 + I_L2 + I_L3–I_N 19 misst mittels des sechsten Stromwandlers 38, ausgeführt als Differenzstromwandler I_L1 + I_L2 + I_L3–I_N, die auch als „Fehlerstrom” oder „Residual current” bezeichnete Differenz zwischen der Summe der Ströme in den drei Phasen-Außenleitern L1, L2 und L3 und dem Strom im Neutralleiter N 4.

Weiterhin gehören erfindungsgemäß zur Ausstattung des Basis-Messmoduls 6 vier Spannungsmesseingänge 20, 21, 22, 23:

– Ein erster Spannungsmesseingang U_L1–U_N 20 für die Ausgangssignale eines ersten Isolationsverstärkers/Messwandlers U_L1–U_N 29 zur Messung der Sternspannung zwischen dem ersten Phasen-Außenleiter L1 und dem Neutralleiter N 4. Spannungsseitig ist der erste Spannungsmesseingang U_L1–U_N 20 über den ersten Isolationsverstärker/Messwandler U_L1–U_N 29 mit dem ersten Phasen-Außenleiter L1 und dem Neutralleiter N 4 verbunden.
– Ein zweiter Spannungsmesseingang U_L2–U_N 21 für die Ausgangssignale eines zweiten Isolationsverstärkers/Messwandlers U_L2–U_N 30 zur Messung der Sternspannung zwischen dem zweiten Phasen-Außenleiter L2 und dem Neutralleiter N 4. Der zweite Spannungsmesseingang U_L2–U_N 21 ist über den zweiten Isolationsverstärker/Messwandler U_L2–U_N 30 mit dem zweiten Phasen-Außenleiter L2 und dem Neutralleiter N 4 verbunden.
– Ein dritter Spannungsmesseingang U_L3–U_N 22 für die Ausgangssignale eines dritten Isolationsverstärkers/Messwandlers U_L3–U_N 31 zur Messung der Sternspannung zwischen dem dritten Phasen-Außenleiter L3 und dem Neutralleiter N 4. Der dritte Spannungsmesseingang U_L3–U_N 22 ist über den dritten Isolationsverstärker/Messwandler U_L3–U_N 31 mit dem dritten Phasen-Außenleiter L3 und dem Neutralleiter N 4 verbunden.
– Ein vierter Spannungsmesseingang U_N–U_PE 23 für das Ausgangssignal eines vierten Isolationsverstärkers/Messwandlers U_N–U_PE 32 zur Messung der Spannung zwischen dem Neutralleiter N 4 und dem Schutzleiter PE 5. Der vierte Spannungsmesseingang U_N–U_PE 23 ist über den vierten Isolationsverstärker/Messwandler U_N–U_PE 32 mit dem Neutralleiter N 4 und dem Schutzleiter PE 5 verbunden und misst die Spannungsdifferenz zwischen dem Schutzleiter PE 5 und dem Neutralleiter N 4.

Außerdem weist das Basis-Messmodul 6 eine Echtzeituhr 3 auf, die sich optional regelmäßig von einem Empfänger für genaue Zeitnormale, beispielsweise von einem GPS-Empfänger 7, mit einem externen Zeitnormal synchronisieren lässt.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass in 3-phasigen Netzen sowohl die Sternspannungen als auch die Dreieckspannungen gemessen werden können.
Erfindungsgemäß können die Eingänge des Basis-Messmoduls 6 auch als Eingänge für digitale Daten ausgeführt sein, wie sie beispielsweise von modernen Messwandlern für Ströme und Spannungen der Mittel- und Hochspannungsebene des Netzes zur Verfügung gestellt werden.
Erfindungsgemäß kann das Basis-Messmodul 6 in wesentlichen Teilen aus wenigen spezialisierten integrierten Schaltkreisen oder einem spezialisierten integrierten Schaltkreis, beispielsweise als Ein-Chip-System – auch SoC genannt – aufgebaut sein.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Datenstrom den gerätetypspezifischen Hardware- und/oder Softwaremodulen über einen dedizierten Bus – vorzugsweise einen Bus mit Punkt-zu-Multipunkt-Struktur – und/oder über ein dediziertes Protokoll – vorzugsweise eines, welches Punkt-zu-Multipunkt-Datentransfer erlaubt – zur Verfügung gestellt werden.
Erfindungsgemäß können am Basis-Messmodul 6 ein oder mehrere Ergänzungs-Messmodule 8 angeordnet sein. Das Ergänzungs-Messmodul 8 nach 1 weist einen ersten Abzweig-Strommesseingang 25 auf, der mittels eines ersten Abzweig-Stromwandlers 39 den Strom im Abzweig des ersten Phasen-Außenleiters L1 misst. Ein zweiter Abzweig-Strommesseingang 26 des Ergänzungs-Messmoduls 8 misst mittels eines zweiten Abzweig-Stromwandlers 40 den Strom im Abzweig des zweiten Phasen-Außenleiters L2, ein dritter Abzweig-Strommesseingang 27 misst mittels eines dritten Abzweig-Stromwandlers 41 den Strom im Abzweig des dritten Phasen-Außenleiters L3 und ein vierter Abzweig-Strommesseingang N 28 misst mittels eines vierten Abzweig-Stromwandlers N 42 den Strom im Abzweig des Neutralleiters N 4. Optional können die Ergänzungs-Messmodule 8 auch einen oder mehrere weitere Abzweig-Strommesseingänge I_L1 + I_L2 + I_L3–I_N 43 umfassen, die mittels entsprechender Abzweig-Fehlerstrom-Differenzstromwandler I_L1 + I_L2 + I_L3–I_N 44 den Fehlerstrom der Abzweige messen. Mittels solcher Ergänzungs-Messmodule 8 lassen sich erfindungsgemäß beispielsweise spektral auflösende Messungen der Netzimpedanz zwischen dem Neutralleiter N 4 und den drei Phasen-Außenleitern L1, L2, L3 einzelner Abzweige von einem Netzanknüpfungspunkt durchführen.
Erfindungsgemäß entsprechen die Stromwandler 33, 34, 35, 36, 37, 38, die Abzweig-Stromwandler 39, 40, 41, 42, 44, die Strommesseingänge 14, 15, 16, 17, 18, 19, die Abzweig-Strommesseingänge 25, 26, 27, 28, 43, die Isolationsverstärker/Messwandler 29, 30, 31, 32, die Spannungsmesseingänge 20, 21, 22, 23 sowie angeschlossene Analog-Digital-Wandler, auch als A/D-Wandler bezeichnet, jeweils den anspruchsvollsten Spezifikationen der mit dem Baukastensystem 1 realisierbaren Gerätetypen.
Soll das erfindungsgemäße Baukastensystem 1 beispielsweise für Messungen am Generator, Zwischenkreis und Netzanschlusspunkt einer Windturbine eingesetzt werden, ist die Zahl der Eingänge zu verdoppeln und um DC-fähige Spannungs- und Stromeingänge für den Zwischenkreis zu ergänzen. Erfindungsgemäß ist es daher, wie das Beispiel zeigt, zweckmäßig, auch die einzelnen Strommesseingänge 14, 15, 16, 17, 18, 19 und Spannungsmesseingänge 20, 21, 22, 23 des Basis-Messmoduls 6 modular und in Zahl und Funktion konfigurierbar zu gestalten. Generell müssen alle genannten Stromwandler 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 44 und Isolationsverstärker/Messwandler 29, 30, 31, 32 eine Spannungsfestigkeit bzw. Überspannungsfestigkeit entsprechend der Messkategorie, eine Bandbreite entsprechend den Anforderungen für Aktive Filter, aber möglichst auch für Gleichströme und die Genauigkeitsklasse A aufweisen. Die Strommesseingänge 14, 15, 16, 17, 18, 19 und Spannungsmesseingänge 20, 21, 22, 23 digitalisieren die Eingangssignale. Erfindungsgemäß können die Eingangssignale eines oder mehrerer Eingänge gleichzeitig mit mehreren A/D-Wandlern digitalisiert werden. Nur dadurch lassen sich gleichzeitig Klasse A-konforme Netzqualitäts-Messungen und Synchrophasor-Messungen durchführen. Für Klasse A-konforme Netzqualitäts-Messungen müssen die Ströme und Spannungen der drei Phasen-Außenleiter L1, L2 und L3 mit einer Abtastrate digitalisiert werden, die mittels einer Phasenregelschleife, auch als PLL bezeichnet, den Netzfrequenzschwankungen nachgeführt wird. Hingegen werden Synchrophasor-Messungen und die Messungen der Regelkreise Aktiver Filter mit einer fest an die Nominalfrequenz des Netzes angepassten Abtastrate durchgeführt. Der Controller 9 ist für alle mit dem Baukastensystem 1 realisierbaren Gerätetypen in Form von Gerätetypen-Modulen erforderlich und erhält Rohdaten vom Basis-Messmodul 6 und/oder den Ergänzungs-Messmodulen 8. Erfindungsgemäß enthält der Controller 9 einen oder mehrere leistungsfähige Rechner, auf dem/denen Software-Module – möglichst als parallel ausgeführte Threads – laufen.
Der Controller 9 kann in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung hardwaremäßig, aber auch räumlich, vom Basis-Messmodul 6 abgesetzt sein.
Die im Basis-Messmodul 6 nach 1 angeordnete Echtzeituhr 3, die optional regelmäßig vom Empfänger für genaue Zeitnormale, beispielsweise dem GPS-Empfänger 7, synchronisiert wird, versieht die Messdaten des im Grundmodul erzeugten Datenstroms mit einem genauen Absolutzeit-Bezug. Dabei stellt das Basis-Messmodul 6 in Echtzeit allen im Baukastensystem 1 realisierten Gerätetypen-Modulen einen Datenstrom zur Verfügung, der die Messwerte der Strom- und Spannungseingänge und ihren Absolutzeit-Bezug beschreibt. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass statt einer einzelnen Echtzeituhr 3 eine Vielzahl von vollwertigen Echtzeituhren 3 oder einfacher aufgebauter Satellitenuhren räumlich jeweils an den einzelnen Strommesseingängen 14, 15, 16, 17, 18, 19 und/oder Abzweig-Strommesseingängen 25, 26, 27, 28, 43 und/oder Spannungsmesseingängen 20, 21, 22, 23 angeordnet sein können.
Die gewünschten Gerätetypen werden erfindungsgemäß als Gerätetypen-Module aus Software und gegebenenfalls eigener Hardware realisiert. Diese Module nutzen den Datenstrom aus dem Basis-Messmodul 6 oder Untermengen des Datenstroms. Je nach Ausführungsform können die Software-Module der einzelnen Gerätetypen auf eigenständiger, mit dem Controller 9 verbundener Hardware oder auf dem Controller 9 selbst ausgeführt werden. Sofern die gerätetypspezifischen Module Hardware-Komponenten und/oder Hardware- und Software-Komponenten umfassen, können diese im Vergleich zu eigenständigen Geräten kompakter und preisgünstiger sein, weil sie keine eigene Messdatenerfassungs-Schaltungen benötigen. Der Datenstrom aus dem Basis-Messmodul 6 genügt, um damit die gerätetypspezifischen Hardware- und/oder Softwaremodule der Gerätetypen Netzqualitäts-Messgerät, Synchrophasor-Messgerät, Leistungs-Messgerät, Energie-Messgerät und Fehlerstrom-Mess- und -Schutzgerät zu versorgen.
Die gerätetypspezifischen Module aus Software und gegebenenfalls eigener Hardware berechnen Ausgabedaten zur Anzeige und/oder zur Speicherung und/oder zur Ansteuerung bzw. Regelung der Leistungsgeneratoren der Leistungsgeräte-Typen über eine Generator-Steuerung 24. Berechnete Ausgabedaten können auch der Ansteuerung externer Betriebsmittel dienen. Der Controller 9 und gegebenenfalls die gerätetypspezifischen Hardware-Module können mit einer oder mehreren Schnittstellen ausgerüstet sein, mit denen die Ausgabedaten zur Anzeige und/oder zur Speicherung auf externen Speichermedien gebracht oder in externe Datenbanken übergeben werden können. Erfindungsgemäß können der Controller 9 und gegebenenfalls die gerätetypspezifischen Hardware-Module mit Speicher zur Pufferung oder zur dauerhaften Speicherung der erfassten Messdaten ausgerüstet sein. Erfindungsgemäß kann der Controller 9 von den gerätetypspezifischen Modulen aus Software und gegebenenfalls eigener Hardware Messwerte und Nachrichten, insbesondere Alarm-, Fehler- oder Statusmeldungen zur Pufferung oder zur dauerhaften Speicherung übernehmen. Erfindungsgemäß können der Controller 9 und gegebenenfalls die gerätetypspezifischen Hardware-Module mit dedizierten Software-Modulen oder mit dedizierter Hardware zur Verschlüsselung intern verwalteter oder über Schnittstellen übertragener Daten ausgerüstet sein. Erfindungsgemäß können der Controller 9 und gegebenenfalls die gerätetypspezifischen Hardware-Module mit einer Mensch-Maschine-Schnittstelle ausgerüstet sein. Erfindungsgemäß werden die Funktionen der auf dem Controller 9 oder gegebenenfalls auf gerätetypspezifischer Hardware laufenden Software-Module ferngesteuert über eine Schnittstelle und/oder über eine lokale Mensch-Maschine-Schnittstelle parametriert und anderweitig gesteuert. Erfindungsgemäß können die gerätetypspezifischen Module aus Software und gegebenenfalls eigener Hardware außer der gemeinsam genutzten Messwerterfassungs-Hardware aus Basis-Messmodul 6 und Controller 9 weitere gemeinsam genutzte Betriebsmittel wie beispielsweise Datenspeicher und/oder Mensch-Maschine-Schnittstellen nutzen. Dies führt im Vergleich zu eigenständigen Geräten, zu Einsparungen und geringerem Platzbedarf, sobald gleichzeitig mehrere Gerätetypen des Baukastensystems in Form von Gerätetypen-Modulen betrieben werden.
Erfindungsgemäß kann der Controller 9 zwischengepufferte Nachrichten, insbesondere Alarm-, Fehler- oder Statusmeldungen aller gerätetypspezifischen Module aus Software und gegebenenfalls eigener Hardware mittels einer Diagnose-Schnittstelle zur Verfügung stellen. Dies ermöglicht im Vergleich zu eigenständigen Geräten eine vergleichende Darstellung der Nachrichten aller gerätetypspezifischen Module, was die Interpretation vereinfacht.
Erfindungsgemäß können der Controller 9 und/oder das Basis-Messmodul 6 in einem nichtflüchtigen Speicher Angaben zur Identität der Messstelle enthalten und allen gerätetypspezifischen Modulen aus Software und gegebenenfalls eigener Hardware als Metadaten für gerätetypspezifische Messungen zur Verfügung stellen. Das erfordert im Vergleich zu eigenständigen Geräten weniger Eingaben und ist damit auch weniger fehleranfällig.
Erfindungsgemäß können der Controller 9 und/oder das Basis-Messmodul 6 in einem nichtflüchtigen Speicher Kalibrationsdaten für alle angeschlossenen Messketten speichern. Dies reduziert im Vergleich zu eigenständigen Geräten den Kalibrationsaufwand von der individuellen Kalibration aller Einzelgeräte und ihrer Messketten auf einen Kalibrationsablauf des Basis-Messmoduls 6 mit den angeschlossenen Strommesseingängen 14, 15, 16, 17, 18, 19 mit ihren Stromwandlern 33, 34, 35, 36, 37, 38 und den Spannungsmesseingängen 20, 21, 22, 23 mit ihren Isolationsverstärkern/Messwandlern 29, 30, 31, 32.
Erfindungsgemäß können die Kalibrationsdaten auch Parameter zum Herausrechnen der Übertragungsfunktionen der Messketten enthalten. Solch ein Herausrechnen der Übertragungsfunktionen erfolgt meistens als Umkehrung einer Faltungsoperation und wird im Folgenden als Dekonvolution bezeichnet. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass eine Vielzahl von Dekonvolutionsschaltungen an den einzelnen Strommesseingängen 14, 15, 16, 17, 18, 19 und/oder Abzweig-Strommesseingängen 25, 26, 27, 28, 43 und/oder Spannungsmesseingängen 20, 21, 22, 23 angeordnet sein können.
In einer erfindungsgemäßen vorteilhaften Ausführungsform sind möglichst viele der gerätetypspezifischen Software-Module und gegebenenfalls gerätetypspezifischen Hardware-Module so gestaltet, dass sie sich bei Bedarf allein durch Einspielen bzw. Entfernen von Software und/oder Hinzufügen bzw. Entfernen von Hardwaremodulen auf der Kleinspannungsseite zum Gesamtsystem hinzufügen oder daraus entfernen lassen, ohne dass nur von speziell geschultem Personal durchführbare Eingriffe auf der Spannung führenden Seite erforderlich werden. Dies gilt im strengen Sinne zumindest für die gerätetypspezifischen Hardware- und/oder Softwaremodule Netzqualitäts-Messgerät-Modul, Synchrophasor-Messgerät-Modul, Leistungs-Messgerät-Modul, Energie-Messgerät-Modul sowie Fehlerstrom-Mess- und -Schutzgerät-Modul.
Die Leistungsgeräte-Typen erfordern zusätzlich mindestens eine Verbindung oder Steckverbindung zum unterstützten Netz, die fähig ist, die erforderliche Leistung zu übertragen. Alle Leistungsgeräte-Typen entnehmen dem Netz Energie, speichern sie gegebenenfalls in einem Zwischenkreis und speisen sie beispielsweise als aktives Messsignal zur Impedanzmessung oder im Fall Aktiver Filter als Kompensationsstrom zur Verminderung von Oberschwingungsströmen wieder ein. Dabei ist die maximale Leistung im betreffenden Netzzweig zu berücksichtigen. Beispiele solcher Leistungselektronik-Module sind in 1 dargestellt. In dieser erfindungsgemäßen vorteilhaften Ausführungsform sind die Leistungsgeräte-Typen des Baukastensystems 1, wie ein Leistungsgenerator für ein optional frequenzverschiebbares Rauschband 11, ein Leistungsgenerator für Kompensationsströme 12 und ein USV-Leistungsgenerator mit sinusförmiger Ausgangsspannung 13, so gestaltet, dass sich ihre Leistungselektroniken, insbesondere die Speiseschaltungen für Zwischenkreise, die Zwischenkreise selbst und die Ausgangsstufen, zur Anpassung an das jeweilige Stromversorgungsnetz für unterschiedliche Leistungsbereiche umrüsten lassen. Vergrößert man bei einem Aktiven Filter die Leistung von Speiseschaltung, Energiespeicher im Zwischenkreis und Ausgangsstufe immer weiter, indem man beispielsweise den Speicherkondensator durch einen Akkumulator ergänzt, geht der Gerätetyp Aktives Filter in den Gerätetyp Unterbrechungsfreie Stromversorgung mit sinusförmiger Ausgangsspannung über. Erfindungsgemäß entsteht im Baukastensystem 1 als Äquivalent dazu der USV-Leistungsgenerator mit sinusförmiger Ausgangsspannung 13.
1 zeigt erfindungsgemäß mit einem Kleinleistungsgenerator PE/N 10, dem Leistungsgenerator für ein optional frequenzverschiebbares Rauschband 11, dem Leistungsgenerator für Kompensationsströme 12 und dem USV-Leistungsgenerator mit sinusförmiger Ausgangsspannung 13 schematisch einige mögliche Ergänzungs-Schaltungen mit Leistungsausgangsstufen, die das Basis-Messmodul 6 mit Controller 9 um verschiedene Leistungsgeräte-Typen von äquivalenten Gerätetypen erweitern. Der Kleinleistungsgenerator PE/N 10 dient gleichzeitig der Messung des statischen Isolationswiderstands von IT-Netzen und der Messung des Frequenzverlaufs dieser Impedanz. Erfindungsgemäß kann die Ausführungsform des Kleinleistungsgenerators PE/N 10 auch mit mehreren Prüfspannungen arbeiten, um sowohl die ständige Isolationsüberwachung als auch bei Bedarf die normgerechte Erstprüfung mit höherer Prüfspannung statisch und in ihrem Impedanz-Frequenzverlauf durchzuführen. Der Kleinleistungsgenerator PE/N 10 kann prinzipiell parallel mit den im Folgenden beschriebenen Ergänzungs-Schaltungen mit Leistungsausgangsstufe betrieben werden. Der Leistungsgenerator für ein optional frequenzverschiebbares Rauschband 11 bildet im Baukastensystem 1 eine Komponente des Gerätetyps spektral auflösendes Impedanz-Messgerät für die Netzimpedanz zwischen dem Neutralleiter N 4 und den Phasen-Ausgangsleitern L1, L2, L3. Spektral auflösende Messungen der Netzimpedanz dienen beispielsweise dazu, Resonanzen abseits der Grundfrequenz des Netzes zu erkennen und zu unterdrücken, bevor solche Resonanzen unkontrolliert angeregt werden und dann Schäden an Betriebsmitteln verursachen. Dem Stand der Technik entsprechende Messgeräte für die Netzimpedanz arbeiten mit leistungsstarkem Rauschen mit der kompletten Bandbreite des zu messenden Netzimpedanz-Frequenzbereichs, das zeitweilig der Netzspannung oder dem Netzstrom überlagert wird, was einer Modulation der Netzspannung und des Netzstroms entspricht. Dieses Verfahren führt jedoch leicht zu EMV-Problemen. Erfindungsgemäß kann man alternativ zu jedem Zeitpunkt die Bandbreite der Überlagerungssignale auf ein Rauschband mit einer Bandbreite deutlich unterhalb derer des zu messenden Frequenzbandes beschränken und das Rauschband während der Überlagerungs-Phase der Messung über das zu messende Frequenzband verschieben. Das vermindert die Rauschleistung. Dabei lässt sich die Rauschleistung dem natürlichen Strom- bzw. Spannungsrauschen im jeweiligen Rauschband anpassen, um die Rauschleistung weiter abzusenken. Beides vermindert die EMV-Probleme. Die Messdauer erhöht sich dabei jedoch etwa um das Verhältnis:
Bandbreite des zu messenden Frequenzbands/Bandbreite des Rauschbands
Die Messdauer ist dann aber immer noch kürzer, als sie bei Impedanzmessung mittels Überlagerung eines gewobbelten, quasi-monofrequenten Überlagerungssignals wäre.
Der Leistungsgenerator für Kompensationsströme 12 bildet im Baukastensystem 1 die Ausgangsstufe des Gerätetyps Aktives Netzfilter. Die Kompensationsströme des Gerätetyps Aktives Netzfilter sind, wenn man sie moduliert, nutzbar, um den Gerätetyp spektral auflösendes Impedanz-Messgerät für die Netzimpedanz zwischen dem Neutralleiter N 4 und den drei Phasen-Außenleitern L1, L2, L3 zu realisieren, was aber ohne weitere Vorkehrungen nur an denjenigen Frequenzen Informationen über die Netzimpedanz liefert, die auch in den Kompensationsströmen vertreten sind. Vorteilhafter Weise geschieht das, indem der Leistungsgenerator für Kompensationsströme 12 nichtsinusförmige Ströme nichtlinearer Lasten zu sinusförmigen Strömen ergänzt, dabei Oberschwingungs-Kompensationsströme liefert, die, wenn sie moduliert werden, an denjenigen Frequenzen, die in den Kompensationsströmen vertreten sind, Informationen über die Netzimpedanz liefern.
Speist ein Gerätetyp Unterbrechungsfreie Stromversorgung mit sinusförmiger Ausgangsspannung mit dem USV-Leistungsgenerator mit sinusförmiger Ausgangsspannung 13 nichtlineare Lasten mit sinusförmiger Spannung, wirkt die Unterbrechungsfreie Stromversorgung mit sinusförmiger Ausgangsspannung wie ein Aktives Netzfilter: Auch solch eine Unterbrechungsfreie Stromversorgung mit sinusförmiger Ausgangsspannung erzeugt Kompensationsströme, die, wenn man sie moduliert, nutzbar sind, um den Gerätetyp spektral auflösendes Impedanz-Messgerät für die Netzimpedanz zwischen dem Neutralleiter N 4 und den drei Phasen-Außenleitern L1, L2, L3 zu realisieren, das aber ohne weitere Vorkehrungen nur an denjenigen Frequenzen Informationen über die Netzimpedanz liefert, die auch in den Kompensationsströmen vertreten sind. Der an die Generator-Steuerung 24 angebundene USV-Leistungsgenerator mit sinusförmiger Ausgangsspannung 13 liefert insbesondere dann Informationen über die Netzimpedanz, wenn er nichtlineare Lasten mit sinusförmiger Spannung speist und dabei Oberschwingungs-Kompensationsströme liefert.
Statt des Leistungsgenerators für Kompensationsströme 12 lassen sich auch andere leistungsstarke Generatoren oder Lasten, die zeitweilig Ströme mit großer Frequenzbandbreite einspeisen oder entnehmen, nutzen, um den Gerätetyp spektral auflösendes Impedanz-Messgerät für die Netzimpedanz zwischen dem Neutralleiter N 4 und den drei Phasen-Außenleitern L1, L2, L3 zu realisieren. Dabei ist es zweckmäßig, die tatsächlichen Ströme solcher Generatoren oder Lasten zu messen und spektral zu analysieren.
Das erfindungsgemäße Baukastensystem 1 bietet dort die größten wirtschaftlichen Vorteile, wo permanent oder zeitweise mehrere der Gerätetypen-Module des Baukastensystems 1 eingesetzt werden, beispielsweise wenn an einem Netzanschlusspunkt mit einem Aktiven Netzfilter Energie- und Leistungs- und Isolationsmessungen nötig sind und im Störungsfall Netzqualitäts-Messungen vorzusehen sind.
Sind die Spezifikationen des Datenstroms aus dem Basis-Messmodul 6 offengelegt, können die einzelnen Gerätetypen-Module des Baukastensystems 1 leichter als bisher durch voneinander unabhängige Entwicklerteams entwickelt werden. Die Markteinführung neu entwickelter Gerätetypen-Module vereinfacht sich, weil keine erneute Zulassung und Zertifizierung der mit Spannung führenden Anlagenteilen verbundenen Baukasten-Komponenten erforderlich ist.
Bezugszeichenliste

1: Baukastensystem
2: Grundmodul zur Messdatenerfassung
3: Echtzeituhr
4: Neutralleiter N
5: Schutzleiter PE
6: Basis-Messmodul
7: GPS-Empfänger
8: Ergänzungs-Messmodul
9: Controller
10: Kleinleistungsgenerator PE/N
11: Leistungsgenerator für ein optional frequenzverschiebbares Rauschband
12: Leistungsgenerator für Kompensationsströme
13: USV-Leistungsgenerator mit sinusförmiger Ausgangsspannung
14: erster Strommesseingang
15: zweiter Strommesseingang
16: dritter Strommesseingang
17: vierter Strommesseingang N
18: fünfter Strommesseingang PE
19: sechster Strommesseingang I_L1 + I_L2 + I_L3–I_N
20: erster Spannungsmesseingang U_L1–U_N
21: zweiter Spannungsmesseingang U_L2–U_N
22: dritter Spannungsmesseingang U_L3–U_N
23: vierter Spannungsmesseingang U_N–U_PE
24: Generator-Steuerung
25: erster Abzweig-Strommesseingang
26: zweiter Abzweig-Strommesseingang
27: dritter Abzweig-Strommesseingang
28: vierter Abzweig-Strommesseingang N
29: erster Isolationsverstärker/Messwandler U_L1–U_N
30: zweiter Isolationsverstärker/Messwandler U_L2–U_N
31: dritter Isolationsverstärker/Messwandler U_L3–U_N
32: vierter Isolationsverstärker/Messwandler U_N–U_PE
33: erster Stromwandler
34: zweiter Stromwandler
35: dritter Stromwandler
36: vierter Stromwandler N
37: fünfter Stromwandler PE
38: sechster Stromwandler, ausgeführt als Differenzstromwandler I_L1 + I_L2 + I_L3–I_N
39: erster Abzweig-Stromwandler
40: zweiter Abzweig-Stromwandler
41: dritter Abzweig-Stromwandler
42: vierter Abzweig-Stromwandler N
43: Abzweig-Strommesseingang I_L1 + I_L2 + I_L3–I_N
44: Abzweig-Fehlerstrom-Differenzstromwandler I_L1 + I_L2 + I_L3–I_N

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2014/0032143 A1 [0002]
DE 102011011983 A1 [0002]
DE 102011084361 A1 [0002]
JP 10111329 [0002]

Claims

Gerätesystem zur Regelung und/oder Überwachung eines Stromversorgungsnetzes, basierend auf einer Gerätetypenkombination mehrerer Gerätetypen, insbesondere – Netzqualitäts-Messgerät, – Synchrophasor-Messgerät, – Leistungs-Messgerät, – Energie-Messgerät, – Fehlerstrom-Mess- und -Schutzgerät, – Isolations-Messgerät für ungeerdete IT-Stromversorgungsnetze, – spektral auflösendes Impedanz-Messgerät für die Netzimpedanzen zwischen Neutralleiter N und Phasen-Außenleitern L1, L2, L3, – spektral auflösendes Impedanz-Messgerät für die Netzimpedanz zwischen Schutzleiter PE und Neutralleiter N für IT-Stromversorgungsnetze, – Aktives Netzfilter und/oder – Unterbrechungsfreie Stromversorgung mit sinusförmiger Ausgangsspannung, dadurch gekennzeichnet, dass alle aus den genannten Gerätetypen zusammengestellten Gerätetypenkombinationen als ein modularisiertes Baukastensystem (1) ausgeführt sind, welches für alle Gerätetypen ein gemeinsames Grundmodul zur Messdatenerfassung (2) aufweist und, dass dieses gemeinsame Grundmodul zur Messdatenerfassung (2) einen Datenstrom aus digitalisierten Messwerten von Strömen und Spannungen erzeugt und diesen Datenstrom allen gerätetypspezifischen Hardware- und/oder Softwaremodulen zur Verfügung stellt.
Gerätesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundmodul zur Messdatenerfassung (2) aufweist: Ein Basis-Messmodul (6) mit Controller (9) sowie mindestens einen Strommesseingang (14, 15, 16, 17, 18, 19) und mindestens einen Spannungsmesseingang (20, 21, 22, 23), wobei den Strommesseingängen (14, 15, 16, 17, 18, 19) Stromwandler (33, 34, 35, 36, 37, 38) vorgeschaltet sind und wobei den Spannungsmesseingängen (20, 21, 22, 23) optional Isolationsverstärker/Messwandler (29, 30, 31, 32) vorgeschaltet sind, wobei die Strommesseingänge (14, 15, 16, 17, 18, 19) und die Spannungsmesseingänge (20, 21, 22, 23) in das Basis-Messmodul (6) integriert oder räumlich vom Basis-Messmodul (6) abgesetzt und über Datenverbindungen mit dem Basis-Messmodul (6) verbunden sind.
Gerätesystem nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Basis-Messmodul (6) ein oder mehrere Ergänzungs-Messmodule (8) angeordnet sind, an die jeweils drei Abzweig-Strommesseingänge (25, 26, 27) für die Ausgangssignale von drei Abzweig-Stromwandlern (39, 40, 41) für Abzweig-Ströme der Phasen-Außenleiter L1, L2, L3, ein vierter Abzweig-Strommesseingang N (28) für das Ausgangssignal eines vierten Abzweig-Stromwandlers N (42) für den Strom eines Neutralleiters N (4) sowie optional ein Abzweig-Strommesseingang I_L1 + I_L2 + I_L3–I_N (43) für das Ausgangssignal eines Abzweig-Fehlerstrom-Differenzstromwandlers I_L1 + I_L2 + I_L3–I_N (44) angeschlossen sind.
Gerätesystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromwandler (33, 34, 35, 36, 37, 38) der Strommesseingänge (14, 15, 16, 17, 18, 19), die Abzweig-Stromwandler (39, 40, 41, 42, 44) der Abzweig-Strommesseingänge (25, 26, 27, 28, 43) und die Isolationsverstärker/Messwandler (29, 30, 31, 32) der Spannungsmesseingänge (20, 21, 22, 23) sowie angeschlossene A/D-Wandler, jeweils den anspruchsvollsten Spezifikationen der mit dem Baukastensystem (1) realisierbaren Gerätetypen entsprechen.
Gerätesystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Basis-Messmodul (6) zur Messdatenerfassung eine Echtzeituhr (3) aufweist, die sich optional regelmäßig von einem Empfänger für genaue Zeitnormale, beispielsweise von einem GPS-Empfänger (7), mit einem externen Zeitnormal synchronisieren lässt, und dass die Messdaten des im Basis-Messmodul (6) erzeugten Datenstroms mittels der Echtzeituhr (3) und/oder Satellitenuhren mit einem genauen Absolutzeit-Bezug versehen werden, wobei auch eine Vielzahl von Echtzeituhren (3) sowie Schaltungen zur Dekonvolution der Übertragungsfunktionen der Messketten räumlich jeweils an den einzelnen Strommesseingängen (14, 15, 16, 17, 18, 19) und/oder Abzweig-Strommesseingängen (25, 26, 27, 28, 43) und/oder Spannungsmesseingängen (20, 21, 22, 23) angeordnet sein können.
Gerätesystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Eingänge des Basis-Messmoduls (6) in einer vorteilhaften Ausführungsform modular aufgebaut und in Zahl und Funktion konfigurierbar gestaltet sind, wobei die Eingänge des Basis-Messmoduls (6) auch als Eingänge für digitale Daten ausgeführt sein können, wie sie von modernen Messwandlern für Ströme und Spannungen zur Verfügung gestellt werden und/oder dass das Basis-Messmodul (6) in wesentlichen Teilen aus einem oder mehreren spezialisierten integrierten Schaltkreisen aufgebaut sein kann.
Gerätesystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die gewünschten Gerätetypen als gerätetypspezifische Hardware- und/oder Softwaremodule aus Software und gegebenenfalls eigener Hardware realisiert sind, wobei die Software der gerätetypspezifischen Hardware- und/oder Softwaremodule je nach Ausführungsform entweder auf eigenständiger, mit dem Controller (9) verbindbarer Hardware installiert ist und ausgeführt wird oder im Controller (9) selbst installiert ist und ausgeführt wird.
Gerätesystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die gerätetypspezifischen Software-Module und gegebenenfalls gerätetypspezifischen Hardware-Module, insbesondere wenn es sich um Netzqualitäts-Messgeräte-Module, Synchrophasor-Messgeräte-Module, Leistungs-Messgeräte-Module, Energie-Messgeräte-Module oder Fehlerstrom-Mess- und -Schutzgeräte-Module handelt, möglichst so gestaltet sind, dass sie sich bei Bedarf allein durch Einspielen bzw. Entfernen von Software und/oder Hinzufügen bzw. Entfernen von Hardwaremodulen auf der Kleinspannungsseite zum Gesamtsystem hinzufügen oder daraus entfernen lassen, ohne dass Eingriffe auf der Spannung führenden Seite erforderlich werden.
Gerätesystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die gerätetyp-spezifischen Module aus Software und gegebenenfalls eigener Hardware Ausgabedaten berechnen, zur Anzeige bringen und/oder speichern und/oder dass am Controller (9) eine Generator-Steuerung (24) angeordnet ist und dass die Ausgabedaten der gerätetypspezifischen Hardware- und/oder Softwaremodule der Ansteuerung bzw. Regelung von Leistungsgeneratoren der Leistungsgeräte-Module – Kleinleistungsgenerator PE/N (10), – Leistungsgenerator für ein frequenzverschiebbares Rauschband (11), – Leistungsgenerator für Kompensationsströme (12) und/oder – USV-Leistungsgenerator mit sinusförmiger Ausgangsspannung (13) über die Generator-Steuerung (24) dienen und/oder dass die Ausgabedaten der gerätetypspezifischen Hardware- und/oder Softwaremodule der Ansteuerung externer Betriebsmittel dienen.
Gerätesystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (9) und gegebenenfalls die gerätetypspezifischen Hardware-Module mit einer oder mehreren Schnittstellen ausgerüstet sind, mit denen die Ausgabedaten zur Anzeige und/oder zur Speicherung auf externen Speichermedien gebracht oder in externe Datenbanken übergeben werden können und/oder dass der Controller (9) und gegebenenfalls die gerätetypspezifischen Hardware-Module mit Speicher zur Pufferung oder zur dauerhaften Speicherung der erfassten Messdaten ausgerüstet sein können, wobei der Controller (9) von den gerätetypspezifischen Hardware- und/oder Softwaremodulen Messwerte und Nachrichten, insbesondere Alarm-, Fehler- oder Statusmeldungen zur Pufferung oder zur dauerhaften Speicherung übernehmen kann und/oder dass am Controller (9) eine Diagnose-Schnittstelle angeordnet ist, welche die zwischengepufferten Alarm-, Fehler- oder Statusmeldungen für eine vergleichende Darstellung der Meldungen aller gerätetypspezifischen Hardware- und/oder Softwaremodule zur Verfügung stellen kann.
Gerätesystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (9) und gegebenenfalls die gerätetypspezifischen Hardware-Module mit dedizierten Software-Modulen oder mit dedizierter Hardware zur Verschlüsselung intern verwalteter oder über die Schnittstellen übertragener Daten ausgerüstet sein können und/oder dass der Controller (9) und gegebenenfalls die gerätetypspezifischen Hardware-Module mit einer Mensch-Maschine-Schnittstelle ausgerüstet sein können und/oder dass die Funktionen der auf dem Controller (9) oder gegebenenfalls auf gerätetypspezifischer Hardware laufenden gerätetypspezifischen Software-Module ferngesteuert über eine Schnittstelle und/oder über eine lokale Mensch-Maschine-Schnittstelle parametriert und anderweitig gesteuert sein können.
Gerätesystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundmodul zur Messdatenerfassung (2) insbesondere Hardware- und/oder Software-Bestandteile der Gerätetypen Netzqualitäts-Messgerät, Synchrophasor-Messgerät, Leistungs-Messgerät und/oder Energie-Messgerät aufweist, wobei ein oder mehrere Gerätetypenbestandteile als Gerätetypen-Module ausgeführt sein können, welche vom Controller (9) gesteuert werden, der Rohdaten vom Basis-Messmodul (6) und/oder den Ergänzungs-Messmodulen (8) erhält.
Gerätesystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Baukastensystem (1) die Funktion der Gerätetypen Isolations-Messgerät für ungeerdete IT-Stromversorgungsnetze und spektral auflösendes Impedanz-Messgerät für die Netzimpedanz zwischen Schutzleiter PE (5) und Neutralleiter (4) für IT-Stromversorgungsnetze mit einem Modul realisiert, welches den Kleinleistungsgenerator PE/N (10) enthält, welcher gleichzeitig der Messung des statischen Isolationswiderstands von IT-Netzen und der Messung des Frequenzverlaufs dieser Impedanz dient und mit mehreren Prüfspannungen arbeiten kann, um sowohl die ständige Isolationsüberwachung als auch bei Bedarf die normgerechte Erstprüfung mit höherer Prüfspannung statisch und in ihrem Impedanz-Frequenzverlauf durchzuführen.
Gerätesystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Baukastensystem (1) die Funktion des Gerätetyps spektral auflösendes Impedanz-Messgerät für die Netzimpedanzen zwischen dem Neutralleiter N (4) und den drei Phasen-Außenleitern L1, L2, L3 mit einem Modul realisiert, welches einen an die Generator-Steuerung (24) angebundenen Leistungsgenerator für ein optional frequenzverschiebbares Rauschband (11) umfasst, welcher zu jedem Zeitpunkt die Bandbreite der Überlagerungssignale auf ein Rauschband mit einer Bandbreite deutlich unterhalb der Bandbreite des zu messenden Frequenzbandes beschränkt und das Rauschband während der Überlagerungs-Phase der Messung über das zu messende Frequenzband verschiebt und dabei die Rauschleistung dem natürlichen Strom- bzw. Spannungsrauschen im jeweiligen Rauschband anpasst, um die Rauschleistung weiter abzusenken.
Gerätesystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Baukastensystem (1) die Funktion der Gerätetypen Aktives Netzfilter und spektral auflösendes Impedanz-Messgerät für die Netzimpedanz zwischen dem Neutralleiter N (4) und den drei Phasen-Außenleitern L1, L2, L3 mit einem Modul realisiert, welches einen an die Generator-Steuerung (24) angebundenen Leistungsgenerator für Kompensationsströme (12) umfasst, welcher, wenn er nichtsinusförmige Ströme nichtlinearer Lasten zu sinusförmigen Strömen ergänzt, Oberschwingungs-Kompensationsströme liefert, die, wenn sie moduliert werden, an denjenigen Frequenzen, die in den Kompensationsströmen vertreten sind, Informationen über die Netzimpedanz liefern.
Gerätesystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Baukastensystem (1) die Funktion der Gerätetypen Unterbrechungsfreie Stromversorgung mit sinusförmiger Ausgangsspannung und spektral auflösendes Impedanz-Messgerät für die Netzimpedanz zwischen dem Neutralleiter N (4) und den drei Phasen-Außenleitern L1, L2, L3 mit einem Modul realisiert, welches einen an die Generator-Steuerung (24) angebundenen USV-Leistungsgenerator mit sinusförmiger Ausgangsspannung (13) umfasst, welcher, wenn er nichtlineare Lasten mit sinusförmiger Spannung speist, Oberschwingungs-Kompensationsströme liefert, die, wenn sie moduliert werden, an denjenigen Frequenzen, die in den Kompensationsströmen vertreten sind, Informationen über die Netzimpedanz liefern.
Gerätesystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Baukastensystem (1) die Funktion des Gerätetyps spektral auflösendes Impedanz-Messgerät für die Netzimpedanz zwischen dem Neutralleiter N (4) und den drei Phasen-Außenleitern L1, L2, L3 mit einem Modul realisiert, welches die Ströme leistungsstarker im untersuchten Netz vorhandener Generatoren oder Lasten, die zeitweilig Ströme mit großer Frequenzbandbreite einspeisen oder entnehmen, misst und spektral analysiert, und an denjenigen Frequenzen, die in den Strömen vertreten sind, Informationen über die Netzimpedanz liefert.
Gerätesystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (9) einen oder mehrere leistungsfähige Rechner aufweist, auf dem/denen Software-Module als parallel ausgeführte Threads laufen und/oder dass der Controller (9) hardwaremäßig räumlich vom Basis-Messmodul (6) abgesetzt sein kann.
Gerätesystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der im Grundmodul zur Messdatenerfassung (2) erzeugte Datenstrom den gerätetypspezifischen Hardware- und/oder Softwaremodulen – über einen dedizierten Bus – vorzugsweise einen Bus mit Punkt-zu-Multipunkt-Struktur – und/oder – über ein dediziertes Protokoll – vorzugsweise eines, welches Punkt-zu-Multipunkt-Datentransfer erlaubt zur Verfügung gestellt werden kann.
Gerätesystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (9) und/oder das Basis-Messmodul (6) in einem nichtflüchtigen Speicher Angaben zur Identität der Messstelle enthalten und allen gerätetypspezifischen Modulen aus Software und gegebenenfalls eigener Hardware als Metadaten für gerätetypspezifische Messungen zur Verfügung stellen und/oder, dass der im Controller (9) und/oder im Basis-Messmodul (6) und/oder an den einzelnen Strommesseingängen (14, 15, 16, 17, 18, 19) und/oder Abzweig-Strommesseingängen (25, 26, 27, 28, 43) und/oder an den einzelnen Spannungsmesseingängen (20, 21, 22, 23) angeordnete nichtflüchtige Speicher Kalibrationsdaten und/oder Parameter zur Dekonvolution der Übertragungsfunktionen der Messketten für alle angeschlossenen Messketten enthält und allen an das Grundmodul zur Messdatenerfassung (2) angeschlossenen Gerätetyp-spezifischen Modulen bereitstellen kann.