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Title:
DEVICE FOR DETERMINING A COMPENSATED EFFECTIVE VALUE AND METHOD FOR DETERMINING A COMPENSATED EFFECTIVE VALUE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2023/143788
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device for determining a compensated effective value Ieff of an alternating current I, comprising a current transformer and a digital evaluation unit, wherein a wrong effective value Ieff, abg is calculated from the sequence of the secondary current signal measured by the current transformer, wherein, for the sequence of the secondary current signal measured by the current transformer, the total number of present sample values NGesamt and the number of sample values considered invalid NUngültig are determined by the digital evaluation unit and a correction value k (A) for correcting the wrong effective value Ieff, abg is calculated by means of the proportion of sample values considered invalid out of the total number of present samples A = NUngültig/NGesamt and, by means of this correction value k (A), the compensated effective value Ieff• is calculated.

Inventors:
TOST ROMAN (DE)
Application Number:
PCT/EP2022/084507
Publication Date:
August 03, 2023
Filing Date:
December 06, 2022
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
G01R15/18; G01R19/02; H02H1/04
Foreign References:
DE102007041176A12009-03-05
DE19802831A11998-08-13
US6072310A2000-06-06
KR20190033813A2019-04-01
EP1300686A22003-04-09
Other References:
"Current Transformer Saturation Compensation for Transformer Differential Relais", IEEE TRANSACTIONS ON POWER DELIVERY, no. 30, 2015, pages 2293 - 2302
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Claims:
Patentansprüche: 1. Vorrichtung (100) zum Ermitteln eines kompensierten Ef- fektivwerts Ieff eines Wechselstromes I umfassend einen Stromwandler (160) und eine digitale Auswerteeinheit (150), wobei aus der vom Stromwandler (160) gemessenen Reihe des Sekundärstromsignals ein verfälschter Effektiv- werts Ieff,abg berechnet wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s bei der vom Stromwandler (160) gemessenen Reihe des Se- kundärstromsignals die Gesamtanzahl vorliegender Abtast- werte NGesamt und die Anzahl als ungültige betrachteter Ab- tastwerte NUngültig von der digitalen Auswerteeinheit (150) bestimmt werden und mittels des Anteils als ungültig be- trachteter Abtastwerte an der Gesamtzahl vorliegender Ab- tastwerte A = NUngültig/NGesamt ein Korrekturwert k(A) zur Korrektur des verfälschten Effektivwerts Ieff,abg berechnet wird und mittels dieses Korrekturwerts k(A) der kompen- sierte Effektivwert Ieff. 2. Vorrichtung (100) gemäß Patentanspruch 1, bei der der Korrekturwert k(A) multipliziert wird mit dem verfälsch- ten Effektivwert Ieff,abg zur Berechnung des kompensierten Effektivwerts Ieff. 3. Vorrichtung (100) gemäß Patentanspruch 1 oder 2, wobei der Wechselstrom I sinusförmig oder rechteckförmig ist. 4. Vorrichtung (100) gemäß Patentanspruch 3, wobei bei einem sinusförmigen Wechselstrom I der Korrekturwert zu gewählt wird und bei einem rechteckförmigen Wechselstrom I zu

5. Vorrichtung (100) gemäß Patentanspruch 3, wobei bei einem sinusförmigen Wechselstrom I der Korrekturwert zu gewählt wird. 6. Vorrichtung (100) gemäß einem der vorherigen Patentan- sprüche, bei dem Abtastwerte als ungültig betrachtet wer- den, wenn sie unterhalb eines Grenzwertes G liegen. 7. Vorrichtung (100) gemäß einem der vorherigen Patentan- sprüche, bei dem die Anzahl als ungültig betrachteter Ab- tastwerte NUngültig durch Abzug eines Erfahrungswerts E an- gepasst wird. 8. Vorrichtung (100) gemäß einem der vorherigen Patentan- sprüche, bei dem die vom Stromwandler (160) gemessene Reihe des Sekundärstromsignals gebildet wird durch ein zeitlich im Wesentlichen äquidistantes Abtasten des Wech- selstroms I. 9. Verfahren (1000) zum Ermitteln eines kompensierten Effek- tivwerts Ieff mit den Schritten: - Messen (1010) einer Reihe des Sekundärstromsig- nals durch einen Stromwandler (160); - Bestimmen (1020) der Gesamtanzahl vorliegender Abtastwerte NGesamt; - Bestimmen (1030) der Anzahl als ungültig betrach- teter Abtastwerte NUngültig; - Berechnen (1040) des Anteils als ungültig be- trachteter Abtastwerte an der Gesamtzahl vorliegender Ab- tastwerte A = NUngültig/NGesamt; - Berechnen (1050) eines Korrekturwerts k(A) zur Korrektur eines verfälschten Effektivwerts Ieff,abg mittels des Anteils als ungültig betrachteter Abtastwerte an der Gesamtzahl vorliegender Abtastwerte A = NUngültig/NGesamt; und - Berechnen (1060) des kompensierten Effektivwerts Ieff mittels dieses Korrekturwerts k(A). 10. Verfahren (1000) gemäß Patentanspruch 9, bei dem die Be- rechnungen (1030; 1040; 1050; 1060) und die Bestimmungen (1010; 1020) von einer digitalen Auswerteeinheit (150) vorgenommen werden. 11. Verfahren (1000) gemäß Patentanspruch 9 oder 10, bei dem nach dem Bestimmen (1030) der Anzahl als ungültige be- trachteter Abtastwerte NUngültig der Schritt folgt: - Anpassen (1035) der Anzahl als ungültig betrach- teter Abtastwerte NUngültig durch Abzug eines Erfahrungs- werts E. 12. Verfahren (1000) gemäß einem der Patentansprüche 9 bis 11, bei dem bei einem sinusförmigen Wechselstrom I der Korrekturwert gewählt wird und bei einem rechteckförmigen Wechselstrom I zu 13. Verfahren (1000) gemäß einem der Patentansprüche 9 bis 11, bei dem bei einem sinusförmigen Wechselstrom I der Korrekturwert zu gewählt wird

Description:
Beschreibung Vorrichtung zum Ermitteln eines kompensierten Effektivwerts und Verfahren zum Ermitteln eines kompensierten Effektivwerts Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ermitteln eines kompensierten Effektivwerts und ein Verfahren zum Ermitteln eines kompensierten Effektivwerts. Typischerweise können Effektivwerte von Wechselströmen mit Hilfe eines Stromwandlers ermittelt werden. Dies ist auch dann möglich, wenn sich der Stromwandler in Sättigung befin- det, und die Messwerte des Stromwandlers anschließend einer digitalen Auswerteeinheit, beispielsweise einem Mikrocontrol- ler, zugeführt werden, wo mittels eines Korrektur-Verfahrens ein Effektivwert berechnet wird. Typischerweise können solche Korrektur-Verfahren und Vorrichtungen sinusförmige Wechsel- ströme bei Stromwandlern in Sättigung prozessieren und korri- gieren, eine Anwendung auf andere Stromformen, beispielsweise rechteckförmige, ist oftmals ebenfalls möglich. Stromwandlern können zur Messung von Wechselströmen einge- setzt werden, da sie in einem gewissen Arbeitsbereich einen primärseitig fließenden Wechselstrom linear in einen Sekun- därstrom übersetzen. Dieser Sekundärstrom ist gut geeignet, um ihn einer Auswerteeinheit zuzuführen. Vorteilhaft bei solch einer Verwendung eines Stromwandlers ist die galvani- sche Trennung, die Einstellung einer geeigneten Sekundär- Stromhöhe und beispielsweise eine Strombegrenzung. Der lineare Arbeitsbereich eines Stromwandlers ist begrenzt. Eine solche obere Stromgrenze, bis zu der der Stromwandler Wechselströme linear übersetzt, ergibt sich aus dem Erreichen einer Sättigung des Magnetkerns des Stromwandlers bei großen Strömen. Sobald bei der Übertragung der Kern gesättigt ist, wird der Strom nicht mehr linear übertragen. Qualitativ ist solch ein Verhalten in Figur 2 dargestellt, in der der Effek- tivwert des Sekundärstroms über dem Effektivwert des Primär- stroms als Kennlinie aufgetragen ist. Idealerweise ergäbe sich ein linearer Verlauf des Effektivwerts des Sekundär- stroms über dem Effektivwert des Primärstroms, bei Verlassen des linearen Bereichs knickt dieser Verlauf nach unten zu ge- ringeren Effektivwerten des Sekundärstroms ab, wie dies in der Figur 2 rechts der gestrichelten Linie dargestellt ist. Links der gestrichelten Linie befindet sich der lineare Über- tragungsbereich des Stromwandlers, rechts der nicht-lineare Sättigungsbereich. Im Sättigungsbereich ist der Effektivwert des Sekundärstroms kleiner als sein Sollwert. Der Auswerteeinheit wird somit vom Stromwandler ein zu geringer Sekundärstrom zugeführt und dar- aus würde auf einen zu geringen Primärstrom geschlossen wer- den. Ist beispielsweise eine Schutzfunktion von dieser Aus- wertung abhängig, kann das zu einem gefährlichen Ausfall füh- ren. Um das Abknicken der Übertragungskennlinie nachvollziehen zu können, ist der Zeitverlauf des Sekundärstroms im Sättigungs- bereich aussagekräftig. Es zeigt sich, dass auch im Sätti- gungsbereich ein gewisser Anteil des Stromsignals linear übertragen wird. Ab einem gewissen Zeitpunkt fällt das Sekun- därsignal allerdings sehr schnell auf einen Wert nahe 0 ab. Es fließt dann kein Sekundärstrom mehr bis primärseitig ein Vorzeichenwechsel stattfindet, beispielsweise bei Beginn der nächsten Halbwelle bei sinusförmigen Wechselströmen. Erst mit dem Vorzeichenwechsel kommt es zu einer Ummagnetisierung des Magnetkerns. Für einen sinusförmigen Sekundärstrom ist das Verhalten in Figur 3 schematisch dargestellt. Figur 3 zeigt zeitlich auf- gelöst den Sekundärstrom bei Sättigung des Magnetkerns und im Idealfall als sinusförmige Kurve. Der sehr schnelle Abfall auf den Wert nahe 0 ist beispielhaft entsprechend der Dar- stellung in Figur 3 ungefähr bei den Extremen des sinusförmi- gen Wechselstroms. Die Stromobergrenze, ab der die Sättigungseffekte beginnen, hängt unter anderem von folgenden Eigenschaften des Strom- wandlers ab: Dies sind beispielsweises der Kernquerschnitt, das Kernmaterial, der Widerstand der Sekundärwicklung, wel- cher stark abhängig von der Temperatur ist, die Belastung des Stromwandlers in Form von elektronischer Beschaltung der Se- kundärseite und der Frequenz und Signalform des Primärstroms. Dies bedeutet, dass sich das Sättigungsverhalten unterschei- det bei verschiedenen Wandlertemperaturen und Primärstromfre- quenzen, so dass keine triviale Kompensation – beispielsweise über einen festen Faktor – möglich ist, da ein solcher Faktor jeweils nur für einen kleinen Arbeitsbereich gültig wäre. In der EP 1300 686 A2 wird ein Verfahren zur Stromwerter- mittlung unter Einsatz eines Stromwandlers offenbart, wobei der Stromwandler im Bereich der Kernsättigung arbeitet, wobei mittels eines Spitzenwertgleichrichters ein Spitzen- bzw. Scheitelwert einer Halbwelle des Sekundärstroms ermittelt wird. Der Spitzen- bzw. Scheitelwert wird in einem Spei- cherelement zur Weiterverarbeitung gespeichert. Ein Kompara- tor detektiert das Erreichen des Spitzen- bzw. Scheitelwerts. Danach wird vom Komparator ein Schaltsignal einer Signalver- arbeitungseinheit zugeführt und dieses Signal startet die Signalverarbeitungseinheit. Bei großen Strömen wird nicht wie üblich eine Effektivwertberechnung über den quadratischen Mittelwert des Sekundärstroms durchgeführt, sondern lediglich der Spitzenwert ermittelt und über den Scheitelfaktor auf den Effektivwert umgerechnet. In dem Paper “Current Transformer Saturation Compensation for Transformer Differential Relais”, IEEE Transactions on Power Delivery 2015 (30), S. 2293 - 2302, wird ein Verfahren be- schrieben, das Messwerte, die durch den Sättigungsbetrieb verlorengehen, nach einem Algorithmus rekonstruiert werden und dann mit dem rekonstruierten Signal der Effektivwert be- rechnet wird. Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Ermitteln eines kompensierten Effektivwerts und ein Verfahren zum Er- mitteln eines kompensierten Effektivwerts zur Verfügung zu stellen, welches die Nachteile in den Berechnungen der bishe- rigen Verfahren überwindet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Vorrichtung zum Ermitteln eines kompensierten Effektivwerts gemäß Patentan- spruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungs- gemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 ange- geben. Ebenfalls wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch das Verfahren zum Ermitteln eines kompensierten Effektivwerts ge- mäß Patentanspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen 10 bis 13 angegeben. Die Vorrichtung zum Ermitteln eines kompensierten Effektiv- werts I eff eines Wechselstroms I gemäß Patentanspruch 1 um- fasst einen Stromwandler und eine digitale Auswerteeinheit, wobei aus der vom Stromwandler gemessenen Reihe des Sekundär- stromsignals ein durch die Stromwandler-Sättigung verfälsch- ter Effektivwert I eff,abg berechnet wird, wobei bei der vom Stromwandler gemessenen Reihe des Sekundärstromsignals die Gesamtanzahl vorliegender Abtastwerte N Gesamt und die Anzahl als ungültig betrachteter Abtastwerte N Ungültig von der digita- len Auswerteeinheit bestimmt werden und mittels des Anteils als ungültig betrachteter Abtastwerte an der Gesamtzahl vor- liegender Abtastwerte A = N Ungültig /N Gesamt ein Korrekturwert k(A) zur Korrektur des verfälschten Effektivwerts I eff,abg berechnet wird und mittels dieses Korrekturwerts k(A) der kompensierte Effektivwert I eff. Vorteilhaft hierbei ist, dass im Vergleich zu einer Kompensa- tion des Sättigungseffekts über eine reine Spitzenwertauswer- tung sich mehrere Effekte ergeben. Die Vorrichtung deckt ei- nen noch größeren Bereich ab, da auch kompensiert werden kann, wenn mehr als die Hälfte einer Halbwelle durch die Sät- tigung abgeschnitten wird. Da in so einem Fall kein korrekter Spitzenwert ermittelt werden kann, liefert die Spitzenwert- auswertung Fehler. Weiterhin gibt es Zeitverläufe wie bei- spielsweise Oberwellen, bei denen eine Berechnung des Effek- tivwerts über den Spitzenwert und den Sinus-Scheitelfaktor einen großen Fehler liefern, dort kann die erfindungsgemäße Vorrichtung ebenfalls bessere Werte bestimmen. Im Vergleich zu Verfahren, die eine rechnerische Vervollständigung einer Halbwelle durch eine intelligente Vorausschau umsetzt, ist der Rechenaufwand bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung um ein Vielfaches geringer und kann daher in günstigen und platzsparenden Auswerteeinheiten bzw. Mikrocontrollern umge- setzt werden. Mithilfe dieser Vorrichtung kann der Stromwand- ler noch kleiner, leichter und kostengünstiger entwickelt werden, gleichzeitig sinkt durch den früheren Sättigungspunkt die Verlustleistung im Wandler und der angeschlossenen Elekt- ronik. Alternativ kann bei gleichbleibender Wandlergröße der Messbereich stark erweitert werden. In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der Korrekturwert k(A) multipliziert mit dem verfälschten Ef- fektivwert I eff,abg , zur Berechnung des kompensierten Effektiv- werts I eff. In einer weiteren Ausgestaltung ist der Wechselstrom I sinus- förmig oder rechteckförmig. Bei einem sinusförmigen Wechsel- strom I wird der Korrekturwert zu gewählt und bei einem rechteckförmigen Wechselstrom I zu Bei einem sinusförmigen Wechselstrom I kann der Korrekturwert zu gewählt werden. In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vor- richtung werden Abtastwerte als ungültig betrachtet, wenn sie unterhalb eines Grenzwertes G liegen. In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vor- richtung wird die Anzahl als ungültig betrachteter Abtastwer- te N Ungültig durch Abzug eines Erfahrungswerts E angepasst. In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vor- richtung wird die vom Stromwandler gemessene Reihe des Sekun- därstromsignals gebildet durch ein zeitlich im Wesentlichen äquidistantes Abtasten des Wechselstroms I. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Ermitteln eines kompen- sierten Effektivwertes I eff gemäß Patentanspruch 9 umfasst die Schritte: - Messen einer Reihe des Sekundärstromsignals durch ei- nen Stromwandler; - Bestimmen der Gesamtanzahl der vorliegenden Abtastwer- te N Gesamt ; - Bestimmen der Anzahl als ungültig betrachteter Abtast- werte N Ungültig ; - Berechnen des Anteils als ungültig betrachteter Ab- tastwerte an der Gesamtanzahl vorliegender Abtastwerte A = N Ungültig /N Gesamt ; - Berechnen eines Korrekturwerts k(A) zur Korrektur ei- nes verfälschten Effektivwert I eff,abg mittels des Anteils als ungültig betrachteter Abtastwerte an der Gesamtanzahl vorlie- gender Abtastwerte A = N Ungültig /N Gesamt ; und - Berechnen des kompensierten Effektivwertes I eff mittels dieses Korrekturwerts k(A). In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wer- den die Berechnungen und Bestimmungen von einer digitalen Auswerteeinheit vorgenommen. In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfah- rens folgt nach dem Bestimmen der Anzahl als ungültig be- trachteter Abtastwerte N Ungültig der Schritt: - Anpassen der Anzahl als ungültig betrachteter Abtast- werte N Ungültig durch Abzug eines Erfahrungswerts E. In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfah- rens wird bei einem sinusförmigen Wechselstrom I der Korrek- turwert zu gewählt und bei einem rechteckförmigen Wechselstrom I zu Bei einem sinusförmigen Wechselstrom I kann der Korrekturwert zu gewählt werden. Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise wie sie erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam- menhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen, die im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert werden. Dabei zeigen: Figur 1 erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ermitteln eines kompensierten Effektivwerts eines Wechselstroms I mit Stromwandler und digitaler Auswerteeinheit; Figur 2 qualitative Kennlinie eines Stromwandlers; Figur 3 typische Zeitverläufe des Sekundärstroms im Sätti- gungsbereich; Figur 4 typische Zeitverläufe des Sekundärstroms im Sätti- gungsbereich mit Größen zur Berechnung des Korrek- turwerts k(A); und Figur 5 erfindungsgemäßes Verfahren zum Ermitteln eines kompensierten Effektivwerts I eff. In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 100 zum Er- mitteln eines kompensierten Effektivwertes I eff eines Wechsel- stroms I dargestellt. Der Wechselstrom I kann beispielsweise durch einen Leiter 200 fließen. Die erfindungsgemäße Vorrich- tung 100 umfasst einen Stromwandler 160, der mit dem Leiter 200 zusammenwirkt, und in dem der Wechselstrom I als Primär- strom in einen Sekundärstrom durch den Stromwandler 160 ge- wandelt wird. Des Weiteren umfasst die erfindungsgemäße Vor- richtung 100 eine digitale Auswerteeinheit 150. Diese digita- le Auswerteeinheit 150 ist mit dem Stromwandler 160 verbunden und kann beispielsweise aus der vom Stromwandler 160 gemesse- nen Reihe des Sekundärstromsignals einen durch Stromwandler- Sättigung verfälschten Effektivwert I eff,abg berechnen. Die Auswerteeinheit 150 kann über Anschlüsse 151 als Schutz- einrichtung mit Schutzfunktion mit einem elektrischen Schal- ter oder allgemein mit einem Netzwerk zur weiteren Verarbei- tung und zum Monitoring verbunden sein. In Figur 2 ist die Kennlinie eines Stromwandlers 160 qualita- tiv dargestellt. Aufgetragen ist der Effektivwert des Sekun- därstroms über dem Effektivwert des Primärstroms. Idealer- weise ergibt sich als Kennlinie des Stromwandlers 160 ein li- nearer Zusammenhang. Aufgrund des Kernquerschnitts des Strom- wandlers 160, des Kernmaterials, des Widerstands der Sekun- därwicklung, welcher stark abhängig ist von der Temperatur, oder weiterhin von der Belastung des Stromwandlers 160 in Form von elektrischer Beschaltung der Sekundärseite, der Fre- quenz oder der Signalform des Primärstroms I kommt es zu ei- nem Sättigungseffekt. In Figur 2 trennt die gestrichelte Li- nie den linearen Bereich, der sich links von dieser Linie be- findet, vom nicht-linearen Sättigungsbereich, der sich rechts der gestrichelten Linie befindet. Der Effektivwert des Sekun- därstroms ist im nicht-linearen Bereich kleiner als sein ide- aler Sollwert. In Figur 3 ist der Zeitverlauf des Sekundärstroms dargestellt anhand eines sinusförmigen Wechselstroms I. Bei Erreichen der Magnetkernsättigung fällt das Signal des Sekundärstroms sehr schnell auf einen Wert nahe 0 ab, es fließt kein Sekundär- strom mehr bis primärseitig ein Vorzeichenwechsel stattfin- det. Dies kann beispielsweise der Beginn der nächsten Halb- welle bei sinusförmigen Wechselgrößen sein. Figur 4 zeigt eine Halbwelle eines sinusförmigen Sekundär- stroms I sek über der Zeit. Es ist zum einen der ideale Verlauf des Sekundärstroms als sinusförmiger Strom dargestellt, zum anderen der in Sättigung laufende reale Sekundärstrom I sek , der aufgrund der Sättigungseffekte des Stromwandlers 160 ei- nen plötzlichen Abfall auf ungefähr 0 durchläuft. Es wird ein Grenzwert G eingeführt, unterhalb dessen die Abtastwerte des Sekundärstroms als ungültig betrachtet werden. Entsprechend der Darstellung in Figur 4 bedeutet dies, dass in dem Inter- vall von -G bis +G die Abtastwerte des Sekundärstroms I sek als ungültig betrachtet werden. Dadurch ergibt sich ein erstes Intervall T ungültig,1 , in dem die Abtastwerte des Sekundärstroms I sek als ungültig betrachtet werden und ebenso ein zweites In- tervall T ungültig,2 , aufgrund der Sättigung des Sekundärstroms. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 wird nun die Ge- samtanzahl vorliegender Abtastwerte N Gesamt aus der vom Strom- wandlers 160 gemessenen Reihe des Sekundärstromsignals be- stimmt und die Anzahl als ungültig betrachteter Abtastwerte N Ungültig von der digitalen Auswerteeinheit 150 bestimmt. Die Anzahl als ungültig betrachteter Abtastwerte N Ungültig ent- spricht derjenigen Abtastwerten, die in den Intervallen T ungül- tig,1 und T ungültig,2 liegen. Es wird der Anteil als ungültig be- trachteter Abtastwert an der Gesamtzahl vorliegender Abtast- werte zu A = N Ungültig /N Gesamt bestimmt und daraus ein Korrektur- wert k(A) zur Korrektur des verfälschten Effektivwerts I eff,abg mittels dessen der kompensierte Effektivwert I eff berechnet werden kann. Zur Berechnung des kompensierten Effektivwerts I eff kann der Korrekturwert k(A) multipliziert werden mit dem verfälschten Effektivwert I eff,abg . Der betrachtete Wechselstrom I kann beispielsweise sinusför- mig oder rechteckförmig sein. Bei einem sinusförmigen Wech- selstrom I wird der Korrekturwert zu gewählt und bei einem rechteckförmigen Wechselstrom I zu Die Bestimmung dieser Korrekturfunktion in Abhängigkeit der erwarteten Signalform soll im Folgenden zunächst allgemein beschrieben werden. Es liegt ein Wechselstromsignal i(ωt) vor, das sich mit der Periodendauer T wiederholt. Die Grundfrequenz f des Signals ergibt sich dann zu: Die Winkelgeschwindigkeit ω ergibt sich zu: Der Effektivwert dieses vollständigen Stromsignals soll im Folgenden über eine halbe Periodendauer bestimmt werden. Dies entspricht einem Phasenwinkel von ωt = = 180° Nun wird betrachtet, wie sich dieser Effektivwert I eff verän- dert, wenn gegen Ende der halben Periodendauer ein Anteil A des Signals abgeschnitten wird: Es wird jeweils der Effektivwert eines Signals, bei dem ein zeitlicher Anteil A gegen Ende einer halben Periodendauer ab- geschnitten wurde, mit dem Effektivwert eines nicht abge- schnittenen Signals verglichen. Das Ergebnis wird als Korrek- turwert k(A) interpretiert. Dies ordnet einem Anteil A einen Korrekturwert zu. Aus der Betrachtung und Auswertung des Zeitverlaufs, die die Größe Anteil A liefert, wird also auf einfache Art und Weise ein Korrekturwert k für den bedingt durch die Wandlersättigung zu kleinen Effektivwert I eff,abg be- stimmt: Der Korrekturwert k(A) soll nun beispielshaft für einen rechteckförmigen Wechselstrom i Rechteck und einen sinusförmigen Wechselstrom i Sinus bestimmt werden. Beim rechteckförmigen Wechselstrom i Rechteck ergibt sich:

Für den sinusförmigen Wechselstrom i Sinus errechnet sich: Die Berechnung des Korrekturwerts k(A) kann durch eine bezüg- lich des Rechenaufwandes vereinfachte Annäherungsfunktion, welche im relevanten Bereich ausreichend genaue Werte lie- fert, vereinfacht werden. Beispielsweise kann bei sinusförmi- gen Strömen eine Annäherung über ein Polynom vorgenommen wer- den: Dadurch kann die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 in einer Firmware auf einem weniger leistungsstarken und damit günsti- geren Mikrocontroller aufwandsarm umgesetzt werden, da keine aufwändigen Rechenoperationen ausgeführt werden müssen. Die Anzahl als ungültig betrachteter Abtastwerte N Ungültig kann durch Abzug eines Erfahrungswertes E angepasst werden. Die vom Stromwandler 160 gemessene Reihe des Sekundärstrom- signals kann durch ein zeitlich im Wesentlichen äquidistantes Abtasten des Wechselstroms I gemessen werden. Figur 5 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren 1000 zum Ermit- teln eines kompensierten Effektivwerts I eff . Das Verfahren 1000 beginnt bei Start 1001 und endet bei Ende 1099. Nach dem Start 1001 folgen die Schritte: - Messen 1010 einer Reihe des Sekundärstromsignals durch einen Stromwandler 160; - Bestimmen 1020 der Gesamtanzahl vorliegender Abtast- werte N Gesamt ; - Bestimmen 1030 der Anzahl als ungültig betrachteter Abtastwerte N Ungültig ; - Berechnen 1040 des Anteils als ungültig betrachteter Abtastwerte an der Gesamtanzahl vorliegender Abtastwerte A = N Ungültig /N Gesamt ; - Berechnen 1050 eines Korrekturwerts k(A) zur Korrektur eines verfälschten Effektivwerts I eff,abg mittels des Anteils als ungültig betrachteter Abtastwerte an der Gesamtzahl vor- liegender Abtastwerte A = N Ungültig /N Gesamt ; und - Berechnen 1060 des kompensierten Effektivwerts I eff mittels des Korrekturwerts k(A). Die Berechnungen 1030; 1040; 1050; 1060 und die Bestimmungen 1010; 1020 können von einer digitalen Auswerteeinheit 150 vorgenommen werden. In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens 1000 folgt nach dem Bestimmen 1030 der Anzahl als ungültig be- trachteter Abtastwerte N Ungültig der Schritt - Anpassen 1035 der Anzahl als ungültig betrachteter Ab- tastwerte N Ungültig durch Abzug eines Erfahrungswerts E. Beim erfindungsgemäßen Verfahren 1000 kann der Korrekturwert k(A) bei einem sinusförmigen Wechselstrom I gewählt werden zu und bei einem rechteckförmigen Wechselstrom I zu . Beim erfindungsgemäßen Verfahren 1000 kann der Korrekturwert k(A) bei einem sinusförmigen Wechselstrom I alternativ zu gewählt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren 1000 und die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 können, sobald mindestens eine Halbwelle des Sekundärstromsignals vorliegt, angewendet werden. Eine Kom- pensation des Effektivwerts I eff findet über eine einfach um- zusetzende und für den Effektivwert aussagekräftige Bewertung des Zeitverlaufs des Sekundärstromsignals statt. Betrachtet man nicht nur den Effektiv- oder Spitzenwert des Wandlersignals, sondern dessen Zeitverlauf im Sättigungsbe- reich, so wird erfindungsgemäß vorgegangen: Das Sekundär- stromsignal verhält sich so, dass ab dem Zeitpunkt, ab dem eine Sättigung des Wandlerkerns erreicht ist, quasi kein Strom mehr gewandelt wird und das Sekundärsignal daher gleich oder nahe am Ruhepegel, beispielsweise der 0, liegt. Dies ist so lange der Fall, bis primärseitig ein Vorzeichenwechsel ge- schieht. Das erfindungsgemäße Verfahren 1000 und die erfin- dungsgemäße Vorrichtung 100 basieren darauf, dass ermittelt wird, welcher zeitliche Anteil des Stromsignals tatsächlich noch übertragen wird und welcher Anteil aufgrund des Sätti- gungseffekts fehlt. Dafür wird davon ausgegangen, dass Mess- werte nahe dem Ruhepegel durch den Sättigungseffekt verur- sacht werden und damit ungültig sind. Für diese Entscheidung wird ein Grenzwert G festgelegt. Die Ermittlung dieser Grö- ßen, z.B. in einer digitalen Auswerteeinheit 150 wie in einem Mikrocontroller, kann aus einer Reihe von äquidistanten Ab- tastwerten geschehen.