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Verfahren zur Messung von Strom, Spannung, Leistung oder anderen elektrischen
Größen in Hochspannungsnetzen Es ist bekannt, in Hochspannungsnetzen die Strom-und
Spannungswerte mit Hilfe von in.duktiven Strom-und Spannungswandlern zu messen.
Mit steigenden Betriebsspannungen ist man weiter dazu übergegangen, die induktiven
Spannungswandler in bekannter Weise durch kapazitive Wandler zu ersetzen, da sie
billiger in der Herstellung sind. und gleichzeitig als Ankopplungskondensatoren
für die Hochfre.quenzübertragung bei der EW-Telefonlie mitverwendet werden können.
Der Versuch, die induktiven Stromwandler durch kapazitive Stromwandler zu ersetzen,
hat bis heute noch nicht zu einer befriedigenden Lösung geführt, da der Aufwand
hierbei wegen der benötigten zwei Koppiungskondensatoren relativ groß wird. Aus
diesem Grunde wurde bereits vorgeschlagen, eine in einem Leiter des Hochspannungsnetzes
fließende Störgröße durch Sender, die auf Hochspannungspotential liegen, draht los
an Empfänger zu übermitteln7 die am Boden stehen, so daß durch den Abstand zwischen
Sender und Empfänger die erforderliche Isolation gewährleistet ist. Der wesentliche
Nachteil der le.tztgenannten. Meßanordnung liegt jedoch in. der Anzahl der notwendigen
Frequenzbereiche, da für jede Phase je- ein Sender mit eigenem Frequenzbereich vorhanden
sein muß, um eine einwandfreie Übertragung des Meßwertes aus jeder Phase sicherzustellen.
Eine weitere Schwierigkeit heim Betrieb dieser Meßeinrichtungen besteht in der Stromversorgung
der auf Hochspannungspotential liegenden Sendeeinrichzungen. Ferner können äußere
Einflüsse zu Störungen auf der Sendestrecke selbst führen, die das Meißergebnis
beeinflussen.
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Es -ist auch bereits eine Einrichtung zum Messen des Stromes in Hochspannungsleitungen
mit Hilfe eines Licht- oder Wärmestrahlers bekannt. Aus Gründen der Betriebssicherheit
erfordert diese Ausführung eine materielle Verbindung zwischen der Hochspannungsleitung
und Erde, wie dies beispielsweise durch einen Hohlisolator der Fall ist. Dieser
Isolator muß also für die gesamte Betriebsspannung dimensioniert sein, eine Tatsache,
die, vom wirtschaftlichen Standpunkt aus gesehen, äußerst ungünstig ist.
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Außerdem ist dadurch die Mögliclllceit von einer Fülle von Fehlerquellen
gegeben, die schließlich bei einer Kriechwegbildung die Störung der gesamten Anlage
verursachen können. Schon aus diesen Gründen ist eine derartige Anordnung in Höchstspannungsanlagen
nicht brauchbar. Die Anwendung von Licht-und Wärmestrahlen erfordert außerdem not
eine Sichtverbindung zwischen Sender und Empfänger, die leicht durch unvorhergesehene
Umstände. gestört werden kann.. Ferner ergeben die starl< spannungsempfindlichen
Licht- und Wärmequellen einen- weiteren Ungenaüigkeitsfaktor in der Messung, so
daß
letzten Endes eine solcha Meßanordnung infolge ihrer Ungenauigkeit und ihrer
Betriebsunsicherheit für die Anwendung in Netzen mit höchster Spannung völlig ungeeignet
ist.
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Außerdem ist eine Einrichtung zur Messung an Gleichstromkreisen bekannt,
bei der mit Hilfe eines stark temperaturabhängigen Widerstandes der hochgespannte
Gleichstrom dadurch gemessen wird, daX der Wert dieses Widerstandes durch einen
Hilfswechselstrom festgestellt wird, wobei die Potentialtrennung an zwei in der
Wechselstromzuleitung liegenden Kondensatoren erfolgt. Der Nachteil dieser Meßeinrichtung
liegt einmal bei dem stark temperaturabhängigen Widerstand, der selbstverständlich
auch atmosphärischen Temperaturschwankungen unterliegt, wodurch sich eine erhebliche
Beeinträchtigung der Meßgenauigkeit ergibt. Ferner sind die Kondensatoren für die
volle Hochspannung auszulegen.
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Dieser Umstand gestattet nicht die Anwendung solcher Meßeinrichtungen
für höchste Spannungen, da sonst der wirtschaftliche und technische Aufwand unmöglich
große Formen annehmen würde. Auch diese Meßanordnung ist also für die Messung hochgespannter
Ströme aus Gründen der Betriebssicherheit, ( Lenauigkeit und Wirtschaftlichkeit
ungeeignet.
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Weiterhin wurden schon - Einrichtungen vorgeschlagen, mit deren Hilfe
ein hochgespannter Strom gemessen werden soll und die beispielsweise ein von dem
zu messenden zStrom erregtes Solenoid besitzen, welches mit Hilfe einer mechanischen.,
pneumatischen oder hydraulischen Druckübermittlung einen dem Stromwert proportionalen
Druck bildet.
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Ebenso kann auch ein von dem zu messenden Strom erregter Motor unter
Zwischen.schaltung einer isolierwelle ein auf der Niederspannungsseite sitzendes
Organ
antreiben. Alle diese Ausführungen haben den Nachteil, daß sie für die Verwendung
in Höchstspannungsan.lagen entweder zu hohe isolationstechnische Anforderungen stellen
oder aber große Betrichsunsicherheiten mit sich bringen, die ihre Verwendung in
diesen wichtigen. Betriebseinrichtungen nicht gestattet.
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Alle diese Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß
eine durch einen auf Erdpotential befindlichen Sender erzeugte Hochfrequenz mit
Koppelgliedern auf die Hochspannungsseite übertragen und dort proportional der zu
messenden Größe amplituden., frequenz- oder impul smoduliert wird. Der Modulator
ist zu diesem Zweck auf der Hochspannungsseite mit Gebe.rn. bekannter Bauart zusammen
angeordnet und besitzt Hochspannungspotential. Gemäß der zu messenden elektrischen
Einheit wird als Geber das für diese Zwecke am besten geeignete Meßgerät wie beispielsweise
für die Messung der Stromstärke ein Stromwandler, benutzt.
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Bei der Leistungsmessung wird dementsprechend die Multiplikation von
Strom und Spannung bereits auf der Hochspannungsseite vorgenommen, so daß die Hochfrequenz
in dem Maße moduliert wird, wie dem tatsächlichen Leistungswert entspricht.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch
dargestellt.
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Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung,
und Fig. 2 zeigt einen kapazitiven Spannungswandler, bei dem die Erfindung derart
angebaut ist, daß sie mit dem Spannungswandler eine Baueinheit bildet. In bei den
Figuren. sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In der Fig. 1 ist zwischen. die Phase T der Freileitung 1 und Erde
ein kapazitiver Spannungswandler bekannter Ausführung geschaltet, der aus einzelnen
Kondensatoren 2, 3 und 4 besteht. Die Spannungsmessung erfolgt hierbei wie üblich
über einen Resonanzschwingkreis, bei dem die Reihenschaltung einer Drossel 5 und
der Primärwicklung 6 eines Meßübertragers zu dem Meßkondensator 4 parallel ge;-schaltet
ist. An. den Klemmen 13 wird d.ann da.s entsprechend geeichte Voltmeter angeschlossen.
Gemäß der Erfindung wird nun die von einem auf Erdpotential befindlichen Sender
erzeugte Hochfrequenz auf die Hochspannungsseite übertragen.. Zu diesel Zweck ist
der erdseitige- Punkt 7 des Resonanzschwingkreises nicht unmittelbar an Erde gelegt,
sondern über ein Koppelglied 10 des Hochfrequenzsenders und xempfängers, der in
der Zeichnung nicht dargestellt ist. Um aber für den Betrieb des Spannungswan dlers
eine ausreichende Erdung zu haben, ist parallel zu dem Koppelglied 10 eine Sperrdrossel
8 gelegt, die die von. der Frei leitung 1 ankommende modulierte Hochfrequenz zwingt,
über das Koppelglied 10 zu gehen, aber für die Frequenz von 50- Hz keinen Widerstand
bildet. Zum Schutz gegen Überspannungen ist schließlich noch eine Funkenstrecke
9 parallel geschaltet. So ist es möglich, eine Hochfrequenz über das Koppelglied
10 einzuspeisen, die über die Kondensatoren 4, 3 und 2 zur Phase T der Freileitung
1 gelangt. In diesen Leitungszug ist ein Stromwandler 11 eingeschaltet, dessen Sekudärwicklung
mit einem Modulator 12, der eben.falls an der Phase T angeschlossen ist, verbunden
ist, so daß der Stromwandler 11 als Geber für die Messung der Stromstärke dien.t.
Da der Widerstand der Primärwicklung eines Stromwandlers, insbesondere für hohe
Stromstärken, vernachlässigbar klein ist, wäre der zu
dem Stromwandler 11 parallel
geschaltete Modulator 12 kurzgeschlossen. Andererseits soll durch den Modulator
12 nur die Hochfrequenz fließen, was durch Einbau einer Sperrdros-sel 14 einfach
zu erreichen ist.
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Soll sich außerdem die Hochfrequenz nur in einer Richtung ausbreiten,
so wird in. der zu sperrenden Richtung noch eine weitere Sperrdrossel 15 vorgesehen.
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Die für den Modulator 12 erforderliche Energie wird zweclsmäßig auf
ähnliche Wei.se dem Spannungswandler entnommen wie die Energie zur Spannungsanzeige.
Aus diesem Grunde ist unter Einbeziehung des der Hochspannung am nächsten liegenden
Kondensators 2 sowie einer zusätzlichen Drossel 16 und einem Ubertrager 17 ein zweiter
Resonanzschwingkreis gebildet, der über die Sekundärwicklung des Übertragers 17
die für den Modulator 12 benötigte Energie liefert.
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Aus diesem Aufbau ergibt sich dann folgende Wirkungsweise: Die auf
Hochspanilungsleitung ger brachte Hochfrequenz wird mittels des Modulators 12 in
einem Maße moduliert. das durch einen Stromwandler, ganz allgemein durch einen Geber,
bestimmt wird. Die modulierte Hochfrequenz gelangt wieder über die Kondensatorenkette
des Spannungswandlers und das Koppelglied 10 zum Sender, der zu diesem Znvecls gleichzeitig
als Empfänge.r vorgesehen ist, indem die der Hochfrequenz aufmodulierte Meßgröße
ausgesiebt und zur direkten Ablesung auf ein entsprechendes Meßgerät gegeben wird.
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Fig. 2 zeigt eine Anordnung, bei der ein. Spannungswandler mit der
erfindungsgemäßen Meßeinrichtung zu einer Baueinheit zusammengefaßt ist. Die Kondensatoren
2, 3 und 4 des Spannungswandlers sind hierbei in einem Isoliergehäuse 18, z. B.
einer Porzellandurchführung, angeordnet. Im Wandlerkopf 19, der sich auf Hochspannungspotential
befindet, sind dann der Stromwandler 11, der Modulator 12 sowie die zum Resonanzschwingkreis
gehörenden Teile 16 und 17 angeordnet, die zusammen mit dem Kondensator 2 die Energiequelle
des Modulators 12 darstellen. Im geerdeten. Gehäuse 20 sind die Drossel 5 und der
Übertrager für die Spannungsmessung neben. einem Kopplungsglied 10 für die Hochfrequenz,
der Sperrdrossel 8 und der Funkenstrecke 9 untergebracht. Bei den Spannungen, für
die diese Meßein.richtung in Frage kommen, werden zweckmäßig noch Abschirmelektroden
vorgeseben, die zur Vergleichmäßigung des Feldes beitragen. Bei dieser Ausführungsform
ergibt sich der Vorteil, daß die in Fig. 1 genannte Sperrdrossel 14 wegfallen. kann,
da hier der Modulator 12 übe.r das Koppelglied 22 an den Spannungswandler anschluß
gelegt ist, wodurch ein Kurzschließen. durch den Stromwandler ausgeschlossen ist.
Gleichzeitig weist die ganze Baueinheit die Mindestzahl an Anschlußklemmen auf,
da außer den Klemmen für den Anschluß der Freileitung 1 und den Klemmen 13 für den
Spannungsmesser nur noch Klemmen 23 für die Hochfrequenz vorzusehen sind.
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Die Wirkungsweise dieser Bauelinheit ist mit der Wirkungsweise der
in Fig. 1 beschriebenen Meßeinrichtung identisch.