Einrichtung zur indirekten Messung des Stromes eines von Gleichstrom durchtiossenen Leiters.
Die Messung des in Leitungen fliessenden Gleichstromes geschieht meist mit Hilfe eines in die Leitung eingebauten NebensehluB : widerstandes, an dessen Elemmen das den Gleichstrom messende Instrument angeschlos- sen wird. Bei sehr groBen Stromstärken oder bei hochgespanntem Gleichstrom ist aber der Einbau solcher NebenschluBwiderstände nicht mehr erw nscht, und man hat bereits Einrichtungen geschaffen, welche die Messung ohne jeglichen Einbau in die den Gleich- strom führende Leitung gestatten.
, So hat man beispielsweise den Leiter durch den Raum zwischen den Polen eines verhältnismäBig kleinen Generators hindurchgeführt, so daB der Gleichstrom des Leiters das Magnetsystem des Generators erregte. Der Generatorstrom ist dann eine Funktion dieser Erregung und ein MaB für den Gleichstrom des Leiters. Der Antrieb des Generators erfolgt durch einen von einem Hilfsnetz gespeisten Motor. Diese Einrich- tung erfordert aber dauernd rotierende Teile, die sich abnutzen und besondere Aufsicht und Wartung erfordern. Ihr sind Einrich- tungen mit ruhenden oder wenig bewegten Teilen vorzuziehen.
Ein anderer Vorschlag für eine ruhende Apparatur geht dahin, den Leiter mit einem schon bei geringer MMK hochgesättigten Eisenring zu umgeben, der eine von einer Hilfsstromquelle mit Wechselstrom gespeiste Wicklung trägt. Der Magnetisierungsstrom nimmt, wenn ein Gleichstrom im Leiter flie¯t, eine rechteckige Kurvenform an, und durch G-leiichrichtn.ngerhält man so einen nahezu konstanten Gleichstrom, dessen H¯he mit der H¯he des den Eisenkern magnetisierenden Gleichstromes überein- stimmt.
Die Rückwirkung dieses Magnetisie rungsstromes rechteckiger Kurvenform auf das speisende Netz ist aber nicht günstig, da eine sehr groBe Zahl Oberharmonischer in dieser Stromkurve enthalten ist, die zu Un zuträglichkeiten AnlaB geben können. Ausser- dem wird in vielen Fällen, insbesondere bei Hochspannungsanlagen weniger hoher Lei- stung, der Leiterstrom zur Erreichung der Sättigungsgrenze des Eisens nicht ausreichen, und in derartigen Fällen ist diese Einrich- tung zur Messung des Gleichstromes überhaupt nieht brauchbar.
Man ist zudem an bestimmte Eisensorten gebunden und von den oft wechselnden Eigenschaften des Materials abhängig.
Eine von solehen Bedingungen und Voraussetzungen freie Losung der Aufgabe ist Gegenstand der Erfindung. Der Gleichstrom des Leiters lässt sich nämlich gemäss der Er findung auch dadurch in Beziehung zu dem Magnetisierungswechselstrom der Eisendros- sel bringen, daB man das vom Leiter-Gleich- strom erzeugte Gleichstromfeld mindestens in einem Teil des Eisenkernes der Drossel ihrem Wechselfeld in rÏumlich senkrechter Richtung überlagert. Untersuchungen über den EinfluB eines solchen quermagnetisierenden Feldes auf den Hysteresisverlauf einer mit Wechselstrom gespeisten Spule sind vor vielen Jahren bereits angestellt worden.
Da,- bei hatte man festgestellt, da¯ die Permeabi- lität des Eisens f r den Weehselstrom dureh die Gleichstromquermagnetisierung herabgesetzt wird, aber es hat die Erkenntnis ge- fehlt, daB hierdurch gerade auf dem Gebiet der Gleichstromwandler ein wesentlicher Vor- teil erzielt werden kann. Nun gibt aber gerade diese die Permeabilität beeinflussende Eigenschaft der Quermagnetisierung dem Techniker ein Mittel an die Hand, den Gleich- strom eines Leiters mit verhältnismässig ein- facher Apparatur auf indirektem Wege zu messen.
Durch. die Quermagnetisierung wird der magnetische Widerstand des Eisenkernes der Drossel erh¯ht, so daB bei zugeführter konstanter Wechselspannung der Magnetisie- rungswechselstrom der Drossel mit zunehmender Quermagnetisierung wäehst. Der Magne tisierungswechselstrom ist somit eine Funk- tion des Leiter-Gleichstromes und kann un mittelbarodernachGleichrichtungeinem Anzeigeinstrument zugef hrt werden. In weitem Bereich ist der Magnetisierungswechsel ström'einegeradeFunktion des Leiter Gleichstromes. wie aus Messungen am ausgeführten Modell hervorgeht.
Der Gegenstand der Erfindung sei anhand des Ausführungsbeispiels der Figur näher erläutert.
In der Figur bedeutet : 1 den von dem zu messenden Gleichstrom durchflossenen Leiter, 2einen vom Gleichstrom des Leiters 1 erregtenMagneten, 3 eine aus anein- andergeschichteten, gefensterten Eisenscheiben bestehende Saoule, die den Magnetkreis des Magnetes 2 schliesst, 4 eine durch die Fensteröffnungen der Säule 3 gesteekte Spule, 5 einen zur Spule 4 primÏr in Reihe geschalteten Stromwandler. 6 ein von der SekundärwicklungdesStromwandlers 5 ge- speistes System von Gleichrichterzellen (z. B.
Trockengleichrichter) zur Umwandlung des den Stromwandler primär durchfliessenden Wechselstromes in einen zur Messung des Gleichstromes im Leiter 1 dienenden Gleichstrom. 7 ein Anzeigeinstrument zur Ablesung des Gleichrichter-Gleichstromes, 8 ein zur Speisung des Zlesskreises dienendes Wechsel- strom-Hilfsnetz.
Ist der Strom im Leiter 1 Null, dann soll der Magnetisierungswechselstrom der Drosselspule 4 durch Wahl der Eisendimen- sion und Windungszahl verhältnismässig klein gehalten werden. Tritt nun aber ein Strom im Leiter 1 auf, dann erzeugt er ein Gleichstromfeld, das die Scheiben der SÏule 3 quer durchsetzt und damit die Permeabilität der Säule für den Wechselfluss herabsetzt.
Der Magnetisierungswechselstrom wird dadurch der zur Erzeugung des Feldes erfor derlichen höheren MMK entsprechend zunehmen, und zwar steht, wie theoretische Überlegungen zeigen, diese Zunahme in annähernd geradem Terhältnis zur MMIs des Leiter-Gleichstromes. War der urspr ngliche Magnetisierungswechselstrom verhÏltnismϯig klein, so ist er als "Fehlerstrom" nicht st¯rend, zumal man bei der Skala des Anzeige- instrumentes diesem Umstand Rechnung tragen kann.
In manchen Fällen ist es er w nscht, den Leiter-Gleichstrom nicht durch einen Wechselstrom, sondern wieder in an sich bekannter Weise durch einen Gleich- strom zu messen. In dem Ausführungsbei- spiel der Figur dient diesem Zweck der Stromwandler 5 und das System von Gleich- richterzellen 6. Der in dieser Weise sekundÏr erzeugte Gleichstrom durehfliesst das Ampère- meter 7, welches dann indirekt den Gleich- st, rom des Leiters 1 misst.
Als Gleichrichterzellen können beliebige Gleichrichtereinrich- tungen verwendet werden, wie elektro- lytische, mechanische oder'Trockengleich- richter. Die Gleichrichter können im Bedarfs- falle auch steuerbar sein, um im Anzeigeinstrument verschiedene Skalen (für kleine un, grosse Ströme des Leiters 1) verwenden zu k¯nnen. Sollen verhältnismässig kleine Leiterströme gemessen werden, die zur wirk- @ samen Quermagnetisierung nicht ausreichen, so ist es zweckmässig, das Magnetsystem 2 durch Gleichstrom dauernd etwas vorzumagnetisieren, damit die MMK des Leiters auf einem empfindlichen Teil der SÏttigungskurve arbeitet.
Der durch die Quervormagne- tisierung erzeugte Messstrom ist natürlich dann von dem jeweilig auftretenden Messstrom (schon ekalenmäBig) in Abzug zu bringen. Der Gleichstrom f r die Vormagne- tisierung kann besonderen Gleichrichterzellen entnommen werden, und die Schaltung kann dabei so getroffen werden, dass dieser Strom das Anzeigeinstrument in einem einen nega- tiven Ausschlag erzeugenden Sinne durchfliesst.
Der vormagnetisierende Gleichstrom und der vom Gleichrichter 6 gelieferte Gleichstrom kompensieren sich in diesem Falle im Anzeigeinstrument, und bei entsprechender Bemessung der beiden Erregerspulen des Instrumentes wird die Vormagnetisierung allein das Instrument 7 nicht zum Ausschlag bringen, während es auf die durch den Leiterstrom selbst verursachte Änderung der Quermagnetisierung anspricht.
Bei verhältnismässig grossen Leiterströmen kann es in an sich bekannter Weise vorteilhaft sein, einen erheblichen Teil der MMK des Gleichstromes in Luftspalten zu verbrau- ehen, die in dem vom Gleichstrom des Leiters erregten Magnetkreis vorzusehen sind.
Device for indirect measurement of the current in a conductor through which direct current flows.
The measurement of the direct current flowing in the lines is usually done with the help of a secondary connection built into the line: a resistor, to whose terminal the instrument measuring the direct current is connected. In the case of very high currents or high-voltage direct current, however, the installation of such shunt resistors is no longer desired, and devices have already been created which allow the measurement without any installation in the line carrying the direct current.
For example, the conductor was passed through the space between the poles of a relatively small generator, so that the direct current of the conductor excited the generator's magnet system. The generator current is then a function of this excitation and a measure of the direct current of the conductor. The generator is driven by a motor fed by an auxiliary network. However, this facility requires constantly rotating parts that wear out and require special supervision and maintenance. Facilities with stationary or little moving parts are preferable to this.
Another proposal for a stationary apparatus is to surround the conductor with an iron ring which is highly saturated even at low MMK and which carries a winding fed with alternating current from an auxiliary power source. When a direct current flows in the conductor, the magnetizing current assumes a rectangular shape, and by rectifying it one obtains an almost constant direct current, the level of which corresponds to the level of the direct current magnetizing the iron core.
The reaction of this magnetizing current of rectangular shape on the feeding network is not favorable, however, since a very large number of harmonic harmonics are contained in this current curve, which can give rise to inconveniences. Furthermore, in many cases, especially in high-voltage systems with less high power, the conductor current will not be sufficient to reach the saturation limit of the iron, and in such cases this device for measuring the direct current cannot be used at all.
You are also bound to certain types of iron and dependent on the often changing properties of the material.
The invention relates to a solution to the problem that is free from such conditions and prerequisites. According to the invention, the direct current of the conductor can also be related to the alternating magnetization current of the iron choke by superimposing the direct current field generated by the conductor direct current in at least part of the choke's iron core on its alternating field in a spatially perpendicular direction . Investigations into the influence of such a transverse magnetizing field on the hysteresis curve of a coil fed with alternating current were made many years ago.
There, it was found that the permeability of iron for alternating current is reduced by direct current transverse magnetization, but there was no knowledge that this could lead to a significant advantage in the field of direct current converters . However, it is precisely this property of transverse magnetization, which influences permeability, that gives the technician a means of measuring the direct current of a conductor indirectly using a relatively simple apparatus.
By. The transverse magnetization increases the magnetic resistance of the iron core of the choke, so that when a constant alternating voltage is supplied, the alternating magnetization current of the choke increases with increasing transverse magnetization. The alternating magnetization current is thus a function of the conductor direct current and can be fed to a display instrument either directly or after rectification. In a wide range the change in magnetization is a straight function of the conductor direct current. as can be seen from measurements on the executed model.
The subject matter of the invention will be explained in more detail using the exemplary embodiment in the figure.
In the figure: 1 denotes the conductor through which the direct current to be measured flows, 2 a magnet excited by the direct current of conductor 1, 3 a column consisting of stacked, windowed iron discs that closes the magnetic circuit of magnet 2, 4 one through the window openings of the column 3 connected coil, 5 a current transformer connected primarily in series with coil 4. 6 a system of rectifier cells fed by the secondary winding of the current transformer 5 (e.g.
Dry rectifier) for converting the alternating current primarily flowing through the current transformer into a direct current used to measure the direct current in conductor 1. 7 a display instrument for reading off the rectifier direct current, 8 an alternating current auxiliary network serving to feed the Zlesskreis.
If the current in the conductor 1 is zero, then the alternating magnetization current of the choke coil 4 should be kept relatively small by choosing the iron dimension and number of turns. If, however, a current occurs in the conductor 1, it generates a direct current field that transversely penetrates the panes of the column 3 and thus reduces the permeability of the column for the alternating flow.
The alternating magnetization current will increase accordingly to the higher MMK required to generate the field, and indeed, as theoretical considerations show, this increase is in an almost straight relationship to the MMI of the conductor direct current. If the original alternating magnetization current was relatively small, it is not a problem as a "fault current", especially since this fact can be taken into account on the scale of the display instrument.
In some cases it is desirable to measure the conductor direct current not with an alternating current, but again in a known manner with a direct current. In the exemplary embodiment in the figure, the current transformer 5 and the system of rectifier cells 6 serve this purpose. The direct current generated secondary in this way flows through the ammeter 7, which then indirectly measures the direct current of the conductor 1.
Any desired rectifier devices can be used as rectifier cells, such as electrolytic, mechanical or dry rectifiers. If necessary, the rectifiers can also be controllable so that different scales can be used in the display instrument (for small and large currents of conductor 1). If relatively small conductor currents are to be measured that are not sufficient for effective transverse magnetization, it is advisable to permanently pre-magnetize magnet system 2 by direct current so that the MMK of the conductor works on a sensitive part of the saturation curve.
The measuring current generated by the transverse pre-magnetization must of course then be deducted from the respective occurring measuring current (already in an ecalary manner). The direct current for the pre-magnetization can be taken from special rectifier cells, and the circuit can be made in such a way that this current flows through the display instrument in a sense that generates a negative deflection.
In this case, the biasing direct current and the direct current supplied by the rectifier 6 compensate each other in the display instrument, and if the two excitation coils of the instrument are appropriately dimensioned, the biasing alone will not cause the instrument 7 to deflect, while the change in the conductor current itself caused by the Transverse magnetization responds.
In the case of relatively large conductor currents, it can be advantageous in a manner known per se to consume a considerable part of the MMK of the direct current in air gaps which are to be provided in the magnetic circuit excited by the direct current of the conductor.