AT374286B - Einrichtung zur erzeugung und uebermittlung von messignalen fuer phasenwinkelmessungen in hoch und hoechst wechselspannungsanlagen - Google Patents

Description

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   Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erzeugung und Übermittlung von Messsignalen für Phasenwinkelmessungen in Hoch- und Höchstspannungsanlagen mit einem an einem spannungsführenden Leiter der Anlage anlegbaren Sender und einem die vom Sender drahtlos übermittelten Signale aufnehmenden Empfänger. 



   Es ist bekannt, Phasenwinkel bei Hochspannungen bis zu 60 kV mit Anlegestangen zu ermitteln, die als Spannungsteiler zwischen Gerät und Hochspannung führendem Leiter ausgebildet sind. Spannungen über 60 kV berührt man jedoch aus Sicherheitsgründen nur ungern mit solchen Stäben und die Erfindung zielt darauf ab, eine Einrichtung vorzuschlagen, mit welcher ohne Zuhilfenahme eines solchen, als Spannungsteiler ausgebildeten Anlagestabes die Phasenlage bei Hochund Höchstwechselspannungsanlagen gemessen werden kann. 



   Es sind Messeinrichtungen für Ströme in Höchstspannungsanlagen mit Fernübertragung bekannt (DE-OS 2622354 und 2739599). Der dafür erforderliche Sender ist mit der Höchstspannungsanlage bzw. mit den Leitungen der Höchstspannungsanlage verbunden. Die von diesem Sender abgestrahlten Messdaten werden von einem ausserhalb des Höchstspannungsfeldes aufgestellten Empfänger aufgenommen und in eine entsprechende Anzeige umgewandelt. Die Messdaten werden dabei drahtlos übertragen. Durch eine solche drahtlose Messdatenübertragung wird der unmittelbare Kontakt mit der Höchstspannungsseite vermieden. 



   Die Erfindung zielt darauf ab, die für drahtlose Fernübertragung zur Strommessung in Hochund Höchstspannungsanlagen bekannten Massnahmen so abzuändern und so zu gestalten, dass mit einer drahtlosen Fernübertragung auch Phasenwinkelmessungen durchgeführt werden können. Erfindungsgemäss ist die dazu dienende Einrichtung dadurch gekennzeichnet, dass am Sendereingang ein als Elektrode eines Kondensators gegenüber Erde wirkender, unter Zwischenschaltung eines Widerstandes an einen spannungsführenden Leiter der Anlage anlegbarer elektrisch leitender Körper vorgesehen ist und an diesen Sendereingang ein Phasendetektor angeschlossen ist, der die Nulldurchgänge der am Sendereingang anliegenden Spannung erfasst und jeweils in diesen Nulldurchgängen ein Signal abstrahlt,

   das von einem Empfänger über Zwischenschaltung eines Phasenschiebers einem Phasenwinkelmessgerät zugeführt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der als Elektrode eines Kondensators gegenüber Erde wirkende elektrisch leitende Körper als Gehäuse oder Gehäuseteil ausgebildet zur Aufnahme der die Messspannung in drahtlos zu übertragende Signale, insbesondere Infrarot-Signale umwandelnden Schaltung. Ein weiteres Merkmal der Erfindung liegt darin, dass zur Abstrahlung der Signale Leuchtdioden vorgesehen sind. 



   Um die Einrichtung möglichst einfach und betriebssicher zu gestalten, ist einem hochohmigen Eingangswiderstand ein Schmitt-Trigger nachgeschaltet, durch welchen die sinusförmige Messspannung in eine Rechteckspannung mit der Frequenz der Messspannung umgewandelt wird, welche in einem vorzugsweise als R-C-Glied ausgebildeten Differenzierglied zu Impulsen umgeformt und einem nachfolgenden zweiten Gatter zur Erzeugung von positiven Impulsen vom Rhythmus der Frequenz der Messspannung und von einer gegenüber der Periodendauer zu messenden Spannung reduzierten Dauer, beispielsweise von 400 ms zugeführt wird und diese Impulse über einen Verstärker den Leuchtdioden zugeleitet werden. 



   Um bei der drahtlosen Übertragung der modulierten Impulse Fremdlichteinflüsse auszuschalten ist nach einem weiteren erfindungsgemässen Merkmal zwischen dem zweiten Gatter und dem Verstärker ein Hochfrequenzoszillator vorgesehen, der die positiven Impulse vorgegebener Zeitdauer mit einer Hochfrequenz, beispielsweise 42 kHz moduliert. Die Intensität der Leuchtdioden ist bei zirka einem Ampere Diodenstrom sehr hoch. Da jedoch die Batterie einen solchen Spitzenstrom nicht abgeben kann, wird die Speisespannung der Leuchtdioden durch mindestens einen Kondensator stabilisiert, aus welchem der erforderliche Spitzenstrom für die Leuchtdioden entnommen werden kann. 



   Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 das Schalt- 
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 gelieferte Versorgungsspannung von 9 V zu-bzw. abgeschaltet werden kann. Auf den Anlagekontakt-l-folgt ein   hochohmiger   Eingangswiderstand --4-- als Eingang für einen Schmitt-   - Trigger-5-- und ein Abblockkondensator-14--.   Dem Schmitt-Trigger --5-- folgt ein aus   Kondensator --6-- und Widerständen --7   und 8-- gebildetes Differenzierglied, dessen Ausgang am   Gatter --9-- liegt.   Der Ausgang des   Gatters --9-- ist   verbunden mit einem   Oszillator --10--,   der aus den beiden Nand-Gattern --26, 27--, den   Widerständen --28, 29-- und   dem Kondensator - besteht.

   Der Widerstand --29-- ist justierbar, um den Oszillator auf die gewünschte Frequenz abstimmen zu können. Das Ausgangssignal des Oszillators --10-- gelangt zu einer Verstär-   kerst. ufe --11--,   die vier paarweise parallelgeschaltete Infrarot-Leuchtdioden --12-- speist, welchen ein Kondensator --13-- zur Stabilisierung der Speisespannung zugeordnet ist. Der Ver- 
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 auf, wobei der ersterwähnte Transistor --31-- als Treiberstufe und der zweite Transistor --32-als Endstufe wirkt. Die an Hand der Fig. 1 erläuterte Schaltung besteht aus dem Eingang --A--, dem Differenzierglied --B--, dem Hochfrequenzgenerator oder Oszillator --C-- und der Endstu-   fe-D--.   



   Diese vorstehend beschriebene Schaltung einschliesslich der für den Betrieb erforderlichen Batterie --25-- ist in einem Gehäuse untergebracht, das in Fig. 3 in Ansicht gezeigt ist. Dieses Gehäuse besteht aus einem zylindrischen Rohrteil --15--, der aus elektrisch leitendem Material gebildet ist oder aber auch aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt sein kann, wobei jedoch im letzteren Falle innseitig dieser Gehäuseteil einen elektrisch leitenden Belag oder eine elektrisch leitende Folie trägt. Ein konischer Ansatz --16-- aus isolierendem Material schliesst den zylindrischen Rohrteil --15-- nach oben hin ab und nimmt die   Stösselstange --2-- für   den Anlagekontakt-l-auf. Im Boden des Gehäuses sind die Infrarotdioden --12-- angeordnet. 



  Über einen seitlichen Ausleger --17-- ist dieses Sendergehäuse mit einer aus Isoliermaterial ge-   fertigten     Anlegestange-18-vorzugsweise   durch eine Schraube lösbar verbunden. Fig. 4 zeigt das Blockschaltbild für den Empfänger mit dem   Eingangsverstärker --19--,   einem Filter --20--, einer Integrierstufe --21-- und einem Phasenschieber --22-- sowie einer   Rechteckstufe --23--.   



  Der Ausgang der Rechteckstufe wird mit dem   Phasenwinkelmessgerät --24-- verbunden.   



   Der aus Fig. 3 ersichtliche Sender, hier Infrarotsender, wird mit der geprüften Anlegestange --18-- an die zu messende Phase gelegt. Der Eingangswiderstand --4-- des Senders und die Kapazität zwischen   Sendergehäuse --15-- und   Erde bilden einen Spannungsteiler. Die am Eingangs-   widerstand --4-- des   Senders abfallende Teilspannung wird nun im Sender so ausgewertet, dass bei jedem Nulldurchgang von Minus nach Plus der zu messenden Spannung ein Infrarotlichtsignal ausgesendet wird. 
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 den Hochspannung bezogen auf die Phasenlage einer Bezugsspannung (Niederspannung) bestimmbar ist. 



   Die Schaltung, wie sie aus Fig. 1 ersichtlich ist, wird über die   9-V-Batterie --25-- ver-   sorgt. Durch mechanischen Druck auf den   Anlegekontakt-1--wird   die 9-V-Spannung über den Umschaltkontakt --3-- an die Schaltung gelegt, und über den Schleifkontakt --34-- die Verbindung zwischen der Hochspannung und dem Schaltungseingang hergestellt. Befindet sich der Sender 
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 tungsmasse und Erde ein Strom. Am Eingangswiderstand des Schmitt-Triggers --5-- (Nand-Glied) entsteht eine dem Strom proportionale Spannung   (Fig. 2a).   Am Ausgang des Schmitt-Triggers --5-liegt eine Rechteckspannung an, die phasengleich zur Eingangsspannung ist (Fig. 2b).

   Durch das aus der   Kapazität --6-- und   den   Widerständen --7, 8-- gebildete   Differenzierglied wird jeweils bei der positiven Anstiegsflanke der Rechteckspannung (Fig. 2b) ein Impuls (Fig. 2c) mit der Dauer t von beispielsweise 400 ms erzeugt. Dieser Impuls (Fig. 2c) wird durch das zweite Nand- -   Glied --9-- invertiert (Fig. 2d).   Ein beispielsweise 25 kHz-Oszillator --10-- wird mit diesem invertierten Impuls jeweils für eine Dauer t von 400 ms eingeschaltet. Diese 400 ms langen, 25 kHz-Impulspakete (Fig. 2e) werden einer   Verstärkerstufe --11-- über   einen Widerstand--30-- 

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 zugeführt.

   Im Kollektorkreis dieser   Verstärkerstufe --11-- liegen   vier paarweise parallelgeschal- tete Infrarotleuchtdioden --72--, die für eine Dauer t von 400 ms nach jedem positiven Nulldurch- gang der Eingangsspannung Lichtimpulse mit einer Frequenz von 25 kHz aussenden. 



   Diese ausgesendeten Lichtimpulse werden nun von der Empfängerschaltung nach Fig. 4 aufge- nommen, insbesondere empfängt eine   Infrarotempfangsdiode --19-- in   einem Eingangsverstärker - das Signal. Der Wechselstromwiderstand der Infrarotleuchtdiode wird in einem geeigneten handelsüblichen Operationsverstärker, der als Impedanzwandler geschaltet ist, herabgesetzt. An- schliessend werden im Filter --20-- die 25 kHz-Impulspakete mit aktiven Filtern ausgesiebt. Das
Ausgangssignal der Filter wird in der   Integrierstufe --21-- verstärkt,   gleichgerichtet und integriert. Es entstehen dabei negative Impulse von der Dauer eines Impulspaketes. Da der Mess- strom im Sender kapazitiv von der Hochspannung abgenommen wird, sind die Sendeimpulse um   900   voreilend gegenüber der Messwechselspannung.

   Im   Phasenschieberteil --22-- der   Empfänger- schaltung wird diese Phasenverschiebung aufgehoben und die nachfolgende Rechteckstufe --23-- der Empfängerschaltung passt die Ausgangsspannung desselben an den Eingang des Phasenwinkel-   messgerätes --24-- an. 



  PATENTANSPRÜCHE :    
1. Einrichtung zur Erzeugung und Übermittlung von Messsignalen für Phasenwinkelmessun- gen in Hoch- und Höchstspannungsanlagen mit einem an einem spannungsführenden Leiter der
Anlage anlegbaren Sender und einem die vom Sender drahtlos übermittelten Signale aufnehmenden
Empfänger, dadurch gekennzeichnet, dass am Sendereingang (A) ein als Elektrode eines Kondensa- tors gegenüber Erde wirkender, unter Zwischenschaltung eines Widerstandes (4) an einen span- nungsführenden Leiter der Anlage anlegbarer elektrisch leitender Körper (15) vorgesehen ist und an diesen Sendereingang (A) ein Phasendetektor (B) angeschlossen ist, der die Nulldurchgänge der am Sendereingang (A) anliegenden Spannung erfasst und jeweils in diesen Nulldurchgängen ein Signal (e) abstrahlt, das von einem Empfänger über Zwischenschaltung eines Phasenschie- bers (22)

   einem Phasenwinkelmessgerät (24) zugeführt wird.

Claims (1)

1. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der als Elektrode eines Kondensators gegenüber Erde wirkende elektrisch leitende Körper als Gehäuse (15) oder Gehäuse- teil ausgebildet ist zur Aufnahme der die Messspannung in drahtlos zu übertragende Signale (e), insbesondere Infrarot-Signale umwandelnden Schaltung.

   3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abstrahlung der Signale (e) von Verstärkern (D) gespeiste Leuchtdioden (12) vorgesehen sind.

   4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass einem hoch- ohmigen Eingangswiderstand (4) ein Schmitt-Trigger (5) nachgeschaltet ist, durch welchen die sinusförmige Messspannung (a) in eine Rechteckspannung (b) mit der Frequenz der Messspannung umgewandelt wird, welche in einem, vorzugsweise als R-C-Glied ausgebildeten Differenzierglied (B) zu Impulsen (c) umgeformt und einem nachfolgenden zweiten Gatter zur Erzeugung von positiven Impulsen (e) vom Rhythmus der Frequenz der Messspannung (a) und von einer gegenüber der Periodendauer der zu messenden Spannung reduzierten Dauer (t), beispielsweise von 400 ms zuge- führt wird und diese Impulse (e) über einen Verstärker (D) den Leuchtdioden (12) zugeleitet werden.

   5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zweiten Gat- ter (9) und dem Verstärker (D) ein Hochfrequenzoszillator (10) vorgesehen ist, der die positiven Impulse (d) vorgegebener Zeitdauer mit einer Hochfrequenz, beispielsweise 42 kHz moduliert.

   6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Stabilisierung der Spei- sespannung der Leuchtdioden (12) mindestens ein Kondensator (13) vorgesehen ist.

   7. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (15) aus einem Rohrstück aus elektrisch isolierendem Material besteht, das innenseitig eine elektrisch leitende Folie oder einen elektrisch leitenden Belag trägt.

   8. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das im wesentlichen <Desc/Clms Page number 4> rotationssymmetrische Gehäuse (15) zur Speisung der Schaltung eine Batterie (25) beinhaltet, welche über einen, relativ zum Gehäuse (15) bewegbaren, vorzugsweise in dieses gegen die Wirkung einer Feder einschiebbaren, einen Anlagekontakt (l) tragenden Schaft (2) an diese Schal- EMI4.1 artig oder V-artig ausgebildet ist.

   9. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (15) einen seitlich auskragenden Ausleger (17) aufweist, mit welchem das Gehäuse (15) an einer Isolierstange (18) befestigt ist und im Boden des Gehäuses (15) mindestens eine Leuchtdiode (12) vorgesehen ist.

   10. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger vorzugsweise mit einem Impedanzwandler verbundene Empfangsdioden (19) aufweist, welchen mindestens ein Filter (20) nachgeschaltet ist zur Aussonderung der von Sendeimpulsen überlagerten Hochfrequenz und die Ausgangsseite des Filters (20) mit Gleichrichtern, Verstärkern, Integriergliedern (21) sowie mit einem Phasenschieber (24) verbunden ist zur Gewinnung eines dem gesendeten Impuls (e) analoges, dem Phasenwinkelmessgerät (24) zuführbaren Signals (Fig. 4).