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24 Elektronik 20 2023 Messund prüftechnik gar überhaupt nicht detektiert wird Die Norm IEC 61000-4-30 besagt dass die im Instrument verwendeten Spannungsund Stromwandler für Frequenzen bis 9 kHz geeignet sein sollten Die Abtastrate des ADC ist somit gemäß den Regeln der Signalanalyse so zu wählen dass Frequenzkomponenten bis einschließlich 9 kHz gemessen werden können Die Konsequenzen einer unzureichenden Abtastrate gehen aus Bild 2 hervor Das Signal oben links enthält 64 Signalproben pro 10 Zyklen 200 ms während es oben rechts 1024 Signalproben à 10 Zyklen sind Wie die Abbildung zeigt ist oben links zwar ein Spannungseinbruch erkennbar aber erst der Graph oben rechts lässt erkennen dass dieser Einbruch auf Transienten zurückzuführen ist Weil die IEC-Norm für einund dreiphasige Systeme gilt muss der gewählte ADC in der Lage sein die erforderliche Anzahl an Spannungsund Stromkanälen gleichzeitig abzutasten Wenn zeitgleich Messwerte sämtlicher Spannungsund Stromkanäle des Instruments vorliegen lassen sich alle Parameter untersuchen um bei einem Spannungsqualitätsereignis sofort Alarm zu geben Digitale Signalverarbeitung Schon das Auswählen der richtigen Messumformer und ADCs für Spannungsqualitätsmessungen ist eine höchst umfangreiche Aufgabe Der größte Zeitund Ressourcenaufwand beim Design eines Spannungsqualitäts-Messinstruments entfällt jedoch auf das Entwickeln der Algorithmen zum Aufbereiten der rohen ADC-Messwerte Um ein normgerechtes Instrument zu implementieren gilt es zunächst die richtige DSP-Hardware Digital Signal Processing auszuwählen Anschließend geht es an das Entwickeln und Testen der Algorithmen mit deren Hilfe die Parameter der Spannungsqualität aus den Signalproben errechnet werden Der Standard verlangt allerdings neben den reinen Berechnungen dass auch verschiedene zeitabhängige Aggregationen mit zeitlichen Genauigkeiten von weniger als ±1 Sekunde pro 24 Stunden Klasse Abzw weniger als ±5 Sekunden pro 24 Stunden Klasse Serstellt werden Diese Algorithmen werden für die Analyse der Oberschwingungen verwendet Zusätzlich stützen sich Spannungsqualitätsparameter wie der Oberschwingungsgehalt Zwischenharmonische Netzsignalspannungen und Schieflasten auf FFT-Analysen Fast Fourier Transformation die nicht einfach zu implementieren sind Zur Durchführung von FFT-Analysen müssen die Wellenformen mit mindestens 1024 Signalproben je 200 ms 10 Zyklen abgetastet werden Das Resampling der Roh-Wellenformen aus dem ADC auf die erforderliche Rate erfordert ein sorgfältiges Vorgehen um Oberschwingungsverzerrungen und Aliasing zu vermeiden Sind die Algorithmen entwickelt verlangt die IEC-Norm eine umfangreiche Liste von mehr als 400 Tests die das Instrument für seine vollständige Zertifizierung bestehen muss Bild 3 zeigt eine Übersicht über die wichtigsten Funktionen die ein DSP-System für Spannungsqualitätsmessungen bieten muss Lösungen von Analog Devices zur Messung der Spannungsqualität Angesichts der Anforderungen die bei der Entwicklung eines Spannungsqualitäts-Messinstruments gemäß Klasse Aan die Genauigkeit die Zahl der Kanäle und die Abtastrate gestellt werden sind die Produktfamilien AD777x und AD7606x – Mehrkanalige simultan abtastende ADCs für IEC 61000-4-30 Bild 3 Übersicht der wichtigsten Funktionen eines DSP-Systems für Spannungsqualitätsmessungen Bild Analog Devices Tabelle 1 Genauigkeitsanforderungen der Norm IEC 61000-4-7 für Spannungs-Stromund Leistungsmessungen Dabei sind I NOM Nomineller Strombereich des Messinstruments U NOM Nomineller Spannungsbereich des Messinstruments U M I Mund P M Gemessene Werte Klasse Messgröße Bedingungen Maximaler Fehler A Spannung U M ≥ 1% U NOM U M < 1% U NOM ±5% U M ±0 05% U NOM Strom I M ≥ 3% I NOM I M < 3% I NOM ±5% I M ±0 15% I NOM Leistung P M ≥ 150 W P M < 150 W ±5% U M ±0 15% U NOM S Spannung U M ≥ 3% U NOM U M < 3% U NOM ±5% U M ±0 15% U NOM Strom I M ≥ 10% I NOM I M < 10% I NOM ±5% I M ±0 15% I NOM