DE102010061838A1

DE102010061838A1 - Mess- und/oder Spannungsumwandlungseinrichtung

Info

Publication number: DE102010061838A1
Application number: DE201010061838
Authority: DE
Inventors: Heinz Eugen Klüppel; Jürgen Riemenschneider
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-11-24
Filing date: 2010-11-24
Publication date: 2012-05-24
Also published as: WO2012069307A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich u. a. auf eine Mess- und/oder Spannungsumwandlungseinrichtung (20, 200), die zum Anschluss an eine Unterkapazität (C2), die mit einer Oberkapazität (C1) einen unter einer Gesamtspannung (U) stehenden Spannungsteiler (T) bildet, geeignet sowie dazu ausgestaltet ist, einen die Gesamtspannung angebenden Messwert (Ma) oder eine zu der Gesamtspannung proportionale Messspannung (Ua) zu erzeugen, wobei die Mess- und/oder Spannungsumwandlungseinrichtung eine Korrektureinrichtung (40) aufweist, die einen das Teilungsverhältnis des Spannungsteilers angebenden Teilungsfaktor bei der Erzeugung des Messwerts oder der Messspannung berücksichtigt.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Korrektureinrichtung geeignet ist, die Unterkapazität unter Bildung eines Unterkapazitätswerts zu messen und den Teilungsfaktor unter Heranziehung des Unterkapazitätswerts zu bestimmen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Mess- und/oder Spannungsumwandlungseinrichtung mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Vorbekannte Spannungsumwandlungseinrichtungen sind zum Anschluss an eine Unterkapazität, die mit einer Oberkapazität einen unter einer Gesamtspannung stehenden Spannungsteiler bildet, geeignet sowie dazu ausgestaltet, eine zu der Gesamtspannung proportionale Messspannung zu erzeugen. Die vorbekannten Spannungsumwandlungseinrichtungen weisen eine Korrektureinrichtung mit einer Teachfunktion (Lernfunktion) auf. Mittels der Teachfunktion kann ein Referenzspannungswert manuell eingegeben werden, der es der Korrektureinrichtung ermöglicht, einen das Teilungsverhältnis des Spannungsteilers angebenden Teilungsfaktor zu bestimmen und diesen bei der Bildung der Messspannung zu berücksichtigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mess- und/oder Spannungsumwandlungseinrichtung anzugeben, bei der keine manuelle Eingabe von Referenzwerten nötig ist und bei der dennoch der das Teilungsverhältnis des Spannungsteilers angebende Teilungsfaktor sehr genau berücksichtigt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Spannungsumwandlungseinrichtung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Spannungsumwandlungseinrichtung sind in Unteransprüchen angegeben.
Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Korrektureinrichtung geeignet ist, die Unterkapazität unter Bildung eines Unterkapazitätswerts zu messen und den Teilungsfaktor unter Heranziehung des Unterkapazitätswerts zu bestimmen.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Mess- und/oder Spannungsumwandlungseinrichtung besteht darin, dass diese sehr benutzerfreundlich ist; denn die erfindungsgemäße Mess- und/oder Spannungsumwandlungseinrichtung ist selbst, also ohne benutzerseitige Eingabe von Daten, in der Lage, den Unterkapazitätswert und den Teilungsfaktor zu ermitteln, um den die Gesamtspannung angebenden Messwert oder die zu der Gesamtspannung proportionale Messspannung zu erzeugen.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Mess- und/oder Spannungsumwandlungseinrichtung besteht darin, dass diese Bedienfehler vermeiden hilft, da keine benutzerseitige Dateneingabe erforderlich ist.
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Korrektureinrichtung eine Zuschalteinrichtung aufweist, die es der Korrektureinrichtung ermöglicht, vor oder nach dem Messen des Unterkapazitätswerts zu der Unterkapazität eine Hilfskapazität parallel zu schalten und die an der Parallelschaltung anliegende Hilfsspannung unter Bildung eines Hilfsspannungswerts zu messen und den Teilungsfaktor unter Heranziehung des Unterkapazitätswerts und des Hilfsspannungswerts zu bestimmen. Bei dieser Ausgestaltung kann die Mess- und/oder Spannungsumwandlungseinrichtung sowohl die Oberkapazität als auch die Gesamtspannung anhand des Spannungsmesswertes an der Unterkapazität quantitativ ermitteln.
Die Korrektureinrichtung ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass sie den Unterkapazitätswert misst, indem sie bei Anliegen der Gesamtspannung an dem Spannungsteiler den Strom durch die Unterkapazität und die Spannung an der Unterkapazität misst und mit diesen beiden Messwerten den Unterkapazitätswert der Unterkapazität errechnet.
Alternativ oder zusätzlich kann die Korrektureinrichtung einen zuschaltbaren Referenzmesszweig aufweisen und derart ausgestaltet sein, dass sie den Unterkapazitätswert mit dem Referenzmesszweig misst, wobei sie die Unterkapazität mit einer Referenzimpedanz verbindet, eine definierte Referenzspannung an die Reihenschaltung aus Unterkapazität und Referenzimpedanz anlegt, die sich an der Unterkapazität aufgrund der Referenzspannung ergebende Spannung an der Unterkapazität misst und den Unterkapazitätswert der Unterkapazität unter Berücksichtigung dieses Spannungsmesswerts und der Höhe der definierten Referenzspannung errechnet.
Die Mess- und/oder Spannungsumwandlungseinrichtung kann beispielsweise einen Spannungsverstärker umfassen, der die an der Unterkapazität anliegende Unterspannung verstärkt und als zu der Gesamtspannung proportionale Messspannung eine verstärkte Ausgangsspannung erzeugt.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Mess- und/oder Spannungsumwandlungsgerät mit einer Mess- und/oder Spannungsumwandlungseinrichtung, wie sie oben beschrieben worden ist, und einer internen Eingangskapazität, die die Unterkapazität für den Spannungsteiler bildet.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Anordnung mit einer Mess- und/oder Spannungsumwandlungseinrichtung, wie sie oben beschrieben worden ist, und einer externen Kapazität, die die Unterkapazität bildet.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zum Messen und/oder Umwandeln einer Spannung, wobei bei dem Verfahren ein eine Gesamtspannung, die an einem durch eine Unterkapazität und eine Oberkapazität gebildeten Spannungsteiler anliegt, angebender Messwert oder eine zu der Gesamtspannung proportionale Messspannung erzeugt wird, und ein das Teilungsverhältnis des Spannungsteilers angebender Teilungsfaktor berücksichtigt wird. Erfindungsgemäß wird die Unterkapazität unter Bildung eines Unterkapazitätswerts gemessen und der Teilungsfaktor unter Heranziehung des Unterkapazitätswerts bestimmt.
Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sei auf die oben beschriebenen Vorteile der erfindungsgemäßen Mess- und/oder Spannungsumwandlungseinrichtung verwiesen, da die Vorteile der erfindungsgemäßen Mess- und/oder Spannungsumwandlungseinrichtung denen des erfindungsgemäßen Verfahrens im Wesentlichen entsprechen.
Vorzugsweise wird vorgesehen, dass vor oder nach dem Messen des Unterkapazitätswerts zu der Unterkapazität eine Hilfskapazität parallel geschaltet wird, die an der Parallelschaltung anliegende Hilfsspannung unter Bildung eines Hilfsspannungswerts gemessen wird und der Teilungsfaktor unter Heranziehung des Unterkapazitätswerts und des Hilfsspannungswerts bestimmt wird.
Auch wird es als vorteilhaft angesehen, wenn der Unterkapazitätswert gemessen wird, indem bei Anliegen der Gesamtspannung an dem Spannungsteiler der Strom durch die Unterkapazität und die Spannung an der Unterkapazität gemessen und mit diesen beiden Messwerten der Unterkapazitätswert der Unterkapazität errechnet wird.
Darüber hinaus wird es als vorteilhaft angesehen, wenn eine definierte Referenzspannung an eine Reihenschaltung aus Unterkapazität und Referenzimpedanz angelegt wird, die sich an der Unterkapazität aufgrund der Referenzspannung ergebende Spannung an der Unterkapazität gemessen wird und der Unterkapazitätswert der Unterkapazität unter Berücksichtigung dieses Spannungsmesswerts und der Höhe der definierten Referenzspannung errechnet wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft
1 eine Anordnung mit einem kapazitiven Spannungsteiler sowie einem ersten Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Spannungsumwandlungseinrichtung,
2 die Spannungsumwandlungseinrichtung gemäß 1, während sie mit ihrem zuschaltbaren Referenzmesszweig die Unterkapazität des kapazitiven Spannungsteilers bei ausgeschalteter Leitung misst,
3 die Spannungsumwandlungseinrichtung gemäß 1, während sie bei eingeschalteter Leitung die an der Unterkapazität des kapazitiven Spannungsteilers anliegende Spannung misst,
4 die Spannungsumwandlungseinrichtung gemäß 1, während sie mit ihrer Zuschalteinrichtung eine Hilfskapazität parallel zu der Unterkapazität des kapazitiven Spannungsteilers schaltet und die an der Parallelschaltung anliegende Hilfsspannung misst,
5 eine Anordnung mit einem kapazitiven Spannungsteiler sowie einem zweiten Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Spannungsumwandlungseinrichtung, wobei diese mit einer Strommesseinrichtung zum Messen des durch die Unterkapazität des kapazitiven Spannungsteilers fließenden Stromes ausgestattet ist,
6 die Anordnung gemäß 5, während die Spannungsumwandlungseinrichtung mit ihrer Zuschalteinrichtung eine Hilfskapazität parallel zu der Unterkapazität des kapazitiven Spannungsteilers schaltet und die an der Parallelschaltung anliegende Hilfsspannung misst,
7 eine Anordnung mit einer externen Oberkapazität sowie einem Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Spannungsumwandlungseinrichtung, die eingangsseitig eine Eingangskapazität aufweist, die mit der externen Oberkapazität einen kapazitiven Spannungsteiler bildet,
8 eine Anordnung mit einer Spannungsumwandlungseinrichtung, die eine eine Unterkapazität bildende Eingangskapazität sowie eine Strommesseinrichtung zum Messen des durch den Spannungsteiler fließenden Stromes aufweist,
9 eine Anordnung mit einem kapazitiven Spannungsteiler sowie einer Messeinrichtung zum Messen der an dem Spannungsteiler anliegenden Gesamtspannung, wobei die Messeinrichtung einen zuschaltbaren Referenzmesszweig aufweist, und
10 eine Anordnung mit einem kapazitiven Spannungsteler sowie einer Messeinrichtung, die zum Messen des durch den Spannungsteiler fließenden Stromes eine Strommesseinrichtung aufweist.
In den Figuren werden der Übersicht halber für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet.
In der 1 sieht man einen kapazitiven Spannungsteiler T, der durch eine Oberkapazität C1 sowie eine Unterkapazität C2 gebildet ist. Der Spannungsteiler T steht über einen Schalter S mit einer Leitung 10 (z. B. Netzleitung) in Verbindung, an der eine Gesamtspannung, beispielsweise eine Netzspannung U eines Energieübertragungsnetzes anliegt. Bei der Gesamtspannung U kann es sich beispielsweise um eine Hoch- oder Mittelspannung handeln.
Wird der Schalter S eingeschaltet, so wird sich die Gesamtspannung U auf die Oberkapazität C1 und die Unterkapazität C2 derart aufteilen, dass an der Oberkapazität C1 eine Spannung U1 und an der Unterkapazität C2 eine Spannung U2 anliegt; es gilt dabei: U = U1 + U2
In der 1 erkennt man darüber hinaus eine Spannungsumwandlungseinrichtung 20, die an die Unterkapazität C2 des Spannungsteilers T angeschlossen ist und ausgangsseitig eine Messspannung Ua erzeugt, die zu der Gesamtspannung U proportional ist. Die Spannungsumwandlungseinrichtung 20 umfasst hierfür einen steuerbaren Spannungsverstärker 30 sowie eine Korrektureinrichtung 40, die den Spannungsverstärker 30 ansteuert.
Die Korrektureinrichtung 40 weist eine Spannungsmesseinrichtung 50, eine Zuschalteinrichtung 60, einen zuschaltbaren Referenzzweig 70 sowie eine Steuereinrichtung 80 auf. Die Steuereinrichtung 80 ist eingangsseitig mit der Spannungsmesseinrichtung 50 verbunden und empfängt von dieser einen Spannungsmesswert Mu, der die an der Unterkapazität C2 anliegende Spannung U2 beschreibt.
Ausgangsseitig steht die Steuereinrichtung 80 mit der Zuschalteinrichtung 60 sowie dem zuschaltbaren Referenzzweig 70 in Verbindung, um diese mittels Steuersignalen ST1 bzw. ST2 anzusteuern.
Die Zuschalteinrichtung 60 umfasst einen Schalter S1, der mit dem Steuersignal ST1 der Steuereinrichtung 80 ein- bzw. ausgeschaltet werden kann. Darüber hinaus umfasst die Zuschalteinrichtung 60 eine Hilfskapazität Ch, die bei eingeschaltetem Schalter S1 parallel zu der Unterkapazität C2 des Spannungsteilers T liegt. Ist der Schalter S1 durch ein entsprechendes Steuersignal ST1 der Steuereinrichtung 80 ausgeschaltet, spielt die Hilfskapazität Ch elektrisch keine Rolle.
Der zuschaltbare Referenzmesszweig 70 umfasst eine Referenzspannung Uref, eine Referenzimpedanz Z und einen Schalter S2. Der Schalter S2 wird durch ein Steuersignal ST2 der Steuereinrichtung 80 entweder ein- oder ausgeschaltet. Ist der Schalter S2 durch ein entsprechendes Steuersignal ST2 eingeschaltet, so liegen die Referenzspannung Uref sowie die Referenzimpedanz Z parallel zu der Unterkapazität C2 des Spannungsteilers T. Wie weiter unten noch näher erläutert werden wird, wird die Steuereinrichtung 80 den Schalter S2 mittels des Steuersignals ST2 vorzugsweise nur dann einschalten, wenn der Schalter S geöffnet und der Spannungsteiler T von der Leitung 10 getrennt ist.
Die Steuereinrichtung 80 ist geeignet, mittels des Spannungsmesswertes Mu den Unterkapazitätswert der Unterkapazität C2 des Spannungsteilers T zu ermitteln und einen Teilungsfaktor F zu ermitteln, der das Teilungsverhältnis des Spannungsteilers T bzw. das Verhältnis der Unterkapazität C2 zur Oberkapazität C1 angibt. Für den Teilungsfaktor F gilt: F = (U1 + U2)/U2 = C2/(C1 + C2)
Nachdem die Steuereinrichtung 80 den Unterkapazitätswert der Unterkapazität C2 sowie den Teilungsfaktor F bestimmt hat, erzeugt sie ein Steuersignal ST(F), das den Teilungsfaktor F angibt. Der Teilungsfaktor F gelangt über das Steuersignal ST(F) zum Spannungsverstärker 30, der die eingangsseitig anliegende Spannung U2 unter Berücksichtigung des Teilungsfaktors F verstärkt und ausgangsseitig eine verstärkte Ausgangsspannung Ua erzeugt. Für die verstärkte Ausgangsspannung Ua gilt: Ua = F·P·U2 = P·U, wobei P einen vorgegebenen Proportionalitätsfaktor bezeichnet. Der Proportionalitätsfaktor P ist vorzugsweise kleiner als 1 und wird beispielsweise so gewählt, dass bei Anliegen einer vorgegebenen Netzspannung an der Leitung 10 eine vorgegebene Sollausgangsspannung Ua von 100 V/√3 oder 110 V/√3 erzeugt wird.
Die verstärkte Ausgangsspannung Ua bildet somit eine Messspannung, die zu der Gesamtspannung U proportional ist.
Zusammengefasst ist die Spannungsumwandlungseinrichtung 20 gemäß 1 also in der Lage, die Gesamtspannung U an der Leitung 10 zu messen und eine dazu proportionale Messspannung Ua auszugeben.
Die Spannungsumwandlungseinrichtung 20 gemäß 1 kann beispielsweise wie folgt betrieben werden:
Bei offenem Schalter S, wenn also der Spannungsteiler T von der Leitung 10 elektrisch getrennt ist, kann die Steuereinrichtung 80 zunächst ihren zuschaltbaren Referenzmesszweig 70 aktivieren, indem sie über das Steuersignal ST2 den Schalter S2 schließt. Durch ein Schließen des Schalters S2 wird an die Unterkapazität C2 eine Spannung angelegt, die in der 2 mit dem Bezugszeichen U2' gekennzeichnet ist. Für die Spannung U2' gilt: U2' = Uref/(1 + j·ω·C2·Z) wobei j = √–1 und ω die Kreisfrequenz bezeichnen.
Unter der Annahme, dass die Steuereinrichtung 80 die Referenzspannung Uref sowie die Referenzimpedanz Z quantitativ kennt, weil die entsprechenden Daten in einem internen Speicher der Steuereinrichtung 80 oder in einem anderen Speicher hinterlegt sind, kann sie mit Hilfe des Spannungsmesswertes Mu', der nach dem Schließen des Schalters S2 von der Spannungsmesseinrichtung 50 geliefert wird, einen Unterkapazitätswert für die Unterkapazität C2 quantitativ bestimmen gemäß folgender Formel: C2 = (Uref/U2') – 1)/(jωZ)
Nachdem die Steuereinrichtung 80 die Unterkapazität C2 ermittelt hat, kann sie mit Hilfe des Steuersignals ST2 den Schalter S2 wieder öffnen und damit den zuschaltbaren Referenzmesszweig 70 wieder von dem Spannungsteiler T trennen.
Nun kann der Schalter S geschlossen und die Gesamtspannung U an den Spannungsteiler T angelegt werden. Dieser Zustand ist in der 3 beispielhaft gezeigt.
Es lässt sich erkennen, dass der die Spannung U2 angebende Spannungsmesswert Mu, der von der Spannungsmesseinrichtung 50 geliefert wird, von dem Teilungsfaktor F sowie der Gesamtspannung U abhängt. Es gilt der Zusammenhang: F = U/U2 = C2/C1 + C2)
Mit dieser Gleichung und dem Spannungsmesswert Mu allein lässt sich die Gesamtspannung U noch nicht quantitativ bestimmen, da der Oberkapazitätswert der Oberkapazität C1 nicht bekannt ist. Zu diesem Zeitpunkt liegt also erst eine Bestimmungsgleichung für noch zwei Unbekannte vor. Es muss demgemäß noch eine weitere Bestimmungsgleichung aufgestellt werden, um sowohl den Teilungsfaktor F als auch die Gesamtspannung U quantitativ ermitteln zu können.
Um eine weitere Bestimmungsgleichung bereitzustellen, wird die Steuereinrichtung 80 in einem weiteren Schritt den Schalter S1 mittels des Steuersignals ST1 schließen und zu der Unterkapazität C2 die Hilfskapazität Ch parallel schalten. Durch das Parallelschalten der Hilfskapazität Ch wird sich die Spannung U2 an der durch die beiden Kapazitäten C2 und Ch gebildeten Parallelschaltung ändern; der neue Spannungswert ist in der 4 mit dem Bezugszeichen U2'' und der sich ergebende Spannungsmesswert mit dem Bezugszeichen Mu'' gekennzeichnet. Der Spannungsmesswert Mu'' gelangt zu der Steuereinrichtung 80, in der nun zwei Bestimmungsgleichungen mit zwei Unbekannten vorliegen, nämlich: U/U2 = C2/C1 + C2) und U2'' = U·C1/(C1 + C2 + Ch) In der Steuereinrichtung 80 der Korrektureinrichtung 40 liegen nun zwei Bestimmungsgleichungen mit zwei Unbekannten U und C1 vor, so dass die Steuereinrichtung 80 in der Lage ist, sowohl die Oberkapazität C1 als auch die Gesamtspannung U quantitativ zu ermitteln und anschließend mit den Werten für C1 und C2 den Teilungsfaktor F zu berechnen.
Eine Bestimmungsgleichung für die Gesamtspannung U lautet schließlich wie folgt:
wobei Xc2 die Impedanz der Kapazität C2 und Xch die Impedanz der Kapazität Ch bezeichnet.
Mit Hilfe des Wertes für die Gesamtspannung U sowie mit Hilfe des Spannungsmesswertes Mu, der die Spannung U2 an der Unterkapazität C2 angibt, kann die Steuereinrichtung 80 den Teilungsfaktor F bestimmen, gemäß: F = U/U2
Mit dem Teilungsfaktor F kann die Steuereinrichtung 80 anschließend das Steuersignal ST(F) erzeugen, das zu dem Spannungsverstärker 30 übermittelt wird.
Mit dem Steuersignal ST(F) kann der Spannungsverstärker 30 nach einem Abschalten des Schalters S1 (vgl. 1) bei eingeschaltetem Schalter S eine zu der Gesamtspannung U proportionale Messspannung Ua gemäß folgender Bestimmungsgleichung bilden: Ua = F·P·U2 wobei F den Teilungsfaktor des Spannungsteilers T und P den vorgegebenen Proportionalitätsfaktor bezeichnen. Mit dem Proportionalitätsfaktor P ist der Spannungsverstärker 30 in der Lage, ausgangsseitig beispielsweise eine Messspannung zu erzeugen, die zu der vorgegebenen Nennspannung an der Leitung 10 in einem vorgegebenen Verhältnis steht. Beispielsweise kann der Proportionalitätsfaktor P so bestimmt werden, dass die Ausgangsspannung Ua einen Wert von 110 V oder 110 V/√3 aufweist, wenn die Gesamtspannung U den vorgegebenen Nennspannungswert aufweist.
In der 5 ist eine Anordnung mit einem Spannungsteiler T sowie einem zweiten Ausführungsbeispiel für eine Spannungsumwandlungseinrichtung 20 gezeigt. Im Unterschied zu der Spannungsumwandlungseinrichtung gemäß den 1 bis 4 weist die Spannungsumwandlungseinrichtung 20 gemäß 5 keinen zuschaltbaren Referenzmesszweig 70 zum Messen der Unterkapazität C2 auf, sondern stattdessen eine Strommesseinrichtung 100, die den Strom T durch die Unterkapazität C2 messen und einen entsprechenden Strommesswert Mi zu der Steuereinrichtung 80 übertragen kann. Im Übrigen entspricht die Spannungsumwandlungseinrichtung 20 gemäß 5 der Spannungsumwandlungseinrichtung gemäß den 1 bis 4.
Die Anordnung gemäß 5 lässt sich beispielsweise wie folgt betreiben:
Nachdem der Schalter S geschlossen worden ist und somit die Gesamtspannung U an dem Spannungsteiler T anliegt, wird sich an der Unterkapazität C2 eine Spannung U2 einstellen, die von der Spannungsmesseinrichtung 50 gemessen wird. Der entsprechende Spannungsmesswert Mu gelangt zu der Steuereinrichtung 80. Die Strommesseinrichtung 100 wird den durch die Unterkapazität C2 fließenden Strom I messen und den entsprechenden Strommesswert Mi zu der Steuereinrichtung 80 übertragen. Die Steuereinrichtung 80 kann nun den Unterkapazitätswert der Unterkapazität C2 ermitteln gemäß: C2 = I/(j·ω·U2)
Nachdem die Unterkapazität C2 quantitativ bestimmt worden ist, kann die Steuereinrichtung 80 über ein Steuersignal ST1 den Schalter S1 der Zuschalteinrichtung 60 schließen und zu der Unterkapazität C2 die Hilfskapazität Ch parallel schalten. Durch das Parallelschalten der Hilfskapazität Ch wird sich die Spannung U2 an der Unterkapazität C2 ändern und somit auch der Spannungsmesswert Mu verändert werden. Die 6 zeigt die Anordnung gemäß 5, nachdem der Schalter S1 geschlossen worden ist und sich an der Unterkapazität C2 die Spannung U2' eingestellt hat. Der entsprechende Spannungsmesswert Mu', der die Spannung U2' quantitativ beschreibt, gelangt zu der Steuereinrichtung 80.
In der Steuereinrichtung 80 liegen nun zwei Bestimmungsgleichungen für zwei Unbekannte, nämlich die Oberkapazität C1 sowie die Gesamtspannung U, vor. Die beiden Bestimmungsgleichungen lauten: U/U2 = C2/C1 + C2) und U2' = U·C1/(C1 + C2 + Ch)
Durch die oben bereits erläuterte mathematische Behandlung der beiden Bestimmungsgleichungen kann die Steuereinrichtung 80 die Gesamtspannung U, die Oberkapazität C1 und den Teilungsfaktor F errechnen. Mit dem Teilungsfaktor F erzeugt die Steuereinrichtung 80 anschließend das Steuersignal ST(F) und überträgt dieses zu dem Spannungsverstärker 30, der nach dem Öffnen des Schalters S1 (vgl. 5) ausgangsseitig eine zu der Gesamtspannung U proportionale Messspannung Ua erzeugt gemäß: Ua = F·P·U2
Die Messspannung Ua ist somit zu der Gesamtspannung U proportional, wobei der Proportionalitätsfaktor derart gewählt sein kann, dass bei Anliegen einer vorgegebenen Nennspannung an der Leitung 10 eine Messspannung Ua erzeugt wird, die 100 V/√3 oder 110 V/√3 beträgt.
Die 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei der zur Messung der an der Leitung 10 anliegenden Gesamtspannung U ein Spannungsteiler T verwendet wird, dessen Unterkapazität C2 zu der Spannungsumwandlungseinrichtung 20 gehört.
Zum Messen der Gesamtspannung U der Leitung 10 wird somit die Spannungsumwandlungseinrichtung 20 mit der Unterkapazität C2 an die Oberkapazität C1 angeschlossen, so dass der Spannungsteiler T gebildet wird. Anschließend wird mit der Spannungsumwandlungseinrichtung eine zu der Gesamtspannung U proportionale Messspannung Ua erzeugt, wie dies im Zusammenhang mit den 1 bis 4 im Detail erläutert worden ist.
In der 8 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Anordnung dargestellt, bei der zum Messen der an der Leitung 10 anliegenden Gesamtspannung U eine Spannungsumwandlungseinrichtung 20 mit einer internen Unterkapazität C2 sowie einer internen Strommesseinrichtung 100 an eine externe Oberkapazität C1 angeschlossen wird. Die Unterkapazität C2 der Spannungsumwandlungseinrichtung 20 bildet mit der externen Oberkapazität C1 einen Spannungsteiler T, der eine Messung der Gesamtspannung U ermöglicht, wie dies im Zusammenhang mit den 5 und 6 im Detail erläutert worden ist.
Die 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Anordnung mit einem Spannungsteiler T sowie einer Messeinrichtung 200, die ausgangsseitig einen Messwert Ma angibt, der die an der Leitung 10 anliegende Gesamtspannung U beschreibt. Die Messeinrichtung 200 umfasst eine Messeinheit 210 sowie eine Korrektureinrichtung 40, die der Korrektureinrichtung 40 gemäß den 1 bis 4 entspricht. Bezüglich des Aufbaus und der Arbeitsweise der Korrektureinrichtung 40 sei auf die obigen Erläuterungen im Zusammenhang mit den 1 bis 4 verwiesen.
Die Messeinheit 210 ist eingangsseitig an die Spannungsmesseinrichtung 50 der Korrektureinrichtung 40 angeschlossen und wertet den Spannungsmesswert Mu der Spannungsmesseinrichtung 50 aus. Darüber hinaus steht die Messeinheit 210 mit der Steuereinrichtung 80 der Korrektureinrichtung 40 in Verbindung und empfängt von dieser das Steuersignal ST(F), das den Teilungsfaktor F des Spannungsteilers T angibt. Die Messeinheit 210 multipliziert den Spannungsmesswert Mu mit dem Teilungsfaktor F und gibt ausgangsseitig einen Messwert Ma aus, der die an der Leitung 10 anliegende Gesamtspannung U angibt gemäß: Ma = F·Mu
Die Arbeitsweise der Korrektureinrichtung 40 kann der Arbeitsweise der Korrektureinrichtung 40 entsprechen, wie sie im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 4 oben erläutert worden ist. Zur Ermittlung des Teilungsfaktors F wird die Korrektureinrichtung 40 sowohl die Zuschalteinrichtung 60 als auch den zuschaltbaren Referenzmesszweig 70 einsetzen, wie dies oben im Detail beschrieben worden ist.
In der 10 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Anordnung mit einem Spannungsteiler T gezeigt, an den eine Messeinrichtung 200 mit einer internen Strommesseinrichtung 100 angeschlossen ist.
Die Strommesseinrichtung 100 gehört zu einer Korrektureinrichtung 40 der Messeinrichtung 200, die es einer Steuereinrichtung 80 ermöglicht, den Unterkapazitätswert C2 des Spannungsteilers T quantitativ zu bestimmen. Bezüglich der Arbeitsweise der Korrektureinrichtung 40 sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit den 5 und 6 verwiesen, da die Korrektureinrichtung 40 gemäß 10 sowohl hinsichtlich ihres Aufbaus als auch hinsichtlich ihrer Arbeitsweise der Korrektureinrichtung 40 gemäß den 5 und 6 entsprechen kann. Mit anderen Worten wird die Korrektureinrichtung 40 bzw. die Steuereinrichtung 80 den Strommesswert Mi der Strommesseinrichtung 100 sowie den Spannungsmesswert Mu der Spannungsmesseinrichtung 50 auswerten und mit diesen beiden Messwerten die Unterkapazität C2 quantitativ bestimmen.
Anschließend wird die Steuereinrichtung 80 die Zuschalteinrichtung 60 aktivieren und unter Heranziehung des Unterkapazitätswertes der Unterkapazität C2 den Teilungsfaktor F des Spannungsteilers T bestimmen. Mit den entsprechenden Werten kann die Steuereinrichtung 80 das Steuersignal ST(F) erzeugen, das die Messeinheit 210 ansteuert und es der Messeinheit 210 ermöglicht, mittels des Spannungsmesswerts Mu (bei ausgeschaltetem Schalter S1) den Messwert Ma zu erzeugen, der die an der Leitung 10 anliegende Gesamtspannung U beschreibt.
Bezugszeichenliste

10: Leitung
20: Spannungsumwandlungseinrichtung
30: Spannungsverstärker
40: Korrektureinrichtung
50: Spannungsmesseinrichtung
60: Zuschalteinrichtung
70: zuschaltbarer Referenzzweig
80: Steuereinrichtung
100: Strommesseinrichtung
200: Messeinrichtung
210: Messeinheit
Ch: Hilfskapazität
C1: Oberkapazität
C2: Unterkapazität
F: Teilungsfaktor
I: Strom
Ma: Messwert
Mi: Strommesswert
Mu: Spannungsmesswert
Mu': Spannungsmesswert
Mu'': Spannungsmesswert
P: Proportionalitätsfaktor
ST: Steuersignal
ST(F): Steuersignal
ST1: Steuersignal
ST2: Steuersignal
S: Schalter
S1: Schalter
S2: Schalter
T: Spannungsteiler
U: Gesamtspannung
Ua: Ausgangsspannung/Messspannung
Uref: Referenzspannung
U1: Spannung
U2: Spannung
U2': Spannung
U2'': Spannungswert
Z: Referenzimpedanz

Claims

Mess- und/oder Spannungsumwandlungseinrichtung (20, 200), die zum Anschluss an eine Unterkapazität (C2), die mit einer Oberkapazität (C1) einen unter einer Gesamtspannung (U) stehenden Spannungsteiler (T) bildet, geeignet sowie dazu ausgestaltet ist, einen die Gesamtspannung angebenden Messwert (Ma) oder eine zu der Gesamtspannung proportionale Messspannung (Ua) zu erzeugen, wobei die Mess- und/oder Spannungsumwandlungseinrichtung eine Korrektureinrichtung (40) aufweist, die einen das Teilungsverhältnis des Spannungsteilers angebenden Teilungsfaktor bei der Erzeugung des Messwerts oder der Messspannung berücksichtigt, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektureinrichtung geeignet ist, die Unterkapazität unter Bildung eines Unterkapazitätswerts zu messen und den Teilungsfaktor unter Heranziehung des Unterkapazitätswerts zu bestimmen.
Mess- und/oder Spannungsumwandlungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektureinrichtung eine Zuschalteinrichtung (60) aufweist, die es der Korrektureinrichtung ermöglicht, vor oder nach dem Messen des Unterkapazitätswerts zu der Unterkapazität eine Hilfskapazität (Ch) parallel zu schalten und die an der Parallelschaltung anliegende Hilfsspannung unter Bildung eines Hilfsspannungswerts zu messen und den Teilungsfaktor unter Heranziehung des Unterkapazitätswerts und des Hilfsspannungswerts zu bestimmen.
Mess- und/oder Spannungsumwandlungseinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektureinrichtung einen zuschaltbaren Referenzmesszweig (70) aufweist und derart ausgestaltet ist, dass sie den Unterkapazitätswert mit dem Referenzmesszweig misst, wobei sie die Unterkapazität mit einer Referenzimpedanz (Z) verbindet, eine definierte Referenzspannung (Uref) an die Reihenschaltung aus Unterkapazität und Referenzimpedanz anlegt, die sich an der Unterkapazität aufgrund der Referenzspannung ergebende Spannung an der Unterkapazität misst und den Unterkapazitätswert der Unterkapazität unter Berücksichtigung dieses Spannungsmesswerts und der Höhe der definierten Referenzspannung errechnet.
Mess- und/oder Spannungsumwandlungseinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektureinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie den Unterkapazitätswert misst, indem sie bei Anliegen der Gesamtspannung an dem Spannungsteiler den Strom (I) durch die Unterkapazität und die Spannung (U2) an der Unterkapazität misst und mit diesen beiden Messwerten (Mi, Mu) den Unterkapazitätswert der Unterkapazität errechnet.
Mess- und/oder Spannungsumwandlungsgerät mit einer Mess- und/oder Spannungsumwandlungseinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche und einer internen Eingangskapazität, die die Unterkapazität für den Spannungsteiler bildet.
Anordnung mit einer Mess- und/oder Spannungsumwandlungseinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche und einer externen Kapazität, die die Unterkapazität bildet.
Verfahren zum Messen und/oder Umwandeln einer Spannung, wobei bei dem Verfahren – ein eine Gesamtspannung (U), die an einem durch eine Unterkapazität (C1) und eine Oberkapazität (C2) gebildeten Spannungsteiler (T) anliegt, angebender Messwert (Ma) oder eine zu der Gesamtspannung proportionale Messspannung (Ua) erzeugt wird, und – ein das Teilungsverhältnis des Spannungsteilers angebender Teilungsfaktor (F) berücksichtigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterkapazität unter Bildung eines Unterkapazitätswerts gemessen und der Teilungsfaktor (F) unter Heranziehung des Unterkapazitätswerts bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass – vor oder nach dem Messen des Unterkapazitätswerts zu der Unterkapazität eine Hilfskapazität (Ch) parallel geschaltet wird, – die an der Parallelschaltung anliegende Hilfsspannung unter Bildung eines Hilfsspannungswerts gemessen wird und – der Teilungsfaktor unter Heranziehung des Unterkapazitätswerts und des Hilfsspannungswerts bestimmt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 7–8, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterkapazitätswert gemessen wird, indem bei Anliegen der Gesamtspannung an dem Spannungsteiler der Strom (I) durch die Unterkapazität und die Spannung (U2) an der Unterkapazität gemessen und mit diesen beiden Messwerten (Mi, Mu) der Unterkapazitätswert der Unterkapazität errechnet wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 7–9, dadurch gekennzeichnet, dass – eine definierte Referenzspannung (Uref) an eine Reihenschaltung aus Unterkapazität und Referenzimpedanz (Z) angelegt wird, – die sich an der Unterkapazität aufgrund der Referenzspannung ergebende Spannung an der Unterkapazität gemessen wird und – der Unterkapazitätswert der Unterkapazität unter Berücksichtigung dieses Spannungsmesswerts und der Höhe der definierten Referenzspannung errechnet wird.