11 - Messumformer
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MESSUMFORMER MEASURING TRANSDUCERS Unsere Test- und Kalibriersysteme entsprechen den Anforderungen der ISO 9000 und AQAP 6. Die Rückführbarkeit ist in DKD- oder NAMAS-Zertifikaten dokumentiert. Our test and calibration systems conform to the stringent requirements of ISO 9000 and AQAP 6. The pertinent reports of calibration are based on DKD- or NAMAS-certifications. Eine Vielzahl von Patenten und Patentanmeldungen zeugt von der Innovationskraft der REDUR Messwandler GmbH. Nicht zuletzt, aber auch deswegen wächst die Gemeinde der begeisterten REDURKunden ständig. A multitude of patents and applications for patent demonstrate the innovative power of REDUR Messwandler GmbH. This among others is a vital reason for the constant growth of the enthusiastic community of REDUR product users. Fahrbare Test- und Kalibriersysteme werden innerhalb des Fertigungsprozesses variabel an den jeweils effizientesten Stellen produktbezogen eingesetzt. Movable test and calibration systems are flexibly incorporated into the production process to guarantee maximum quality control at high efficiency. 11.02 * REDUR Messwandler GmbH . Weinberg 3-3a . D-52399 Merzenich . Germany ' +49 2421 392052 . 7 +49 2421 38055 . . [email protected] . : www.redur.de MESSUMFORMER MEASURING TRANSDUCERS Messumformer (für elektrische Größen) sind Geräte, die elektrische Größen zum Zweck der Messung in eine andere elektrische Größen umwandeln. Ihr Einsatzgebiet ist sehr vielseitig. Um nur drei Beispiele zu nennen, können mit einem MU Messsignale (z.B. mit einem 20mA-Ausgang) über mehrere Kilometer übertragen, Wechselgrößen in leichter messbare Gleichgrößen umgewandelt und die Anzahl der Messleitungen zu einem Messgerät reduziert werden. So werden z.B. bei einer VierleiterLeistungsmessung sechs Stromleitungen (Ausgänge von drei Stromwandlern) und vier Spannungsleitungen auf nur zwei Leitungen reduziert, die die gesamte Wirkleistungs-Information enthalten. (Electrical measuring) transducers are equipments which convert an electrical quantity into another electrical quantity for the purpose of measuring. They are multiple useable in various applications. E.g. a transducer makes it possible to carry over signals (e.g. by means of a 20mA-output) for several kilometers; AC quantities can be converted into DC signals which are easier to be measured; the number of wires to a measuring instrument may be reduced, e.g. in case of a four-wire power measurement six current wires (output of three current transformers) and four voltage wires may be reduced to two wires which carry the complete measuring information. Aktiv und passiv Active and passive Man unterscheidet zwischen aktiven und passiven Messumformern. Aktive MU's benötigen eine externe Energiequelle, während passive MU's die zum Betrieb notwendige Energie dem Messkreis entnehmen. Die Grenzen zwischen beiden sind jedoch oft fließend. So kann man auch die Messspannung (wenn diese hinreichend konstant ist) als Hilfsspannungsquelle verwenden. Wird diese Verbindung herstellerseitig intern durchgeführt, wird aus einem aktiven MU ein (pseudo-)passiver MU (siehe auch Fuß-note1)). Passive MU's wiederum können zusätzlich einen aktiven Verstärker erhalten und werden somit zu aktiven MU's. It is specified between active and passive transducers. Active transducers (even called external supplied) require an auxiliary supply, while passive transducers (even called self powered) are energized by the measuring circuit. But there is no clear separation between both types. Sometimes e.g. a passive transducer is made out of an active transducer by connecting the supply terminals of an active transducer with the measuring circuit. In colloquial language people agreed that such a solution is called active if the connection of the auxiliary supply terminals with the measuring circuit is made by the customer himself. Otherwise if the connections are made inside by the manufacturer it is called passive (pseudo-passive, see 1)). Similar it is possible to make an active transducer out of a passive transducer by additional using an internal amplifier. Hier ist dann zu entscheiden, ob eine Lösung mit aktiven oder passiven Messumformern gestaltet werden soll. Während Live-Zero-Ausgänge (z.B. 4-20mA) immer eine aktive Schaltung erfordern, hängt die Entscheidung ansonsten von den Faktoren Aussteuerbereich, Messkreisbelastung (Leistungsaufnahme) und Bebürdbarkeit ab. Da passive Messumformer ihre zum Betrieb erforderliche Energie aus dem Messkreis beziehen, ist es leicht einzusehen, dass bei solchen MU´s das Messsignal erst einen Mindestwert übeschritten haben muss, ehe der MU zuverlässige Messdaten liefern kann. Soll dagegen eine weite Messspanne bis hin zu sehr niedrigen Werten überstrichen werden, so ist eine aktive Lösung erforderlich. Das gleiche gilt, wenn der Messkreis nur sehr wenig belastet werden darf (z.B. im Sekundärkreis leistungsschwacher Stromwandler). Wird eine hohe Bebürdbarkeit (z.B. sehr lange Signalleitungen, mehrere angeschlossene Anzeige- und Kontrollgeräte) gefordert, ist zu prüfen, ob die dafür benötigte Energie dem Messkreis entnommen werden kann und darf, so dass ggf. dann auch hier eine aktive Lösung zu wählen ist. Strom- und Spannungsausgang, Live-Zero Für den Anwender stellt sich häufig die Frage nach der Art des Ausgangssignals von Messumformern. Grundsätzlich gilt, dass bei großen Entfernungen ein Stromsignal vorzuziehen ist. Die Verwendung eines Spannungssignals ist selten. Nur wenige Module für die elektronische Weiterverarbeitung benötigen ausschließlich ein Spannungssignal. Beim Ausgangssignal unterscheidet man zwischen echtem Nullpunkt (True-Zero) und lebendem Nullpunkt (Live-Zero), wobei die Bezeichnung Dead-Zero für True-Zero seltener verwendet wird. Bei Live-Zero spricht man auch von einem versetzten Nullpunkt. True-Zero beschreibt ein Übertragungsverhalten, bei dem der Nullpunkt der Messgröße mit dem Nullpunkt des Ausgangssignals identisch ist. Hingegen verleiht man bei der Live-Zero-Version dem Ausgangssignal eine Parallelverschiebung (Offset) derart, dass beim Nullpunkt der Messgröße das Ausgangssignal von Null verschieden ist. Man hat bei Stromausgängen 4mA als Live-Zero genormt. Diese Betriebsart erlaubt z.B. eine Fehlererkennung. So lässt sich deutlich unterscheiden, ob die Messgröße null ist, oder ob ein Defekt (Unterbrechung der Ausgangsleitung, Ausfall der Hilfsstromversorgung oder anderes) vorliegt. 1) pseudopassiv So ist z.B ein Transformator (Spannungswandler, Stromwandler) aufgrund seines physikalischen Wirkprinzips immer ein paasives Element, hingegen ist z.B. ein Verstärker immer aktiv. Bei Messumformern, die eine Spannung als Messgröße haben (Leistungs-Messumformer, Frequenz-Messumformer usw.), kann man, sofern die Messspannung hinreichend konstant ist, diese auch als Hilfsspannungsquelle verwenden. Man verbindet dazu die Hilfsspannungsanschlüsse mir den Messspannungsanschlüssen. Gelegentlich ist diese Verbindung bereits herstellerseitig intern durchgeführt. Diese Messumformer erscheinen dann nach außen hin passiv, sind jedoch, durch ihre Funktionsweise bedingt, tatsächlich aktiv. Often the decision whether to use an active or a passive measurement transducer is not less important for a problem solution. Whereas outputs with live-zero (e.g. 4-20mA) signal invariably demand an active circuit, the decision in the rest of cases depends on the factors workable control range, (primary) measurement circuit loading and permissible maximum output load. Since passive transducers are energized by the (primary) measuring circuit. It is therefore evident that in passive measurement transducers the measured signal must exceed a minimum threshold value for the transducer to furnish a dependable measurement signal. If a wide working range is needed down to very low input quantities therefore an active solution is required. The same is needed if the measuring circuit has only is also holds true in applications where the measured circuit permits only minimal loading (e.g. in the secondary circuit of low burden c.t.'s). If a high load capability (e.g. long output wires or several control instruments in the output circuit) is required, it is mandatory to check whether the needed energy can be supplied by the measuring circuit itself. If necessary here too one should choose an active solution. Current and Voltage Output, Live-Zero Application engineers often ask which type of output signal they should use. As a fundamental rule the current output signal is to be preferred at large distances. Voltage output signals are rarely used. Only a small number of electronic modules for further signal processing ask for voltage input signals. There are two kinds of output informations possible called true-zero and live-zero, while the denomination dead-zero instead of true-zero is used very rarely. Live-zero is also called offset-zero. True-zero discribes a transfer characteristic where the zero of the measuring is equal to the zero of the transducer output. At a live-zero version the transfer characteristic gives a predetermined output than zero when the measurant is zero. At current outputs 4mA is a standardized live-zero quantity. 1) pseudopassive Therefore a transformer (voltage transformer, current transformer) e.g. based on its physical principle of operation always is a passive element, whereas an amplifier e.g. always is active. In active measuring transducers with a voltage as measuring quantity (power transducers, frequency transducers etc.) this voltage can be used as the auxiliary voltage source provided it is sufficiently constant. For this purpose one connects the auxiliary voltage input to the measuring voltage input. Occasionally this connection has already been made internally by the manufacturer. These transducers then externally appear to be passive. Due to their operating principle however they are in reality active. * REDUR Messwandler GmbH . Weinberg 3-3a . D-52399 Merzenich . Germany ' +49 2421 392052 . 7 +49 2421 38055 . . [email protected] . : www.redur.de 11.03 MESSUMFORMER MEASURING TRANSDUCERS Zweidraht-Messumformer Two-Wire Transducers Zweidraht-Messumformer sind eine Untergruppe der aktiven MU's, bei denen die Hilfs(gleich)spannung über die Ausgangssignalleitung zum Messumformer gelangt. Die Hilfsspannung liegt dabei in Reihe mit dem Ausgang des MU's und der Anzeigeeinheit (oder einer anderen Auswerteeinheit). Man kann sich hilfsweise vorstellen, dass der MU-Ausgang durch einen variablen Widerstand ersetzt wird. Somit entsteht ein Stromkreis, bestehend aus diesem Widerstand, der Hilfs(gleich)spannung und der Anzeigeeinheit. Die Messgröße am Eingang des MU's verändert nunmehr den variablen Widerstand, so dass im Ausgangskreis ein Strom entsprechend der Eingangsgröße fließt. Es liegt immer eine Live-Zero-Betriebsart vor, da der MU zur Aufrechterhaltung seiner Funktion einen Ruhestrom benötigt, dessen Größe von der internen Schaltung abhängt. Um die genormte Live-Zero-Größe von 4mA zu erhalten, fließt zusätzlich zum Ruhestrom intern ein entsprechender Querstrom. Two-wire transducers are a subdivision of active transducers where the auxiliary (DC-)supply is in series with the output and the measuring instrument (or various measuring equipments). You may imaginate that the output of the transducer is substituted by a variable resistor. This makes a circuit which consists of this variable resistor, the auxiliary (DC)voltage supply and the measuring unit. The measurant varies the resistor so that dependent on the measurant a current is going to run in the output circuit. This is always a live zero operation because the transducer needs a minimum current to stay in function. The value depends on the internal circuit. In order to get the standardized live zero value of 4mA an additional current has to flow internally bypassing the output. Isolation Amplifiers Trennverstärker Zu den Messumformern gehören auch Trennverstärker (gelegentlich Signaltrenner genannt) und Speisetrennverstärker. Trennverstärker werden oft in Signalleitungen zwischen Messumformern und Auswerteeinheiten eingesetzt, um durch galvanische Trennung dieser Leitungen, z.B. Erdstromschleifen und Gleichtaktstörungen zu vermeiden. Nicht selten ist auch der Einsatz zur Anpassung von Messsignalen. So kann z.B. aus einem 4-20mA Signal ein 0-10V Signal generiert werden. Speisetrennverstärker sind Trennverstärker, deren Eingangskreis eine Hilfsspannungsquelle enthält, um einen vorgeschalteten Messwertaufnehmer in Zweidrahttechnik mit der nötigen Hilfsenergie versorgen zu können. Even isolation amplifiers (signal isolators) and two-wire input signal isolators are a subdivision of the transducers.Signal isolatores mostly are used in signal wires between transducers and measuring unit in order to interrupt the line (galvanically insulation) and to protect against earth leak currents. Even not so rare is the application of adapting measuring signals, e.g. out of a 4-20mA signal may be made a 0-10V signal. Two-wire input signal isolators are special types of signal isolators which have an inside current source in the input circuit to power two-wire pickups which are connected to the input. Power Adjustment Sometimes the question of power adjustment is not well understood. The easiest way to explain it is by use of the following example. Leistungsabgleich Die Frage nach einem Leistungsabgleich führt manchmal beim Kunden zu Verwirrungen. Der Sachverhalt ist am einfachsten an folgendem Beispiel veranschaulicht: In einem Vierleiternetz (230/400V) fließt ein Strom von 380A (cos j = 1). Die verwendeten Stromwandler haben die Übersetzung 400/5A. Die Leistung beträgt 262,2 kW. Der Messumformer soll einen Ausgangsstrom vom 0-20mA (proportional zur Leistung) liefern. Ohne Abgleich entpricht einer Ausgangsgröße von 20mA also eine Leistung von 262,2 kW. Es kann seine Berechtigung haben, dass es manchmal so sein soll. Will man aber z.B. die Leistung auf einem analogen Messgerät zur Anzeige bringen, wird es große Schwierigkeiten machen oder unmöglich sein, ein solches Instrument mit einer Skalierung von 0 - 262,2 kW zu erhalten. Deswegen kann der MU auf die nächstliegende genormte Skalierung (aber auch auf jeden anderen Wert) abgeglichen werden. Im vorliegenden Fall würde man den MU z.B. auf 300 kW abgleichen, so dass der Augangsgröße 20mA die Leistung 300 kW entspricht. In a three phase four wire mains supply (230/400V) there is a current of 380A (cos j = 1). The c.t.´s used have a transformation ratio of 400/5A. The power therefore is 262,2kW. The measurement transducer supplies a DC output current 0-20mA (in linear proportion to the power). Without adjustment the output signal of 20mA corresponds to the power of 262,2kW. In a few cases this equivalence may be useful. In most applications however the measured power is to be displayed by an analogue indicator and it will be difficult if not impossible to find the suitable indicator instrument scaled to exactly 0-262,2kW. For this reason the power measurement transducer can and should be adjusted to the next higher standard indicator scaling. In the case of this example the transducer would be adjusted to 300kW, i.e. the output signal then is equivalent to the power of 300kW. REDUR adjusts its measurement transducers to any client specified power value within +/-40%. REDUR gleicht auf Kundenwunsch im Bereich von +/- 40% jede beliebige Leistung ab. 11.04 * REDUR Messwandler GmbH . Weinberg 3-3a . D-52399 Merzenich . Germany ' +49 2421 392052 . 7 +49 2421 38055 . . [email protected] . : www.redur.de MESSUMFORMER MEASURING TRANSDUCERS Allgemeines Generals Gehäuse und Befestigung: Housing and monting: Gehäuse: graues Polycarbonatgehäuse, bruchfest Montage: durch Aufschnappen auf Tragschiene DIN EN 50022-35 oder Schraubbefestigung Isolationsklasse: E (IEC 85) Temperaturbeständigkeit: 110°C (nach UL 746 B) oder 148°C (nach DIN ISO 306 B) Brennverhlten: V-0 (nach UL 94) oder Stufe IIb (nach DIN VDE 0304) Anschlüsse: Schrauben mit selbstabhebenden Anschlussscheiben nach DIN 57609 / VDE 0609, DIN EN 60999, max. Anschlussquerschnitt 2x 2,5mm2 massiv oder 2x 1,5mm2 Litze mit Hülse nach DIN 46228 Schutzart: Gehäuse IP40, Klemmen IP20 nach DIN EN 61032, DIN VDE 0110, DIN 40050, VBG 4 Kriechstrecken: >5mm nach DIN VDE 0110 (Durch geeignete Klemmenbelegung sind die Kriechstrecken zwischen den galvanisch getrennten Anschlüssen deutlich größer.) Luftstrecken: >3,2mm nach DIN VDE 0110 (Durch geeignete Klemmenbelegung sind die Luftstrecken zwischen den galvanisch getrennten Anschlüssen deutlich größer.) Anschlussbezeichnung: nach DIN 43807 Housing: polycarbonate, grey, unbreakable Mounting: by snapping on supporting rail EN 50022-35 or by screwing on mounting wall Class of insulation: E (IEC 85) Temperature withstand: 110°C (according to UL 746 B) or 148°C (according to DIN ISO 306 B) Flame retardancy: difficult to inflame, self-extinguishing, V-0 (according to UL 94) or step IIb (according to DIN VDE 0304) Connecting terminals: plus-minus terminal screws with selfadjusting connection washers to DIN 57609 / VDE 0609, EN 60999, conductor max 2x 2.5mm2 solid or 2x 1.5mm2 stranded with crimp, to DIN 46228 Grade of protection: housing IP40, terminals IP20 to EN 61032, DIN VDE 0110, DIN 40050, VBG 4 Creepage distances: >5mm to DIN VDE 0110 (By qualified choice of terminal attachement the distances between the galvanically insulated terminals are lager.) Clearances: >3.2mm to DIN VDE 0110 (By qualified choice of terminal attachement the clearances between the galvanically insulated terminals are larger.) Terminal denotation: according to DIN 43807 Referenzbedingungen (in Übereinstimmung mit IEC 60688, früher DIN IEC 688): Reference conditions (according to IEC 60688): Umgebungstemperatur: 15...30°C Frequenz der Messgröße: 50Hz +/-2% Kurvenform der Messgröße: sinusförmig, Formfaktor 1,111 +/-0,5% Ausgangsbürde: 0,5 x Nennbürde +/-1% Magnetisches Fremdfeld: erdmagnetisches Feld Hilfsspannung: Nennspannung +/-2% EMV: Prüfungen nach EN 50081 und EN 50082 keine Störfeldstärke (Abstrahlung) nach EN 55011 keine Oberschwingungen nach EN 60555 Störfestigkeit nach EN 61000-4-2, ESD (elektrostatische Entladung), Schärfegrad Kl.3, Prüfspannung 8kV Störfestigkeit nach EN 61000-4-3 (hochfrequente elektromagnetische Felder) Störfestigkeit nach EN 61000-4-4, Burst (schnelle transiente elektrische Störgrößen), Schärfegrad Kl.3, Prüfspannung 2kV Störfestigkeit nach EN 61000-4-5, Surge (Stoßspannung), Schärfegrad Kl.3, Prüfspannung 2kV Umgebungsbedingungen (nach IEC 60688): Transport- und Lagertemperatur: -40...+70°C Anwendungsgruppe II Umgebungstemperatur: 0...45°C Relative Feuchtigkeit: bis 93% Höhenlage: bis 2000m NN Sicherheit (nach DIN EN 61010-1 und DIN EN 50178, früher VDE 0411 und VDE 0160): Doppelte oder verstärkte Isolation (Schutzklasse II nach DIN VDE 0106) Schutzkleinspannung (SELV) nach VDE 0106 und VDE 0110 Teil 410, IEC 364-4-41, HD 384.4.41 S2 Verschmutzungsgrad 2 Überspannungskategorie III @ 600V (Netz zu Neutral oder Arbeitsspannung), Prüfspannung 5,2kV/1min Ambient temperature: 15...30°C Frequency of the input quantity: 50 Hz +/-2% Waveform of the input quantity: sinusoidal, r.m.s./m.a.d. 1,111 +/-0,5% Output load: mean value of the nominal range +/-1% Magnetic field of external origin: earth magnetic field Auxiliary supply: nominal value +/-2% EMC: according to EN 50081 and EN 50082 no EMC emission according to EN 55011 no harmonics according to EN 60555 EN 61000-4-2, ESD (electro-static discharge immunity), level 3, 8kV EN 61000-4-3, radiated radio-frequency electromagnetic field immunity EN 61000-4-4, (fast transient burst immunity), level 3, 2kV EN 61000-4-5, (surge immunity), level 3, 2kV Ambient conditions (to IEC 60688): Transport and storage temperature: -40...70°C Usage group II Ambient temperature: 0...45°C Relative humidity: up to 93% Altitude: up to 2000m MSL Safety (according to EN 61010-1 and EN 50178): Double or reinforced insulation (protection class II as per DIN VDE 0106) Safety extra-low voltage (SELV) according to IEC 364-4-41, HD 384.4.41 S2 Polution degree 2 Overvoltage category III @ 600V (line to neutral or working voltage), test voltage 5,2kV/1min * REDUR Messwandler GmbH . Weinberg 3-3a . D-52399 Merzenich . Germany ' +49 2421 392052 . 7 +49 2421 38055 . . [email protected] . : www.redur.de 11.05 mu/11/1 11.06 * REDUR Messwandler GmbH . Weinberg 3-3a . D-52399 Merzenich . Germany ' +49 2421 392052 . 7 +49 2421 38055 . . [email protected] . : www.redur.de
