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Modellieren und Erzeugen von Netzqualitätsstörungen

Die Überwachung der Netzqualität (Power Quality, PQ) im Stromversorgungssystem ist eine wichtige Aufgabe für Energieversorger und deren Kunden. In einem Stromversorgungssystem führen verschiedene Arten von Fehlern zu Störungen der Netzqualität. Der Betrieb der Stromversorgung kann durch eine systematische Analyse der Netzqualitätsstörungen verbessert und aufrechterhalten werden.
Die Stromversorgung ist für den Betrieb mit einer sinusförmigen Spannung mit einer konstanten Frequenz ausgelegt. Netzqualitätsstörungen entstehen dann, wenn sich die Größe der Spannung, die Frequenz und/oder Wellenformabweichung aufgrund verschiedener Arten von Fehlern wie nichtlinearen Lasten, Schalten von Lasten, Witterungseinflüsse usw. erheblich ändern.
Die Auswirkungen einer schlechten Netzqualität hängen von der Dauer, dem Ausmaß sowie der Empfindlichkeit der angeschlossenen Geräte ab. Eine schlechte Netzqualität kann zu Prozessunterbrechungen, Datenverlust, Fehlfunktionen von computergesteuerten Geräten und Überhitzung elektrischer Geräte führen.
Es ist wichtig, Störungen der Netzqualität zu erkennen und zu klassifizieren. Eine Vielzahl von Wellenformen kann durch Simulationen erzeugt werden und für Störungserkennung und Klassifizierung nützlich sein.
Die Wellenformen der möglichen Störungen werden in dieser Beschreibung durch mathematische Modelle erstellt. Für die Modellierung und Erzeugung von Signalen zur Analyse der Ereignisse im Stromversorgungssystem steht der dreiphasige Signalgenerator EPOS 360 und die EPOS-Bediensoftware zur Verfügung.

Die mathematischen Modelle der Netzqualitätssignale können in der EPOS-Bediensoftware mittels des Moduls „Signaleditor“ umgesetzt und mit dem Signalgenerator EPOS 360 generiert werden. Die Verwendung von Gleichungen bietet Vorteile, da es möglich ist, Signalparameter in einem weiten Bereich und auf kontrollierte Weise zu variieren.
Die folgenden Bilder zeigen die verschiedenen Netzqualitätssignale, welche über das Modul Signalgenerator definiert wurden.

Ideale Spannungs-/Stromquelle
Eine ideale Wechselspannungsquelle generiert eine kontinuierliche, glatte Sinusspannung.

Spannungsschwankungen
Ein Absinken (Unterspannung) oder Ansteigen (Überspannung) der Netzspannung von mindestens ½ Zyklus bis zu mehreren Sekunden.

Spannungsunterbrechungen
Eine erhebliche oder vollständige Spannungsunterbrechung. Die Unterbrechung kann kurzzeitig aber auch dauerhaft sein.

Oberschwingungen
Verzerrung der Spannungs- und Stromwellenformen, die beispielsweise durch Betrieb von nichtlinearen Lasten verursacht werden.

Transienten
Eine plötzliche Störung der Netzspannung, die typischerweise weniger als eine Periode dauert und die Wellenform demzufolge unstetig wird.

In diesem Beitrag wurde die Grundlage zur Erzeugung von typischen Netzqualitätsstörungen vorgestellt. Diese Lösung zur Signalerzeugung umfasst den Signalgenerator EPOS 360, der von einem PC mit der EPOS-Bediensoftware unterstützt wird. Die Software enthält das Modul Signaleditor, über die die Parameter wie Amplitude, Phasenwinkel und Frequenz für die Signalerzeugung angepasst werden können. Weiterhin bietet das Modul Signaleditor viele weitere Funktionen zur Anpassung der grundlegenden Parameter, wie zum Beispiel Offsets, Überlagerungen und Oberwellen.
Durch die Hard- und Softwarefunktionalität ist es sehr einfach, die Erzeugung diverser Wellenformen durchzuführen. Die Generierung der zuvor definierten Wellenformen wird von vier Spannungs- und drei Stromausgangskanälen des EPOS 360 bereitgestellt.
Der Signalgenerator kann somit in Verfahren zur Überprüfung von Instrumenten und Geräten zur Netzqualitätsmessung und -analyse verwendet werden.

Für weitere Informationen stehen Ihnen die folgenden Applikationsberichte zur Verfügung:

  1. Dreiphasiger Signalgenerator für präzise Netzsimulationen
  2. Signalgenerator EPOS 360 – Ein Labor für Netzqualität

Haben Sie Fragen zu unseren Messgeräten?
Dann kontaktieren Sie uns über die Kommentarfunktion hier im Blog oder per Mail an info(at)kocos.com.

Bei der Prüfung von elektrischen Komponenten, wie z.B. Motoren, sind genaue, zuverlässige und leistungsfähige Spannungsversorgungen erforderlich. Zudem sind in der Produktion viele Prozesse automatisiert, in denen Zeit ein wichtiger Faktor beim Prüfen ist.

Die Spannungsquellen der EPOS CV-Baureihe sind für oben genannte Anforderungen bestimmt, bei denen einstellbare Ausgangsspannungen von bis zu 270 VAC / 300 VDC erforderlich sind. 

Eine Besonderheit der Spannungsquellen EPOS CV ist der Stelltransformator mit einem schnellen Motorantrieb, der die AC/DC-Ausgangsspannung steuert. Ein Stelltransformator wird verwendet, weil dieser eine stufenlos einstellbare Spannung ermöglicht und unempfindlich gegen Stromspitzen ist. Bei den EPOS CV-Spannungsquellen kann somit die Ausgangsspannung stufenlos den jeweiligen Anforderungen automatisch und manuell angepasst werden. 
Die Spannungsquellen sind über einen Controller mit internen Spannungs- und Strommessungen versehen, was die Effizienz des Systems deutlich erhöht. Die interne Messelektronik nimmt eine permanente Kontrolle und Regelung der Werte vor und stellt eine Funktionsüberwachung sicher. Unter anderem sind die Spannungsquellen mit einem Leistungsschalter überlastgeschützt, der beispielsweise bei einem Kurzschluss die Ausgangskreise trennt. 
Die Baureihe wurde mit einer komfortablen Bedieneinheit mit Touchscreen, Dreh-/Auswahlknopf und Funktionstasten ausgestattet. Das System ist einfach zu bedienen und aufgrund der Bedieneinheit und des Displays äußerst benutzerfreundlich. 
Die Ausgangsspannung kann im Stand-Alone Modus über den Drehknopf eingestellt werden. Im Automatikmodus können die EPOS CV-Spannungsquellen über eine Ethernet-Schnittstelle einfach in eigene Applikationen eingebunden werden.
Die Spannungsquellen der EPOS CV-Baureihe sind in verschiedenen Leistungsklassen erhältlich. Sie werden überall dort eingesetzt, wo eine stufenlos einstellbare Gleich- und Wechselspannungen im Bereich bis 270 VAC bzw. 300 VDC verwendet werden. Alle Modelle sind für den Anschluss im Frequenzbereich 50 Hz / 60 Hz geeignet. 

Typische Daten der motorbetriebenen EPOS CV-Spannungsquellen sind:

EPOS CV 821

  1. einphasig
  2. 1 x 15..270 VAC
  3. 1 x 15..300 VDC
  4. 1 x 30 AAC
  5. 1 x 20 ADC
  6. 8,1 kVA

EPOS CV 831

  1. einphasig
  2. 1 x 15..270 VAC
  3. 1 x 15..300 VDC
  4. 1 x 40 AAC
  5. 1 x 30 AAC
  6. 11,5 kVA

EPOS CV 753

  1. dreiphasig
  2. 3 x 15..300 VACPN
  3. 3 x 15..520 VACPP
  4. 1 x 15..300 VDC
  5. 3 x 25 AAC
  6. 1 x 32 ADC
  7. 22,5 kVA

EPOS CV-Spannungsquellen stellen sowohl eine hohe Ausgangsspannung als auch einen hohen Ausgangsstrom zur Verfügung. Speziell beim Betrieb von Motoren entstehen beim Anlegen der vollen Nennspannung große Anlaufströme, die ein Vielfaches der Nennströme betragen können. Die Spannungsquellen sind in der Lage, diese Stromspitzen bis zum 10-fachen des Nennstroms der Last während des Einschaltvorgangs liefern zu können.

Nur durch eine Prüfung kann eine fehlerfreie Funktion von elektrischen Komponenten gewährleistet werden. Über die Analyse von Kurvensignaturen der Betätigungs- und Betriebsströme und der daraus resultierenden Kenngrößen lassen sich genaue Aussagen über das Verhalten von Komponenten treffen und somit Rückschlüsse auf den elektrischen und mechanischen Zustand ziehen. Für solche Analysen stellt KoCoS mit den Spannungsquellen der EPOS CV-Baureihe leistungsstarke AC/DC-Quellen zur Verfügung.

Möchten Sie mehr erfahren? Sie finden weitere Informationen unter folgendem Link oder kontaktieren Sie uns per Mail an info(at)kocos.com.

Im realen Umfeld der Energieversorgung ist es schwierig Netzqualitätsereignisse zu generieren, um ihre Eigenschaften und Auswirkungen zu analysieren. Daher wird ein System benötigt, mit der Möglichkeit, diverse dreiphasige Signalverläufe zu erstellen und auszugeben. 

Mit dem softwaregestützten Signalgeneratorsystem EPOS 360 konnte ein Gesamtsystem realisiert werden, mit dem dreiphasige Netzqualitätsereignisse auf einfache Weise simuliert werden können.
Dreiphasige Spannungs- und Stromsignale mit verschiedenen Signalstörungen lassen sich mit der EPOS-Bediensoftware erzeugen, wie z.B. Spannungseinbrüche bzw. -unterbrechungen, transiente Impulse und Verzerrungen des Spannungs- bzw. Stromsignals, die durch den Einfluss Oberwellenkomponenten höherer Ordnung verursacht werden.

Für die Parametrierung und die Ausgabe von Signalen und Prüfsequenzen stehen in der Software unterschiedliche Monitore zur Verfügung. 

TRANSIG-Monitor

Mit dem Modul TRANSIG-Monitor kann die Funktion eines Prüflings unter realen Bedingungen überprüft werden. Der TRANSIG-Monitor ermöglicht die grafische Darstellung und die Ausgabe von Aufzeichnungen und Signalkurven. Signalverläufe können z.B. Aufzeichnungen von Störwerterfassungssystemen oder digitalen Schutzrelais sein, die im standardisierten COMTRADE-Format vorliegen oder SigDef-Dateien mit selbstdefinierten Signalen.

Die Funktionen des TRANSIG-Monitors sind:

  1. Laden von Aufzeichnungen im COMTRADE-Format oder SigDef-Dateien.
  2. Zuordnung der Signale der Aufzeichnung zu den EPOS-Ausgangssignalen.
  3. Skalierung der Signale der Aufzeichnungen.
  4. Übernahme der definierten TRANSIG-Funktionen in einen Prüfplan.

Signaleditor

Ein weiterer Bestandteil der EPOS-Bediensoftware ist der Signaleditor. Der Signaleditor ermöglicht die Definition, Parametrierung und Berechnung beliebiger Signalverläufe. Die Parametrierung der Signale erfolgt interaktiv am Bildschirm. Für Kanäle kann jeweils eine Signaldauer eingestellt und jeder Kanal kann wiederum in beliebig viele Zeitfenster unterschiedlicher Länge unterteilt werden. Innerhalb der Zeitfenster können verschiedene Funktionsverläufe synthetisiert werden. Dabei ist es möglich, die Funktionsverläufe aus einer Grundfunktion, wie

  1. Sinus, 
  2. Rechteck, 
  3. Sägezahn,
  4. Dreieck, 
  5. DC

und deren additiver oder multiplikativer Überlagerung mit einer oder mehreren Überlagerungsfunktionen zu generieren. 

Überlagerungen können Funktionen, wie 

  1. Sinus,
  2. Exponentielle Funktionen,
  3. Rampen,
  4. DC,
  5. Impuls,
  6. Harmonische,
  7. mathematische Ausdrücke

sein.

Im Besonderen soll auf die mathematischen Ausdrücke bei den Überlagerungen hingewiesen werden, da die Erstellung von Formeln vielfältige Möglichkeiten der Signalerzeugung bietet. Die Überlagerungsfunktion „Ausdruck“ wird benutzt, um anhand mathematischer Eingaben einen Kurvenverlauf zu erstellen.

Fazit

Der dreiphasige Signalgenerator EPOS 360 bietet die Möglichkeit, verschiedene Signalverläufe zu erstellen, dem Prüfobjekt zuzuführen und die Wirkungen zu analysieren. Das Gesamtsystem EPOS 360 mit der EPOS-Bediensoftware bietet somit einen sinnvollen Mechanismus, um ohne großen Aufwand Netzphänomene zu verstehen und zu erklären.

Sie haben Fragen zum dreiphasigen Signalgenerator EPOS 360? Wir haben die Antworten!
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Immer häufiger wird in der Fabrik oder im Labor eine Automatisierung im Bereich der Niederohmmessung gefordert. Sei es im Bereich Automobilindustrie/Elektromobilität, bei der Untersuchung von Löt- oder Schweißverbindungen von Hochstromverbindungen oder bei vielfältigen anderen Anwendungen.

Für besondere Anforderungen, wie z.B. beim Einsatz in Prüfständen, gibt es zur Steuerung und Messung mit den Widerstandsmessgeräten PROMET R300/R600 die einfach zu verwendende Programmierschnittstelle PROMET PI. Diese kann sowohl in COM/ActiveX-unterstützenden als auch in .NET-Umgebungen eingesetzt werden.
Durch einmaliges Programmieren des Messablaufes ist es über die Programmierschnittstelle möglich, die Widerstandsmessgeräte PROMET R300 oder R600 in das Prüfequipment einzubinden und Messungen automatisiert durchzuführen.

Mit der Programmierschnittstelle wird ein Treiber installiert, über den die angeschlossenen Geräte angesprochen werden. Die Kommunikation zwischen der Software/PC und dem externen PROMET R300/R600 wird durch die installierte ActiveX-Komponente ermöglicht. Diese erlaubt die Kommunikation über USB- oder Ethernet-Schnittstellen.
Als Beispiel wird zur Steuerung von PROMET R300/R600 und zur Auswertung der Messergebnisse in dieser Beschreibung ein Excel-Tabellenblatt verwendet, über das die programmierten VBA-Makros (Visual Basic for Applications) ausgeführt werden. Programme können entsprechend der Bedürfnisse geändert und angepasst werden.

Die Präzisionswiderstandsmessegeräte PROMET R300/R600 sind aufgrund ihrer Messung in Vierleitertechnik und der Fähigkeit, sowohl Strom als auch Spannung genau zu messen, ein ideales Werkzeug zur Charakterisierung von Komponenten für einen hohen Strom und einen niederohmigen Widerstand. 
Wie im Artikel aufgezeigt, kann ein über externe Software gesteuertes Widerstandsmesssystem auf einfache Weise in eine automatisierte Anwendung eingebunden werden. Die Verwendung der Widerstandsmessgeräte PROMET R300/R600 zur Durchführung solcher Messungen vereinfacht den Prüfaufbau, verkürzt die Programmierzeit und ermöglicht effiziente Prüfabläufe.

Weitere Informationen zur Verwendung der Programmierschnittstelle PROMET PI finden Sie im Applikationsbericht PROMET R300/R600 - Die intelligente Art der Widerstandsmesstechnik!

Sie haben Fragen zur Widerstandsmessung oder zu unseren Messgeräten? Dann kontaktieren Sie uns über die Kommentarfunktion hier im Blog oder per Mail an info(at)kocos.com.

PS:
Auch der dreiphasige Signalgenerator EPOS 360 lässt sich über die Programmierschnittstelle EPOS PI in einer ähnlichen Form in eigene Prüfapplikationen einbinden!

Multifunktionaler dreiphasiger Signalgenerator

Mit der Strom- und Spannungsquelle EPOS 360 bietet die KoCoS Messtechnik AG einen Signalgenerator, der sich überall dort empfiehlt, wo maximale Leistung und höchste Signalpräzision gefragt sind.

 

EPOS 360 verfügt über vier Spannungs- und drei Stromsignalquellen. Die Signalverläufe werden über elektronische Leistungsverstärker ausgegeben. Die Parameter Amplitude, Phasenlage und Frequenz können während der Ausgabe in weiten Bereichen variiert werden.

 

Intelligente Verstärkertechnik und die synthetische Signalgenerierung erlauben es, beliebige Signalformen über einen weiten Frequenzbereich auszugeben oder sogar komplexe transiente Signalverläufe abzuspielen.

Der im Lieferumfang der EPOS-Bediensoftware enthaltene TRANSIG-Monitor ermöglicht die grafische Darstellung und die Ausgabe von Aufzeichnungen, die im SigDef-Format oder im genormten COMTRADE-Format vorliegen. Die entsprechenden Signalverläufe werden bei Prüfungen als transienter Ablauf von EPOS „abgespielt“.

Darüber hinaus enthält die EPOS-Bediensoftware einen Signaleditor, welcher die Parametrierung und Berechnung beliebiger Signalverläufe ermöglicht. Diese können aus einer Grundfunktion, z.B. einem Sinus und deren Überlagerung mit einer oder mehreren Überlagerungsfunktionen, wie z.B. einem Gleichanteil, Exponentialfunktionen, Harmonischen, etc., generiert werden.