Technologie

Wechselgrößenmessung mit EL3773

Übliche Drehstromnetze

In Mitteleuropa übliche 3-phasige Drehstrom-Niederspannungsnetze zeichnen sich durch folgenden Zusammenhang aus: Nennspannung ist üblicherweise die Effektivspannung U_RMS z.B. 230V_RMS als Sternspannung zwischen einem der 3 Außenleiter (L1, L2 oder L3) und dem Neutralleiter N.

Bei reiner Sinusschwingung (unbelastetes Netz) errechnet sich über den dann geltenden Crest-Faktor (Scheitelfaktor) von in der Sternspannung eine max. Scheitelspannung (maximal Amplitude) von ca. ±325V_peak gegen N.

Zwischen den Außenleitern kann eine verkettete Spannung von (RMS) gemessen werden.

Effektivwert-Angaben

Effektivwert (eff)-Angaben Alle Wechselwert-Angaben wie RMS- oder Effektivwert-Angaben (eff) in dieser Dokumentation beziehen sich auf ein 50/60 Hz-3-Phasennetz mit sinusförmiger Verlaufsform.

Die EtherCAT-Klemme EL3773 ist als Netzmonitoringklemme zur Zustandserfassung eines 3-phasigen Wechselspannungsnetzes konzipiert. Kennzeichnend für die EL3773 sind folgende Eigenschaften:

• 3 Kanäle messen durch Analog/Digitalwander -410...+410 V gegen N in 16 Bit Auflösung als Amplitudenwert
• 3 Kanäle messen durch Analog/Digitalwander -1,5...+1,5 A gegen N in 16 Bit Auflösung als Amplitudenwert
• alle 6 analogen Eingangskanäle werden gleichzeitig/simultan erfasst
• die EL3773 ist eine Oversampling-Klemme und kann deshalb je PLC/EtherCAT-Zyklus nicht nur 1, sondern bis zu 100 Samples (Amplitudenwerte) je Kanal erfassen. Diese werden als Datenpaket über die zyklischen Prozessdaten zur Steuerung gesendet.
  Die minimale Sampling-Zeit beträgt 100 µs entsprechend 10.000 Samples/sec.
• Der Spannungs- und Stromverlauf kann beliebig sein, die EL3773 eignet sich also für AC und DC-Messungen
• es stehen je Kanal verschiedene Filterfunktionen (Tiefpass und Notchfilter) zur Verfügung
• die EL3773 kann über Distributed Clocks mit anderen EtherCAT-Teilnehmern synchronisiert werden, kann aber auch ohne Distributed Clocks mit Oversampling betrieben werden
• es finden in der EL3773 keine Vorauswertungen oder Berechnungen über die Amplitudenwerte statt

Damit eignet sich die EL3773 für sehr verschiedene Anwendungen, beispielsweise

• 3-Phasen-Monitoring: ein 3-Phasen-Verbraucher wird in Spannung und Strom gegen N gemessen
• 3-Lasten-Monitoring: 3 Verbraucher, auch wenn sie an derselben Phase hängen, können je in Spannung und Strom gegen N gemessen werden
• jeder Kanal kann beliebig messen, solange sich die Messung auf N (beziehungsweise GND in DC-Netzen) bezieht
• Messung nicht-sinusförmiger Amplitudenverläufe, auch Rechteck- oder DC-Verlauf

Auswertungen und Berechnungen über die zur Steuerung gesendeten Rohdaten wie z. B. Wirkleistung (P), kumulierter Energieverbrauch (W) oder Leistungsfaktor (cos φ) haben in der Steuerung zu erfolgen. Mit der dort zur Verfügung stehenden Rechenleistung können True-RMS- oder Leistungsberechnungen, aber auch komplexe anwenderspezifische Algorithmen über die Spannungs- und Stromverläufe gerechnet werden.

Auslegung Spannungsmessbereich Niederspannung-Stromversorgungssysteme sind z. B. in IEC 60038 definiert. Seit 2003 sind hier 230/400 VRMS ±10% als Wertebereich angegeben, entsprechend ±357 Vpeak. Um auch erhebliche Spikes erfassen zu können, unterstützt die EL3773 einen Messbereich von 288 VRMS AC, entsprechend ±407 Vpeak (nominell: ±410 V).