Messen von Spannung, Strom und Leistung

Überblick

Dieses Dokument soll eine umfassende Anleitung zur Spannungs-, Strom- und Leistungsmessung mit computergestützten Messgeräten bieten. In den folgenden Materialien werden gängige Sensoren auf dem Markt, Messhardware von National Instruments für Spannungs- und Strommessungen sowie Softwarepakete für Leistungsberechnungen behandelt. Kombinieren Sie die in diesem Artikel beschriebenen Sensoren, Hardware und Softwareprodukte von NI, um ein vollständiges, benutzerdefiniertes Mess- und Steuerungssystem für Spannungs-, Strom- und Leistungsmessungen zu erstellen.

Inhalt

NI-Hardware zur Strommessung

Was Instrumente anbetrifft, werden Strommessungen mit Front-End-Aufbereitung oder Sensoren wie Shunts, Stromtransformatoren (CT), Hall-Effekt-Sensoren und Rogowski-Spulen durchgeführt.  NI bietet eine Vielzahl von Hardwareoptionen sowohl für die direkte Messung mit einem Modul als auch für die Verbindung mit externen Sensoren und Aufbereitungsgeräten.  In Tabelle 1 sehen Sie Module, die mit CompactRIO-Chassis und CompactDAQ-Chassis zur Strommessung kompatibel sind.  

Alle in Tabelle 1 aufgelisteten Module verwenden simultan abgetastete Eingänge mit einem A/D-Wandler mit 50 kS/s (24 Bit) pro Kanal.  Strom- und Spannungsmessmodule aus Tabelle 1 und 2 werden synchronisiert, wenn sie zusammen in einem CompactDAQ- oder CompactRIO-Chassis installiert werden. Für genauere Phasen- und Leistungsmessungen ist die Kanalsynchronisation erforderlich.

ModellnummerMessbereichStrommessmethode
NI 9239 / NI 9229±10 V/±60 VAnschluss an Stromsensoren mit ±10- oder ±60-V-Ausgang
NI 9238±0,5 VAnschluss an Stromsensoren mit einem Ausgang von 0,333 Veff und externen Shunts
NI 92275 AeffDirekte Verbindung mit einem Modul mit internen, kalibrierten Shunts
NI 924620 Aeff Direkte Verbindung mit einem Modul mit internen, kalibrierten CTs; ODER Verbindung mit 1 A und 5 A sekundär von Hochstrom-CTs
NI 924750 Aeff (100 Aeff für 10 Sekunden)Direkte Verbindung mit einem Modul mit internen, kalibrierten CTs; ODER Verbindung mit 1 A und 5 A sekundär von Hochstrom-CTs

 

Tabelle 1: NI bietet eine Vielzahl von Modulen der C-Serie für Strommessungen an.  Alle Module geben einen vollständigen Signalverlauf zur Verarbeitung mit LabVIEW oder anderer Mess- und Analysesoftware aus.

 

NI 9227 mit zwei Anschlüssen für jeden MesskanalNI 9222 mit Abschirmung

 

Abbildung 1: Die Module NI 9229, NI 9239, NI 9227 und NI 9238 haben für jeden Messkanal zwei Anschlüsse (links).  Es stehen (rechts) Abschirmungen zur Verfügung und werden empfohlen, um Zugentlastung und Bedienelemente von Verbindungen mit aktiven Schaltungen auszuschließen.

 

NI 9246 ohne AbschirmungNI 9246 mit Abschirmung

 

Abbildung 2: Die Module NI 9246 und NI 9247 verfügen über integrierte Stromwandler, große Überstromnennwerte und können Draht bis zu 10 AWG mit Ringbuchsen für höhere Strommessungen aufnehmen.  Direkte Messungen mit diesen Modulen sind genauer und mit einem höheren Frequenzgang als mit den meisten externen CTs/Sensoren.  Beide Module können eine Sekunde lang 500 Aeff und eine Periode lang 1250 Aeff standhalten.

 

Herstellen der physikalischen Verbindungen für die Strommessung

In den folgenden Abbildungen wird gezeigt, wie Module zur Strommessung physisch mit einer Schaltung verbunden werden.  Zu Demonstrationszwecken wird ein mit einer Steckdose verbundenes Netzband verwendet. Dieses Konzept reicht jedoch von einzelnen Geräten auf Wohnstandards (120 V AC/240 V AC) bis hin zu Versorgungsspannungen.  HINWEIS:  Für die Verteilungs- und Übertragungspegel werden immer externe Sensoren (CTs/PTs) verwendet.

Direkte Modulverbindung

Abbildung 3: Für den direkten Anschluss von Modulen wird der Lastdraht (in den USA schwarz) abgeschnitten und mit den Anschlüssen AI+ und AI- eines Kanals verbunden.  Der Strom, der durch das Modul fließt, wird gemessen.  In der Abbildung oben mit dem Split im Kabel misst das Modul den Strom, der an alle an den Stromstreifen angeschlossenen Geräte fließt.

Modulmessung mit einem CT

Abbildung 4: Bei der Modulmessung mit einem CT wird der Lastdraht (in den USA schwarz) durch die Öffnung des CT geleitet, entweder über einen Split-Core-CT oder durch Ausschneiden/Replizieren des Drahts.  Anschließend werden die Leitungen vom CT mit den AI+ und AI- des Messmoduls verbunden.  Das Modul misst den gesamten Strom auf der Leitung, die durch die CT-Operation geleitet wird.  Die Skalierung erfolgt in der Software, um den Spannungs-/Amp-Ausgang des Sensors in den gesamten Ampere der Schaltung umzuwandeln.

 

Sensoren und Front-End-Komponenten zur Spannungs- und Strommessung

Stromtransformatoren (CTs)

Stromtransformatoren (CTs) sind Sensoren, mit denen der durch den Sensor geleitete Strom linear auf einen niedrigeren Pegel reduziert wird, der mit Messgeräten kompatibel ist.  Der Kern eines Stromtransformators hat eine Torsion oder Ringform mit einer Öffnung in der Mitte.  Der Draht wird um den Kern abgedeckt, um die Sekundäre zu bilden, und wird mit einer Abdeckung oder einem Kunststoffgehäuse abgedeckt.  Die Anzahl der Drahtwicklungen um den Kern bestimmt das Abwärtsverhältnis (CT-Verhältnis) zwischen dem Strom in der gemessenen Leitung (Primär) und dem Stromausgang (Sekundär).  Die zu messende Last wird durch die Öffnung in der Mitte des Stromtransformators geleitet.  Beispiel: Ein CT mit einem Verhältnis von 500:5 bedeutet, dass eine Last von 500 Aeff an der Hauptleitung einen Ausgang von 5 Aeff am sekundären Stromwandler ergibt.  Das Gerät misst an den Anschlüssen 5 Aeff und kann einen Skalierungsfaktor-Eingang anwenden, um die vollständigen 500 Aeff anzuzeigen.  CTs sind mit einem Nennwert angegeben, aber die Genauigkeit wird oft auf über 100 % des Nennwerts aufgeführt.  CTs können Split-Core oder Solid-Core sein.  Split-Core-CTs haben offene Schrauben oder einen abnehmbaren Abschnitt, mit dem das Installationsprogramm das CT um eine Lastverbindung herum herstellen kann, ohne die zu messende Lastverbindung physisch zu trennen.

Sicherheitshinweis:  Obwohl der CT physisch um eine installierte Leitung herum herstellen kann, sollte die Stromversorgung vor der Installation eines CT sicher getrennt werden.  Offene sekundäre Verbindungen mit eingeschaltetem Primärteil können zu extrem gefährlichen Spannungen führen.

Zu den Stromwandler-Optionen beim Kauf zählen Nennbereich, Öffnungsdurchmesser, Split-/Vollkern, Ausgabeart (Spannung/Strom) und Ausgangsbereich (0,333 Veff, ±10 V, 1 Aeff, 5 Aeff usw.).  CT-Hersteller können einen Sensor oft an spezifische Anforderungen anpassen, z. B. Eingangs- oder Ausgangsbereich.

 

 

 

Split-Core-Stromtransformatoren (CTs)

Abbildung 5: Split-Core-CTs haben gewöhnlich einen Schraubklemmen oder einen abnehmbaren Abschnitt zur Installation um eine Leitung ohne physische Zerlegung, obwohl die Stromversorgung trotzdem getrennt werden sollte. (Bild mit freundlicher Genehmigung von Magnelab)

Solid-Core-Stromtransformatoren (CTs)

Abbildung 6: Solid-Core-CTs sind kostengünstiger, können jedoch mehr Arbeitsaufwand für die Installation an bereits betriebsfähigen Schaltungen erfordern.
(Bild mit freundlicher Genehmigung von Magnelab)

CT-Messbandbreite

Eine Bandbreite von 1 kHz bis 2 kHz reicht für die meisten Wechselspannungsqualitätsanwendungen aus. Für Anwendungen mit höherer Frequenzen können Sie direkt mit dem NI 9246 oder NI 9247 für eine Bandbreite von bis zu 24 kHz verbinden oder höhere Frequenz CTs auswählen, die teurer sind.  Alle in der Tabelle aufgeführten Module haben eine Bandbreite von ca. 24 kHz für direkt angeschlossene Signale.  Hochfrequenz-CTs sind spezifischer und haben Bandbreitenangaben im Hunderten-MHz-Bereich.  Die Sample-Raten der Messmodule NI 9215, NI 9222 und NI 9223 reichen von 100 kS/s pro Kanal bis 1 MS/s pro Kanal bei einer Auflösung von 16 bit für höhere Frequenzmessungen.

Für Hochfrequenzmessungen, die über die Leistungsmerkmale des NI 9223 hinausgehen, empfiehlt NI einen Oszilloskop oder Digitizer für PXI, der für Labor-, Forschungs- und Testsysteme entwickelt wurde. 

 

Messen von Gleichstrom

Mit Stromwandlern wird weder der Gleichstrom noch der Gleichspannungsanteil eines Wechselsignals gemessen.  Bei den meisten Wechselspannungsanwendungen ist dies nicht erforderlich. Bei DC-Messungen verfügt das NI 9227 über integrierte kalibrierte Shunts und kann Gleichstrom bis zu 5 A messen.  Zur Messung von mehr als 5 Ampere (DC) wird ein Hochleistungsmesswiderstand (siehe unten) oder ein Hall-Effekt-Sensor (siehe unten) verwendet, der mit dem entsprechenden Messmodul verbunden ist.

 

Rogowski-Spulen

Rogowski-Spulen, manchmal auch „Seilstromwandler“ genannt, sind eine weitere Sensormessoption zur Strommessung in einer Leitung.  Rogowski-Spulen sind insofern ähnlich, dass sie sich um den Lastdraht herum bewegen, sind aber flexibel, haben eine viel größere Öffnung als Standard-CTs und das Messprinzip unterscheidet sich.  Rogowski-Spulen erzeugen eine Spannung, die proportional zur Änderungsrate des Stroms ist, und erfordern daher die Umwandlung in den Proportionalstrom.  Der Integrator ist ein separates Box/Bauelement, das in der Regel auf dem Panel oder auf einer DIN-Schiene montiert wird, eine Gleichstromversorgung erfordert und Niederspannungs- oder Stromsignale an die Messgeräte ausgibt.  Aufgrund der Größe und Flexibilität von Rogowski-Spulen eignen sie sich gut für das Spulen um größere Busbalken, die in kommerziellen Gebäuden oder Werken vorkommen, besonders wenn sie bereits gebaut sind und Leistungsmessungen als Nachrüstung hinzugefügt werden. Sie sind jedoch teurer als ein CT mit vergleichbaren Eingangsbereich.

Rogowski-Spulen

Abbildung 7: Rogowski-Spulen erfordern externe Stromversorgung, Integrationsschaltungen (im schwarzen montierbaren Box in der Abbildung oben), sind kostspieliger als typische Solid/Split-Core-CTs, bieten aber eine schnelle Phasengang und eignen sich aufgrund ihrer großen Größe für Umrüstungsanlagen und große Busbalkenmessungen. flexiblen Öffnen. (Bild mit freundlicher Genehmigung von Magnelab)

Hall-Effekt-Sensoren

Hall-Effekt-Sensoren basieren auf dem „Hall-Effekt“, der nach Edwin Hall benannt ist, bei dem der Stromfluss durch einen senkrecht zu einem Magnetfeld befindlichen Halbleiter ein Spannungspotential erzeugt. Für Strommessungen wird die Hall-Effekt-Schaltung senkrecht in den Kern des Magnetfelds eingefügt und eine Spannung ausgegeben, die an die Stromlast der gemessenen Leitung angepasst ist.  Hall-Effekt-CTs haben in der Regel einen besseren Frequenzgang und können DC-Offset messen, sind aber teurer, erfordern Strom und können Temperaturdrift anfällig sein.

Hall-Effekt-Sensoren

Abbildung 8: Hall-Effekt-Sensoren haben eine Sensorschaltung senkrecht zum Magnetfeld und benötigen Strom.  Hall-Effekt-Sensoren unterliegen nicht wie ein CT den Sättigungsgrenzwerten und können für Gleichstrommessungen verwendet werden, sind aber teurer.

 

Strommesswiderstände

Strommesswiderstände sind in der Schaltung eingefügte Widerstände zur Messung des Stromstroms, der durch den Messwiderstand fließt.  Dabei handelt es sich um ziemlich gängige elektrische Bauelemente und gibt es für eine Vielzahl von Anwendungen.  Die Größe eines Messwiderstands richtet sich nach dem Messstrombereich, dem Ausgangsbereich und der Leistung, die durch die Schaltung fließt.  Für höhere Genauigkeit stehen kostspieligere Präzisionswiderstände zur Verfügung.  Messwiderstände wickeln sich nicht um den Schaltkreisdraht und werden als Komponente in Reihe geschaltet.  Dadurch wird eine Isolationsbarriere zwischen dem gemessenen Schaltkreis und dem Messgerät eliminiert, was die Installation im Vergleich zu einer CT- oder Rogowski-Spule erschwert.  Messwiderstände können jedoch Gleichströme messen, haben einen besseren Frequenzgang und einen besseren Phasengang.  Das Modul NI 9238 für CompactRIO und CompactDAQ wurde speziell für Strommesswiderstände mit einem Low-Range-Analog-Frontend (±0,5 V) entwickelt.  Darüber hinaus verfügt das NI 9238 über eine Isolierung von 250 V zwischen den Kanälen.

 

Anbieter von Stromsensoren und Transformatoren

Die folgenden Unternehmen von Drittanbietern haben Strom- und Spannungsmesstransformatoren, Hall-Effekt-Sensoren und/oder Rogowski-Spulen in ihrem Katalog.  Strommesswiderstände werden oft von Händlern elektronischer Bauelemente wie Digi-Key Electronics verkauft.

Magnelab-Logo

www.magnelab.com

Magnelab bietet eine Vielzahl von Spannungs- und Strommessprodukten an, darunter Stromtransformatoren (CTs), Potentialtransformatoren (PTs), Rogowski-Spulen, Hochfrequenz-CTs und mehr in einer Vielzahl von Ausgangssignalpegeln.

 

Verivolt-Logo

www.verivolt.com

Verivolt bietet eine Vielzahl von Sensoren, Steckverbindern und Isolationsprodukten für Leistungsmessanwendungen.  Darüber hinaus verfügen mehrere Sensoren über eine hohe Bandbreite und BNC-Anschlussoptionen für eine schnelle Verbindung mit BNC-Messmodulen wie dem NI 9223, NI 9222 und NI 9215.

 

Verivolt EntubeVerivolt Envoy ACNI 9239 mit BNC

 

Abbildung 9: Verivolt verfügt über eine Vielzahl von Sensoren mit BNC-Anschluss, die direkt mit jedem NI-Modul mit BNC-Anschlüssen verbunden werden können.  Zu den Analogeingangsmodulen mit BNC-Anschluss gehören das NI 9229, NI 9239, NI 9215, NI 9222 und NI 9223. (Bilder links/mittig mit freundlicher Genehmigung von Verivolt)

 

NI-Hardware zur Spannungsmessung

Im Rahmen dieses Dokuments beziehen sich Spannungsmessungen auf Wechselspannungsversorgungssysteme mit Industrie- und Versorgungspegeln, die von 120 Veff für regionale Wohnungen bis zu über 750 kV für Hochspannungssysteme (EHV) in einem Übertragungsnetz für ein Elektrizitätsnetz reichen.  Messgeräte, die für Anwendungen in der Hochspannungsversorgung entwickelt wurden, beinhalten Anforderungen wie Sicherheit, größere Leitungsanschlüsse, höhere Wärmeableitung und spezifische Zertifizierungstests.  Die meisten Messgeräte für Wechselspannungsmessungen haben einen Eingangsbereich von mehreren hundert Volt.  Bei höheren Spannungen über 1000 V AC wird gewöhnlich ein externer Potentialtransformator (PT) benötigt, um die zu messende Spannung auf einen Bereich zu senken, der mit den meisten Messgeräten kompatibel ist.

Ähnlich wie Strommessmodule verwenden alle in Tabelle 2 aufgeführten Module simultan abgetastete Eingänge mit einem 24-Bit-A/D-Wandler von 50 kS/s pro Kanal.  CompactDAQ- und CompactRIO-Chassis synchronisieren die Spannungsmessmodule in der folgenden Tabelle mit den Strommessmodulen in Tabelle 1, die für genauere Phasen- und Leistungsmessungen erforderlich sind.

 

ModellnummerMessbereichVerwendete Messtechnologie
NI 9242250 Veff L-NDirekte Messung für 120/240-AC-Systeme.  Verbindung zu externen Ports mit einem sekundären 120/240 Veff für Hochspannungsmessungen.
NI 9244400 Veff L-NDirekte Messung für bis zu 690 Veff L-L-Systeme.
NI 9225300 Veff AI+ gegenüber AI-Direkte Messung für Systeme mit bis zu 300 Veff
NI 9238±0,5 VVerbindung zu 0,333-V-Sensoren
NI 9239±10 VVerbindung zu 10-V-Sensoren
NI 9229±60 VVerbindung zu 60-V-Sensoren

 

Tabelle 2: NI bietet eine Vielzahl von Modulen der C-Serie für alle Arten von Spannungsmessungen an.  Alle Module geben vollständige Signalverlaufsdaten zur Verarbeitung mit LabVIEW oder anderer Mess- und Analysesoftware aus.

NI 9242

Abbildung 10: Das NI 9242/44 verfügt über große Eingangsanschlüsse und einen hohen Überspannungsschutz für Wechselspannungs- und Versorgungsanwendungen (abgebildet mit installiertem Schutzgehäuse).

 

Leistungsberechnungen aus Spannungs- und Stromsignalverläufen

Hochgeschwindigkeitsmessgeräte, wie in diesem Artikel beschrieben, liefern Signalverlaufsdaten ähnlich der folgenden Abbildung.  In dieser Datenerfassung von LabVIEW ist der grüne Signalverlauf der Spannungssignalverlauf von einer Bürosteckdose mit 120 Veff und der rote Signalverlauf die entsprechende Strommessung für eine ältere kompakte Leuchtstofflampe.  Das Spannungs- und das Strommessmodul werden über gemeinsame Signale im CompactDAQ- oder CompactRIO-Chassis synchronisiert.  Dies ist für manche Anwendungen wichtig, da die Phasenverschiebung zwischen Spannungs- und Stromverläufen ein Parameter der Stromqualität ist, der überwacht wird. Ohne Simultanabtastung ist es schwierig zu bestimmen, ob die Phasenverschiebung von der Messtechnik oder der Schaltung stammt.

Entwerfen eines LabVIEW-Frontpanels zur Anzeige von Signalverlaufsdaten und Leistungsberechnungen

Abbildung 11: Entwerfen eines LabVIEW-Frontpanels zur Anzeige von Signalverlaufsdaten und Leistungsberechnungen.

An diesem Punkt im Messsystem werden Signalverlaufsdaten der Module zur Berechnung der gewünschten Stromqualitätsparameter verwendet.  Einige dieser Berechnungen sind ziemlich einfach, andere sind komplexe Berechnungen, die über mehrere Perioden, Sekunden oder Minuten hinweg zusammengefasst sind, um die höchste Qualität zu bestimmen.

LabVIEW bietet verschiedene Funktionspaletten für die Signalverarbeitung und Signalverarbeitung sowie zusätzliche Toolkits für die Verarbeitung und Berechnung von Leistungssignalverläufen.  Das NI LabVIEW Electrical Power Toolkit bietet Analysefunktionen für alle in diesem Artikel besprochenen grundlegenden Leistungsberechnungen und kann online heruntergeladen werden. Die folgenden Analysefunktionen sind in der Vollversion des NI LabVIEW Electrical Power Toolkits enthalten und entsprechen dem Standard IEC 61000-4-30:2008:

  • Netzfrequenz
  • Höhe der Versorgungsspannung
  • Flicker
  • Versorgungsspannungsabfälle und -schwingungen
  • Spannungsunterbrechungen
  • Unsymmetrie der Versorgungsspannung
  • Oberschwingungen
  • Signalübertragung auf Versorgungsspannung
  • Schnelle Spannungsänderungen
  • Messung von Unterabweichung und Überabweichung

 

Die folgenden Analysefunktionen entsprechen der Norm EN 50160:2007:

  • Leistungsmessung
  • Energiemessung
  • Aggregation (Nachfrage)

 

Programmierung mit befehlsorientierten Programmiersprachen

Der NI-DAQmx-Treiber für CompactDAQ bietet API-Unterstützung für LabVIEW, C, C++ und Measurement Studio und unterstützt das Speichern von Daten in offenen Dateiformaten zur Verwendung in Excel oder anderen Softwareprogrammiersprachen.  

Für textbasierte Programmierer ist zu beachten, dass die Analyse-VIs des Electrical Power Toolkits nur für die LabVIEW-Entwicklungsumgebung und nicht für CVI, C, C++ oder Measurement Studio verfügbar sind.

Empfohlene Systemkomponenten nach Anwendung

Permanent installierte Motorüberwachung

Anlagenüberwachungssysteme dienen zur Vermeidung von Ausfällen von kritischen Geräten wie großen Pumpen, Lüfter, Bändern usw. durch Überwachung physikalischer und elektrischer Parameter, um intelligenter zu bestimmen, wann eine Maschine gewartet werden muss.  Die Stromsignatur eines großen Motors kann hilfreich sein, Ineffizienzen wie Ungleichgewicht oder mechanische Fehler wie fehlerhafte Rotorbalken zu erkennen. In Tabelle 3 werden die empfohlenen Produktkomponenten für eine Motorüberwachungsanwendung aufgeführt.

 

BauelementNI-ProduktBeschreibung
Spannungseingang

NI 9244 (bis zu 400 V AC L-N, 690 V AC L-L)

NI 9242 (bis zu 250 V AC L-N, 400 V AC L-L)

Große Industriemotoren werden in der Regel mit Spannungen auf Versorgungsebene betrieben und erfordern einen externen PT zum Anschluss an das NI 9242.  Niedrigspannungsmotoren mit weniger als 690 V AC können direkt mit dem NI 9244 verbunden werden
StromeingangNI 9239 mit Niederspannungs-CTNiederspannungs-CTs sind sicherer und einfacher zu bedienen als 1A/5A-CTs.  Achten Sie darauf, die Größe des CT und des ausgewählten Niederspannungsmoduls unter Berücksichtigung des Eingangsstroms zu berücksichtigen, der das Zehnfache des stabilen Stroms sein kann.
Chassis und ControllerCompactRIODer integrierte Prozessor lässt das System kontinuierlich ausführen.  Verarbeitete Daten können lokal gespeichert, an ein SCADA-System zurückgesendet oder Alarme an das SCADA-System oder lokale PLCs auslösen.
Software (textbasiert)NI Linux Real-Time C/C++ Cross-Compile ToolchainFür Systementwickler, die bereits Algorithmen in C oder C++ entwickelt haben, lässt sich die NI Linux Real-Time Cross Compile Toolchain zur Programmierung des Multicore-Prozessors des CompactRIO-Controllers verwenden. Der FPGA wird weiterhin in LabVIEW programmiert.

 

Tabelle 3: Empfohlene Komponenten eines permanent installierten Motorüberwachungssystems.

 

Testen von Elektro- und Haushaltsgeräten

Computerbasierte Testsysteme für Haushaltsgeräte oder Handelsgeräte erhöhen die Produktivität der Entwurfs- und Testteams und verbessern gleichzeitig die Produktqualität.  Eine Klassifizierung von Tests gilt für Forschungs- und Entwicklungszwecke, z. B.:

  • HALT (Hochbeschleunigter Lebensdauertest)
  • V&V (Validierung und Verifizierung)
  • Zertifizierungstests oder Präzertifizierungstests
  • RMA-Ursachenanalyse (Return Merchance Authorization)

Darüber hinaus können Gerätetestsysteme für automatisierte Fertigungslinientests erstellt werden, um sicherzustellen, dass das Gerät eingeschaltet und die LEDs funktionieren.  In Tabelle 4 werden die empfohlenen Produktkomponenten für ein Testsystem für Geräte oder elektrische Geräte aufgeführt.

 

BauelementNI-ProduktBeschreibung
Spannungseingang

NI 9244 (bis zu 690 V AC)

 

Die meisten Haushaltsgeräte und Handelsgeräte arbeiten im Dreiphasenbereich von 690 V AC des NI 9244.
StromeingangNI 9247Das Hochstrommessmodul NI 9247 verfügt über integrierte, kalibrierte CTs für kontinuierliche Messungen mit bis zu 50 Aeff pro Phase und kann 10 Sekunden lang bis zu 100 Aeff messen, um Störereignisse zu erfassen.
Chassis und ControllerNI CompactDAQ und ein Multicore-PC.Das NI CompactDAQ verfügt über 4, 8 und 14 Steckplätze mit USB- oder Ethernet-Verbindung an einen PC.  Alle Module im Chassis werden synchronisiert und mit einem Steckplatz für Spannung und einem Steckplatz für Strom stehen für den Gerätetest Slots für Temperatur, Druck, Fluss, Digital und eine Reihe anderer Sensormodule zur Verfügung.
Software (grafisch)LabVIEW Electrical Power ToolkitDas Electrical Power Toolkit enthält das PMU Toolkit und das Protection IP Toolkit.  Darüber hinaus kann das PMU-Programm, das mit dem NI Grid Automation System geliefert wird, als offene LabVIEW-Projekte heruntergeladen werden.
Software (textbasiert)NI-DAQmx (Treiber in der Hardware enthalten)Der NI-DAQmx-Treiber für CompactDAQ bietet Unterstützung für eine Vielzahl befehlsorientierter Sprachen wie C/C++, C# und Visual Studio.NET

 

Tabelle 4: Empfohlene Komponenten eines Geräts oder eines anderen Testsystems für elektrische Geräte mit Mischsensoren.

 

Intelligente elektronische Geräte (IEDs) für Versorgungsanwendungen

Anwendungen für NI-Hardware in der Versorgungsindustrie decken die Verwendung in Netzgeräten zum Messen, Steuern und Schutz, wie z. B.:

  • IEDs
  • RTUs (Netzwerkanschlusseinheiten)
  • DFR (Digitale Störschreiber)
  • Recluster-Controller, intelligente Schaltmodule und Relais
  • Phasor-Messgeräte (PMUs)
  • Stromqualitätsanalysatoren und Oberschwingungsanalysatoren
  • Mikronetz- und erneuerbare Controller (Speicher, PV-Glättungsanwendungen, Mikronetz-Controller)

Tabelle 5 unten listet die empfohlenen Produktkomponenten für intelligente Systeme auf, die in einem Versorgungsnetz in einem Umspannwerk-Steuerhaus, einem Gerätehof oder in einem Mast- oder Sockelmontagegehäuse eines Verteilungssystems eingesetzt werden.

 

BauelementNI-Produkt

Beschreibung                

SpannungseingangNI 9242Das NI 9242 wurde für den Anschluss an Ports mit 120 Veff und 240 Veff ausgelegt, die in Unterstationen, Transformatoren und Trennbalken vorkommen.  Verwenden Sie für Niederspannungs-Ports das NI 9238, NI 9239 oder NI 9229.

 

Stromeingang

NI 9247Das Hochstrommessmodul NI 9247 verfügt über integrierte, kalibrierte CTs für kontinuierliche Messungen von bis zu 50 Aeff und 100 Aeff für 10 Sekunden.  Die Widerstandsbereiche lauten 500 Aeff (1 Sekunde) und 1250 Aeff (1 Periode).
Chassis
und Controller
NI CompactRIOAufgrund des Linux-RTOS, des programmierbaren FPGA, der Multicore-Verarbeitungsoptionen und der robusten Betriebsspezifikationen ist CompactRIO die ideale Wahl für den Entwurf von Geräten für intelligente Netze.
Software (grafisch)LabVIEWLabVIEW ist der Industriestandard für Testsoftware.  Fügen Sie das Electrical Power Toolkit und die Vibration Measurement Suite hinzu, um noch mehr vorgefertigte Messfunktionen zu erhalten.  Erstellen Sie Protokolle, Dashboards, speichern Sie Daten in mehreren Dateiformaten und verbinden Sie sich mit über 4.000 Messgeräten von Drittanbietern mit verfügbaren Treibern im LabVIEW Driver Network.
Software (textbasiert)C/C++ mit EclipseFür Systementwickler, die bereits Algorithmen in C oder C++ entwickelt haben, kann die Eclipse-Entwicklungsumgebung zur Programmierung des Multicore-Prozessor von CompactRIO verwendet werden.  Der programmierbare FPGA ist immer noch in LabVIEW programmiert.

 

Tabelle 5: Empfohlene Komponenten für intelligente Mess- und Steuergeräte, die in einem Stromnetz eingesetzt werden.

Auswählen eines Strommessensors

Die beste Qualität der Messung von Spannung, Strom und Leistung ist die Verwendung von Modulen und Messgeräten, die eine direkte Messung im Modul ermöglichen, z. B. NI 9227, NI 9246 oder NI 9247.  Denken Sie daran, bei der Auswahl des Ein-/Ausgangsbereichs des CT und des Eingangsbereichs des Messmoduls alle relevanten Betriebsbereiche (stabiler Zustand, Inbetriebnahme/Start, Fehler usw.) der Schaltung zu berücksichtigen.  Ausgehend von dieser Voreinstellung kann die folgende Tabelle als grobe Richtlinie für andere Sensoroptionen dienen. (Keine endgültige Antwort, da viele Faktoren die Auswahl beeinflussen können) Wenden Sie sich an Sensoranbieter wie Magnelab und Verivolt, um weitere Ratschläge zur endgültigen Sensorauswahl zu erhalten.

Beginnen Sie mit einer direkten Modulverbindung als Standardeinstellung mit der folgenden Tabelle.

 

Strommesssystem-BedarfEmpfehlung
Beste Genauigkeit für Messungen unter 5 AeffNI 9227 (5 A)
DC-MessungenNI 9227 (5 A)
Überstromschutz (500 Aeff für 1 Sekunde, 1250 A für 1 Periode)NI 9246 (20 A) oder NI 9247 (50 A)
Kontinuierlicher (stabiler) Messbereich von bis zu 50 Aeff mit 10-s-Messungen bis zu 100 AeffNI 9247 (50 A)
Eingangsbereich größer als 50 AeffExterne CT mit Spannungsausgabe an ein Spannungseingangsmodul
Messung ohne Kopplung/Einfügen des Geräts in die SchaltungExterne CT mit Spannungsausgabe an ein Spannungseingangsmodul
Installieren Sie den CT einer Stelle, an der ein Solid- oder Split-Core-CT nur schwer installiert werden kann (Busleiste, enge Verkabelung usw.)Rogowski-Spule zu einem Spannungseingangsmodul
DC-Messung mit einem Bereich von über 5 AHall-Effekt-Sensor oder Strommesswiderstände
Gleichstrommessung ohne Kopplung/Einbinden des Geräts in die SchaltungHall-Effekt-Sensor
Eingangsbereich größer als 50 Aeff mit einem Sensor, der an der Sekundärstrom 1 A oder 5 A ausgibt (Versorgungsanwendungen)Verbinden Sie 1 A/5 A CT (sekundär) mit dem NI 9246 oder NI 9247.
Reduzierung der Kosten pro Kanal und kann einen gewissen Kompromiss zwischen Auflösung und dynamischer MessqualitätVerwenden Sie CTs und Ports mit einem Ausgang von weniger als ±10 V und verbinden Sie sich mit einem 16-Kanal-Simultaneingangsmodul NI 9220. (100 kS/s pro Kanal)
Höhere Genauigkeit bei Gleichstrom erforderlichPräzisions-Messwiderstand oder ein PXI-DMM
Benötigen Sie eine höhere Bandbreite? Bis zu 500 kHzVerwenden Sie Hochfrequenz-CTs und Ports mit einem Ausgang von weniger als ±10 und verbinden Sie das NI 9215, NI 9222 oder NI 9223.
Benötigen Sie eine höhere Bandbreite? > 500 kHzPXI-Oszilloskop/-Digitizer

Tabelle 6: Hilfestellung bei der Auswahl einer Strommesslösung.

Ressourcen für CompactRIO und CompactDAQ

CompactRIO und CompactDAQ sind Chassis-basierte Systeme für die Mess-, Steuer- und Überwachungstechnik.  Mit über 100 verfügbaren Messmodulen können Sie eine maßgeschneiderte Mischmesslösung entwerfen, die Ihre Anforderungen in einem einzigen Messgerät erfüllt.  Für Leistungsanwendungen können Sie weitere Schaltungsmessungen hinzufügen, indem Sie weitere Module im selben Gehäuse hinzufügen, oder die Leistung mit anderen Messungen wie Temperatur, Druck und Vibration für komplette Testsysteme in der Forschung und Entwicklung oder umfassende Anlagenüberwachungssysteme kombinieren.

NI CompactDAQ

NI-CompactDAQ-Chassis sind mit 1, 4, 8 und 14 Steckplätzen erhältlich und verwenden USB-, WiFi- oder ENET-Anschlüsse zur Kommunikation mit einem Windows-PC.  CompactDAQ-Controller sind auch verfügbar und verfügen im Wesentlichen über einen integrierten Computer, wodurch die Notwendigkeit eines externen PCs entfällt.  CompactDAQ-Controller sind für mobile, robuste oder kopflose (ohne angeschlossene Benutzeroberfläche) Überwachungs- und Testoperationen ausgelegt.

Mehr zu CompactDAQ erfahren.

CompactRIO

CompactRIO ist ein programmierbares Steuer- und Überwachungssystem mit einem Multicore-Prozessor, einem Echtzeitbetriebssystem, einem programmierbaren FPGA und Kompatibilität mit allen Modulen der C-Serie von NI und Drittanbietern.  Mit CompactRIO können Domänen-Experten Embedded-I/O-Controller und Überwachungssysteme erstellen, um ihnen bei der Problemlösung zu helfen.

Weitere Informationen zu CompactRIO.

Zusätzliche Ressourcen