-
Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zum kontaktlosen Messen eines elektrischen Stroms in einem Leiter, sowie verschiedene Vorrichtungen und Verfahren zu ihrem Betrieb.
-
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Vorrichtungen und Verfahren zum kontaktlosen Messen von Strömen bekannt. In der Regel werden hierfür Stromwandler mit einem ferromagnetischen Kern und wenigstens einer um den Kern gewickelten Spule verwendet. Dabei umschließt der Messkern den stromdurchflossenen Leiter ganz oder teilweise, so dass in die um den Kern gewickelte Spule ein zu dem zu messenden Strom korrespondierender Messstrom induziert wird. Derartige Stromwandler sind auch unter dem englischen Begriff „current transformer“ (CT) bekannt.
-
Durch die Ausgestaltung des ferromagnetischen Kerns sowie der Anzahl von Windungen der Spule können derartige Stromwandler an verschiedene Anwendungsbereiche angepasst werden. Aus Gründen der elektrischen Sicherheit und zur Vereinheitlichung der nachfolgenden Messkette geben bekannte Stromwandler dabei in der Regel ein einheitliches Ausgangssignal von beispielsweise 0 bis 0,33 V als Messsignal aus, unabhängig von einem konkreten Messbereich des jeweiligen Stromwandlers. Beispielsweise kann ein Signal von 0,25 V bei einem ersten Stromwandler für einen Stromfluss von 20 A stehen und bei einem zweiten Stromwandler für einen Stromfluss von 200 A.
-
Für die Umwandlung des Messsignals in einen konkreten Messwert ist daher die Einstellung eines entsprechenden Skalierungsfaktors oder sonstigen Umrechnungswertes erforderlich. Solche Werte werden typischerweise manuell bei Durchführung der Messung beziehungsweise Installation des Stromwandlers eingestellt. Das manuelle Einstellen eines entsprechenden Umrechnungswertes kann leicht zu Fehlern führen, so dass insbesondere bei komplexen Installationen, wie beispielsweise im Bereich der Gebäudeüberwachung, teilweise falsche Umrechnungswerte verwendet werden, was wiederum zu Folgefehlern bei der Überwachung und Steuerung von Energieversorgungssystemen führt.
-
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, bekannte Messeinrichtungen und Verfahren weiter zu verbessern, um mögliche Fehlerquellen beim kontaktlosen Messen von Strömen in einem Leiter zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren.
-
Gemäß einem ersten Aspekt wird die oben genannte Aufgabe durch einen Messaufnehmer, umfassend wenigsten einen induktiven Stromwandler zum Erzeugen eines elektrischen Messsignals in Abhängigkeit eines Stromflusses in einem durch den induktiven Stromwandler geführten Leiter und einen Anschluss zum Verbinden des Stromwandlers mit einem Messumformer gelöst. Dabei ist der induktiven Stromwandler elektrisch mit wenigstens zwei Anschlusskontakten des Anschlusses verbunden, um das elektrische Messsignal an den Messumformer zu übertragen. Der Messaufnehmer umfasst des Weiteren ein zwischen den induktiven Stromwandler und die zwei Anschlusskontakte geschaltetes Erkennungsmodul, das beim Anlegen eines Abfragesignals an die zwei Anschlusskontakte, beispielsweise durch eine Erkennungseinrichtung des Messumformers, ein Antwortsignal zurückliefert, wobei das Antwortsignal spezifisch für einen Messbereich des induktiven Stromwandlers ist. Ein derartiger Messaufnehmer ermöglicht die automatische Bestimmung eines Messbereichs eines in einem Messaufnehmer verbauten Stromwandlers und somit eine fehlerfreie Wahl eines geeigneten Umrechnungswertes.
-
In wenigstens einer Ausgestaltung ist das Antwortsignal spezifisch für den Typ des Stromwandlers oder Messaufnehmers.
-
In wenigstens einer Ausgestaltung umfasst das Erkennungsmodul wenigstens ein Widerstandselement, so dass beim Anlegen einer Testspannung als Abfragesignal ein Stromfluss durch den Messaufnehmer oder ein Spannungsabfall zwischen den zwei Anschlusskontakten als Antwortsignal zurückgeliefert wird. Eine derartiges Erkennungsmodul ist besonders einfach und kostengünstig zu implementieren und erlaubt eine schaltungstechnisch besonders einfache Unterscheidung verschiedener Messaufnehmer beziehungsweise darin verbauter Stromwandler. Bevorzugt umfasst das Erkennungsmodul zwei gleich groß dimensionierte Widerstände, die die zwei Anschlusskontakte symmetrisch mit dem induktiven Stromwandler verbinden.
-
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung umfasst das Erkennungsmodul wenigstens einen Mikrochip, wobei der Mikrochip nach Anlegen einer Versorgungsspannung als Abfragesignal wenigstens ein digitales Antwortsignal erzeugt, in dem wenigstens ein Parameter des Stromwandlers codiert ist. Eine derartige Ausgestaltung erlaubt insbesondere die Übertragung unterschiedlicher Werte und/oder komplexer Profile des mit dem Erkennungsmodul verbundenen Stromwandlers. Beispielsweise kann in dem digitalen Antwortsignal wenigstens einer der folgenden Parameter codiert sein: ein Messbereich des Stromwandlers, eine Kennlinie des Stromwandlers, ein Typcode des Stromwandlers oder des Messaufnehmers und/oder eine Serien- oder Teilenummer des Stromwandlers oder des Messaufnehmers.
-
Der Messaufnehmer gemäß dem ersten Aspekt kann beispielsweise als Zangenstrommesser mit einem teilbaren Magnetkern, als Strommessspule mit einem geschlossenen, so genannten „solid core“ Ferritkern oder als Rogowskispule mit einem Luftkern ausgeführt werden.
-
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe durch eine Messeinrichtung zum kontaktlosen Messen eines elektrischen Stroms in einem Leiter gelöst. Die Messeinrichtung umfasst einen induktiven Stromwandler sowie einen Messumformer zum Auslesen eines von dem induktiven Stromwandler erzeugten elektrischen Messsignals. Dabei ist der Messumformer dazu eingerichtet, einen Messwert für einen Stromfluss in einem durch den induktiven Stromwandler geführten Leiter in Abhängigkeit des ausgelesenen elektrischen Messsignals und eines Messbereichs des induktiven Stromwandlers zu bestimmen. Die Messeinrichtung umfasst des Weiteren ein zwischen den induktiven Stromwandler und den Messumformer geschaltetes Erkennungsmodul, das beim Anlegen eines Abfragesignals ein Antwortsignal zurückliefert, wobei das Antwortsignal spezifisch für den Messbereich des induktiven Stromwandlers ist.
-
Eine derartige Messeinrichtung stellt eine vollständige Messkette für den Messaufnehmer gemäß dem ersten Aspekt dar.
-
In wenigstens einer Ausgestaltung sind der Stromwandler und das Erkennungsmodul baulich in einem Messaufnehmer vereinigt, und der Messaufnehmer ist über einen Steckverbinder mit dem Messumformer verbunden. Eine derartige Ausgestaltung schließt einerseits mögliche Verwechslungen bei der Installation der Messeinrichtung aus und ermöglicht andererseits eine flexible Anpassung der Messeinrichtung an unterschiedliche Messbereiche durch Wechsel des Messaufnehmers.
-
In wenigstens einer Ausgestaltung umfasst die Messeinrichtung des Weiteren eine Speichervorrichtung zum Ablegen einer Vielzahl von Profilen für eine Vielzahl von Stromwandlern, wobei im Betrieb der Messeinrichtung in Abhängigkeit des Antwortsignals ein für den an den Messumformer angeschlossenen Stromwandler spezifisches Profil aus der Speichervorrichtung abgerufen wird. Eine derartige Lösung gestattet insbesondere die Verwendung einer Vielzahl unterschiedlicher Stromwandler und gegebenenfalls auch die nachträgliche Integration weiterer Typen von Stromwandlern in ein bestehendes Messsystem.
-
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Erkennungsmodul zum Identifizieren eines Stromwandlers in einer Messeinrichtung gemäß dem zweiten Aspekt offenbart. Das Erkennungsmodul umfasst wenigstens einen Anschlusskontakt zum Verbinder des Erkennungsmoduls mit einem Eingangsanschluss eines Messumformers und wenigstens ein elektronisches Bauelement, das in Reaktion auf ein über den Anschlusskontakt erhaltenes Abfragesignal ein Antwortsignal an dem Anschlusskontakt bereitstellt. Ein derartiges Erkennungsmodul eignet sich insbesondere zur Integration in einen Messaufnehmer gemäß dem ersten Aspekt oder zur Vorschaltung vor konventionelle Stromwandler ohne eingebautes Erkennungsmodul.
-
In wenigstens einer Ausgestaltung umfasst das Erkennungsmodul ein Datenverarbeitungselement und eine nichtflüchtige Speichervorrichtung, wobei das Datenverarbeitungselement dazu eingerichtet ist, in Reaktion auf das Abfragesignal wenigstens einen Parameter aus der nichtflüchtigen Speichervorrichtung abzurufen und als codiertes Antwortsignal für den Messumformer bereitzustellen.
-
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein Messverfahren zum kontaktlosen Messen eines elektrischen Stromflusses in einem Leiter mit den folgenden Schritten offenbart:
- - Anlegen eines Abfragesignals an einen Eingangsanschluss eines Messumformers;
- - Erfassen eines von einem an dem Eingangsanschluss angeschlossenen Erkennungsmodul erzeugten Antwortsignals;
- - Bestimmen eines Messbereichs des Stromwandlers in Abhängigkeit des Antwortsignals;
- - Erfassen eines von einem an dem Eingangsanschluss angeschlossenen induktive Stromwandler erzeugten elektrischen Messsignals durch den Messumformer, wobei das elektrische Messsignal in Abhängigkeit eines Stromflusses in einem durch den induktiven Stromwandler geführten Leiter erzeugt wird; und
- - Bestimmen eines Messwerts für den Stromfluss in dem Leiter in Abhängigkeit des bestimmten Messbereichs und des elektrischen Messsignals.
-
Ein derartiges Messverfahren erlaubt ein vollautomatisches und fehlerfreies Bestimmen eines Messwerts bei einer kontaktlosen Messung eines Stroms.
-
Gemäß einer Ausgestaltung umfasst der Schritt des Bestimmens des Messbereichs des Stromwandlers folgende Teilschritte: Bestimmen eines Typs und/oder einer Seriennummer des mit dem Eingangsanschluss des Messumformers verbundenen Stromwandlers basierend auf dem ausgelesenen Antwortsignal; und Abrufen eines für den Stromwandler spezifischen Profils aus einer Speichervorrichtung. Ein derartiges Verfahren ist besonders flexibel und kann durch ein verhältnismäßig einfach aufgebautes Erkennungsmodul verwirklicht werden.
-
Gemäß einem fünften Aspekt wird ein Eichverfahren für einen Messaufnehmer umfassend einen induktiven Stromwandler und ein Erkennungsmodul mit den folgenden Schritten offenbart:
- - Anschließen des Messaufnehmers an eine Eichvorrichtung;
- - Erzeugen wenigstens eines bekannten Referenzstroms in einem durch den induktiven Stromwandler geführten Leiter;
- - Bestimmen wenigstens eines elektrischen Messsignals des Stromwandlers für den wenigstens einen bekannten Referenzstrom;
- - Bestimmen eines Profils für den induktiven Stromwandler in Abhängigkeit des wenigstens einen bestimmten Messsignals und des wenigstens einen bekannten Referenzstroms; und
- - Assoziieren des bestimmten Profils mit einem Wert des Erkennungsmoduls.
-
Das Eichverfahren gemäß dem fünften Aspekt dient insbesondere dazu, einen Messaufnehmer gemäß dem ersten Aspekt vor der erstmaligen Verwendung zu charakterisieren. Ein derartiges Verfahren wird beispielsweise direkt vom Hersteller des Messaufnehmers durchgeführt und verhindert somit mögliche Fehler bei der Verwendung des Messaufnehmers durch einen Anwender.
-
In wenigstens einer Ausgestaltung ist eine nichtflüchtige Speichervorrichtung in den Messaufnehmer integriert und im Schritt des Assoziierens wird wenigstens ein Teil des bestimmten Profils in der nichtflüchtigen Speichervorrichtung gespeichert. Ein derartiges System erlaubt die direkte Ablage relevanter Werte in dem hergestellten Messaufnehmer.
-
In wenigstens einer Ausgestaltung liefert das Erkennungsmodul beim Anlegen eines Abfragesignals ein Antwortsignal an die Eichvorrichtung zurück, das einen Typ und/oder eine Kennung des Messaufnehmers kennzeichnet, und im Schritt des Assoziierens wird ein Eintrag in einer externen Speichervorrichtung gespeichert, der den Typ und/oder die Kennung des Messaufnehmers und wenigstens einen Teil des bestimmten Profils umfasst. Eine derartige Lösung erlaubt insbesondere die zentrale Speicherung einer Vielzahl unterschiedlicher Profile für eine korrespondierende Vielzahl von unterschiedlichen Typen von Messaufnehmern.
-
In wenigstens einer Ausgestaltung werden in den Schritten des Erzeugens wenigstens eines bekannten Referenzstroms und des Bestimmens wenigstens eines elektrischen Messsignals eine Mehrzahl von Referenzströmen und zugehörige Messsignalen erzeugt beziehungsweise bestimmt und im Schritt des Bestimmens eines Profils eine Kennlinie für den Stromwandler bestimmt. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht insbesondere die Aufnahme komplexer, nichtlinearer Kennlinien von Messaufnehmern.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den angehängten Patentansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen offenbart. Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf unterschiedliche Ausführungsbeispiele anhand der angehängten Figuren im Detail beschrieben. Darin zeigen:
- 1 eine mögliche Ausgestaltung einer Messeinrichtung,
- 2A eine erste Ausgestaltung eines Erkennungsmoduls,
- 2B eine zweite Ausgestaltung eines Erkennungsmoduls,
- 3 eine mögliche Ausgestaltung eines Messumformers,
- 4 ein Ablaufdiagramm eines Eichverfahrens und
- 5 ein Ablaufdiagramm eines Messverfahrens.
-
1 zeigt schematisch eine Messeinrichtung 10 zum kontaktlosen Messen eines Stroms I in einem Leiter 11. Der Leiter 11 ist ganz oder teilweise von einem induktiven Stromwandler 12, umfassend einen Messkern 13 sowie eine um den Messkern 13 gewickelten Messleitung 14 umgeben. Die gewickelten Messleitung 14 bildet eine Messspule des induktiven Stromwandlers 12. Beispielsweise kann es sich bei dem Messkern 13 um einen magnetischen Ferritkern oder auch um einen Luftkern einer Rogowskispule handeln. Einzelheiten derartiger induktiver Stromwandler 12 sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden hier nicht im Detail beschrieben.
-
Unabhängig von der konkreten Ausgestaltung des Stromwandlers 12 stellt dieser an seinen Anschlussenden X1 und X2 ein zu dem Strom I durch den Leiter 11 im Wesentlichen proportionales, elektrisches Messsignal bereit. Insbesondere wird in die Messleitung 14 ein korrespondierender Messstrom Im induziert. Umfasst der Stromwandler 12 bereits einen internen Messwiderstand, kann der induzierte Messstrom Im auch in eine dazu proportionale Messspannung Um umgewandelt werden. Die Größe des induzierten Messstroms Im beziehungsweise der dazu korrespondierenden Messspannung Um hängt dabei von der Dimensionierung des Messkerns 13 sowie der Anzahl der Windungen der Messleitung 14 um den Messkern 13 ab.
-
Das an den Anschlüssen X1 und X2 anliegende elektrische Messsignal wird über Anschlusskontakte 15 einem Messumformer 16 als analoges Signal zur Verfügung gestellt. Um die an den Anschlusskontakten 15 bereitgestellte Spannung Um beziehungsweise den bereitgestellten Strom Im in einen korrekten Messwert zu überführen, benötigt der Messumformer 16 eine Angabe über den Messbereich des Stromwandlers 12.
-
Im beschriebenen Ausführungsbeispiel erfasst eine Erkennungseinrichtung 17 des Messumformers 16 den Messbereich des Stromwandlers 12 automatisch mit Hilfe eines Erkennungsmoduls 18. Wie in der 1 dargestellt ist das Erkennungsmodul 18 zwischen den Stromwandler 12 und die Erkennungseinrichtung 17 des Messumformers 16 geschaltet. Im Ausführungsbeispiel sind der Stromwandler 12 und das Erkennungsmodul 18 baulich in einem Messaufnehmer 19 vereinigt, so dass ein nachträgliches Vertauschen des Stromwandlers 12 bezüglich des Erkennungsmoduls 18 ausgeschlossen ist. Alternativ kann es sich bei dem Erkennungsmodul 18 auch um eine zwischen die Erkennungseinrichtung 17 und den Stromwandler 12 geschaltete und von diesen gesonderte Vorrichtung handeln, insbesondere zur Nachrüstung existierenden Stromwandler 12. Ebenso kann auch die Erkennungseinrichtung 17 als eigenständige Vorrichtung ausgeführt sein. Unabhängig von diesen Ausgestaltungsmöglichkeiten sind auf Seiten des Messumformers 16 keine weiteren Anschlüsse zum Anschluss des Erkennungsmoduls 18 erforderlich. Das Erkennungsmodul 18 erzeugt in Reaktion auf ein von der die Erkennungseinrichtung 17 injiziertes Abfragesignal ein Antwortsignal, das über dieselben Anschlüsse wie das analoge Messsignal zurück an den Messumformer 16 übertragen wird.
-
Ist kein Erkennungsmodul 18 zwischen den Messumformer 16 und den Stromwandler 12 geschaltet, ist zwar keine automatische Erkennung des Stromwandlers 12 möglich, die Messeinrichtung 10 kann jedoch weiterhin verwendet werden, gegebenenfalls nach manueller Auswahl des entsprechenden Messbereichs. Somit ist die beschriebenen Messeinrichtung 10 abwärtskompatibel mit vorhandenen Stromwandlern.
-
2A zeigt eine erste mögliche Ausgestaltung des Erkennungsmoduls 18. In der Ausgestaltung gemäß 2A sind zwei Widerstände 21a und 21b seriell in die zwei Anschlussleitungen X1 und X2 der Messleitung 14 eingeschleift. Im Ausführungsbeispiel sind die beiden Widerstände 21a und 21b gleich groß, um den Messaufnehmer 19 elektrisch auszubalancieren. Der kombinierte Widerstandswert der Widerstände 21a und 21b ist dabei spezifisch für den Messbereich oder den Typ des Stromwandlers 12. Der Widerstandswert wird dabei bevorzugt so gewählt, dass er das von dem Stromwandler 12 bereitgestellte elektrische Messsignal nicht oder nur geringfügig verfälscht. Dies kann beispielsweise dadurch bewirkt werden, dass ein Widerstandswert des Widerstands 21 gewählt wird, der um eine oder mehrere Größenordnungen über beziehungsweise unter dem Innenwiderstand der durch die Messleitung 14 gebildeten Messspule liegt. Zum Erkennen eines Messbereichs des Stromwandlers 12 kann die Erkennungseinrichtung 17des Messumformers 16 nun beispielsweise eine Spannung einer bekannten Größe an die Anschlusskontakte 15 anlegen, beispielsweise im Moment des Einschaltens oder zu regelmäßigen Zeitpunkten. In Abhängigkeit eines Gesamtwiderstands des Messaufnehmers 19 umfassend den Stromwandler 12 und das Erkennungsmodul 18 ergibt sich ein entsprechender Stromfluss, von dem auf den Typ des verbauten Stromwandlers 12 geschlossen werden kann.
-
Anstelle der oben beschriebenen, seriell zu dem Stromwandler 12 geschalteten Wiederstände 21a und 21b können auch andere elektrische oder elektronische Bauteile parallel oder in Serie zu dem Stromwandler 12 geschaltet werden, soweit deren elektrisch Eigenschaften sich von einer entsprechenden Erkennungseinrichtung auslesen und zur Identifizierung des Messaufnehmers 12 verwenden lassen. Beispielsweise kann auch die Kapazität eines Kondensators zur Identifizierung bestimmt werden.
-
2B zeigt schematisch eine alternative Ausgestaltung des Erkennungsmoduls 18. In der Ausgestaltung gemäß 2B umfasst das Erkennungsmodul 18 einen Energiespeicher 22, eine Datenverarbeitungsvorrichtung 23 und eine nichtflüchtige Speichervorrichtung 24. Alle oder Teile der oben genannten Komponenten können gemeinsam in einem Mikrochip integriert sein. Im Betrieb der Messeinrichtung 10 speichert der Energiespeicher 22 einen Teil der von dem Stromwandler 12 und/oder dem Messumformer 16 bereitgestellten elektrischen Energie zwischen. Mit Hilfe dieser elektrischen Energie kann die Datenverarbeitungsvorrichtung 23 zum Beispiel beim ersten Anlegen der Versorgungsspannung einen oder mehrere in der nichtflüchtigen Speichervorrichtung 24 abgelegte Parameter abrufen. Beispielsweise können ein (maximaler) Messbereich des Stromwandlers 12, eine Kennlinie des Stromwandlers 12, ein Typcode des Stromwandlers 12 und/oder eine Seriennummer des Messaufnehmers 19 in der nichtflüchtigen Speichervorrichtung 24 abgelegt sein. Der oder die abgerufenen Parameter werden einmalig oder regelmäßig in Form eines codierten Antwortsignals an den Messumformer 16 übertragen. Beispielsweise kann das codierte Antwortsignal als hochfrequentes Signal über ein im Wesentlichen statisches oder sich nur langsam veränderndes Messsignal gelegt werden.
-
3 zeigt eine mögliche Ausgestaltung des Messumformers 16 mit einer darin enthaltenen Erkennungseinrichtung 17. In der Ausgestaltung gemäß 3 umfasst der Messumformer 16 zwei Eingangsanschlüsse 31 zum Verbinden mit entsprechenden Anschlusskontakten 15 eines Messaufnehmers 19. Intern sind die Eingangsanschlüsse 31 mit einer Signalisierungsschaltung 32 zum Erzeugen eines Abfragesignals und einer Detektionsschaltung in Form eines Analog-Digitalwandler (ADC) 33 zum Erkennen eines Antwortsignals verbunden. Beispielsweise kann die Signalisierungsschaltung 32 die Anschlüsse 31 für einen kurzen Zeitraum mit einer vorbestimmten Spannung beaufschlagen, um so eine Referenzspannung in einen Messaufnehmer 19 zu injizieren. Die Referenzspannung dient beispielsweise dazu, um den Widerstandswert der Widerstände 21a und 21b gemäß der Ausgestaltung nach 2A auszulesen oder den Energiespeicher 22 der Ausgestaltung nach 2B mit einer Betriebsenergie zu versorgen. Selbstverständlich ist auch die Übertragung komplexerer Abfragesignale, insbesondere digital codierter Abfragesignale möglich.
-
Mittels des ADC 33 wird ein entsprechendes Antwortsignal des Erkennungsmoduls 18 detektiert. Hierbei kann es sich, wie oben beschrieben, beispielsweise um das Bestimmen eines Widerstandswerts, eines Stromflusses, eines Spannungsabfalls oder um ein Auslesen eines digital codierten Antwortsignals mit darin enthaltenen Parametern des Stromwandlers handeln.
-
Aus dem Antwortsignal kann beispielsweise direkt auf einen Messbereich und einen damit verbundenen Umrechnungswert geschlossen werden. Alternativ ist es möglich, dass durch die Detektionsschaltung lediglich ein Typ beziehungsweise eine Seriennummer eines Messaufnehmers 19 erfasst wird und dann einen entsprechenden Umrechnungswert aus einer Umrechnungstabelle auszuwählen. Beispielsweise wird aus einer entsprechenden, internen oder externen Speichervorrichtung 34 ein korrespondierendes Profil für den angeschlossenen Messaufnehmer 19 ausgelesen und einem Messwertumsetzer in Form eines Prozessors 35 oder Mikrocontrollers zugeführt. Nachfolgend kann der Messwertumsetzer die von dem ADC 33 bereitgestellten Digitalwerte mittels des ermittelten Umrechnungswertes oder Profils in zutreffender Messwerte umrechnen. Die weitere Verarbeitung der Messwerte durch nachgeschaltete Elemente des Messumformers 16 ist in der 3 nicht dargestellt und hier nicht im Einzelnen beschrieben.
-
In der Ausgestaltung gemäß 3 basiert die Erkennungseinrichtung 17 auf denselben Komponenten wie die Messschaltung des Messumformers 16. Eine durch eine Schaltstufe der Signalisierungsschaltung 32 injizierte Spannung führt zu einem Stromfluss durch die beiden in Reihe geschalteten Widerstände 21a und 21b der Schaltung gemäß 2A. In Folge dessen entsteht ein Spannungsabfall an einem Eingang des ADC 33. Der hinter dem ADC 33 angeschlossene Prozessor 35 kann die Injizierung der Spannung durch die Signalisierungsschaltung 32 selbst auslösen und dann einen zu dem entstehenden Stromfluss korrespondierenden Wert am Ausgang des ADC 33 abrufen. Basierend auf dem abgerufenen Wert entnimmt der Prozessor 35 aus einer in der Speichervorrichtung 34 gespeicherten Tabelle die Typklasse des Messaufnehmers 18. Wenn die Typerkennung abgeschlossen ist, dienen der ADC 33 und Prozessor 35 weiter zur fortlaufenden Messung der von dem Messaufnehmer 18 erfassten Stromwerte durch den Leiter 11.
-
4 zeigt schematisch die Schritte eines Eichverfahrens für die Messeinrichtung 10 gemäß 1.
-
In einem ersten Schritt 41 wird der Messaufnehmer 19 umfassend den Stromwandler 12 und das Erkennungsmodul 18 mit den Eingangsanschlüssen 31 des Messumformers 16 verbunden. In einem optionalen Schritt 42 kann nachfolgend eine dauerhaft in dem Erkennungsmodul 18 gespeicherte Kennung des Messaufnehmers 19 ausgelesen werden. Alternativ oder zusätzlich wird der Typ des Messaufnehmers 19 wie oben beschrieben erfasst. In dieser Phase umgibt der Messkern 13 in der Regel keinen Leiter 11, oder ein Leiter 11 innerhalb des Messkerns 13 wird nicht von einem Strom I durchflossen. Das System jedoch auch in ein laufendes elektrisches System eingebaut werden. Hierzu injiziert die Erkennungseinrichtung 17 eine Gleichspannung in den Messaufnehmer 19. Der Messumformer 16 filtert während der Erkennungsphase möglicherweise durch den Leiter 11 eingekoppelte Wechselspannungsanteile heraus und bewertet nur die Gleichspannungsanteile. Somit ist die Erkennung des Messaufnehmers 19 auch gewährleistet, wenn der Stromwandler 12 in einem laufenden elektrischen System installiert ist.
-
In einem weiteren Schritt 43 fließt ein bekannter Referenzstrom Ir durch den Leiter 11 innerhalb des Messkerns 13. Daraufhin wird im Schritt 44 ein korrespondierendes elektrisches Messsignal an den Anschlüssen X1 und X2 der Messleitung 14 erzeugt und von einer Eichvorrichtung erfasst. Beispielsweise kann es sich bei der Eichvorrichtung um eine spezielle Form eines Messumformers handeln. Die Schritte 43 und 44 können optional für unterschiedliche Referenzströme Ir wiederholt werden, um eine vollständige Kennlinie des Stromwandlers 12 aufzunehmen, die auch Nichtlinearitäten abbildet. Basierend auf den Ergebnissen der Schritte 43 und 44 wird im Schritt 45 ein Profil für den Messaufnehmer 19 beziehungsweise den darin enthaltenen Stromwandler 12 bestimmt. Dabei kann das Profil beispielsweise aus sämtlichen erfassten Messwerten oder nur aus einem bestimmten Umrechnungswert beziehungsweise Skalierungsfaktor bestehen. Alternativ können auch andere Parameter in dem Profil enthalten sein, wie beispielsweise ein maximaler Messbereich des Stromwandlers 12.
-
In einem letzten Schritt 46 werden das zuvor bestimmte Profil oder zumindest einzelne Werte daraus mit dem Messaufnehmer 19 assoziiert. Hierfür können beispielsweise einzelne Werte des Profils direkt in eine nichtflüchtige Speichervorrichtung 24 des Erkennungsmoduls 18 gespeichert werden. Alternativ ist es auch möglich, das vollständige Profil zusammen mit der im Schritt 42 ausgelesenen Kennung des Messaufnehmers 19 in einer zentralen Speichervorrichtung abzulegen. Die durch das Eichverfahren gemäß 4 erstellten Profile beziehungsweise abgespeicherten Werte können nachfolgend für eine Messung unter Verwendung des derart charakterisierten Messaufnehmers 19 verwendet werden.
-
5 zeigt schematisch die Schritte eines entsprechenden Messverfahrens.
-
In einem Schritt 51 wird der Messaufnehmer 19 umfassend den Stromwandler 12 und das Erkennungsmodul 18 mit den Eingangsanschlüssen 31 des Messumformers 16 verbunden. In einem nachfolgenden Schritt 52 erzeugt die Erkennungseinrichtung 17 ein Abfragesignal, das an das Erkennungsmodul 18 übertragen wird. Hierbei kann es sich beispielsweise, wie oben beschrieben, um das bloße Anlegen einer Gleichspannung oder um das Erzeugen eines codierten Abfragesignals handeln. In einem Schritt 53 antwortet das Erkennungsmodul 18 mit einem entsprechenden Antwortsignal. Auch hierbei kann es sich lediglich um ein einfaches analoges Signal, wie beispielsweise einen vorbestimmten Stromfluss oder Spannungsabfall, oder um ein komplexes, codiertes Antwortsignal handeln.
-
Das Antwortsignal enthält dabei entweder Informationen zu einer Identität beziehungsweise einem Typ des verbauten Strommessers 12, der einen indirekten Rückschluss auf den Messbereich des Strommessers 12 zulässt, oder direkt einen von dem Messumformer 16 benötigten Umrechnungswert. Auf Grundlage dieser Daten wird im Schritt 54 ein Messbereich für den angeschlossenen Stromwandler 12 bestimmt. Ist ein entsprechender Umrechnungswert direkt in das Antwortsignal codiert, kann dieser im Schritt 54 erfasst und zur weiteren Verwendung gespeichert werden. Enthält das Antwortsignal dagegen lediglich einen Hinweis auf einen verbauten Typ, muss im Schritt 54 noch eine weitere, gegebenenfalls externe Speichervorrichtung abgefragt werden, um einen für den Typ des Stromwandlers 12 korrespondierenden Messbereich beziehungsweise Umrechnungswert zu bestimmen.
-
In einem Schritt 55 wird schließlich ein elektrisches Messsignal an einem Eingang 31 des Messumformers 16 erfasst, das zu einem Strom I durch einen Leiter 11 innerhalb einer Messspule des Stromwandlers 12 korrespondiert. Das im Schritt 55 erfasste Messsignal wird im Schritt 56 in einen konkreten Messwert umgewandelt. Beispielsweise wird hierfür ein im Schritt 54 bestimmter Umrechnungswert verwendet.
-
Die Schritte 55 und 56 können kontinuierlich oder zumindest wiederholt durchgeführt werden, beispielsweise um eine fortlaufende Überwachung eines Stromkreises zu implementieren. Dagegen müssen die Schritte 51 bis 54 lediglich beim Anschluss eines neuen Messaufnehmers 19 an den Messumformer 16 wiederholt werden.
-
Die oben beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren erlauben eine weitgehend automatische Konfiguration einer Messeinrichtung 10 umfassend einen Messumformer 16 und unterschiedliche daran anschließbare Messaufnehmer 19 mit unterschiedlich dimensionierten Stromwandlern 12. Dabei verhindert die automatische Erkennung des verwendeten Stromwandlers 12 eine Fehlkonfiguration des Messumformers 16 und vereinfacht und verbessert somit einen Installationsprozess und den Betrieb der Messeinrichtung 10.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Messeinrichtung
- 11
- Leiter
- 12
- (induktiver) Stromwandler
- 13
- Messkern
- 14
- Messleitung
- 15
- Anschlusskontakt (des Messaufnehmers 19)
- 16
- Messumformer
- 17
- Erkennungseinrichtung
- 18
- Erkennungsmodul
- 19
- Messaufnehmer
- 21
- Widerstand
- 22
- Energiespeicher
- 23
- Datenverarbeitungsvorrichtung
- 24
- nichtflüchtige Speichervorrichtung
- 31
- Eingangsanschluss
- 32
- Signalisierungsschaltung
- 33
- Analog-Digitalwandler
- 34
- Speichervorrichtung
- 35
- Prozessor
- 41 bis 46
- Verfahrensschritte (des Eichverfahrens)
- 51 bis 56
- Verfahrensschritte (des Messverfahrens)
- I
- Strom
- XI, X2
- Anschlussende (der Messleitung 14)
