Vorrichtung zur Messung des in einer Leitung fliessenden Gleichstromes.
Es ist bekannt, dass die Messung des in einer Leitung fliessenden Gleichstromes dann auf Schwierigkeiten stösst, wenn die zu messenden Ströme sehr hoch sind und beispiels weise über 10 000 Amp. betragen. Die üb- liche Verwendung elektrischer Shunts wird unzuverlässig, so dass mit normalen Instrumenten die Messung nicht mehr durchführbar ist. Man hat bereits vorgeschlagen, zur Messung hoher Gleichströme sogenannte Gleichstromwandler zu benützen. Diese bestehen aus einem Eisenkern, welcher den Leiter, dessen Strom gemessen werden soll, umgibt, und der ferner mit einer Xompen- sationswicklung ausgerüstet ist, die von einer zusätzlichen Gleichspannungsquelle gespeist wird.
An einer an sich beliebigen Stelle ist der Eisenkern aufgeschnitten und eine die magnetische Feldstärke messende Einrichtung eingefügt, welche üblicherweise einen in Reihe mit der Kompensationswicklung liegenden Widerstand steuert. Die Anordnung ist hierbei noch so getroffen, dass das von der Kompensationswicklung im Eisenkern hervorgerufene Magnetfeld dem vom Leiter erzeugten Magnetfeld entgegenwirkt. Die die magnetische : Feldstärke messende Ein- richtung verändert nun den lSompensations- strom so lange, bis das Magnetfeld im Eisenkern praktisch verschwindet. Die Grösse des sich ergebenden Kompensationsstromes ist also ein unmittelbares Mass für die Grösse des im primären Leiter fliessenden Gleichstromes.
Durch eine hohe Anzahl von kompensierenden Windungen wird der Kompen- sationsstrom verhältnismässig gering und seine Messung bereitet keine nennenswerten Schwierigkeiten mehr, wenn auch die Kom- pensationswicklung nahezu die gesamte vom Primärleiter erzeugte Anzahl Amperewindungen aufzubringen hat.
Diese Gleichstromwandler erfordern aber einen erheblichen Abstand der beiden den Gleichstrom führenden Leiter, weil sonst der zweite Leiter die Messung stark beeinflussen würde, da er selbst eine hohe MMK erzeugt.
Dieser unerwünschte Einfluss des zweiten Leiters verursacht Messungenauigkeiten, die je nach der gewählten Verlegung der Leiter verschieden sind. Eine magnetische Abschirmung des Stromwandlers gegen den zweiten Leiter ist wegen der starken Magnetfelder und dem Gewicht der dazu benötigten Eisenmassen praktisch nicht durchführbar.
Auch bei Geräten, die den Strom im Leiter unmittelbar durch das von ihm erzeugte Magnetfeld messen, ergeben sich dieselben Schwierigkeiten. Man ist deshalb zur Vermeidung dieser Fehler genötigt, den zweiten Leiter in der Umgebung des Stromwandlers vom ersten Leiter so weit zu entfernen, bis das von ihm erzeugte Magnetfeld am Orte des Stromwandlers praktisch unschädlich ist.
Bei der Anordnung der Leitung ist daher auf den Stromwandler Rücksicht zu nehmen, wodurch häufig eine ungünstige Verlegung der Leiter und ein höherer Raumbedarf nicht zu vermeiden sind. Unerwünsdit ist ferner, dass aus diesen Gründen in bereits bestehende Leitungen die bekannten Messgeräte nachträglich nicht mehr eingebaut werden können, sofern die beiden Leiter in der üblichen Anordnung in engem Abstand parallel laufen und Platz für eine Verlegung des einen Leiters nicht vorhanden ist oder wegen der hohen Kosten nicht in Frage kommt.
Die Vorrichtung nach der Erfindung vermeidet diese Nachteile dadurch, dass die beiden zur Hin- und zur Rückleitung dienenden Leiter von einem gemeinsamen Eisenkern umschlossen sind und dass eine die magnetische Feldstärke messende Einriehtung so an dem Eisenkern angebracht ist, dass sie ein von beiden Leitern erzeugtes Magnetfeld misst. Dabei ist es gleichgültig, ob die Vorrichtung zur Messung des in der Leitung fliessenden Gleichstromes nach Art der Gleichstromwandler, beispielsweise solcher mit selbsttätiger l < : Kompensation, oder nach Art eines normalen Messinstrumentes arbeitet.
Bei der Verwendung als Gleichstromwandler ist es zudem noch möglich, nur mit einem Bruchteil der von beiden Leitern erzeugten Amperewindungen zu kompensieren. wodurch der Aufbau des Wandlers günstiger wird. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an Hand der Fig. 1 und 2 der Zeichnung näher erläutert.
In der Fig. 1 ist ein Eisenkern 1 mit drei Fenstern 2, 3, 4 dargestellt, bei welchem in dem äussern Fenster 2 der zur I Hinleitung dienende Leiter 5 und in den andern äussern Fenster 4 der zur Rückleitung vorgesehene Leiter 6 angeordnet ist. Im mittleren Fenster 3 ist eine die magnetische Feldstärke messende Einrichtung 7 mittels zwei magnetisierbaren Stegen 8 und 9 an Punkte verschiedenen magnetischen Potentials an den Eisenkern 1 angeschlossen. Bei der Einrichtung 7 kann es sich sowohl um die drehbare Spule eines Messinstrumentes mit Anzeigevorrichtung oder auch um das Antriebssystem eines Reglers handeln, welcher einen oder mehrere Widerstände verändert. Diese Widerstände liegen im Stromkreis der Wicklung 10, die von einer Gleichspannungsquelle gespeist, in an sich bekannter Weise als Kompensationswicklung gebraucht werden kann.
In denjenigen Teilen des Eisenkernes 1, welche die Leiter 5 und 6 umgeben, sind Luftspalte 11 angebracht, welche so bemessen sind, dass auch bei den höchsten zur Verwendung kommenden Stromstärken der Eisenkern nicht gesättigt wird. Auf den Schenkeln 12 des Eisenkernes sind weitere Luftspalte 13 vorgesehen, mittels welchen ersichtlich erreicht wird, dass in den Stegen 8 und 9 nur ein Bruchteil der von den beiden Lei- tern insgesamt erzeugten MMK zur Wirkung kommt. Die Schenkel 12 wirken somit als magnetischer Nebenschluss und schützen die Einrichtung 7 vor zu grossen Magnetfeldern.
Wird das Gerät als selbstkompensierender Gleichstromwandler unter Zuhilfenahme der Wicklung 10 betrieben, so ist der benötigte Wompensationsstrom und dadurch die Lei stung der zusätzlichen Gleichspannungsquelle wegen der Wirkung der magnetischen Shunts 12 nur noch ein nahezu beliebig klein wählbarer Bruchteil desjenigen Stromes bezw. derjenigen Leistung, die sich bei nicht vorhandenen Stegen 12 ergeben würde. Ebenso wird die Anzahl Ampèrewindungen, die für die Kompensation aufgebracht werden muss, um den entsprechenden Faktor geringer, so dass nur sehr wenigWicklungskupfer notwendig ist.
In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform der Messvorrichtung dargestellt, bei welcher wie in Fig. 1 die die magnetische Feldstärke messende Einrichtung 7 zur Steuerung eines in den Stromkreis der Kom- pensationswicklung 10 eingeschalteten Reglers oder auch zur unmittelbaren Betätigung einer Anzeigevorrichtung dienen kann. Die Bauart nach Fig. 2 erlaubt äusserst geringe Abstände zwischen den beiden Leitern 5 und 6 einzuhalten. Der Eisenkern 1 bildet zwei nebeneinander liegende Fenster 2 und 4, von denen das eine den Hinleiter, das andere den Rückleiter enthält. Die beiden Schenkel 12 der Fig. 1 sind hier zu einem einzigen Schenkel 14 zusammengezogen.
Die die magnetische Feldstärke messende Einrichtung 7 liegt über die beiden Stege 8 und 9 im Ne benschluss zu dem Schenkel 14, der einen geeignet bemessenen Luftspalt 13 besitzen kann.
Den beschriebenen Vorrichtungen zur Messung hoher' Gleichströme ist gemeinsam, dass die bei den bisher bekannten Messvorrichtungen auftretenden Fehlanzeigen vermieden sind, weil der Strom im Rückleiter und der Strom im Hinleiter zur Messung benutzt werden. Dabei ist es gleichgüttig., ob die Vorrichtung als Gleichstromwandler oder als unmittelbares Messinstrument mit Anzeigevorrichtung arbeitet. Die Aus füh- rung als Gleichstromwandler wird jedoch bevorzugt, da dann die Anzeigevorrichtung, das heisst das in den Sompensationsstrom- kreis eingeschaltete Messinstrument sich nicht unbedingt am Orte des die Leiter umschlie ssenden Eisenkernes zu befinden braucht, sondern beispielsweise davon entfernt in einer Schalttafel angeordnet sein kann.
Dieser Vorteil wird zum grossen Teil durch die beschriebenen magnetischen Shunts erreicht, welche bewirken, dass die Anzahl der aufzu bringenden Amperewindungen für die l < : Kom- pensation nahezu beliebig gering gewählt werden kann und daher auch nur sehr geringe Ströme notwendig sind.
Besonders vorteilhaft ist es für diesen Zweck, die Kom- pensationswicklung an die eine Diagonale und die den Kompensationskreis speisende Gleichspannungsquelle an die andere Diagonale einer aus ohmschen Widerständen be stehenden Brückenschaltung anzuschliessen, bei welcher wenigstens einer dieser Widerstände von dem elektromagnetisch arbeitenden Antriebssystem der die magnetische Feldstärke messenden Einrichtung so lange geändert wird, bis das am Orte dieser Einrichtung herrschende resultierende Feld nahe zu verschwindet. In der praktischen Ausführung werden vorzugsweise Regler verwendet, die Sohledruckwiderstände verändern oder die die Steuerung der im Kompensationskreis liegenden Widerstände nach dem Wälzsektorkontaktverfahren vornehmen.
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Vorrichtung zur Messung des in einer Leitung fliess enden Gleichstromes, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden zur Hin- und zur Rückleitung dienenden Leiter von einem gemeinsamen Eisenkern umschlossen sind und dass die die magnetische Feldstärke messende Einrichtung so an dem Eisenkern angebracht ist, dass sie ein von beiden Leitern hervorgerufenes Magnetfeld misst.
Device for measuring the direct current flowing in a line.
It is known that the measurement of the direct current flowing in a line encounters difficulties when the currents to be measured are very high and, for example, are over 10,000 amps. The usual use of electrical shunts becomes unreliable, so that the measurement can no longer be carried out with normal instruments. It has already been proposed to use so-called direct current converters for measuring high direct currents. These consist of an iron core which surrounds the conductor whose current is to be measured, and which is also equipped with a compensation winding that is fed by an additional direct voltage source.
The iron core is cut open at any point and a device measuring the magnetic field strength is inserted, which usually controls a resistor in series with the compensation winding. The arrangement is made such that the magnetic field caused by the compensation winding in the iron core counteracts the magnetic field generated by the conductor. The device measuring the magnetic field strength now changes the compensation current until the magnetic field in the iron core practically disappears. The size of the resulting compensation current is therefore a direct measure of the size of the direct current flowing in the primary conductor.
With a large number of compensating windings, the compensation current is relatively low and its measurement no longer presents any significant difficulties, even if the compensation winding has to produce almost the entire number of ampere-turns generated by the primary conductor.
These direct current converters, however, require a considerable distance between the two conductors carrying the direct current, because otherwise the second conductor would have a strong influence on the measurement, since it itself generates a high MFC.
This undesirable influence of the second conductor causes measurement inaccuracies that differ depending on the chosen routing of the conductors. Magnetic shielding of the current transformer from the second conductor is practically impossible because of the strong magnetic fields and the weight of the iron masses required for this.
Even with devices that measure the current in the conductor directly through the magnetic field it generates, the same difficulties arise. To avoid these errors, it is therefore necessary to remove the second conductor in the vicinity of the current transformer from the first conductor until the magnetic field generated by it is practically harmless at the location of the current transformer.
When arranging the line, the current transformer must therefore be taken into account, which often means that an unfavorable laying of the conductors and greater space requirements cannot be avoided. It is also undesirable that, for these reasons, the known measuring devices can no longer be retrofitted into existing lines, provided that the two conductors run parallel in the usual arrangement at a close distance and there is no space for laying one conductor or because of the high Cost is out of the question.
The device according to the invention avoids these disadvantages in that the two conductors serving for the outward and return lines are enclosed by a common iron core and that a device measuring the magnetic field strength is attached to the iron core in such a way that a magnetic field generated by both conductors is generated measures. It does not matter whether the device for measuring the direct current flowing in the line works in the manner of direct current converters, for example those with automatic compensation, or in the manner of a normal measuring instrument.
When used as a direct current converter, it is also possible to compensate with only a fraction of the ampere-turns generated by both conductors. whereby the construction of the converter is cheaper. Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to FIGS. 1 and 2 of the drawing.
1 shows an iron core 1 with three windows 2, 3, 4, in which the conductor 5 serving for the I feed line is arranged in the outer window 2 and the conductor 6 provided for the return line is arranged in the other outer window 4. In the middle window 3, a device 7 measuring the magnetic field strength is connected to the iron core 1 by means of two magnetizable webs 8 and 9 at points of different magnetic potential. The device 7 can be either the rotatable coil of a measuring instrument with a display device or the drive system of a controller which changes one or more resistances. These resistors are located in the circuit of the winding 10, which is fed by a DC voltage source and can be used in a known manner as a compensation winding.
In those parts of the iron core 1 which surround the conductors 5 and 6, air gaps 11 are provided, which are dimensioned so that the iron core is not saturated even with the highest current levels used. Further air gaps 13 are provided on the legs 12 of the iron core, by means of which it can be seen that only a fraction of the total MMK generated by the two conductors comes into effect in the webs 8 and 9. The legs 12 thus act as a magnetic shunt and protect the device 7 from excessive magnetic fields.
If the device is operated as a self-compensating DC converter with the aid of the winding 10, the required compensation current and thus the performance of the additional DC voltage source is only an almost arbitrarily small selectable fraction of that current because of the effect of the magnetic shunts 12. the performance that would result in the absence of webs 12. The number of ampere turns that must be applied for compensation is also reduced by the corresponding factor, so that only very little copper winding is required.
FIG. 2 shows a further embodiment of the measuring device in which, as in FIG. 1, the device 7 measuring the magnetic field strength can be used to control a regulator connected to the circuit of the compensation winding 10 or also to directly actuate a display device. The design according to FIG. 2 allows extremely small distances to be maintained between the two conductors 5 and 6. The iron core 1 forms two windows 2 and 4 lying next to one another, one of which contains the forward conductor and the other the return conductor. The two legs 12 of FIG. 1 are drawn together to form a single leg 14 here.
The device 7 measuring the magnetic field strength lies over the two webs 8 and 9 in the Ne bend to the leg 14, which can have a suitably dimensioned air gap 13.
The devices described for measuring high direct currents have in common that the incorrect displays occurring in the previously known measuring devices are avoided because the current in the return conductor and the current in the forward conductor are used for measurement. It is irrelevant whether the device works as a direct current converter or as a direct measuring instrument with a display device. The design as a DC / DC converter is preferred, however, since the display device, i.e. the measuring instrument connected to the compensation circuit, does not necessarily have to be at the location of the iron core surrounding the conductors, but rather, for example, is located away from it in a switchboard can.
This advantage is achieved to a large extent by the magnetic shunts described, which have the effect that the number of ampere-turns to be applied for the l <: compensation can be selected to be almost as low as desired and therefore only very low currents are necessary.
It is particularly advantageous for this purpose to connect the compensation winding to one diagonal and the DC voltage source feeding the compensation circuit to the other diagonal of a bridge circuit consisting of ohmic resistors, in which at least one of these resistors from the electromagnetically operating drive system controls the magnetic field strength measuring device is changed until the resulting field prevailing at the location of this device almost disappears. In the practical implementation, controllers are preferably used that change the base pressure resistances or that control the resistances in the compensation circuit according to the rolling sector contact method.
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Device for measuring the direct current flowing in a line, characterized in that the two conductors serving for the outward and return lines are enclosed by a common iron core and that the device measuring the magnetic field strength is attached to the iron core in such a way that it is one of measures the magnetic field generated by both conductors.