DE102005013232A1 - Messvorrichtung zum berührungslosen Messen eines Stromes - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zum berührungslosen Messen eines Stromes insbesondere im Hoch- und Mittelspannungsbereich. Die Messvorrichtung enthält eine Messelektronik und zumindest zwei an die Messelektronik anschließbare Hall-Sensor-Einheiten, wobei eine Hall-Sensor-Einheit zumindest einen Hall-Sensor aufweist und die Hall-Sensor-Einheit unter Aufrechterhaltung des Betriebes der Messvorrichtung aus der Messvorrichtung zwecks Austauschs lösbar ist. DOLLAR A Die Erfindung schafft eine Messvorrichtung, die einen dauerhaften Betrieb gewährleistet und die auf einfache Art und Weise gewartet werden kann.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zum berührungslosen Messen eines Stromes insbesondere im Hoch- und Mittelspannungsbereich.
• Es ist bekannt, einen Strom mittels eines Hall-Sensors berührungslos zu messen. Der Hallsensor misst den den Leiter durchfließenden Strom nicht direkt, sondern das Magnetfeld, das durch den Strom erzeugt wird und den Leiter umgibt. Dadurch ist es möglich, den Hall-Sensor außerhalb des Leiters anzuordnen, insbesondere ihn so anzuordnen, dass er mit dem stromdurchflossenen Leiter in keinem Kontakt steht, ihn also nicht berührt. Mit Hall-Sensoren können Gleich- und Wechselströme von kleinsten Strömen bis zu einigen tausend Ampere einfach und potentialfrei gemessen werden.
• Im Hoch- und Mittelspannungsbereich bestehen Ansätze, Hall-Sensoren zum berührungslosen Messen eines stromdurchflossenen Leiters einzusetzen: Bekannte Messvorrichtungen messen den Strom mittels großer Spulen. Diese sind teuer, schwer und sehr sperrig. Mittels Hall-Sensorik besteht nun die Möglichkeit, kleine, billige und handliche Messvorrichtungen herzustellen.
• Seit einigen Jahren ist bekannt, Hall-Sensoren als eigenständiges elektronisches Bauteil, beispielsweise in Form eines Chips, zu gestalten. Bestimmte Funktionen, wie beispielsweise Kommunikationsfunktionen zum Kommunizieren mit anderen Bauteilen oder Funktionen zur Digitalisierung der Messsignale, können in solch einem Bauteil integriert werden.
• Die Möglichkeit, elektronische Bauteile zu gestalten, die eine Hall-Sensorik enthalten und bei denen die Möglichkeit besteht, weitere Funktionen, wie Digitalisierung der Messspannungen, zu integrieren, macht den Einsatz solcher Bauteile für die Hoch- und Mittelspannungstechnik sehr attraktiv.
• Nachteilig aber ist, dass durch die erhöhte Komplexität auch die Ausfallwahrscheinlichkeit dieser Bauteile im Vergleich zu im Netzwerk verwendeten Primärkomponenten (beispielsweise Leistungsschalter) relativ hoch ist. So hat beispielsweise eine als elektronisches Bauteil gestaltete Hall-Sensor-Einheit eine wesentlich geringere Lebensdauer als die im Netzwerk verwendeten Primärkomponenten, welche beim heutigen Stand der Technik eine Lebensdauer von 40-50 Jahren besitzen. Setzt man solche Hall-Sensor-Einheiten beispielsweise zur Dauerüberwachung des Stroms eines Stromnetzes ein, so müsste mit einem relativ hohen Reparatur- bzw. Instandsetzungsaufwand solch einer Messvorrichtung während des Lebenszyklus einer Primäranlage gerechnet werden und den damit bedingten zeitweiligen Ausfall der Funktionalität.
• Messvorrichtung beschriebener Art nehmen üblicherweise bestimme Aufgaben wahr. Eine typische Aufgabe wäre die Überwachung eines Energienetzes: Die Messvorrichtung, wenn ein Strom gemessen wird, der einen definierten Bereich um einen Richtwert verlässt, löst eine Schutzfunktion aus. Die Schutzfunktion kann im Extremfall mit einem Abschalten des Netzes verbunden sein. Dies zeigt, dass es wesentlich ist, Messvorrichtungen möglichst unanfällig zu gestalten.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deswegen, eine Messvorrichtung zum berührungslosen Messen eines Stromes zu schaffen, deren Funktionsfähigkeit als Ganzes weit über die Lebenszeit einzelner elektronischer Komponenten hinausgeht und deren Reparatur auf einfache Art und Weise möglich ist.
• Diese Aufgaben werden durch eine Messvorrichtung nach dem unabhängigen Anspruch gelöst.
• Dadurch, dass eine Messvorrichtung zum berührungslosen Messen eines Stromes, insbesondere im Hoch- und Mittelspannungsbereich, prinzipiell auch im Niederspannungsbereich, geschaffen wird, die eine Messelektronik, zumindest zwei mit der Messelektronik anschließbare Hall-Sensor-Einheiten und eine Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme der Messelektronik und Hall-Sensor-Einheiten enthält, wobei eine Hall-Sensor-Einheit zumindest einen Hall-Sensor aufweist und die Hall-Sensor-Einheit unter Aufrechterhaltung des Betriebes der Messvorrichtung aus der Messvorrichtung zwecks Austausch lösbar ist, ist die Fehleranfälligkeit solch einer Messvorrichtung reduziert, und durch den modulartigen Aufbau im Falle eines Fehlers eine einfache Reparatur möglich.
• Die Hall-Sensor-Einheiten messen mittels ihres Hall-Sensors das Magnetfeld des stromdurchflossenen Leiters. Die in den Hall-Sensoren erzeugte Spannung wird an die Messelektronik weitergegeben. Innerhalb der Messelektronik werden die von den Hall-Sensor-Einheiten übermittelten Signale in Stromwerte umgerechnet.
• Es ist aber auch möglich, die Hall-Sensor-Einheiten so zu gestalten, dass diese die aufgenommenen Messwerte selbstständig digitalisieren und erst die digitalisierten Werte an die Messelektronik zwecks weiterer Auswertung beispielsweise zur Berechnung des Stroms weitergeben. Ebenso können weitere Funktionen in den Hall-Sensor-Einheiten integriert sein.
• Beispielsweise kann eine Hall-Sensor-Einheit genutzt werden, um eine Spannungsmessung/-verarbeitung durchzuführen. So kann vorgesehen sein, dass eine separate Hall-Sensor-Einheit zur Spannungsmessung eingesetzt wird. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, eine zur Strommessung vorgesehene Hall-Sensor-Einheit zusätzlich zur Spannungsmessung einzusetzen. Somit ist eine kostengünstige Messvorrichtung ausbildbar, mit welcher ein Strom und eine Spannung erfassbar sind. Unabhängig von separater oder zusätzlicher Nutzung kann folgende Lösung zur Anwendung kommen. Die Hall-Sensor-Einheit weist einen zusätzlichen analog-digital Wandler für die Spannungsmessung auf. Der zusätzliche analog-digital-Wandler ist mit einem zusätzlichen Übertragungskanal ausgestattet. Ein analoges Spannungssignal, beispielsweise von einem Spannungsteiler, wird dem zusätzlichen analog-digital-Wandler zugeführt, dort digitalisiert und über den zusätzlichen Übertragungskanal übertragen. Die digitalisierten Spannungssignale stehen für eine weitere Verarbeitung zur Verfügung.
• Die Messelektronik wertet im einfachsten Falle die von den Hall-Sensoren erhaltenen Signale aus, sie berechnet den Strom, der durch den Leiter fließt. Dazu bedient sie sich der Messsignale der eingesetzten Hall-Sensor-Einheiten. Fällt eine Hall-Sensor-Einheit beispielsweise durch einen Fehler aus, so liegen zumindest die Signale einer weiteren Hall-Sensor-Einheit der Messelektronik vor. Die Messvorrichtung ist auf diese Weise in der Lage, ihre Funktion aufrecht zu erhalten: Die Messelektronik registriert eine Fehlfunktion einer Hall-Sensor-Einheit und setzt daraufhin ihre Bearbeitung mittels der restlichen funktionierenden Hall-Sensor-Einheiten fort.
• Der Techniker, der die Messvorrichtung reparieren möchte, kann die defekte Hall-Sensor-Einheit austauschen, ohne dass der Betrieb der Messvorrichtung unterbrochen werden muss. Vorteilhafterweise schaltet die Messelektronik nach Austausch eine Hall-Sensor-Einheit selbständig in den Normalbetrieb zurück.
• Zusätzlich kann die Messelektronik mit einer Funktion ausgestattet sein, die den Status der Hall-Sensor-Einheiten an eine übergeordnete Einheit weitergibt. Solch eine übergeordnete Einheit könnte beispielsweise eine Überwachungsstation sein. Fällt eine Hall-Sensor-Einheit aus, so würde dies von der Überwachungsstation registriert und es könnten, falls notwendig, Maßnahmen zur Reparatur eingeleitet werden.
• Die Sicherheit der Messvorrichtung kann dadurch erhöht werden, dass weitere Hall-Sensor-Einheiten eingesetzt werden. Ein Einsatz von mehreren Hall-Sensoren erlaubt auch, den Strom mit einer höheren Genauigkeit zu bestimmen.
• Des weiteren ist es möglich, Hall-Sensor-Einheiten und Messelektronik als ein einziges elektronisches Bauteil zu gestalten.
• Die Aufnahmevorrichtung dient zu einer sicheren Befestigung von Messelektronik und Hall-Sensor-Einheiten. Je nach Einsatz der Messvorrichtung kann die Aufnahmevorrichtung verschiedenartig ausgebildet sein.
• Mit einem geeigneten Aufbau kann solch eine erfindungsgemäße Messvorrichtung in verschiedenen Netzen oder Anlagen eingesetzt werden. So beispielsweise auch in gasisolierten Schaltanlagen. Hier könnte die Messvorrichtung in einem Schott oder einem Verbindungsstück, welches zwei Bereiche des gasisolierten Leiters verbindet, integriert sein. Das Schott oder das Verbindungsstück würden damit als Aufnahmevorrichtung verwendet. In dem Schott oder Verbindungsstück können mehrere von außen zugängliche Einlässe vorgesehen sein, in denen die Hall-Sensor-Einheiten eingesteckt werden und in dieser Position das Magnetfeld des stromdurchflossenen Leiters messen. Die Messelektronik würde bevorzugt ebenfalls im Außenbereich untergebracht sein.
• Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
• Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Messvorrichtung Steckverbindungen aufweist, auf die oder in die die Hall-Sensor-Einheiten gesteckt werden können.
• Eine Steckverbindung ist besonders geeignet für einen einfachen Austausch der Komponente. Werkzeuge hierfür sind nicht notwendig, das Auf- und Abstecken kann manuell erfolgen. Als Alternative können die Verbindungen aber auch Schraubverbindungen, Verbindungen, die durch ein Verklemmen hergestellt werden, oder ähnliche einfach lösbare Verbindungen sein.
• Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Hall-Sensor-Einheit aus einem Chip besteht, in dem ein Hall-Sensor sowie eine Elektronik zur Messung der Hall-Spannung mittels Kompensationsprinzip und zur Digitalisierung der gemessenen Hallspannung integriert ist.
• Die Hall-Sensor-Einheit beinhaltet damit mehrere Funktionen. Zum einen werden die vom Hall-Sensor generierten Messspannungen durch eine Kompensationsschaltung kompensiert. Des Weite ren werden diese kompensierten Signale durch eine Elektronik digitalisiert. In einer bevorzugten Variante ist der Chip mit einer seriellen Schnittstelle ausgestattet, mittels derer die gemessene Hall-Spannung gesichert übertragen wird.
• Prinzipiell besteht die Möglichkeit, noch weitere Funktionen auf solch einen Chip zu integrieren. Eine weitere Funktion wäre eine Funktion, mit der ein Offset des gemessenen Stroms ausgeglichen werden kann. Ebenso könnte auch eine Funktion zur Temperaturkompensation, die Temperaturschwankungen kompensiert, integriert sein. Je nach Anwendungszweck kann es sinnvoll sein, nur einen Teil der eben genannten Funktionen auf dem Chip zu integrieren.
• Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Messelektronik eine Kompensationsvorrichtung aufweist, die mittels der Hall-Sensor-Einheiten ein Störfeld am Ort der Messvorrichtung ermittelt und das Störfeld bei der Messung des Stroms berücksichtigt, und die bei einem Ausfall oder Austausch einer Hall-Sensor-Einheit die Berechnung des Störfelds mittels der restlichen funktionierenden Hall-Sensor-Einheiten fortsetzt.
• Störfelder, die sich mit dem Feld des stromdurchflossenen Leiters überlagern, würden den von der Messvorrichtung ermittelten Strom verfälschen. Sind diese Störfelder nicht zu vernachlässigen, so ist es vorteilhaft, diese zu ermitteln und bei der Berechnung des Stroms zu berücksichtigen.
• Über Ort und Messwert der einzelnen Hall-Sensoren ist der Verlauf des Störfeldes eingrenzbar. Dadurch ist die Messvorrichtung in der Lage, das Störfeld in einem gewissen Grade zu berücksichtigen. Dabei ist es vorteilhaft, für die Ermittlung des Störfeldes eine große Anzahl von Hall-Sensor-Einheiten einzusetzen.
• Fällt eine Hall-Sensor-Einheit aus, beispielsweise durch einen Fehler oder durch einen wartungsbedingten Austausch, so wird dies von der Messelektronik registriert. Des Weiteren ändert die Messelektronik, falls notwendig, den Algorithmus, mit dem das Störfeld berechnet wird. Dadurch wird verhindert, dass durch den Ausfall einer der Hall-Sensoren das Störfeld falsch berechnet wird und der gemessene Stromwert verfälscht ist. Bei einer hohen Anzahl von Hall-Sensor-Einheiten können somit auch mehrere Einheiten ausfallen, ohne dass die Funktion der Messvorrichtung wesentlich beeinträchtigt ist, d.h., dass die gemessenen Stromwerte zu stark von dem wirklichen Strom des Leiters abweichen.
• Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mehrere Messelektroniken in der Messvorrichtung enthalten sind.
• Fällt eine Messvorrichtung aus, so wäre gewährleistet, dass der Betrieb der Messvorrichtung durch eine andere Messelektronik aufrecht erhalten bleibt. Diese Maßnahme eignet sich insbesondere für Systeme, die hochverfügbar sein müssen.
• Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Aufnahmevorrichtung eine Platine enthält zwecks Aufnahme der Messelektronik und Hall-Sensor-Einheiten.
• Messelektronik und Hall-Sensor-Einheiten sind gemeinsam auf einer Platine angeordnet. Die Platine kann des Weiteren mit Leiterbahnen versehen sein, durch die die elektrische Verbin dung zwischen Messelektronik und Hallsensoreinheiten hergestellt werden.
• Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Aufnahmevorrichtung einen Ringkern aufweist zwecks Aufnahme der Messelektronik und Hall-Sensor-Einheiten, und zumindest eine Hall-Sensor-Einheit in einem sich im Ringkern befindenden Raum, Öffnung oder Luftspalt angeordnet ist.
• Der den Strom umgebende Ringkern bündelt das durch den Strom erzeugte Magnetfeld. Die Hall-Sensor-Einheit, die in einem sich im Ringkern befindenden Raum oder Öffnung angeordnet ist, ist damit einem verstärkten Magnetfeld ausgesetzt. Durch die Verstärkung ist es möglich, auch kleine Ströme zu messen. Vorteilhaft und im Sinne der Erfindung ist der Raum oder die Öffnung im Ringkern als ein von außen zugänglicher Luftspalt ausgebildet. In diesem Spalt ist die Hall-Sensor-Einheit einführbar. Dies erlaubt ein Einsetzen oder ein Umtauschen der Hall-Sensor-Einheit, ohne den Ringkern in diese Handlung einbeziehen zu müssen.
• Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Aufnahmevorrichtung segmentiert, zumindest aber zweigeteilt ist.
• Durch die Segmentierung der Aufnahmevorrichtung, insbesondere durch die Teilung in zwei Hälften, sind die Vorraussetzungen erfüllt, dass die Aufnahmevorrichtung ohne eine Trennung des Netzes und damit eine Unterbrechung des Stromes eingebaut bzw. umgebaut werden kann. Ebenso ist es natürlich möglich, die Aufnahmevorrichtung aus mehr als nur zwei Teilen zusammenzufügen.
• Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Messvorrichtung von einer Abdeckhaube umschlossen ist.
• Die Abdeckhaube schützt die Messvorrichtung vor äußeren Einflüssen, beispielsweise vor Wettereinflüssen. Die Abdeckhaube kann beispielsweise aus Aluminium gestaltet sein.
• Zusätzlich oder als Alternative ist es aber auch möglich, die Abdeckhaube als Schirmung zu gestalten, die die Messvorrichtung vor äußeren Störfeldern abschirmt. Beispielsweise könnte die Abdeckhaube aus einem ferromagnetischen Material bestehen oder zumindest beinhalten.
• Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Abdeckhaube zumindest zweigeteilt ist zwecks Abnahme der Abdeckhaube während des Betriebs der Messvorrichtung oder zur Wartung.
• Diese Maßnahme ist im Sinne der Erfindung, einen Austausch der Komponenten der Messvorrichtung auch während des Betriebs der Messvorrichtung zu erlauben. Vorteilhafterweise besteht die Abdeckhaube aus zwei symmetrischen Teilen.
• Prinzipiell ist es möglich, die Abdeckhaube mit Komponenten der Messvorrichtung zu verbinden. Beispielsweise könnten die Hall-Sensor-Einheiten mit Teilen der Abdeckhaube verbunden sein. Bei einem Entfernen eines Teils der Abdeckhaube würde man so auch die damit verbundene(n) Komponente(n), in diesem Beispiel die Hall-Sensor-Einheit, mit entfernen. Damit wären die Handgriffe zum Austausch einzelner Komponenten weiter reduziert.
• Die Erfindung wird nun anhand mehrerer Figuren erläutert. Dabei zeigt
• 1 skizzenhaft eine erste erfindungsgemäße Messvorrichtung in der Aufsicht,
• 2 eine zweite erfindungsgemäße Messvorrichtung in einer Seitenansicht,
• 3 eine erfindungsgemäße Abdeckhaube in einer Seitenansicht, und
• 4 skizzenhaft einen erfindungsgemäßen Ringkern.
• 1 zeigt skizzenhaft eine erste erfindungsgemäße Messvorrichtung in der Aufsicht. Die Messvorrichtung 1 beinhaltet einen ringförmige Aufnahmevorrichtung 4. Auf dieser ringförmigen Aufnahmevorrichtung sind zwei Messelektroniken 2a, 2b und acht Hall-Sensor-Einheiten 3 angeordnet. Hierbei liegen die beiden Messelektroniken 2a, 2b direkt gegenüber. Die Hall-Sensor-Einheiten 3 sind paarweise, radial hintereinander liegend, in einem Winkelabstand von 90° umlaufend auf der Aufnahmevorrichtung angeordnet. Somit befinden sich die jeweils vier Sensor-Einheiten am Innenrand der ringförmigen Aufnahmevorrichtung und am äußeren Rand der ringförmigen Aufnahmevorrichtung.
• Die Aufnahmevorrichtung 4 hat einen Außendurchmesser von 450 mm und einen Innendurchmesser von 290 mm. Sie besteht im Wesentlichen aus einer Platine, welche in zwei Hälften geteilt ist. Beide Hälften 4a und 4b werden durch Verbindungsstücke 5 zusammengehalten. Die Aufnahmevorrichtung 4 bzw. die Platine 4 besitzt Leiterbahnen, die die Messelektroniken 2a, 2b mit den Hall-Sensor-Einheiten 3 elektrisch verbinden. Die Zweiteilung der Aufnahmevorrichtung ermöglicht es, die Aufnahmevorrichtung im Bedarfsfall zu trennen, beispielsweise beim Ein- oder beim Ausbau der Messvorrichtung 1. 1 stellt diesbezüglich die eingebaute Messvorrichtung 1 dar, die einen stromdurchflossenen Leiter 6 umgibt. Die Messvorrichtung 1 ist hierbei so angeordnet, dass der stromdurchflossene Leiter 6 sich im Zentrum der ringförmigen Platine 4 befindet.
• Die Hall-Sensor-Einheiten 3 sind mittels lösbarer Steckverbindungen auf der ringförmigen Platine 4 gesteckt. Dadurch ist im Bedarfsfall ein schneller Austausch der Hall-Sensor-Einheiten möglich. Die Steckverbindungen sind hier allerdings nicht näher dargestellt. Die Hall-Sensor-Einheiten 3 bestehen aus einem Chip, in dem ein Hall-Sensor sowie eine Elektronik zur Messung der Hall-Spannung mittels Kompensationsprinzip und zur Digitalisierung der gemessenen Hall-Spannung, sowie eine Funktion zur Temperaturkompensierung und zur Kompensation eines Offsets des gemessenen Stromes integriert ist.
• Die vier Hall-Sensor-Einheiten 3, die im inneren Bereich der ringförmigen Platine 4 liegen, sind darauf ausgelegt, dass vom stromdurchflossenen Leiter 6 erzeugte Magnetfeld im Normalbetrieb zu messen. Die vier Hall-Sensor-Einheiten 3, die im äußeren Bereich der Platine 4 angeordnet sind, sind dazu vorgesehen, das Magnetfeld des stromdurchflossenen Leiters 6 im Falle eines sehr hohen Stroms oder eines Kurzschlusses zu messen.
• Die Messelektronik 2a und die Messelektronik 2b empfangen über die Leiterbahnen der Platine 4 die digitalisierten und kompensierten Messwerte der Hall-Sensor-Einheiten 3. Die Messelektroniken 2a, 2b werten diese empfangenen Signale aus, d.h., der Strom des stromdurchflossenen Leiters 6 wird bestimmt. Die Messelektronik 2 ist dabei in der Lage, mittels der Positionen und der Messwerte der Hall-Sensor-Einheiten 3 Störfelder, die das Feld des stromdurchflossenen Leiters 6 überlagern, in einem gewissen Maße herauszurechnen. Der Strom des stromdurchflossenen Leiters 6 wird ebenfalls unter Berücksichtigung der Positionen der einzelnen Hall-Sensor-Einheiten 3 und der Geometrie des von stromdurchflossenen Leiter 6 erzeugten Magnetfelds berechnet.
• Die Messelektroniken 2 sind so ausgelegt, dass ein Ausfall einer oder mehrerer Hall-Sensor-Einheiten 3 berücksichtigt wird. Die Messelektroniken 2 registrieren den Ausfall einer Hall-Sensor-Einheit. Die Berechnung des Stromes des stromdurchflossenen Leiters aus den Messwerten der Hall-Sensor-Einheiten unter der Berücksichtigung eines Störfeldes wird im Folgenden unter Ausschluss der fehlerhaften Hall-Sensor-Einheit fortgesetzt. Auf diese Weise kann der Betrieb der Messvorrichtung 1 auch aufrecht erhalten werden, wenn eine oder mehrere Hall-Sensor-Einheiten 3 fehlerhaft sind. Nach Austausch der fehlerhaften Komponente schalten die Messelektroniken 2a und 2b wieder in den Normalbetrieb um.
• Dadurch, dass zwei Messelektroniken 2a und 2b vorgesehen sind, ist gewährleistet, dass auch im Falle eines Ausfalles einer Messelektronik die Messvorrichtung 1 weiterhin einsatzfähig ist. Das Entfernen einer einzelnen Messelektronik 2 ist möglich, ohne dass der Betrieb der Messvorrichtung 1 unterbrochen werden muss.
• Auch die Messelektroniken sind über Steckverbindungen lösbar mit der Platine 4 verbunden. Der Aufbau der Messvorrichtung 1 somit vollständig modular. Messelektronik 2 oder Hall-Sensor-Einheiten 3 können entfernt oder ausgetauscht werden, ohne dass der Betrieb der Messvorrichtung 1 gravierend beeinträchtigt wird. Die Zweiteilung der Platine 4 erlaubt den Einbau und Ausbau der Messvorrichtung 1 im Betrieb des Leiters 6.
• 2 zeigt eine zweite erfindungsgemäße Messvorrichtung in einer Seitenansicht. Die Messvorrichtung 1 besteht im Wesentlichen aus einem Ringkern 7, aus zwei Messelektroniken 2 und aus acht Hall-Sensor-Einheiten 3, umschlossen von einer Abdeckhaube 8. Der Ringkern 7 besteht aus Eisen und ist zweigeteilt. Im Ringkern befinden sich acht Öffnungen in Form eines Luftspaltes 11 (in 3 gezeigt). Alle Spalte 11 sind radial auf das Zentrum des Ringkernes 7 ausgerichtet. Sie sind in Abschnitten von jeweils 45° umlaufend angeordnet.
• Eine skizzenhafte Darstellung des Ringkernes 7 und der Spalte 11 wird in der 3 gezeigt. Hier ist auch gezeigt, dass der Ringkern in zwei Hälften 7a und 7b geteilt ist. Beide Hälften werden durch ein unmagnetisches Spannband 10 zusammen gehalten.
• Jeweils vier der Hall-Sensor-Einheiten sind außerhalb des Ringkerns 7 und innerhalb des Ringkerns 7 angeordnet. In 2 ist allerdings nur eine Hall-Sensor-Einheit 3 sichtbar. Befestigt sind die Hall-Sensor-Einheiten 3 mittels Steckverbindungen, so dass diese leicht entfernt bzw. ausgetauscht werden können. Sie sind umlaufend in einem Winkelabstand von jeweils 90° angeordnet. Die vier Hall-Sensor-Einheiten außerhalb des Ringkerns 7 sind dazu vorgesehen, das Magnetfeld eines mit einem hohen Strom durchflossenen Leiters zu messen. Die vier Hall-Sensor-Einheiten innerhalb des Ringkerns 7 sind aufgrund der Bündelungseigenschaften des ferromagnetischen Ringkerns 7 auch in der Lage, kleine Ströme zu messen. Die von den Hall-Sensor-Einheiten gemessenen Werte werden an die Messelektroniken 2 über Kupferdrähte weitergeleitet und dort ausgewertet.
• Fällt eine Hall-Sensor-Einheit 3 aus, so wird dies von der Messelektronik 2 registriert. Die Berechnung des Stroms erfolgt nun mittels der restlichen funktionierenden Hall-Sensor-Einheiten 3.
• Die Abdeckhaube 8 umschließt den Ringkern 7, die Hall-Sensor-Einheiten 3 und die Messelektronik 2 vollständig. Dadurch ist die Messvorrichtung 1 auch unter widrigen Umständen, wie z.B. im Außeneinsatz, einsetzbar.
• Einen detailierteren Aufbau der Abdeckhaube 8 zeigt 4. Die Abdeckhaube 8 besteht aus Aluminium. Sie ist in zwei Hälften geteilt. An einer der beiden Hälften der Abdeckhaube 8, in diesem Ausführungsbeispiel an der Hälfte 8a, ist in dem Bereich der Verbindungsstelle der beiden Hälften 8a und 8b ein Aluminiumstreifen angebracht. Beim Zusammenführen der beiden Hälften 8a und 8b schiebt sich der Aluminiumstreifen 9 über den Randbereich der Abdeckhaube 8b. Mittels in der Abdeckhaube 8b und dem Aluminiumstreifen 9 vorgesehenen Gewinde bzw. Öffnungen können die beiden Hälften 8b und 8a der Abdeckhaube 8 miteinander über Schraubverbindungen befestigt werden.
• Durch die Zweiteilung der Abdeckhaube 8 ist es möglich, auch während eines Einsatzes der Messvorrichtung 1 einen Zugriff auf die Komponenten der Messvorrichtung 1, wie die Messelektronik 2 oder die Hall-Sensor-Einheiten 3 oder den Ringkern 7, zu erhalten. Nach Entfernen der Abdeckhaube können diese beispielsweise entfernt, eingesetzt oder ausgetauscht werden.
• Anstatt Aluminium können für die Abdeckhaube andere Materialien oder auch Materialkombinationen eingesetzt werden. Möchte man mit der Abdeckhaube eine gewisse Schirmung der Messvorrichtung erreichen, so bieten sich ferromagnetische Materialien an.

1

Messvorrichtung

2a

Messelektronik

2b

Messelektronik

3

Hall-Sensor-Einheit

4

Platine

4a

Platine, 1.Hälfte

4b

Platine, 2.Hälfte

5

Verbindungsstück

6

Leiter

7

Ringkern

7a

Ringkern, 1. Hälfte

7b

Ringkern, 2.Hälfte

8

Abdeckhaube

8a

Abdeckhaube, 1.Hälfte

8b

Abdeckhaube, 2.Hälfte

9

Aluminiumstreifen

10

unmagnetisches Spannband

11

Luftspalt

Claims (10)

1. Messvorrichtung (1) zum berührungslosen Messen eines Stromes (6) insbesondere im Hoch- und Mittelspannungsbereich, prinzipiell auch im Niederspannungsbereich, enthaltend eine Messelektronik (2), zumindest zwei an die Messelektronik (2) anschließbare Hall-Sensor-Einheiten (3) und eine Aufnahmevorrichtung (4, 7) zur Aufnahme der Messelektronik (2) und Hall-Sensor-Einheiten (3), wobei eine Hall-Sensor-Einheit (3) zumindest einen Hall-Sensor aufweist und die Hall-Sensor-Einheit (3) unter Aufrechterhaltung des Betriebes der Messvorrichtung (1) aus der Messvorrichtung (1) zwecks Austausch lösbar ist.
2. Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (1) eine Steckverbindung aufweist, auf die oder in die die Hall-Sensor-Einheiten (3) gesteckt werden können.
3. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hall-Sensor-Einheit (3) aus einem Chip besteht, in den ein Hall-Sensor sowie eine Elektronik zur Messung der Hall-Spannung mittels Kompensationsprinzips und zur Digitalisierung der gemessenen Hall-Spannung integriert ist.
4. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelektronik (1) eine Kompensationsvorrichtung aufweist, die mittels der Hall-Sensor-Einheiten (3) ein Störfeld am Ort der Messvorrichtung (1) ermittelt und das Störfeld bei der Messung des Stroms berücksichtigt, und die bei einem Ausfall oder Austausch einer Hall-Sensor-Einheit (3) die Berech nung des Störfelds mittels der restlichen funktionierenden Hall-Sensor-Einheiten (3) fortsetzt.
5. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Messelektroniken (2) in der Messvorrichtung (1) enthalten sind.
6. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmevorrichtung eine Platine (4) enthält zwecks Aufnahme der Messelektronik (2) und Hall-Sensor-Einheiten (3).
7. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmevorrichtung ein Ringkern (7) aufweist zwecks Aufnahme der Messelektronik (2) und Hall-Sensor-Einheiten (3), und zumindest eine Hall-Sensor-Einheit (3) in einem sich im Ringkern (7) befindenden Raum, Öffnung oder Luftspalt (11) angeordnet ist.
8. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmevorrichtung (4, 7) segmentiert, zumindest aber zweigeteilt ist.
9. Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (1) von einer Abdeckhaube (8) umschlossen ist.
10. Messvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckhaube (8) zumindest zweigeteilt ist zwecks Abnahme der Abdeckhaube während des Betriebs der Messvorrichtung oder zur Wartung.