DE60315619T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung der Drehrichtung zweier Phasen in einem Dreiphasenspannungssystem - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Identifizierung der Drehrichtung zweier periodischer elektrischer Signale der gleichen Frequenz, wobei jedes an einem elektrischen Leiter anliegt, insbesondere eines dreiphasigen Spannungssystems, durch das die Signale über die beiden Leiter abgegriffen werden und durch das die Drehrichtung durch in Bezug setzen der abgegriffenen Signale mit Hilfe einer Vorrichtung bestimmt wird, die einen Erdungsanschluss über den Abnehmer des Letzteren umfasst. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Gerät zur Durchführung dieses Verfahrens.
• Die Verfahren und Geräte dieses Typs sind bereits bekannt. Somit kennt man ein Verfahren, das auf der Verwendung zweier an nur zwei Phasen angeschlossener Drähte und auf einer Kontaktelektrode zur Anwendung eines Fingers des Abnehmers basiert. Dieses Verfahren setzt die Verwendung eines Spannungsteilers voraus, der im Wesentlichen aus Widerstanden besteht und einen Nachteil für den Fall darstellt, dass isolierende Handschuhe getragen werden. Auf der anderen Seite ruft die kapazitive Verbindung mit dem Abnehmer eine Phasenverschiebung hervor, die die Anzeige verfälscht. Darüber hinaus ist die elektrische Referenz des Systems, selbst ohne Handschuhe, nicht sicher das Erdungspotential. Zur Sicherheit des Abnehmers gibt es keine Isolierung, sondern nur eine Beschränkung des Stroms, die nur unter normalen Betriebsbedingungen wirksam ist.
• Ein weiteres bekanntes Verfahren verwendet zwei Drähte, bei denen eine Phase im Vergleich zu einer anderen Phase gespeichert wird, wobei ein Zeitfenster geöffnet wird. Dieses Verfahren weist den Nachteil auf, einen Arbeitsvorgang in einer sehr kurzen Zeit auf einem Netzwerk auszuführen und funktioniert bei Aggregaten aufgrund der Instabilität nicht richtig. Auf der anderen Seite funktioniert es in einem sehr reduzierten Frequenzbereich nicht, und es ist nötig, die Phasen des Mittelleiters zu differenzieren, um einen Fehler bei der Anzeige der Drehrichtung nach einem falschen Anschluss zu vermeiden.
• Das Dokument DE 298 15 829 U beschreibt ein Verfahren und ein Gerät zur Identifizierung der Drehrichtung zweier periodischer elektrischer Signale, die an zwei elektrischen Leitern anliegen, durch das die Signale über die beiden Leiter mittels zweier Drähte eines Testgeräts, die mit einem Erdungsanschluss über den Abnehmer des Geräts versehen sind, abgegriffen werden, und durch das die Drehrichtung ausgehend von Informationen, die durch die beiden Signale übermittelt werden, bestimmt wird, wobei das eine der beiden Phasensignale als Referenzspannung dient. Das Dokument offenbart ebenfalls eine Phasenverschiebung aufgrund des Erdungsanschlusses über den Abnehmer.
• Die Erfindung hat zum Ziel, ein Verfahren und ein Gerät bereit zu stellen, das die Nachteile des Standes der Technik behebt, die dargelegt werden.
• Dieses Ziel wird mittels des Verfahrens nach Anspruch 1 erreicht.
• Gemäß einem erfindungsgemäßen Merkmal ist die eine der beiden Phasen mit der inneren Masse verbunden, um als Spannungsreferenz zu dienen und die Probenahme des Signals über die andere Phase wird über eine kapazitive Verbindung erzielt, die dazu bestimmt ist, die durch die Kapazität mit dem Erdungsanschluss über den Abnehmer induzierte Phasenverschiebung auszugleichen.
• Die Erfindung wird besser verstanden und weitere Ziele, Merkmale, Details und Vorteile davon werden im Verlauf der erklärenden Beschreibung, die unter Bezug auf die beigefügten Anhänge, die lediglich als Beispiel gegeben werden und die eine Ausführungsform der Erfindung veranschaulichen, klarer erscheinen und in denen:
• die 1 eine synoptische Ansicht in Form eines Blockschemas des Geräts zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, und
• die 2A und 2B zwei Varianten der Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Funktionsweise des Geräts zur Durchführung dieses Verfahrens veranschaulichen.
• Auf dem synoptischen Schema der 1 sind durch die Referenzen L1, L2 und L3 die drei Phasenleiter eines dreiphasigen Netzwerks angezeigt, deren Drehrichtung mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Geräts, das durch die allgemeine Referenz 1 bezeichnet ist, bestimmt werden soll. Der Mittelleiter des Netzes, gekennzeichnet N, bleibt im Rahmen der Erfindung frei.
• Das erfindungsgemäße Gerät umfasst zwei Drähte 3, 4 zur Probenahme der elektrischen Signale über die Phasenleiter L1 bis L3, wobei jeder Draht mit einer Probenahme- oder Kontaktspitze, die einen Eingang des Geräts ausmacht, auf an sich bekannte Art und Weise endet. Im Fall der 1, die als Beispiel gegeben ist, sind die Drähte 3 und 4 mit den Phasen L1 und L2 verbunden und das Gerät hat somit zur Aufgabe, die Drehrichtung dieser beiden Phasen in dem dargestellten die drei Phasen L1 bis L3 umfassenden Dreiphasensystem festzulegen. Das Gerät umfasst des Weiteren eine Kontaktzone 6 zur Anwendung eines Fingers des Abnehmers, wie dies in 7 durch die schematische Darstellung des Abnehmers, der aufrecht auf der in 8 angezeigten Erdung montiert ist, veranschaulicht ist.
• Spezieller umfasst das Gerät eine Verbindungskapazität mit der Erdung 8, die durch ein Metallelement 10 gebildet ist, das im Inneren des Gerätegehäuses mit einem bestimmten Abstand zur in 11 schematisch dargestellten Wand dieses Gehäuses angeordnet ist. Dieses umfasst auf Höhe des Elements 10 auf der Außenoberfläche der Wand 11 eine Kontaktzone wie dies außerdem in 12 schematisch dargestellt ist. Die Wand 11 des Gehäuses und der Luftabstand zwischen dieser und dem Metallelement 10 dienen als Nichtleiter für die Verbindungskapazität.
• Das Gerät 1 umfasst außerdem zwei Flip-Flops des Typs D 14 und 15, die dazu bestimmt sind, die Rotation der beiden gewählten Phasen, im Beispiel dargestellt die Phasen L1 und L2, zu bestimmen. Die Ausgänge Q der Flip-Flops 14 und 15 sind über eine logische Gatterschaltung des Typs „OU exklusiv" 17 mit einer Anzeige-Vorrichtung 17 verbunden, die zwei Anzeigen 20, 21, zweckmäßigerweise in Form von Leuchtdioden (LED), umfasst, wobei die Anzeige 20 dazu bestimmt ist, den Zustand des Ausgangs Q des Flip-Flops 14 und die Anzeige 21 den Zustand des Ausgangs Q des Flip-Flops 15 anzuzeigen. Die beiden Anzeigen 20, 21 sind je in dem Schaltungskollektor eines Transistors 22, 23 montiert, dessen Sender vernetzt sind und über einen Kontaktschalter 24 mit einem Potential der Quelle der elektrischen Energieversorgung der Anzeige-Vorrichtung 19 verbunden sind.
• Gemäß einem notwendigen erfindungsgemäßen Merkmals ist die eine der Phasen, im Beispiel dargestellt die Phase L1, über eine Kapazität 26 direkt mit dem Takteingang des Flip-Flops 14 und über einen Wechsler 27 mit dem Takteingang H des Flip-Flops 15 verbunden.
• Die zweite Phase L2, im Beispiel dargestellt, ist über den Eingangsdraht 3 des Geräts mit Referenzanschlüssen R der beiden Flip-Flops 14 und 15 auf der einen Seite, und auf der anderen Seite über eine Vorrichtung 29 verbunden, deren Funktion es ist, an den Dateneingängen D der Flip-Flops 14 und 15 das Signal anzulegen, das das positive oder negative Zeichen darstellt, d. h. den logischen Wert der Spannung, die zwischen der Phase L2 und der Erdung 8, wie nachstehend erklärt, besteht. Die Funktion der Kapazität 26 im Eingangsdraht 4 ist es, die durch die Verbindungskapazität 6 mit der Erdung über den Abnehmer 7 verursachte Phasenverschiebung auszugleichen.
• Nachstehend werden, Bezug nehmend auf die 2A und 2B, die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Geräts 1 und die verschiedenen Schritte des Verfahrens, die dieses Gerät durchführt, beschrieben.
• Die 2A betrifft den Fall der Verwendung, dargestellt in der 1, wo es sich darum handelt, das Zeichen des Phasenwinkels zwischen den beiden Phasen L1 und L2 zu bestimmen. Zur Vereinfachung sind die normalerweise sinusförmigen Phasensignale durch Signale dargestellt, die im linearen Zeitverlauf ermittelt werden. Da in der 1 das Signal der Phase L2 als Spannungsreferenz dient, indem es an die Referenzanschlüsse R, die die innere Masse des Geräts ausmachen, angelegt ist, wird das Signal SL2 der Phase L2 konstant angezeigt und das Signal ST, das die Erdung darstellt, ist periodisch und stellt ein alternatives Signal im Vergleich zum Referenzsignal SL2 dar. Das über die Kapazität 26 an die Takteingänge H der Flip-Flops des Typs D 14 und D 15 angelegte Signal SL1 der Phase L1 stellt ebenfalls ein alternatives Signal im Vergleich zum Referenzsignal SL2 dar.
• Die Flip-Flops 14 und 15 empfangen somit drei Signale, nämlich ein erstes Signal SL1 an den Takteingängen H, ein zweites durch das Signal SL2 gebildetes Signal, das als Referenz dient und am Referenzeingang R und der inneren Masse angelegt ist, und ein drittes Signal zur Markierung der Phase des zweiten Signals SR2 im Vergleich zur Erdung 8, die positiv oder negativ zu diesem Letzterem ist. Dieses dritte Signal wird an den Dateneingängen D der Flip-Flops angelegt.
• Die 2A zeigt ebenfalls die Entwicklung des Signals SD. Es zeigt sich, dass dieses Signal einen logischen Zustand 1 oder 2 darstellt, gemäß dem das dritte Signal ST positiv oder negativ im Vergleich zum Referenzsignal SL2 ist. Die 2A veranschaulicht ebenfalls die Taktsignale SL1, angelegt am Eingang H des Flip-Flops 14, und das Signal SL1i, umgekehrt durch den Wechsler 27, im Vergleich zum Signal SL1 am Takteingang H des Flip-Flops 15.
• Es ist festzustellen, dass das Verfahren die Verwendung eines Flip-Flops nicht benötigt, nämlich des Flip-Flops 14, da der Flip-Flop 15 einen zusätzlichen Vorteil darstellt, wie weiter unten erklärt wird.
• Da die Spezifität eines Flip-Flops des Typs D der Transfer von am Dateneingang D vorhandener Information zu seinem Ausgang Q, während des Auftretens eines Ereignisses am Takteingang, wie dem Nulldurchgang, im vorliegenden Fall des Signals SL1, ist, zeigt der Ausgang Q des Flip-Flops 14 das Zeichen des Phasenwinkels zwischen dem Phasensignal SL1 und dem Phasensignal SL2 an. Allerdings ändert sich, wie man deutlich in der 2A sieht, das Zeichen des Phasenwinkels des Signals SL1 im Vergleich zum Signal SL2 an den Punkten A und B, um positiv und negativ zu werden, und an diesen Punkten A und B ändert sich auch das Taktsignal am Takteingang H, indem es an dem Ausgang Q der logischen Zustände der Dateneingänge SD erscheint, die an den Punkten A und B verschieden sind. Der logische Zustand am Ausgang Q bestimmt, ob die Anzeige 20 aufleuchtet oder nicht, indem somit das Phasenzeichen und die Drehrichtung zwischen den Phasen L1 und L2 des Dreiphasensystems signalisiert wird.
• Da der Flip-Flop 15 ein umgekehrtes Taktsignal im Vergleich zu dem an den Flip-Flop 14 angelegten Taktsignal empfängt, ist der logische Zustand an seinem Ausgang Q im Vergleich zum Signal des Ausgangs des Flip-Flops 14 verschieden.
• Die beiden Flip-Flops 14 und 15 sind dazu vorgesehen, eine Bestätigung der Interpretation der Eingangssignale zu ermöglichen. Die Schaltung vom Typ „OU exklusiv" 17, die zwischen den Flip-Flops 14 und 15 angebracht ist, und die Anzeige-Vorrichtung 19 verhindert jede fehlerhafte Anwendung der beiden gleichzeitig aufleuchtenden Anzeigen.
• Wenn die von den beiden Phasen stammenden Signale verlässlich sind, im Falle eines schlechten Anschlusses der Dritten in Verbindung mit der Erdung, befinden sich die beiden Flip-Flops im gleichen Zustand und keine der Anzeigen 20, 21 ist aktiviert. Die Umkehrung der Taktsignale an den Flip-Flops 14 und 15 wiederum ermöglicht das Aufleuchten einer Anzeige in direkter Drehrichtung und der anderen in umgekehrter Drehrichtung.
• Die 2B veranschaulicht den Fall, wo das erste als Taktsignal dienende Signal an den Flip-Flops das an der Phase L1 vorhandene Signal SL1 ist und das als Referenz dienende Signal das an der Phase L3 vorhandene Signal SL3 ist.
• Das erfindungsgemäße Testgerät kann, da ein Eingang kapazitiv an die Erdung angeschlossen ist, mit Hilfe der Markierungsschaltung 29 dazu dienen, das Vorhandensein von mit dem Mittelleiter phasenversetzten Phasen zu erfassen. Diese Eingangsschaltung ist somit der Phasenerfassung und Markierung der Drehrichtung der Phasen gemein.
• Der Kontaktschalter 24 in Form eines Drucktasters ist in der Nähe des kapazitiven Sensor-Bauteils 6 des Erdungssignals angeordnet, um den Abnehmer zu zwingen, dort einen Finger zu platzieren. Wenn der Drucktaster nicht geschlossen ist, sind die Erregerschaltungen der Anzeigen 20, 21 offen und die Anzeigen können somit nicht aufleuchten.
• Der Schalter 24 dient, im Ruhezustand, ebenfalls dazu, auf in der 1 dargestellte Art und Weise ein Rücksetzen der beiden Flip-Flops 14 und 15 über eine Verbindung seines Anschlusses, der mit den Rücksetzschaltungen Rz am Eingang der Flip-Flops verbunden ist, durchzuführen.
• Aus der vorstehenden Beschreibung der Erfindung geht hervor, dass die Hauptaspekte der Erfindung in der Verwendung des Potentials einer Phase als Referenz und einer kapazitiven Verbindung für die anderen Signale und der Anwendung dieses Prinzips auf ein System zur Markierung des Vorhandenseins von Phasen, indem sie einer gemeinsamen Schaltung dienen, liegen.

Claims (12)

1. Verfahren zur Identifizierung der Drehrichtung zweier periodischer elektrischer Signale (SL1, SL2), die an zwei elektrischen Leitern (L1, L2) anliegen, insbesondere eines dreiphasigen Spannungssystems, durch das die Signale über die beiden Leiter (L1, L2) mittels zweier Drähte (3, 4) eines Testgeräts, die mit einem Erdungsanschluss (8) über den Abnehmer (7) des Geräts versehen sind, abgegriffen werden, und durch das die Drehrichtung ausgehend von den Informationen, die von den beiden Signalen übermittelt werden, bestimmt wird, wobei das eine der beiden Phasensignale (SL2) als Referenzspannung dient, das andere Phasensignal (SL1) phasenverschoben ist, um die durch den Erdungsanschluss über den Abnehmer verursachte Phasenverschiebung auszugleichen, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverschiebung des anderen Signals durch eine Eingangsschaltung umgesetzt wird, die eine Kapazität (26) umfasst.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehrichtung während des Nulldurchgangs der Spannung, der zwischen den beiden Phasensignalen (SL1, SL2) besteht, bestimmt wird.
3. Gerät zur Anwendung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Gerät einen als Referenz dienenden Probenahme-Draht des Phasensignals (SL2), einen Probenahme-Draht des anderen Phasensignals (SL1), einen Erdungsanschluss über den Abnehmer und mindestens eine Vorrichtung (14) umfasst, die dazu ausgelegt ist, ein repräsentatives Signal der Drehrichtung der Phasen in Abhängigkeit von dem als Referenz dienenden Signal (SL2), in Abhängigkeit von dem anderen Signal (SL1) nach der Phasenverschiebung und in Abhängigkeit von dem durch den Erdungsanschluss empfangenen Signal, zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Eingangsschaltung umfasst, die das andere Phasensignal (SL1) empfängt, und dass es eine Kapazität (26) zum Ausgleich der durch die Erdung über den Abnehmer verursachten Phasenverschiebung umfasst.
4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die oben genannte Vorrichtung einen Eingang (R) zum Empfangen des als Referenz dienenden Phasensignals (SL2), einen Eingang (H) zum Empfangen des anderen Signals (SL1) nach der Phasenverschiebung und einen Eingang (D) zum Empfangen eines repräsentativen Signals des Zeichens des Referenzsignals (SL2) bezüglich der Erdung (8) umfasst.
5. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Flip-Flop des Typs D (14) umfasst, der an seinem Referenzeingang das als Referenz dienende Phasensignal (SL2), an seinem Takteingang (H) das andere Phasensignal (SL1) nach der Phasenverschiebung und an seinem Dateneingang (D) ein repräsentatives Signal des Zeichens des Referenzsignals bezüglich der Erdung (8) empfängt, wobei der Status am Ausgang (Q) des Flip-Flops die Drehrichtung der Phasen angibt.
6. Gerät nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Vorrichtung (19) zur Anzeige der Drehrichtung der Phasen (L1, L2) umfasst.
7. Gerät nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Erdung über den Abnehmer des Geräts ein Metallelement im Inneren des Gerätegehäuses mit einem bestimmten Abstand zu dessen Innenwand (11) und einen Kontaktbereich (12) auf der Außenoberfläche des Gehäuses auf Höhe des Metallelements (10) umfassen, wobei das Gehäuse und der Abstand zwischen dem Metallelement (10) und der Innenwand (11) als Nichtleiter dienen.
8. Gerät nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Vorrichtung (29) zur Etablierung des Zeichens des Referenzsignals (SL2) bezüglich der Erdung (8) und zur Anwendung dieses Signals am Dateneingang D der Vorrichtung zur Etablierung der Drehrichtung (14) umfasst.
9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die vorstehend genannte Vorrichtung (29) dazu ausgelegt ist, die Gegenwart eines als Referenzphase dienenden Phasensignals (SL2) zu orten.
10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es einen in der Aktivierungsschaltung der Vorrichtung (19) zur Anzeige der Drehrichtung vorgesehenen Kontaktschalter (24) umfasst, der geschlossen ist, wenn der Abnehmer den Kontaktbereich (12) des Gerätegehäuses berührt.
11. Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es einen zweiten Flip-Flop (15) des Typs D umfasst, der parallel zum ersten Flip-Flop (14) des Typs D angebracht ist, der jedoch an seinem Takteingang (H) das umgekehrte Phasensignal (SL1) empfängt, wobei dieser zweite Flip-Flop die Bestätigung des vom Flip-Flop (14) erhaltenen Ergebnisse ermöglicht.
12. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schaltung vom Typ OU „exklusiv" so zwischen den Flip-Flops und der Anzeige-Vorrichtung (19) angebracht ist, um jede fehlerhafte Anzeige zu verhindern.