DD255214A1 - METHOD FOR THE TOOL-FREE MEASUREMENT OF HIGH-ENGINE, IN PARTICULAR IN ELECTRIC ENERGY PLANTS - Google Patents
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- DD255214A1 DD255214A1 DD29791086A DD29791086A DD255214A1 DD 255214 A1 DD255214 A1 DD 255214A1 DD 29791086 A DD29791086 A DD 29791086A DD 29791086 A DD29791086 A DD 29791086A DD 255214 A1 DD255214 A1 DD 255214A1
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Abstract
Um bei galvanischer Trennung zwischen Strom- und Messkreis und einfacher Einstellung des Messbereiches hohe Stroeme in weiten Grenzen zwischen kA und mA zu messen, wobei bei universeller Anwendbarkeit der Aufwand gering zu halten ist und darueber hinaus auch die Moeglichkeit geschaffen werden soll, Stroeme von vielen kA mit einer Aufloesung von wenigen mA zu messen, sieht die Erfindung u. a. vor, dass die empfindlichen Achsen von um einen stromdurchflossenen Leiter in einem definierten Abstand konzentrisch angeordneten magnetfeldabhaengigen Elementen einer definierten Anzahl n von einer vom Strom herruehrenden Feldlinie geschnitten werden, wobei die magnetfeldabhaengigen Elemente n verschiedene Magnetfeldempfindlichkeiten aufweisen, die durch n verschiedene Hilfsmagnetfelder erzeugt werden, so dass die magnetfeldabhaengigen Elemente n verschiedene Aussteuerbereiche liefern, die nach Verstaerkung, Digitalisierung und nach Vorabspeicherung in einem Zentralrechner zu einem Gesamtsignal verknuepft werden. Fig. 1In order to measure galvanic separation between current and measuring circuit and simple adjustment of the measuring range high currents within wide limits between kA and mA, with universal applicability of the effort is to be kept low and beyond the possibility to be created, Stroeme of many kA to measure with a resolution of a few mA, the invention u. a. in that the sensitive axes of magnetic field-dependent elements of a defined number n arranged concentrically around a current-carrying conductor are cut by a field line originating from the current, the magnetic field-dependent elements having n different magnetic field sensitivities produced by n different auxiliary magnetic fields, then that the magnetic field-dependent elements provide n different control ranges, which are connected to a total signal after amplification, digitization and after pre-storage in a central computer. Fig. 1
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Messung von Hochströmen, insbesondere in Elektroenergieanlagen, wobei die Messung unter Berücksichtigung des vom Strom herrührenden Magnetfeldes und unter Verwendung von magnetfeidabhängigen Elementen erfolgt.The invention relates to a method for non-contact measurement of high currents, in particular in electric power plants, the measurement taking into account the magnetic field originating from the current and using magnetfeidabhängigen elements.
Beim Messen von Hochströmen in Elektroenergieanlagen finden zunehmend berührungslose Meßverfahren Anwendung. So ist gemäß der DE-OS 3130277, G 01 R, 19/00 um den Leiter ein Magnetkern ausweichmagnetischem Material angeordnet, der an seinem inneren Umfang einen Einschnitt zur Aufnahme eines magnetempfindlichen Halbleiterelementes aufweist. Der Nachteil dieses Verfahrens aber auch des Verfahrens nach der DE-PS 3040316, G 01 R, 19/00 besteht darin, daß dieStommessung indirekt durch den im magnetischen Material vorhandenen Fluß erfolgt und demzufolge material· und damit sehr stark frequenzabhängig ist, so daß große Stromsteilheiten nur ungenau meßbar sind. Gemäß der DE-OS 3416244, G 01 R, 15/00 wird die mit der Bewegung von Ladungen verbundene Kraftwirkung ausgenutzt, indem ein piezoresistiver Membranbereich den entstehenden Druck mißt, welcher ein Maß für den Strom darstellt. Als nachteilig hat sich hierbei jedoch herausgestellt, daß ein relativ hoher Aufwand an Feinstmechanik sowie ein großer Aufwandzur Abschirmung der auftretenden elektromagnetischen Störfehler erforderlich ist, da der Signalkreis sich unmittelbar am stromführenden Leiter befindet. Gemäß dem magnetischen Hochspannung-Hochstrom-Meßwandler nach der DE-OS 2543134, G 01 R, 15/07 ist um den stromführenden Leiter ein Lichtleitkabel mit polarisiertem Licht angeordnet. Dabei wird durch das Magnetfeld des Stromes die Polarisationsebene des Lichtes gedreht und die Drehung als ein Maß des Stromes ausgewiesen. Dieses Verfahren ist mit dem Nachteil der Notwendigkeit eines hohen Aufwandes ah Präzisionstechnik wie Laser, Detektor, Koppelstellenlichtleitkabel mit Sender und Empfänger sowie hochempfindlichen Auswerteeinrichtungen verbunden.When measuring high currents in electrical energy systems increasingly non-contact measuring methods are used. Thus, according to DE-OS 3130277, G 01 R, 19/00 arranged around the head of a magnetic core ausweichmagnetischem material having an incision for receiving a magnetically sensitive semiconductor element at its inner periphery. The disadvantage of this method, but also of the method according to DE-PS 3040316, G 01 R, 19/00 is that the current measurement is effected indirectly by the flux present in the magnetic material and consequently is material-dependent and therefore very frequency-dependent, so that large Current gradients are only inaccurately measurable. According to DE-OS 3416244, G 01 R, 15/00, the force effect associated with the movement of charges is utilized by a piezoresistive membrane area measuring the resulting pressure, which is a measure of the current. A disadvantage, however, has been found here that a relatively high cost of micro-mechanics and a great effort to shield the occurring electromagnetic interference is required because the signal circuit is located directly on the current-carrying conductor. According to the magnetic high-voltage high-current transducer according to DE-OS 2543134, G 01 R, 15/07 a light guide cable with polarized light is arranged around the current-carrying conductor. The polarization plane of the light is rotated by the magnetic field of the current and the rotation is shown as a measure of the current. This method is associated with the disadvantage of the need for a high cost ah precision technology such as laser, detector, coupling fiber optic cable with transmitter and receiver and high-sensitivity evaluation.
Gemäß der CH-PS 414010 ist auch bereits eine Einrichtung zum Messen des Stromes in einen Leiter mit einem dem Leiter zugeordneten magnetfeldempfindlichen Geber bekannt, der beim Messen von Strömen in Hochspannungsleitungen zwischen jeweils drei im Dreieck angeordneten Leitern eines Hochspannungsnetzesso gehalten wird, daß er auf der Verbindungslinie zwischen jeweils zwei benachbarten Hochspannungsleitern in einer derartigen Anordnung liegt, daß das von dem jeweiligen Hochspannungsleiter herrührende Magnetfeld'die zur Erzeugung des elektrischen Signals erforderliche Richtung besitzt, während die von den übrigen Hochspannungsleitern ausgehenden Magnetfelder an den Orten der ihnen nicht zugeordneten Geber höchstens eine vernachlässigere Komponente in der jeweils zur Erzeugung des Signals erforderlichen Richtung besitzen. Da bei dieser Einrichtung die magnetfeldempfindlichen Geber in einem vorgegebenen Abstand von den einzelnen Hochspannungsleitern angeordnet werden müssen, was mit der Verwendung zusätzlicher Haltevorrichtungen verbunden ist, ist nach der DE-OS 3147715, G 01 R, 15/00 auch schon eine Einrichtung zum Messen eines Stromes bekannt, bei derein magnetfeldempfindlicher Geber in einer achsparallelen Bohrung eines den Leiter bildenden Stabes untergebracht ist und das im Leiter befindliche Magnetfeld mißt. Jedoch ist diese Einrichtung mit dem Nachteil behaftet, daß große Stromsteilheiten infolge des Skineffektes nur unvollständig und damit ungenau erfaßt werden.According to the CH-PS 414010, a device for measuring the current in a conductor with a magnetic field-sensitive encoder associated with the conductor is known, which is held when measuring currents in high voltage lines between each three arranged in a triangle conductors of a Hochspannungsnetzesso that he on the Connecting line between each two adjacent high-voltage conductors in such an arrangement is that the originating from the respective high-voltage conductor Magnetfeld'die required to generate the electrical signal direction, while the outgoing of the other high-voltage magnetic fields at the locations of their unassigned donors at most a negligible Have component in each required to generate the signal direction. Since in this device, the magnetic field sensitive encoder must be arranged at a predetermined distance from the individual high voltage conductors, which is associated with the use of additional holding devices, according to DE-OS 3147715, G 01 R, 15/00 already a device for measuring a Stromes known in which a magnetic field sensitive encoder is housed in an axis-parallel bore of a conductor forming the bar and measures the magnetic field in the conductor. However, this device has the disadvantage that large current gradients are detected only incomplete and therefore inaccurate due to the skin effect.
Schließlich ist nach der DD-PS 228362 —siehe auch DE-OS 3517095, beide G 01 R, 33/06 — auch schon eine Anordnung zum Messen eines Stromflusses durch Messen der vom Strom erzeugten magnetischen Umlaufspannung entlang des Randes einer beliebigen, vom Strom durchfluteten Fläche mittels magnetfeldempfindlicher, den Stromfluß entlang des Randes dieser Fläche umgebender Elemente bekannt, indem eine endliche Anzahl schmaler, streifenförmiger, ferromagnetischer, magnetoresistiver Dünnschichtelemente gleicher Abmessung und parallel gerichteten Längsachsen sich im gleichen, möglichst geringen Abstand entlang dertoandförmigen, parallele den Schichtebenen der Elemente verlaufenden und den Stromfluß vollständig umschließenden Berandung eines Raumes in Form einer beliebig begrenzten parallelen Scheibe befinden, wobei diese Elemente gemäß einer bevorzugten Ausführung in einer Art Stromzange untergebracht sind und den stromdurchflossenen Leiter umgeben. Diese Anordnung weist jedoch den Nachteil auf, daß sie lediglich zum Messen relativ kleiner Ströme geeignet ist.Finally, according to DD-PS 228362 - see also DE-OS 3517095, both G 01 R, 33/06 - even an arrangement for measuring a current flow by measuring the current generated by the magnetic current voltage along the edge of any, flooded by the current Area by means of magnetic field-sensitive, the current flow along the edge of this surface surrounding elements known by a finite number of narrow, strip-shaped, ferromagnetic, magnetoresistive thin-film elements of the same dimension and parallel longitudinal axes at the same distance as possible along dertoandförmigen, parallel to the layer planes of the elements and running The current flow completely enclosing boundary of a space in the form of an arbitrarily limited parallel disc, said elements are housed according to a preferred embodiment in a kind of current clamp and surrounding the current-carrying conductor. However, this arrangement has the disadvantage that it is only suitable for measuring relatively small currents.
Ziel der Erfindung ist es, bei galvanischer Trennung zwischen Strom- und Meßkreis und einfacher Einstellung des Meßbereiches hohe Ströme in weiten Grenzen zwischen kAund mAzu messen, wobei bei universeller Anwendbarkeit der Aufwand gering gehalten werden soll und darüber hinaus auch die Möglichkeit geschaffen werden soll, Ströme von vielen kÄ mit einer Auflösung von wenigen mA zu messen.The aim of the invention is to measure high currents within wide limits between kAund mA for galvanic separation between current and measuring circuit and simple adjustment of the measuring range, with universal applicability of the effort to be kept low and beyond the possibility to be created streams from many kÄ to measure with a resolution of a few mA.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur berührungslosen Messung von Hochströmen, insbesondere in Elektroenergieanlagen zu schaffen, das die Erfassung von Hochströmen unter Berücksichtigung des vom Strom herrührenden Magnetfeldes bei Auflösung bis in den Stromnullbereich ermöglicht.The invention has for its object to provide a method for non-contact measurement of high currents, especially in electric power plants, which allows the detection of high currents taking into account the current from the magnetic field at resolution up to the current zero range.
Erfindungsgemäß wird dieses dadurch erreicht, daß die empfindlichen Achsen von um einen stromdurchflossenen Leiter in einem definierten Abstand konzentrisch angeordneten magnetfeldabhängigen Elementen einer definierten Anzahl η von einer vom Strom herrührenden Magnetfeldlinie geschnitten werden, wobei die magnetfeldabhängigen Elemente η verschiedene Magnetfeldempfindlichkeiten aufweisen, die durch η verschiedene Hilfsmagnetfelder erzeugt werden, so daß die magnetfeldabhängigen Elemente η verschiedene Aussteuerbereiche liefern, die nach Verstärkung, Digitalisierung und nach Vorabspeicherung in einem Zentralrechner zu einem Gesamtsignal verknüpft werden, derart, daß innerhalb bestimmter Empfindlichkeitsbereiche nacheinander die Signalanteile der in der Empfindlichkeit benachbarten magnetfeldabhängigen Elemente benutzt werden, und zwar so, daß das magnetfeldempfindlichste Element den kleinsten Strombereich und das magnetfeldempfindlichste Element den Hochstrombereich erfaßt.According to the invention this is achieved in that the sensitive axes of a current-carrying conductor at a defined distance concentrically arranged magnetic field-dependent elements of a defined number η are cut from a current originating magnetic field line, wherein the magnetic field dependent elements η have different magnetic field sensitivities, the η different auxiliary magnetic fields be generated so that the magnetic field-dependent elements η provide different Aussteuerbereiche that are linked after amplification, digitization and pre-storage in a central computer to a total signal, such that within certain sensitivity ranges successively the signal components of the adjacent in the sensitivity magnetic field-dependent elements are used, and Although so that the magnetic field sensitive element erfa the smallest current range and the magnetic field sensitive element the high current range ßt.
Die erfindungsgemäße Aufgabe kann aber auch durch ein Verfahren gelöst werden, bei dem die empfindlichen Achsen von um einen stromdurchflossenen Leiter in η verschiedenen definierten Abständen X1 bis Xn angeordneten magnetfeldabhängigen Elementen einer definierten Anzahl η von η verschiedenen iViagnetfeldiinien geschnitten werden, wobei die magnetfeldabhängigen Elemente die gleichen Magnetfeidempfindlichkeiten aufweisen, die durch η gleiche Hilfsmagnetfelder erzeugt werden, so daß die magnetfeldabhängigen Elemente η verschiedene Aussteuerbereiche liefern, die in der Weise erfaßt werden, daß das zum stromdurchflossenen Leiter am nächsten liegende magnetfeldabhängige Element den Signalanteil für denHowever, the object of the invention can also be achieved by a method in which the sensitive axes of a current-carrying conductor in η different defined distances X 1 to X n arranged magnetic field-dependent elements of a defined number η of η different iViagnetfeldiinien be cut, the magnetic field-dependent elements have the same Magnetfeidempfindlichkeiten generated by η same auxiliary magnetic fields, so that the magnetic field dependent elements η provide different Aussteuerbereiche, which are detected in such a way that the current-carrying conductor nearest magnetic field-dependent element the signal component for the
kleinsten Strombereich (Stromnullbereich), die in der Abstufung der Entfernung folgenden magnetfeldabhängigen Elemente die darauffolgenden Signalanteile und schließlich das zum stromdurchflossenen Leiter am entferntesten liegende magnetfeldabhängige Element den Hochstrombereich (Stromamplitude) erfaßt bzw. liefert, wobei die η verschiedenen Aussteuerbereiche nach Verstärkung, Digitalisierung und Vorabspeicherung in einem Zentralrechner zu einem Gesamtsignal verknüpft werden, welches das Maß für den gemessenen Strom ist.smallest current range (current zero range), the gradation of the distance following magnetic field dependent elements and the following signal components and finally the current-carrying conductor farthest magnetic field dependent element detects the high current range (current amplitude) and the η different control ranges after amplification, digitization and pre-storage be linked in a central computer to a total signal, which is the measure of the measured current.
Während die Verknüpfung der η Aussteuerbereiche im Zentralrechner zu einem Gesamtsignal bei beiden erfindungsgemäßen Verfahren zur berührungslosen Messung von Hochströmen nach einem an sich bekannten, nicht näher erläuterten Verfahren erfolgt, werden die die Magnetfeldempfindlichkeiten hervorrufendenen Hilfsmagnetfelder durch die Anordnung kleiner Permanentmagnete parallel zur Vorzugsachse der magnetfeldabhängigen Elemente erzeugt, wobei die magnetfeldabhängigen Elemente vorteilhaft magnetoresistive Sensoren sind.While the combination of the η control areas in the central computer to a total signal in both methods for non-contact measurement of high currents according to a known, not further explained method, the magnetic field sensitivities inducing auxiliary magnetic fields are generated by the arrangement of small permanent magnets parallel to the preferred axis of the magnetic field dependent elements , wherein the magnetic field-dependent elements are advantageously magnetoresistive sensors.
Die berührungslose Messung von Hochströmen kann aber auch dann vorgenommen werden, wenn beide Verfahren gemeinsam zur Anwendung kommen. Das bedeutet also, daß diese Messung unter Verwendung von in einem definierten Abstand konzentrisch angeordneten magnetfeldabhängigen Elementen einer definierten Anzahl n, die η verschiedene Magnetfeldempfindlichkeiten aufweisen, bei gleichzeitiger Verwendung von in η verschiedenen definierten Abständen X1 bis xn angeordneten magnetfeldabhängigen Elementen einer definierten Anzahl n, die die gleichen Magnetfeldempfindlichkeiten aufweisen, vorgenommen wird.The non-contact measurement of high currents can also be made if both methods are used together. Thus, this means that this measurement n using concentrically arranged at a defined distance magnetic field dependent elements of a defined number, η have different magnetic susceptibilities, while using defined in η different distances X 1 to X n arranged magnetic-field-dependent elements of a defined number n having the same magnetic field sensitivities.
Ausführungsbeispielembodiment
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawings show:
Fig. 1: eine Anordnung zur berührungslosen Messung von Hochströmen,1 shows an arrangement for non-contact measurement of high currents,
Fig. 2: die elektrische Weiterverarbeitung der mit der Anordnung nach Figur 1 gewonnenen η zeitlich verschiedenenFIG. 2: the electrical further processing of the η obtained with the arrangement according to FIG. 1, different in time
Aussteuerbereiche, Fig. 3: die Verknüpfung der mit der Anordnung nach Figur 1 gewonnenen Aussteuerbereiche zu einem Gesamtsignal.Control areas, Fig. 3: the combination of the control areas obtained with the arrangement of Figure 1 to a total signal.
Gemäß Figur 1 sind konzentrisch zu dem stromdurchflossenen Leiter 1 in einem definierten Abstand χ η — in diesem Fall ist η gleich vier — magnetfeldabhängige Elemente 2 mit η verschiedenen Hilfsmagnetfeldem angeordnet, so daß die magnetfeldabhängigen Elemente 2 η verschiedene Magnetfeldempfindlichkeiten erzeugenden Hilfsmagnetfelder durch die Anordnung kleiner Permanentmagnete 3 parallel zur Vorzugsachse der magnetfeldabhängigen Elemente 2. Die Anordnung der magnetfeldabhängigen Elemente 2 ist vorzugsweise so, daß die empfindliche Achse jedes magnetfeldabhängigen Elementes 2 durch dieselbe Magnetfeldlinie des stromdurchflossenen Leiters geschnitten wird. Dadurch erfahren die magnetfeldabhängigen Elemente 2, die jeweils eine Brückenschaltung von magnetfeldabhängigen Widerständen'darstellen, η verschiedene Auslenkungen in Form von Spannungsänderungen, die dem Strom porportional sind. Jeder Signalverlauf wird gemäß Figur 2 durch einen schnellen Operationsverstärker 4 verstärkt, durch einen schnellen AD-Wandler 5 digitalisiert und einem Zentralrechner 6 zugeführt, der nach einer Vorabspeicherung der einzelnen Signalanteile diese nach einem an sich bekannten Programm verknüpft und zu einer Gesamtkurve fügt. Nach Figur 3 erfolgt diese Verknüpfung der einzelnen Signalanteile in der Weise, daß innerhalb bestimmter Empfindlichkeitsbereiche nacheinander die Signalanteile der in der Empfindlichkeit benachbarten magnetfeldabhängigen Elemente 2 benutzt werden.According to Figure 1 are concentric to the current-carrying conductor 1 at a defined distance χ η - in this case, η is equal to four - magnetic field-dependent elements 2 with η different Hilfsmagnetfeldem arranged so that the magnetic field-dependent elements 2 η different magnetic field sensitivity generating auxiliary magnetic fields by the arrangement of small permanent magnets 3 parallel to the preferred axis of the magnetic field-dependent elements 2. The arrangement of the magnetic field-dependent elements 2 is preferably such that the sensitive axis of each magnetic field-dependent element 2 is cut by the same magnetic field line of the current-carrying conductor. As a result, the magnetic field-dependent elements 2, which each represent a bridge circuit of magnetic-field-dependent resistors, η undergo various deflections in the form of voltage changes which are proportional to the current. Each waveform is amplified according to Figure 2 by a fast operational amplifier 4, digitized by a high-speed AD converter 5 and fed to a central computer 6, which after a pre-storage of the individual signal components linked this according to a known program and adds to a total curve. According to FIG. 3, this linking of the individual signal components takes place in such a way that, within certain sensitivity ranges, the signal components of the magnetic field-dependent elements 2 adjacent to the sensitivity are used in succession.
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102008030334A1 (en) | 2008-06-30 | 2010-01-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for contactless measurement of high current in conductor in converter utilized for e.g. hybrid drive in motor vehicle, involves measuring sensors, directly supplying measuring signals and determining current flowing through conductor |
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-
1986
- 1986-12-18 DD DD29791086A patent/DD255214A1/en not_active IP Right Cessation
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