8/2012

UBN400E

Netzüberwachung

und

Netzqualitätsanalyse

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!

Warnhinweis Dieses Gerät ist ein elektrisches Betriebs-mittel und darf nur von autorisiertem Elektro - Fachpersonal mit entsprechender Ausbildung angeschlossen werden (lebensgefährliche Hochspannung)

Gerätespezifischer Hinweise Das Gerät besitzt keine eingebaute Vorsicherung für die Versorgung. Deshalb ist unbedingt eine geeignete Sicherung extern vorzuschalten. Empfohlen werden 0,315A … 0,5A. Einbau Beim Einbau des Gerätes sollte darauf geachtet werden, dass die elektromagnetische Belastung von 100A/m nicht über-schritten wird. Für ausreichenden Abstand zur stromführenden Leitung ist zu sorgen. Anderenfalls kann es zu Fehlverhalten des Gerätes bis hin zur Zerstörung der Elektronik kommen.

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Inhalt

Seite 1 Technische Daten 4 2 Allgemeine Beschreibung 5 3 Messfunktionen 6 4 Geräteübersicht und Anschlussbelegung 6 5 Bedienung 7 6 Netzeingänge 8 7 Digitale Ausgänge 8, 19 8 Analoge Ausgänge 8, 20 9 Anschlußbilder 8

9.1 Externer Sternpunkt für Messungen in IT-Netzen 10 10 Datenschnittstellen 10 11 Bedienung 12 12 Datenanzeigebilder 12 13 Energiezähler 15 14 Min- Maxwerte 15 15 Oberwellen 16 16 Setup 16

17.1 Digitalausgänge 19 17.2 Präzisionsimpulsgeber (Option) 20 17.3 Analogausgänge (Option) 20 18 Kontrasteinstellung 21 19 Telegrammbeschreibung 22 20 Messwertanforderung ASCII-Telegramme 23 21 Modbus Protokoll 28

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1. Technische Daten: Gehäuse: Metall, DIN Schalttafel Einbaugehäuse 96 x 96,

Einbautiefe 80mm (ohne Steckverbindungen)

Schalttafelausschnitt: 91mm x 91mm

Versorgung: 85 ... 250VAC, 120...375VDC ca. 5VA, optional 18..35VDC, 50..90VDC Das Gerät ist extern abzusichern, Empfehlung 0,315A .. 0,5A

Anschlüsse: Alle Anschlüsse steckbar über Listungssteckverbinder, durch Verschraubungen gesichert

Anschlussquerschnitt: max. 4mm² für Leistung, 2,5mm² für Hilfsversorgung

Anzeige: Grafik LCD Display 64 x 128 Pixel, LED-beleuchtet

Bedienung: über 4 Tasten

Digitalausgänge: 2 Elektronikrelais 350V AC/DC 120mA

Analogausgänge: 2 Stromschnittstellen, 0(4)..20mA

Analogwertausgabe: 10 pro Sekunde

Datenschnittstelle: RS485/232 (Standard), Bausrate 300..38400, 8 Bit, none/even/ odd Parity

Optionen: Profibus DP, Suconet, LON FTT, TCP/IP Gewicht: ca. 500g Messverfahren: Kontinuierliche Abtastung (keine Stichproben !!) Abtastfrequenz 3,2KHz

Messbereiche: Spannungen: 10..500Veff Phase-Phase

Ströme: 0,005..1A / 0,01..5A

Überlast: 20%

Grenz-Überlast: 100% Genauigkeiten: Spannungen: 0,2% fs

Ströme: 0,2% fs

Leistungen: 0,5% fs

Energien: 0,5%

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2. Allgemeine Beschreibung Das UBN400E ist ein Einbaumeßgerät in der DIN-Schalttafel Einbaugröße 96x96 zur Messung und Erfassung der elektrischen Größen in Wechsel- und Drehstromnetzen. Das Instrument kann für 1-phasige und 3-phasige Netze mit oder ohne Nullleiter eingesetzt werden. Das Messgerät erfasst Spannungen, Ströme sowie die Frequenz und berechnet daraus Wirk- Blind- Scheinleistungen und die Leistungsfaktoren sowie die Wirk- Blind- und Scheinenergien für alle 4 Quadranten. Durch die kontinuierliche Messung (keine Stichproben!!) ist das UBN400E geeignet für Lastabgänge mit Burst- oder Phasenanschnittsteuerung. Die integrierte Fast Fourier Transformation ermittelt die Netzqualität und berechnet den Oberwellenanteile auf allen Spannungen und Strömen bis zur 31. Harmonischen. Die Anzeige der Daten erfolgt über ein hintergrundbeleuchtetes grafisches LCD-Display 128 x 64 Pixel. Standardmäßig verfügt das UBN400E über 2 digitale Ausgänge und optional über 2 analoge Ausgänge. Die digitalen Ausgänge können entweder als Energieimpulsausgang oder Grenzwertmeldeausgang programmiert werden. Die optionalen Analogausgänge können zur Messwert Weiterverarbeitung verwendet werden (Schreiber, Datenlogging, Istwert für Regelungszwecke...) Die integrierte Echtzeituhr ermöglicht das Speichern von Ereignissen (z.B. Min-Max-Werte) mit Zeitstempel. Über Setup-Funktionen kann das Gerät an die entsprechende Messanforderung angepasst werden: Netzanschluss 3-Leiter, 4-Leiter, Transformator-Wandlerverhältnisse, Zuordnung der analogen und digitalen Ausgänge. Das UBN400E ist standardmäßig mit einer RS485-Datenschnittstelle ausgestattet. Für die Datenübertragung stehen ASCII- oder Modbus-Protokolle zur Verfügung, im Setup parametrierbar. Alternativ kann das Gerät mit diversen anderen Schnittstellenoptionen ausgerüstet werden: Profibus DP, Suconet, LON oder TCP/IP (Protokoll Modbus TCP).

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3. Messfunktionen: - Sternspannungen U1-N, U2-N, U3-N - Leiterspannungen U12, U23, U31, U gesamt - Leiterströme I1, I2, I3, I gesamt, Stromsymmetrie I0 - Power Faktoren PF1, PF2, PF3, PF gesamt - Netzfrequenz - Wirkleistungen P1, P2, P3, P-3phasig - Blindleistungen Q1, Q2, Q3, Q-3phasig - Scheinleistungen S1, S2, S3, S-3phasig - Wirkenergien WP-3phasig - Blindenergien WQ-3phasig - Scheinenergien WS-3phasig - durch 4-Quadrantenmessung eindeutige Zuordnung bezogener oder - gelieferter Leistungen und Energien mit induktiver oder kapazitiver Last - Leistungsmittelwert Pav - Thermischer Strom Ith - Erfassung und Speicherung der Min- und Maxwerte aller elektrischen Grössen - THD (Klirrfaktoren) U1, U2, U3, I1, I2, i3 - Oberwellenanalyse bis zur 31. Harmonischen

4. Geräteübersicht

LCD Display, hintergrund-beleuchtet

- Übernahmetaste für ge- änderte Parameter - Auswahl einer Parameter- Gruppe - Initialisieren der Min-Maxwerte - Aufruf der Kontrasteinstellung

- Bildauswahl - Setup-Aufruf - Parameterauswahl - Parameter Editierfunktion

- Parameter Editierfunktion

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Anschlußbelegung Bei Verwendung einer Gleichspannungsversorgung ist der Minus auf Klemme 13 und der Plus auf Klemme 14 anzuschließen. 5. Bedienung Die Bedienung des UBN400E erfolgt über 4 Tasten, die mit Mehrfachfunktionen belegt sind.

Auswahl der Messwertanzeige, Umschaltung in den Setup Modus Selektion eines Setup Parameters, Editieren numerischer Werte im Setup Cursor weiterschalten im Editormodus eines Setup Parameters Aufruf der Kontrasteinstellung in Kombination mit der Übernahmetaste Übernahme / Enterfunktion Aufruf der Kontrasteinstellung in Kombination mit der Taste

Option Profibus DP

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6. Netzeingänge Die Stromeingänge sind galvanisch getrennt und können bei direkter Messung bis max 5A (+10%) belastet werden. Für Messungen mit Zusatzwandlern sind im Setup die Primär- und Sekundärstromwerte der verwendeten Wandler anzugeben. Der physikalische Messbereich 1A/5A wird ebenfalls im Setup parametriert. Die Spannungseingänge sind nicht galvanisch getrennt und verfügen über eine Eingangsimpedanz von ca. 1,7MOhm (Phase – N). Bei direkter Messung können Spannungen bis 500V (Phase-Phase) +7,5% verarbeitet werden. Werden Zusatzwandler eingesetzt, sind die primären und sekundären Wandlerdaten ebenfalls im Setup zu parametrieren. 7. Digitalausgänge Die Digitalausgänge sind ausgeführt als optokopplergetrennte Photo MOS Relais. Bedingt durch die antiserielle Schaltung der MOS-Transistoren können Gleich- und Wechselspannungen verarbeitet werden. Die maximale Schaltspannung ist 350VDC / 245VAC rms, der maximale Schaltstrom ist 120mA. 8. Analoge Ausgänge Die optionalen analogen Ausgänge des UBN400 sind normierte Stromschnittstellen und lassen sich im Setup konfigurieren im Strom-Ausgabebereich 0-20mA oder 4-20mA. Die Analogausgänge sind potentialgetrennt und können individuell jedem Messwert zugeordnet werden. Die maximale Bürde beträgt 600 Ohm. 9. Netzanschlussbilder

I1 I2 I3 N L3 L2 L1

L1L2L3N

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4-Leiter Anschluss (L1,L2,L3,N), Strommessung über 3 Stromwandler, Spannungsmessung direkt 3-Leiter erdfreies Netz, Strommessung über 1 Wandler, Spannungsmessung direkt. Bei dieser Schaltung wird ein gleichbelastetes Netz angenommen. (R: siehe Sternpunkt-Ersatzschaltung) 4-Leiter , Spannungsmessung L1-N, Strommessung über 1 Wandler. Bei dieser Schaltung wird ein gleichbelastetes Netz angenommen.

I1 I2 I3 N L3 L2 L1

L1L2L3N

I1 I2 I3 N L3 L2 L1

L1L2L3

R

I1 I2 I3 N L3 L2 L1

L1L2L3

R

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3-Leiter , Spannungs- und Strommessung jeweils über 2 Wandler (Aron-Schaltung) (R: siehe Sternpunkt-Ersatzschaltung) 4-Leiter , Strommessung direkt, Spannungsmessung über 3 Wandler Die hier dargestellten Spannungs- und Strommessungen sind nur einige Beispiele und können beliebig kombiniert werden. 9.1 Sternpunkt-Ersatzschaltung: In erdfreien 3-Leiternetzen ohne Nullleiter kann es im UBN bei offenem Nullleiter-Anschluss bedingt durch parasitäre Kabelkapazitäten zu Fehlmessungen kommen. Deswegen ist derartigen Netzen ein externer Sternpunkt zu erzeugen. Hierzu werden 3 gleiche Widerstände sternförmig verschaltet und der Mittelpunkt mit dem N-Anschluss des UBN verbunden. Insofern mehrere Messgeräte an demselben Messkreis angeschlossen sind, braucht dieser Stenpunkt nur einmal gebildet zu werden und ist dann auf die angeschlossenen UBNs zu verteilen. Die Widerstände sollten bei Direktmessung bis 500V nicht größer als 22KOhm und bei Wandlerschaltung (100V) nicht größer als 4,7KOhm sein. Auf die Verlustleistung ist zu achten. Alternativ kann der externe Sternpunkt auch mit 3 Kondensatoren gebildet werden. (3 x 22..47nF, 440VAC, Isolationsklasse X1) 10. Datenschnittstellen Für die Datenkommunikation steht beim UBN400E standardmäßig 1 serieller Port zur Verfügung, der bei PtP (Point to Point) Verbindungen im RS232 Modus und in Multipoint Vernetzung im RS485 Modus verwendet werden kann. Eine Umschaltung hierfür ist nicht erforderlich. Die Physik der Schnittstelle wird automatisch erkannt. Der Anschluss erfolgt über Schraubklemmen.

I1 I2 I3 N L3 L2 L1

L1L2L3

N

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Die Schnittstelle kann mit Baudraten von 300 bis 38400 Baud betrieben werden. Das Datenformat ist 8 Bit. Punkt zu Punkt Verbindung UBN400 – PC über RS232 zum RS485 Busmaster Multipointverbindung RS485 RS232-Verbindungen sollten nicht länger als 10m sein. RS485-Netze erlauben wesentlich längere Leitungen, bis zu einigen hundert Metern. In jedem Fall sollten unbedingt abgeschirmte Leitungen verwendet werden. Außerdem ist eine Parallelführung zu Leistungskabeln unbedingt zu vermeiden. Beim letzten Gerät im 485-Netz sollte ein Terminationswiderstand von 120 Ohm mit unter die Busanschlüsse geklemmt werden. Weitere Schnittstellenoptionen sind - Modbus RTU-Protokoll über RS485/232 - Profibus DP, Baudraten bis 12 MBaud, Anschluss über SUB-D 9 - Suconet Schnittstelle (Möller Bussystem) - LON FTT10A (Free Topologic Transceiver) - TCP/IP Protokoll Modbus TCP

A BRS485

RS232 GN

DTx

DR

xD

A BRS485

RS232 GN

DTx

DR

xD

A BRS485

RS232 GN

DTx

DR

xD

A BRS485

RS232 GN

DTx

DR

xD

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11. Bedienung Das UBN400E startet nach dem Einschalten im Modus Online Messwerte mit dem 3-Phasen Übersichtsbild. Durch gleichzeitiges Betätigen der und Tasten wird die Hauptseite aufgerufen. Der ausgewählte Messwertgruppe ist invers dargestellt und wird mit Betätigen der Übernahmetaste angewählt. - Online Messwerte: Anzeige aller momentanen Messwerte U, I, P, Q, S, PF,

THD, PAV - Energiezähler: Anzeige der Energiezählerstände WP, Wqi, WQk, WS - Min- Maxwerte: Anzeige der Min- Maxwerte U, I, P, Q, S - Oberwellen: Anzeige der Oberwellen der Spannungen und Ströme - Setup: Parametrierung des Gerätes - Info: Anzeige Gerätetyp, Version und Seriennummer

12. Anzeigebilder Messwerte Gesamtspannung, Strangstrom Gesamt-Wirkleistung,-Blindleistung (aritm. Mittel), Gesamtleistung, Scheinleistung,Leistungsmittelwert Powerfaktor der laufenden Periode

Uges

Istr

Pges

PF

398.33.2512.1370.953

V

A

KW

PGES

QGES

SGES

Pav

2.1370.8142.3041.953

KW

Kvar

KVA

KW

****** HAUPTSEITE ****** ONLINE MESSWERTE . ENERGIEZAEHLER MIN- MAXWERTE OBERWELLEN SETUP INFO

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Verkettete Spannungen / Frequenz Leiterspannungen / Phasenfolge Ströme Wirkleistungen Blindleistungen Scheinleistungen

Leistungsfaktoren Einzelphasenwerte L1

U1-N

U2-N

U3-N

Phasenfolge

228.3228.9227.6

V

V

V

123

U-12

U-23

U-31

FREQ

398.7398.1397.650.00

V

V

V

Hz

PFav

PF1

PF2

PF3

0.9540.9530.9480.961

U1-N

I1

P1

PF1

228.33.2510.7420.953

V

A

KW

U2-N

I2

P2

PF2

228.93.2460.7430.948

V

A

KW

U3-N

I3

P3

PF3

227.63.2400.7370.961

V

A

KW

IGES

I-L1

I-L2

I-L3

3.2463.2513.2463.240

A

A

A

A

PGES

P1

P2

P3

2.2220.7420.7430.737

KW

KW

KW

KW

QGES

Q1

Q2

Q3

0.6970.2360.2490.212

Kvar

Kvar

Kvar

Kvar

SGES

S1

S2

S3

2.3290.7790.7840.767

KVA

KVA

KVA

KVA

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Einzelphasenwerte L2 Einzelphasenwerte L3 Mittelwerte Leistungsmittelwert PAV: Mittlere Leistung gemessen über die parametrierte

Periode

Mittelwert PAV max: erreichter Endwert der mittleren Leistung am Ende der Periode

Thermischer Strom Ith: im UBN definiert als Mittelwert des Gesamtstromes gemessen über die parametrierte Periode

Maximumwert Ith max: erreichter Endwert des thermischen Stromes am Ende der Periode

Anzeigeformate: Die Darstellung der Messwerte in Bezug auf Dimensionierung und der Nachkommastellen erfolgt automatisch und ist abhängig von den im Setup eingetragenen primären Strom- und Spannungswandlerdaten. Spannungen: primär Display Auflösung bis 1000V 0.0 – 999.9 V 0,1V bis 10KV 0 – 9999 V 1V bis 100KV 0.00 – 99.99 kV 10V Ströme: bis 10A 0.000 – 9.999 A 1mA bis100A 0.00 – 99.99 A 10mA bis 1KA 0.0 – 999.9 A 100mA bis 10kA 0 – 9999 A 1A Leistungen: Auflösung Iprim x Uprim < 10KW 0.000 – 9.999 KW 1W Iprim x Uprim < 100KW 0.00 – 99.99 KW 10W Iprim x Uprim < 1MW 0.0 – 999.9 KW 100W Iprim x Uprim < 10MW 0.000 – 9.999 MW 1KW Iprim x Uprim < 100MW 0.00 – 99.99 MW 10KW Iprim x Uprim < 1000MW 0.0 – 999.9 MW 100KW

grafische Darstellung des Periodenfortschritts A

Pav

max

Ith

max

30.4830.7996.46

A

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13. Energiezähler Bezugsenergien Lieferenergien Das Anzeigeformat der Energiezähler (KWh, MWh, Anzahl der Nachkommastellen) stellt sich nicht automatisch ein, sondern ist im SETUP SYSTEMPARAMETER

ANZEIGE vorzugeben. Zur Verfügung stehen folgende Formate: Anzeige Auflösung 00000.000 – 99999.999 KWh 1Wh 000000.00 – 999999.99 KWh 10Wh 0000000.0 – 9999999.9 KWh 100Wh 00000.000 – 99999.999 MWh 1KWh 000000.00 – 999999.99 MWh 10KWh 0000000.0 – 9999999.9 MWh 100KWh

14. Min-Maxwerte Das UBN400 ermittelt nach jedem Messzyklus die minimalen und maximalen Werte. Die Ergebnisse werden mit Zeitstempel gespeichert.

Ug+ 16.03.02 407.4V 22:23:18 Ug- 17.03.02 392.9V 12:23.55 U12+ 16.03.02 405.9V 22:21:59 U12- 17.03.02 393.1V 12:23.44

Insgesamt werden überwacht: Uges, U12, U23, U31, U1-N, U2-N, U3-N, Iges, I1, I2, I3, Pges, P1, P2, P3, Qges, Q1, Q2, Q3, Sges, S1, S2, S3. Ist die Anzeige Min- Maxwerte aktiviert, können mit der Übernahmetaste die gespei-cherten Minimal- und Maximalwerte initialisiert werden, d.h.: es werden allen Min- Max-variablen die momentan aktuelle Onlinewerte zugewiesen.

KVAh

Kvarh

Kvarh

KWh

KVAh

Kvarh

Kvarh

KWh

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15. Oberwellenanalyse Das UBN400E ermittelt im Zeitraster von 0,6 Sekunden die Oberwellen aller Strom- und Spannungskurven bis zur 31.Harmonischen. Die Anzeige erfolgt in Bal-kendiagrammen und tabellarischer Auflistung in Prozent. 16. Setup: Das Setup ist ein Menüpunkt auf der Hauptseite, die man durch gleichzeitiges Betätigen der und Tasten erreicht, wenn sich das Gerät im Modus ONLINE MESSWERTE“ befindet. Nach Eingabe des Passwortes (Vorgabe ist 1001) wird das Setup Hauptmenü angezeigt. Der jeweils aktive Setup-Parameter ist invers dargestellt. Die Parameter-gruppe wird durch Betätigen der Übernahmetaste angewählt.

A: SYSTEMPARAMETER Hier werden die systemrelevanten Parametrierungen durchgeführt.

A1: NETZKONFIGURATION A1.1: Netzanschluss 4-Leiter, 3-Leiter

A1.2: Anzahl Stromwandler / Spannungswandler A1.3: Frequenz (50Hz / 60Hz)

A2: WANDLER A2.1 Stromwandlerverhältnis primär / sekundär A2.2 Spannungswandlerverhältnis primär / sekundär

******** SETUP ******** SYSTEMPARAMETER . KOMMUNIKATION ZEIT & DATUM AUSGAENGE INFO SPEICHERN/EXIT Setup Hauptmenü

0%20%40%60%80%

5 10 15 20 25 30

I1

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A3: ANZEIGE A3.1 Auswahl des Formates für die Energieanzeige A3.2 Einschaltdauer der Displaybeleuchtung in Minuten 0 Minuten = Dauerlicht

A4: MESSPERIODE A4.1 Parametrierung der Messperiode für den Leistungsmittelwert und dem thermischen Strom

A5: ZAEHLER LOESCHEN A5.1 Nach Bestätigung werden alle Energiezähler rückgesetzt. B: KOMMUNIKATION B1: Busadresse (00-99) B2: Port (RS485 / RS232 / Profibus / Suconet / LON / TCP/IP) B3: Protokoll (ASCII1, ASCII2, Modbus) B4: Kommunikationsparameter C: ZEIT & DATUM C1: Stellen der Echtzeituhr D: AUSGÄNGE

D1: Analogport 1+2 - Physik der Schnittstelle 0(4)-20mA - Messwertquelle - Skalierung

D2: Digitalausgang 1+2 - Auswahl Grenzwert / Impuls - Parametrierung der Grenzwerte für Ein / Aus - Energieimpulswertigkeit

E: Info E1: Anzeige der Geräteversion, Software Version und Seriennummer F: Speichern / Exit F1: Abspeichern der Parameter, Rückkehr zur Hauptseite Erläuterungen zu den Setup-Parametern Systemparameter Netzkonfiguration Anschluss: 4-Leiter Anschluss: L1, L2, L3 und N

Messung und Anzeige aller Strang- und Leiterwerte 3-Leiter Anschluss: L1, L2, L3 Messung und Anzeige nur der Strangwerte

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Anzahl Stromwandler: Hier ist die Anzahl der verwendeten Stromwandler anzugeben. Wird nur 1 Stromwandler verwendet, wird ein gleichbelastetes Netz angenommen. Die Ströme I2 und I3 werden vom Strom I1 abgeleitet. Anzahl Spannungswandler: Hier ist die Anzahl der verwendeten Spannungswandler anzugeben. Wird bei einem 4-Leiteranschluss nur 1 Spannungswandler verwendet, wird ein gleichbelastetes Netz angenommen. Die Spannungen U2 und U3 werden von der Spannung U1 abgeleitet. Energieanzeige: Das Format der Energieanzeige muss den betrieblichen GegebEeiten angepasst werden. Mit den Tasten ist die gewünschte Darstellung zu wählen. Die Abschluss- oder Übernahmetaste übernimmt die gewählte Einstellung. Mögliche Anzeigeformate sind:

00000.000 KWh 000000.00 KWh 0000000.0 KWh 00000.000 MWh 000000.00 MWh

Wenn das Format falsch eingestellt ist (z.B. 5 Vorkommastellen und das Gerät hat aber bereits mehr als 100000 eingezählt), kommt es zu Ablesefehlern, weil die Übertragsstelle nicht angezeigt wird. Hilfreich ist eine Kalkulation der Energiebilanz, um das richtige Format zu wählen. Ein Zählerüberlauf erfolgt bei 999999.999MWh Systemparameter Wandler Der Primärstrom kann zwischen 1 und 9999 in 1A-Schritten, der Sekundärstrom nur zwischen 1 und 5 A eingestellt werden. Die Primärspannung ist wählbar zwischen 000.01KV und 999.99KV in 0,1KV-Schritten, die Sekundärspannung zwischen 1 und 999 in 1V-Schritten. Systemparameter Datum / Uhrzeit In diesem Bild wird die aktuelle Uhrzeit und das Datum der batteriegepufferten Echtzeituhr angezeigt. Systemparameter Ausgänge

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Das UBN400 verfügt standardmäßig über 2 digitale und optional über 2 analoge Schnittstellen. 17. Ausgänge 17.1 Digitalausgang 1 und 2: Jedem Digitalausgang kann eine Impuls-, oder Grenzwertfunktion zugeordnet werden. Impulsfunktion: Anzugeben ist die Datenquelle (Energiezähler). Alle mit + bezeichneten Energiezähler sind bezogene Energien, alle mit – bezeichneten Zähler sind gelieferte Energien. Des Weiteren muss die Impulswertigkeit (Impulse je normiertem Energiewert) programmiert werden (z.B. 1 Impuls je KWh) Grenzwertfunktion: Es ist hier die Datenquelle anzugeben, die ausgewertet werden soll sowie der obere und untere Grenzwert Schaltlogik Ein Ausgang, der grenzwertschaltend programmiert ist, kann mit positiver oder negativer Logik arbeiten. Positive Logik: Der obere Grenzwert ist grösser als der untere Grenzwert

Überschreitet der parametrierte Messwert den oberen Grenzwert, schaltet der Ausgang in den Zustand EIN, unterschreitet der Messwert den unteren Grenzwert, schaltet der Ausgang in den Zustand AUS.

Negative Logik:

Der obere Grenzwert ist kleiner als der untere Grenzwert Überschreitet der parametrierte Messwert den unteren Grenzwert, schaltet der Ausgang in den Zustand AUS, unterschreitet der Messwert den oberen Grenzwert, schaltet der Ausgang in den Zustand EIN.

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17.2 Präzisionsimpulsgeber (Option) Das UBN400E Standardgerät gibt zwar entsprechend der Parametrierung Impulse aus, die der tatsächlichen Energie entsprechen, jedoch sind die Impulsabstände nicht gleichmäßig und damit nicht verwertbar zur Ermittlung der Leistung. Der Präzisionsimpulsgeber als optionale Ergänzung ist eine mikroprozessorge-steuerte Einheit, der einmal pro Sekunde der aktuelle Leistungswert übergeben wird. Dieser wird dann in Impulse mit präzisem Abstand umgewandelt. Die Auflösung des Impulsabstandes beträgt 1msec. Zwischenwerte, die nicht in das Auflösungsraster fallen (z.B. 2,0005Hz), werden durch Jittern (Perioden-unregelmäßigkeit) erzeugt (im Beispiel 500msec 501msec 500msec). Die Impulsbreite beträgt 100msec fix bei Impulsfrequenzen < 5Hz, darüberhinaus ½ Periode. Der Impulsgeber ist fest dem digitalen Ausgang 1 zugordnet, der damit nicht z.B einer Grenzwertmeldung zur Verfügung steht. Zur ordentlichen Arbeitsweise ist es zwingend erforderlich, dass im Setup der digitale Ausgang 1 auf „Impulse“ gesetzt ist. 17.3 Analogausgang 1 und 2: (Option) Die Analogausgänge sind ausgeführt als Stromquellen. Sie sind potentialgetrennt, jedoch nicht untereinander. Jeder Analogausgang kann konfiguriert werden als 0-20mA bzw. 4-20mA Stromschnittstelle. Äquivalent zum Digitalausgang Grenzwertfunktion ist ein Messwert als Datenquelle zuzuordnen. Die Skalierung der Ober- und Untergrenze erfolgt direkt. Hierbei können auch negative Skalenendwerte parametriert werden. Z.B.: Physik der Schnittstelle: 0..20mA, Skala unten: -100.000W, Skala oben: +100.000W

0(4)-20mA ++

+

--

-

0(4)-20mA

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Der Analogport wird ausgeben: 0mA bei –100.000W, 10mA bei 000.000W und 20mA bei +100.000W.

Die Anpassung und Verrechnung der Dimensionen (Kilo.. Mega..) erfolgt automatisch nach den eingestellten Wandlerverhältnissen und ist angepasst an die Messwertanzeigen. Beispiel: KTI 600A/1A, KTU 10.00KV/100V

- Anzeige Spannungen und Skalierung: 10.34 KV - Anzeige Ströme und Skalierung: 123 A - Anzeige Leistungen und Skalierung: 12.3 MW

Messwert PF (Powerfactor) Analogausgang: Wird der Powerfactor als Analogwert ausgegeben, muss die Skalierung beachtet werden. Sind Skalenanfang und -ende positive Werte, ist der Skalenendwert kleiner als der Anfang. Das gleiche gilt, wenn Anfangs- und Endwert negativ sind.

Beispiel 1: Skalenanfang: - 0,300 (0mA) Skalenende: - 0,900 (20mA) Beispiel 2: Skalenanfang: - 0,500 (0mA) Skalenende: + 0,500 (20mA) Beispiel 3: Skalenanfang: 1,000 (0mA) Skalenende: + 0,300 (20mA) A c h t u n g ! ! Ein Analogausgang kann beim Parametrieren unkontrollierte Ausgangsströme ausgeben. 18. Kontrasteinstellung

0,9 0,5 0,1-0,1 -0,5 -0,9

20mA

1

2

3

Powerfactor

5

10

15

ind.kap.

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Der Kontrast kann in 32 Stufen über die Tastatur eingestellt werden. Hierzu ist im Anzeigemodus “Onlinewerte“ die Übernahmetaste festzuhalten und die Pfeil-taste zu drücken. Mit den Tasten wird der Kontrast verändert. Mit der Übernahme wird die Funktion beendet. 19. Telegrammbeschreibung: Standardkommunikation über RS485/232, Protokoll ASCII Aufbau des Request-Telegramms vom Master: <STX> 01R00 <ETX> <BCC> Blockcheckcharakter Enddilimiter ETX, (03hex) Messwertnummer in ASCII (n.B.:00=Uges) Cmd-Code „Lesen“ Geräteadresse 2-stellig in ASCII („01“) Startdelimiter (STX 02hex) Der Blockcheckcharacter (BCC) ist die Exklusiv-Oder-Verknüpfung aller Telegramm-Bytes von STX bis ETX. Antwort vom Messgerät: <STX> 229.7 <ETX><BCC> Blockcheckcharakter Enddilimiter ETX (03hex) Multiplikator Messwert Vorzeichen Startdelimiter STX (02hex) Messwertvorzeichen: Leerzeichen oder „+“ für positive, „-“ für negative Werte Multiplikator: Leerzeichen=100,“k“= 103, “M“= 106, “G“= 109, In der Protokoll-Einstellung „ASCII1“ werden die Energiezähler 6-stellig, in „ASCII2“ 8-stellig übertragen.

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20. Messwertanforderung (ASCII Telegramme): Einzelwertanforderung Messwert-Nr Messwert

(„R“-Cmd) 00 Spannung des 3Phasennetzes 01 Sternspannung L1 02 Sternspannung L2 03 Sternspannung L3 04 Leiterspannung L12 05 Leiterspannung L23 06 Leiterspannung L31 08 Strom des 3Phasennetzes 09 Leiterstrom L1 0A Leiterstrom L2 0B Leiterstrom L3 0C THD I1 0D THD I2 0E THD I3 0F I Nulleiter 10 Leistungsfaktor 3-phasig 11 Leistungsfaktor L1 12 Leistungsfaktor L2 13 Leistungsfaktor L3 14 Cos phi gesamt 15 Cos phi L1 16 Cos phi L2 17 Cos phi L3 18 Scheinleistung des 3Phasennetzes 19 Scheinleistung L1 1A Scheinleistung L2 1B Scheinleistung L3 20 Wirkleistung des 3Phasennetzes 21 Wirkleistung L1 22 Wirkleistung L2 23 Wirkleistung L3 28 Blindleistung des 3Phasennetzes 29 Blindleistung L1 2A Blindleistung L2

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2B Blindleistung L3 2C Reserviert 2D Reserviert 1E Reserviert 1F Reserviert 30 Wirkenergie 3-phasig (bezogen)

Einzelwertanforderung Messwert-Nr Messwert

(„R“-Cmd) 31 Blindenergie ind. 3-phasig (bezogen) 33 Blindenergie kap. 3-phasig (bezogen) 1C Scheinenergie 3-phasig (bezogen) 32 Wirkenergie 3-phasig (geliefert) 2E Blindenergie ind. 3-phasig (geliefert) 2F Blindenergie kap. 3-phasig (geliefert) 1D Scheinenergie 3-phasig (geliefert) 34 Frequenz 36 THD U1 37 THD U2 38 THD U3 39 Mittlere Wirkleistung 3B Anschlussfolge der Phasen

Gruppenanforderung, Code R3D

R3D Messwert 00 Spannung des 3Phasennetzes 01 Sternspannung L1 02 Sternspannung L2 03 Sternspannung L3 04 Leiterspannung L12 05 Leiterspannung L23 06 Leiterspannung L31 08 Strom des 3Phasennetzes 09 Leiterstrom L1 0A Leiterstrom L2 0B Leiterstrom L3 0C THD I1 0D THD I2 0E THD I3 0F I Nulleiter 10 Leistungsfaktor 3-phasig

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11 Leistungsfaktor L1 12 Leistungsfaktor L2 13 Leistungsfaktor L3 14 Cos phi gesamt 15 Cos phi L1 16 Cos phi L2 17 Cos phi L3 18 Scheinleistung des 3Phasennetzes 19 Scheinleistung L1 1A Scheinleistung L2 1B Scheinleistung L3 20 Wirkleistung des 3Phasennetzes 21 Wirkleistung L1 22 Wirkleistung L2 23 Wirkleistung L3 28 Blindleistung des 3Phasennetzes 29 Blindleistung L1 2A Blindleistung L2 2B Blindleistung L3 2C Reserviert 2D Reserviert 1E Reserviert 1F Reserviert 30 Wirkenergie 3-phasig (bezogen) * 31 Blindenergie ind. 3-phasig (bezogen) * 33 Blindenergie kap. 3-phasig (bezogen) * 1C Scheinenergie 3-phasig (bezogen) * 32 Wirkenergie 3-phasig (geliefert) * 2E Blindenergie ind. 3-phasig (geliefert) * 2F Blindenergie kap. 3-phasig (geliefert) * 1D Scheinenergie 3-phasig (geliefert) * 34 Frequenz 36 THD U1 37 THD U2 38 THD U3 39 Mittlere Wirkleistung 3B Anschlussfolge der Phasen

R41 Messwert 00 Spannung des 3Phasennetzes 08 Strom des 3Phasennetzes 20 Wirkleistung des 3Phasennetzes 10 Leistungsfaktor 3-phasig

R42 Messwert

20 Wirkleistung des 3Phasennetzes

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28 Blindleistung des 3Phasennetzes 18 Scheinleistung des 3Phasennetzes 39 Mittlere Wirkleistung

R43 Messwert 30 Wirkenergie 3-phasig (bezogen) * 31 Blindenergie ind. 3-phasig (bezogen) * 33 Blindenergie kap. 3-phasig (bezogen) * 1C Scheinenergie 3-phasig (bezogen) * 32 Wirkenergie 3-phasig (geliefert) * 2E Blindenergie ind. 3-phasig (geliefert) * 2F Blindenergie kap. 3-phasig (geliefert) * 1D Scheinenergie 3-phasig (geliefert) *

* Die Auflösung der Energien im seriellen Telegramm ist abhängig von der Parame-trierung der Anzeige im UBN400. ( Setup Systemparameter Anzeige) Im Protokoll-Mode ASCII1 werden die Zählerstände 6-stellig, in ASCII2 oder in der Port-Einstellung Profibus 8-stellig übertragen.

R44 Messwert 04 Leiterspannung L12 05 Leiterspannung L23 06 Leiterspannung L31 34 Frequenz

R45 Messwert

01 Sternspannung L1 02 Sternspannung L2 03 Sternspannung L3

R46 Messwert

09 Leiterstrom L1 0A Leiterstrom L2 0B Leiterstrom L3

R47 Messwert

21 Wirkleistung L1 22 Wirkleistung L2 23 Wirkleistung L3

R48 Messwert

11 Leistungsfaktor L1 12 Leistungsfaktor L2

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13 Leistungsfaktor L3

R49 Messwert 19 Scheinleistung L1 1A Scheinleistung L2 1B Scheinleistung L3

R4A Messwert

29 Blindleistung L1 2A Blindleistung L2 2B Blindleistung L3

R4B Messwert

01 Sternspannung L1 09 Leiterstrom L1 21 Wirkleistung L1 11 Leistungsfaktor L1

R4C Messwert

02 Sternspannung L2 0A Leiterstrom L2 22 Wirkleistung L2 12 Leistungsfaktor L2

R4D Messwert

03 Sternspannung L3 0B Leiterstrom L3 23 Wirkleistung L3 12 Leistungsfaktor L3

R4E Messwert 36 THD U1 37 THD U2 38 THD U3

R4F Messwert 0C THD I1 0D THD I2 0E THD I3

R79 Harmonische U1 R7A Harmonische U2 R7B Harmonische U3

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R7C Harmonische I1 R7D Harmonische I2 R7E Harmonische I3

21. Modbus-Protokoll Das Modbus-Protokoll ermöglicht einen vernetzen Systemaufbau mit einem Modbus Master und maximal 99 Messgeräten UBN400. Die physikalische Schnittstelle Layer 1 ist RS485. Ein Modbus-Telegramm beinhaltet allgemein folgende Informationen: Slave Adresse (1 Byte)

Bus-Adresse des Messgerätes, von dem Daten angefordert werden. Erlaubter Bereich ist 1..99. Adresse 0 ist reserviert für Broadcast-Funktionen (gültig für alle Geräte).

Funktionscode (1 Byte)

Mit dem Funktionscode werden Schreib- Lesevorgänge ausgeführt

Datenfeld (n-Bytes)

Das Datenfeld beinhaltet Parameter in Zusammenhang mit dem Funktionscode.

CRC (2 Byte)

Cyclic Redundancy Check, Kontrollwort zur Sicherung des Telegramms

Im UBN400 ist der Funktionscode 03 (Multiple Read) implementiert (Daten lesen) Master Request an das UBN400

01 03 10 00 00 02 C0 CB Slave-Adr

Funktion Startadr. High

Startadr. Low

Anzahl Worte High

Anzahl Worte Low

CRC Low

CRC High

Beispiel für die Anforderung des Messwertes Spannung Uges-3phasig vom Messgerät mit der Adresse 01. Antwort des Messgerätes

01 03 04 xx xx xx xx CRCL CRCHSlave-

Adr Funktion Anzahl

Datenbytes MSB Datum 2 Datum 1 LSB CRC

Low CRC High

Ein Slave erkennt folgende Telegrammfehler vom Master und sendet ein entsprechendes Fehlertelegramm:

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Fehler code

Beschreibung

01 angeforderte Funktion vom Master ist nicht 03 (Daten lesen) 02 Startadresse der Modbus-Tabelle ungültig 03 angeforderte Länge überschritten

Ein fehlerhafter CRC wird nicht beantwortet. Fehlertelegramme vom Slave:

01 83 01 80 F0 Slave-

Adresse Funktioncode

Bit 7 = 1 Fehlerart CRC Low CRC High

CRC-Generierung Grundsätzlich ist der Cyclic Redundancy Check der Rest aus der Division der ganzen Nachricht durch ein Polynom 16. Ordnung. Der Initialparameter der CRC-Generierung ist 0xffff (Grundbesetzung). Gebildet wird der CRC durch die Exklusiv-Oder-Verküpfung des CRC mit 0xA001 bei jedem Bit der Nachricht mit dem Zustand ‘1‘. #include <stdio.h> unsigned int CRC; void crc_build(int byte) { char flag; char loop=0; CRC^=byte; while(loop<8) { flag=CRC&1; CRC>>=1; if(flag) CRC^=0xa001; ++loop; } } main() { clrscr(); CRC=0xffff; crc_build(0x01);

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crc_build(0x03); crc_build(0x10); crc_build(0x00); crc_build(0x00); crc_build(0x02); printf("%4X",CRC); } UBN400E Modbus Tabelle der Holding Register Bei der Referenzierung der Holding Register Adresse ab 40001 wurde ein Offset von 40001 bereit angewendet. Die Anforderung kann entweder im Format long (32Bit Integer) oder im Format Float Single Precision erfolgen (Basisadresse + 1000Hex).

M o d b u s A d r Messwert Auflösung im Format long Format Float Format long dez hex dez hex

0 00 4096 1000 U gesamt 3ph 0,1V 2 02 4098 1002 U1 0,1V 4 04 4100 1004 U2 0,1V 6 06 4102 1006 U3 0,1V 8 08 4104 1008 U12 0,1V 10 0A 4106 100A U23 0,1V 12 0C 4108 100C U31 0,1V 14 0E 4110 100E I gesamt 3ph 1mA 16 10 4112 1010 I1 1mA 18 12 4114 1012 I2 1mA 20 14 4116 1014 I3 1mA 22 16 4118 1016 PF gesamt +1000..-1000 24 18 4120 1018 PF1 +1000..-1000 26 1A 4122 101A PF2 +1000..-1000 28 1C 4124 101C PF3 +1000..-1000 30 1E 4126 101E S gesamt 1VA 32 20 4128 1020 S1 1VA 34 22 4130 1022 S2 1VA 36 24 4132 1024 S3 1VA 38 26 4134 1026 P gesamt 1W 40 28 4136 1028 P1 1W 42 2A 4138 102A P2 1W 44 2C 4140 102C P3 1W

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46 2E 4142 102E Q gesamt 1var 48 30 4144 1030 Q1 1var 50 32 4146 1032 Q2 1var 52 34 4148 1034 Q3 1var 54 36 4150 1036 THD_U1 0,1% 56 38 4152 1038 THD_U2 0,1% 58 3A 4154 103A THD_U3 0,1% 60 3C 4156 103C THD_I1 0,1% 62 3E 4158 103E THD_I2 0,1% 64 40 4160 1040 THD_I3 0,1% 66 42 4162 1042 Frequenz 0,1Hz 68 44 4164 1044 P Av 1W 70 46 4166 1046 I_th 1mA 72 48 4168 1048 P Av max 1W 74 4A 4170 104A I_th max 1mA 76 4C 4172 104C Wirkenergie Bezug )* 78 4E 4174 104E Blindenergie ind Bezug )* 80 50 4176 1050 Blindenergie kap Bezug )* 82 52 4178 1052 Scheinenergie Bezug )* 84 54 4180 1054 Wirkenergie Lieferung )* 86 56 4182 1056 Blindenergie ind Liefer. )* 88 58 4184 1058 Blindenergie kap Liefer. )* 90 5A 4186 105A Scheinenergie Lieferung )* 92 5C 4188 105C Phasenfolge 94 5E 4190 105E Laufende Periode 1sec 96 60 4192 1060 Status Digitalausgänge 98 62 4194 1062 Reserve 100 64 4196 1064 U1 min 0,1V 102 66 4198 1066 U1 max 0,1V 104 68 4200 1068 U2 min 0,1V 106 6A 4202 106A U2 max 0,1V 108 6C 4204 106C U3 min 0,1V 110 6E 4206 106E U3 max 0,1V 112 70 4208 1070 U ges min 0,1V 114 72 4210 1072 U ges max 0,1V 116 74 4212 1074 U12 min 0,1V 118 76 4214 1076 U12 max 0,1V 120 78 4216 1078 U23 min 0,1V 122 7A 4218 107A U23 max 0,1V 124 7C 4220 107C U31 min 0,1V

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126 7E 4222 107E U31 max 0,1V 128 80 4224 1080 I ges min 1mA 130 82 4226 1082 I ges max 1mA 132 84 4228 1084 I1 min 1mA 134 86 4230 1086 I1 max 1mA 136 88 4232 1088 I2 min 1mA 138 8A 4234 108A I2 max 1mA 140 8C 4236 108C I3 min 1mA 142 8E 4238 108E I3 max 1mA 144 90 4240 1090 P ges min 1W 146 92 4242 1092 P ges max 1W 148 94 4244 1094 P1 min 1W 150 96 4246 1096 P1 max 1W 152 98 4248 1098 P2 min 1W 154 9A 4250 109A P2 max 1W 156 9C 4252 109C P3 min 1W 158 9E 4254 109E P3 max 1W 160 A0 4256 10A0 Q ges min 1var 162 A2 4258 10A2 Q ges max 1var 164 A4 4260 10A4 Q1 min 1var 166 A6 4262 10A6 Q1 max 1var 168 A8 4264 10A8 Q2 min 1var 170 AA 4266 10AA Q2 max 1var 172 AC 4268 10AC Q3 min 1var 174 AE 4270 10AE Q3 max 1var 176 B0 4272 10B0 S ges min 1VA 178 B2 4274 10B2 S ges max 1VA 180 B4 4276 10B4 S1 min 1VA 182 B6 4278 10B6 S1 max 1VA 184 B8 4280 10B8 S2 min 1VA 186 BA 4282 10BA S2 max 1VA 188 BC 4284 10BC S3 min 1VA 190 BE 4286 10BE S3 max 1VA 200 C8 4296 10C8 Harmon. U1 (31 Werte) 0,1% 262 106 4358 1106 Harmon. U2 (31 Werte) 0,1% 324 144 4420 1144 Harmon. U3 (31 Werte) 0,1% 386 182 4482 1182 Harmon. I1 (31 Werte) 0,1% 448 1C0 4544 11C0 Harmon. I2 (31 Werte) 0,1% 510 1FE 4606 11FE Harmon. I3 (31 Werte) 0,1%

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)* Die Auflösung der Energien im Modbus-Telegramm ist abhängig von der Parametrierung der Anzeige im UBN400. ( Setup Systemparameter Anzeige) Aus Kompatibilitätsgründen werden die 2 niederwertigsten Stellen der angezeigten Energien im Telegramm nicht versendet (6-stellige Datenübertragung). Display Anzeige Auflösung MODBUS 00000.000 KWh 000000.00 KWh 0000000.0 KWh

00000.0 KWh 000.000 MWh 0000.00 MWh

00000.000 MWh 000000.00 MWh

00000.0 MWh 000.000 GWh

Bustiming Die Idle-Überwachung des Busses beträgt 11 Bitzeiten. Das bedeutet: als Idle-Zustand bezeichnet man den Status, in dem kein Zustandswechsel der Datenleitung AB erfolgt. Eine Lücke im Telegramm darf bei 9600 bit/s somit maximal 1,04msec betragen. Ein Master-Telegramm muss konsistent über die Länge übertragen werden. Der Zeitabstand zwischen 2 Telegrammen muss größer sein als die Idle-Zeit.

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+P

+Q

-P

-Q

+Qi

-Qi -Qk

+Qk

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Berg Energiekontrollsysteme GmbH Frauenhofer Str. 22 82152 Martinsried Tel: 089 379160-0 www.berg-energie.de