Messen, berechnen, speichern – Moderne Messgeräte einfach erklärt

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Messen, berechnen, speichern – Ringpuffer war gestern

Wie im vorhergehenden Artikel schon ausführlich beschrieben, besitzt die aktuelle Generation unserer Messgeräte sehr leistungsfähige Signalprozessoren (DSP), welche eine kontinuierliche und lückenlose Erfassung von Strom und Spannung sowie die Berechnung aller erdenklichen Parameter ermöglichen. Wie geschieht das nun im Detail, wie läuft der Messvorgang ab, in welcher Form stehen Messwerte zur Verfügung, wo werden sie gespeichert?

Moderne Messgeräte wie unsere UMGs kann man sich im Grunde wie PCs vorstellen. Die Hauptakteure sind CPU (DSP), RAM, Festplatte (Flash-Speicher) und Kommunikationsports (RS485, RJ45).

Folgende Messwertgruppen werden grundsätzlich unterschieden:

Onlinewerte

Onlinewerte werden über ein Messintervall von 200 ms bzw. als Mittelwert der Vollwelleneffektivwerte von 10 Perioden ermittelt. Onlinewerte sind alle Werte, die das Messgerät permanent ermittelt und berechnet. Je nach Messgerät sind das bis zu 2.000 Werte, die pro 200 ms für alle Messkanäle zur Verfügung stehen. Die wesentlichen sind an den Displays der UMGs direkt ablesbar. Über die Software GridVis® und in den Topologieansichten kann der gesamte Umfang der Messwerte dargestellt werden.

Alle Messwerte stehen ständig in definierten Modbus-Speicherregistern für den externen Zugriff durch geeignete Drittsoftware zur Verfügung.

Messen-Berechnen-Speichern-Wertebaumfenster Onlinewerte — Abb.: Onlinewerte, Wertebaum UMG 605

Aufzeichnungen

Historische Werte

Historische Werte werden aus den Onlinewerten gebildet. Dazu werden in der Gerätekonfiguration eine oder mehrere Aufzeichnungskonfigurationen angelegt. Es wird für die jeweilige Aufzeichnung ein Zeitraum für die Bildung eines Mittelwertes festgelegt, z.B. 15-Minuten-Mittelwerte für die Aufzeichnung von Lastkurven, 1-Stunden-Mittelwerte für Energie etc. Die Zeiträume können je nach Gerätetyp zwischen 200 ms und mehreren Tagen liegen. Für Spannungsqualitätsmessungen gemäß EN 50160, EN 61000-2-4 oder EN 50160, IEEE519 sind vorgefertigte Aufzeichnungskonfigurationen vorhanden und können per Mausklick aktiviert werden.

Historische Werte werden in der Regel zunächst im Messgerät auf einem internen Flash-Speicher gespeichert. Früher auch als Ringpuffer bezeichnet. Jeder abgelegte Wert erhält einen Zeitstempel. Über die Software GridVis® werden die Werte manuell oder automatisch (Service) ausgelesen. Messwert und Zeitstempel werden in einer Datenbank abgelegt. Über GridVis® oder externe Datenbanktools können diese Werte dann tabellarisch oder grafisch ausgewertet werden.

Messen-Berechnen-Speichern-Historischer-Wertebaum — Abb.: Ereignisaufzeichnung Spannungseinbruch/ Unterspannung

Ereignisse

Ereignisse sind Über- und Unterspannungen sowie Überströme. Basis sind die 20-ms-Vollwellen-Effektivwerte beim UMG 604 und UMG 508 bzw. die 10-ms-Halbwellen-Effektivwerte beim UMG 605 und UMG 511. Bei Über- bzw. Unterschreitung der festgelegten Toleranzgrenzen wird das Ereignis auf den Flash-Speichern gespeichert. Zusätzlich wird ein Vor- und Nachlaufzeitraum definiert, sodass das Netzgeschehen direkt vor und nach dem Auftreten des Ereignisses analysiert werden kann. So werden maximal alle Spannungsund Stromkanäle über den festgelegten Auswertezeitraum grafisch zusammenhängend dargestellt.

Messen-Berechnen-Speichern-Ereignis-Unterspannung — Abb.: Ereignisaufzeichnung Spannungseinbruch/ Unterspannung

Transienten

Für die Aufzeichnung von Transienten wird die volle Performance der UMGs benötigt. Bei einer Abtastrate von 20 kHz können Transienten ab 50 μs erfasst werden. Ähnlich wie bei der Aufzeichnung von Ereignissen sind Schwellwerte sowie Vor- und Nachlaufzeiten definierbar. Genauso kann man festlegen, welche Kanäle gleichzeitig mit dem Auftreten von Transienten in einer Grafik als Wellenform mitgeschrieben werden.

Flags

Mit Flags werden Unregelmäßigkeiten bei der Messung und Aufzeichnung gemäß der Norm IEC 61000-4-30 gekennzeichnet und gespeichert. So können beispielsweise Ursachen von Aufzeichnungslücken erkannt werden.

Messen-Berechnen-Speichern-Flagaufzeichnung — Abb.: Flagaufzeichnung

Flag	Hinweis
LostWindow	200 ms Messfenster ist verloren gegangen
LostPLL	Das Gerät hat die Netzsynchronisation verloren
OverCurrent	Messbereichüberschreitung A
OverVoltage	Messbereichüberschreitung V
Firmware Upgrade	Firmware Upgrade
Initialization	Initialisierung Puffer

Alle Aufzeichnungen von historischen Daten, Ereignissen, Transienten und Flags laufen permanent, unabhängig voneinander und parallel im Messgerät ab.

Alle gespeicherten Daten sind historisch sortiert abgelegt. Ist der Flash- Speicher voll, so werden die historisch ältesten Daten überschrieben. Durch regelmäßiges Auslesen der Daten in eine Datenbank sind Werte, die auf dem Messgerät überschrieben werden, bereits auf dem Server gespeichert, sodass keine Messwerte verloren gehen.