DE102016124165A1

DE102016124165A1 - Verfahren und Sensor zur Messung eines Wechselstroms

Info

Publication number: DE102016124165A1
Application number: DE102016124165.2A
Authority: DE
Inventors: Stefan Götz; Hermann Dibos; Rafael BANZHAF
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2016-12-13
Filing date: 2016-12-13
Publication date: 2018-06-14
Also published as: US10782320B2; GB201720142D0; CN108226602B; GB2559258B; GB2559258A; US20180164345A1; CN108226602A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung einer zeitlichen Ableitung eines ein Messobjekt durchfließenden Wechselstromes, bei dem eine Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule an dem Messobjekt ausgerichtet wird, in Spulenwindungen der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule mindestens eine Abschottleitung eingezogen wird, welche eine kapazitive Kopplung der Spulenwindungen der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule untereinander und/oder mit mindestens einer weiteren elektrischen Leitung minimiert, und eine in mindestens einer die Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule umfassenden Messleitung durch den Wechselstrom induzierte Spannung gemessen wird.Ferner wird ein entsprechender Sensor und ein Verfahren zur Bereitstellung eines solchen Sensors offenbart.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Sensor zur Messung eines Wechselstromes in einer Stromleitung mit Hilfe einer Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule.
Exakte Strommessungen sind von zentraler Bedeutung in der Elektrotechnik. So determinieren bspw. Strommessungen in Regelschleifen in der Regel direkt eine Qualität eines jeweiligen Gesamtsystems. Zur Messung von in einem Messobjekt fließendem elektrischem Strom kann eine sogenannte Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule eingesetzt werden, die Messungen mit sehr hohen Bandbreiten erlaubt.
Ein Rogowski-Steinhaus-Chattock-Stromsensor umfasst mindestens eine Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule, die aus einer Toroidalleiterschleife aufgebaut ist, welche kreisförmig ausgebildet ist, eine Messvorrichtung und entsprechende Zuleitungen zwischen den Messvorrichtungen und der mindestens einen Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule. Im Folgenden werden die Zuleitungen und die Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule als Messleitung bezeichnet. Leitungsabschnitte der Zuleitungen und der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule werden für sich genommen auch jeweils als Messleitung bezeichnet. Um die Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule senkrecht um einen Leiter in einem Leitungssystem, von welchem der Strom zu messen ist, anzuordnen, kann der Kreis der Toroidalleiterschleife eine Öffnung aufweisen. Üblicherweise wird die Rückleitung der an der Öffnung endenden Toroidalleiterschleife durch das Innere der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule geführt. Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spulen stellen eine einfache und verlässliche Methode dar, einen Stromfluss in einem elektrischen Leitungssystem festzustellen. Ein zu messender Stromfluss verursacht ein den Leiter umgebendes magnetisches Feld, welches in einer um den Leiter sich befindlichen Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule eine Spannung induziert. Aus dieser Spannung lässt sich dann der Strom in dem Leiter berechnen. Rogowski-Steinhaus-Chattock-Stromsensoren werden in einem weiten Frequenzbereich von Wechselströmen eingesetzt. Messstörungen treten dabei mit zunehmender Frequenz der zu messenden Wechselströme immer mehr in den Vordergrund.
Eine Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule besteht, wie voranstehend erwähnt, aus einer zu einem Toroid gewundenen Messleitung, die in der Regel als Hinleiter in Form einer Helixspirale gewunden ist und nach einem Wendepunkt als Rückleiter innerhalb des Toroids zurück zu einem Anfang des Toroids geführt wird. Die Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule (A.P. Chattock (1887). On a magnetic potentiometer. Proceedings of the Physical Society of London on 23-26; W. Rogowski and W. Steinhaus (1912). Die Messung der magnetischen Spannung: Messung des Linienintegrals der magnetischen Feldstärke. Archiv für Elektrotechnik, 1(4): 141-150) verwendet eine um einen Messstrom bzw. um einen den Messstrom führenden Leiter herum zu legende Toroidspule. Abweichend davon muss die Spule den Leiter nicht unbedingt umschließen, siehe S. Hain, M. Bakran (2014). Higly dynamic current measurements with inductive current sensors - a numerical recipe. PCIM Europe, 1617-1624. Um mittels einer Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule ein Spannungsignal zu messen, das proportional zur Ableitung eines zu messenden elektrischen Stroms ist, sollte die Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule sehr gleichmäßig gewickelt sein.
Die Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule erlaubt eine Messung von Wechselströmen in sehr hohen Bandbreiten vom Millihertz- bis in den Megahertzbereich. Unter Verwendung traditioneller Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spulen zur Strommessung treten allerdings bei einem Wechselstrom mit einer Frequenz von wenigen Megahertz Limitationen aufgrund von physikalischen Eigenschaften der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule auf. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere auftretende elektrische Kapazitäten innerhalb einer jeweiligen Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule als auch zwischen der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule und einem Messobjekt bzw. der Erde Einfluss auf eine Messgenauigkeit eines mittels der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule gemessenen Stroms haben. Dabei lassen sich insbesondere vier Arten von elektrischen Kapazitäten, die sich auf die Messgenauigkeit einer Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule auswirken, identifizieren.
So tritt insbesondere bei einer hohen Frequenz eines die Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule durchlaufenden Wechselstroms eine elektrische Kapazität zwischen zwei beliebigen, insbesondere benachbarten Windungen einer Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule auf. Diese elektrische Kapazität wirkt sich umso stärker aus, je höher eine Spannungsdifferenz zwischen jeweiligen Windungen wird, da eine Kopplung zwischen Kapazität und einer Spannungsdifferenz zwischen den jeweiligen Windungen effektiv wirkt. Eine derartige Spannungsdifferenz steigt mit einer Frequenz eines jeweiligen die Spule durchlaufenden Wechselstroms, sobald sich aufgrund einer kurzen Wellenlänge des Wechselstroms Spannungsunterschiede bereits zwischen benachbarten Windungen der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule ausbilden. Weiterhin steigt eine Spannungsdifferenz zwischen jeweiligen Windungen einer Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule mit einer Verringerung eines räumlichen Abstands jeweiliger Windungen. Um eine Sensitivität einer jeweiligen Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule zu steigern, wird jedoch häufig der Abstand zwischen jeweiligen Windungen der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule reduziert bzw. möglichst klein gehalten und eine Anzahl von Windungen erhöht, bzw. möglichst groß gewählt, so dass gemäß den voranstehend gemachten Erläuterungen ein Auftreten von Kapazitäten zwischen den Windungen begünstigt wird.
Analog zu der elektrischen Kapazität zwischen jeweiligen Windungen einer Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule kann eine elektrische Kapazität zwischen einer jeweiligen Windung und einem im Inneren einer Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule geführten Rückleiter auftreten und quasi als Äquivalent zu einer elektrischen Kapazität zwischen zwei beliebigen Windungen betrachtet werden.
Ferner entsteht eine elektrische Kapazität zwischen jedem einzelnen Leiterteil einer Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule und einem jeweiligen Messobjekt bzw. der Erde. Dabei steigt ein Einfluss einer Kopplung zwischen einem jeweiligen Leiterteil der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule und dem Messobjekt mit einer Spannung und einer Frequenz eines in dem Messobjekt fließenden elektrischen Stroms an.
Für den Fall, dass eine Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule als elektrischer Schirm wirkt, liegt ferner eine Kopplung zwischen jedem einzelnen Leiterteil einer jeweiligen Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule und einem jeweiligen Schirmpotential vor.
Zusätzlich bilden sämtliche Kapazitäten einer jeweiligen Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule zusammen mit einer jeweiligen Induktivität Filter bzw. Resonanzen, die eine Messbandbreite um Größenordnungen verringern können. Allgemein sinkt eine Impedanz über eine Kapazität mit steigender Frequenz eines zu messenden Wechselstroms ab, weshalb Signale und Störungen insbesondere bei hohen Frequenzen über Kapazitäten besonders häufig auftreten.
Die US-amerikanische Druckschrift US 2008 0106 253 A1 offenbart eine Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spulenanordnung mit zwei Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spulen, die beide einen zu messenden Leiter umgeben. Dabei werden Signale beider Spulen miteinander verrechnet, um Störungen innerhalb jeweiliger gemessener Signale zu identifizieren.
In der US-amerikanischen Druckschrift US 2010 0109 643 A1 wird ein Stromsensor mit drei verbundenen Spulenelementen, die in der Nähe eines zu messenden Leiters angeordnet werden, offenbart.
Eine kombinierte Messvorrichtung mit einem Stromsensor und einem Spannungssensor sowie einem gemeinsamen elektromagnetischen Schirm ist in der US-amerikanischen Druckschrift US 2011 0089 933 A1 offenbart.
Die US-amerikanische Druckschrift US 2015 0028 852 A1 offenbart einen Stromsensor, der aus zwei koaxialen Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spulen besteht.
In der internationalen Druckschrift WO 2014 060 106 A1 wird eine Strom- und/oder Spannungsmessvorrichtung offenbart, bei der ein Stromsensor und/oder ein Spannungssensor innerhalb eines um einen zu messenden Leiter herum verlaufendes, toroiden Gehäuses angeordnet sind.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zur schnellen und genauen Messung eines durch ein Messobjekt fließenden elektrischen Stroms bereitzustellen.
Es wird somit ein Verfahren zur Messung einer zeitlichen Ableitung eines ein Messobjekt durchfließenden Wechselstroms vorgestellt, bei dem eine Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule an dem Messobjekt ausgerichtet wird, in Spulenwindungen der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule mindestens eine Abschottleitung eingezogen wird, welche eine kapazitive Kopplung von Spulenwindungen der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule untereinander und/oder mit mindestens einer weiteren elektrischen Leitung minimiert, zumindest aber vermindert, und eine zeitliche Ableitung eines in dem Messobjekt fließenden Wechselstroms über eine in mindestens einer die Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule umfassenden Messleitung durch den Wechselstrom induzierte Spannung berechnet wird. Dabei wird eine Potentialdifferenz zwischen mindestens einem Punkt der mindestens einen von der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule umfassten Abschottleitung und einem diesem Punkt der Abschottleitung nächstgelegenen Punkt einer die Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule umfassenden Messleitung minimiert, wodurch die mindestens eine Abschottleitung Feldlinien der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule zu mindestens einem dielektrisch aktiven Objekt absorbiert und eine kapazitive Kopplung der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule zu dem mindestens einen dielektrisch aktiven Objekt minimiert.
Im idealen Fall ist eine an der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule induzierte und messbare Spannung proportional zur zeitlichen Ableitung des zu messenden Wechselstroms. Aufgrund dieser zeitlichen Ableitung ist die Spannung auch proportional zur Spannung des zu messenden Wechselstroms. Um ein stromabhängiges Signal, d. h. einen direkten Wert für den zu messenden Wechselstrom zu erhalten, muss der Verlauf der Spannung entsprechend zeitlich integriert werden. Über ein zeitliches Integral der gemessenen zeitlichen Ableitung des Wechselstroms wird letztlich der Wechselstrom gemessen.
Das vorgestellte Verfahren dient insbesondere zur Abschirmung einer jeweiligen Messleitung eines Rogowski-Steinhaus-Chattock-Stromsensors vor elektromagnetischen Einflüssen durch die Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule selbst und/oder durch einen in einem jeweiligen Messobjekt fließenden elektrischen Strom und/oder der Erde bzw. vor elektrischen Wechselwirkungen der jeweiligen Messleitung der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule mit einem Teil der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule selbst und/oder einem durch ein jeweiliges Messobjekt fließenden elektrischen Strom und/oder der Erde. Dazu ist insbesondere vorgesehen, dass eine Potentialdifferenz zwischen mindestens einer in die Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule eingezogenen Abschottleitung und der die Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule umfassenden Messleitung an mindestens einem Punkt der mindestens einen Abschottleitung und einem entsprechend nächstgelegenen Punkt der Messleitung minimiert wird. Dies bedeutet, dass die mindestens eine Abschottleitung derart in die Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule eingebracht bzw. an der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule angeordnet wird, dass zu jedem Zeitpunkt ein durch eine durch den in dem Messobjekt fließenden elektrischen Strom und/oder ein beliebiges dielektrisches Objekt in der mindestens einen Abschottleitung induzierte Spannung hervorgerufenes Potential im Wesentlichen gleich einem entsprechend hervorgerufenen elektrischen Potential an einem zu dem Punkt auf der Abschottleitung nächstgelegenen Punkt auf der mindestens einen Messleitung der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule ist bzw. wird.
Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Minimierung einer elektrischen Spannung zwischen der mindestens einen erfindungsgemäß vorgesehenen Abschottleitung und der Messleitung des Rogowski-Steinhaus-Chattock-Sensors bzw. eines entsprechenden Einstellens eines Potentials der mindestens einen Abschottleitung dahingehend, dass jeder Punkt der mindestens einen Abschottleitung dasselbe elektrische Potential aufweist wie ein nächstgelegener Punkt der Messleitung, absorbiert die mindestens eine Abschottleitung Feldlinien der Messleitung, insbesondere der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule zu jeweiligen dielektrisch aktiven Objekten und verringert eine kapazitive Kopplung zwischen den jeweiligen dielektrisch aktiven Objekten und der Messleitung oder unterbindet die kapazitive Kopplung zwischen den jeweiligen dielektrisch aktiven Objekten und der Messleitung komplett.
Um eine kapazitive Kopplung zwischen der Messleitung der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule und einem jeweiligen dielektrisch aktiven Objekt zu reduzieren bzw. zu unterbinden, ist erfindungsgemäß insbesondere vorgesehen, dass ein in einem jeweiligen Messobjekt fließender elektrischer Strom als Elektrizitätsquelle verwendet wird, um die erfindungsgemäß vorgesehenen Abschottleitung so mit Elektrizität zu speisen, dass eine elektrische Kopplung der Messleitung bzw. der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule mit Teilen der Messleitung bzw. der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule selbst und/oder dem Messobjekt und/oder der Erde minimiert werden. Dazu reduziert die Abschottleitung eine wirksame Kopplung C*ΔV aus bestehenden Kapazitäten und einer jeweils herrschenden Spannungsdifferenz. Je nachdem welche Kopplung zu reduzieren ist, muss die Abschottleitung eine entsprechende Leitungsführung und/oder Impedanz und/oder Terminierung aufweisen.
Ein in einem jeweiligen Messobjekt fließender, d. h. ein jeweiliger zu messender elektrischer Strom induziert in einer jeweiligen Messleitung der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule und in einer Abschottleitung ein elektrisches Feld E und eine zugehörige Spannung V. Um eine optimale Messung des elektrischen Stroms zu ermöglichen und entsprechend elektromagnetische Einflüsse auf die Messleitung zu minimieren, ist ein Verlauf der Abschottleitung so zu wählen, das die Abschottleitung einerseits die Messleitung von einem jeweiligen Gegenpol einer kapazitiven Einstreuung abschirmt und andererseits von dem zu messenden elektrischen Strom möglichst ein gleicher Potentialverlauf in der Abschottleitung und der Messleitung induziert wird. Dabei induziert ein magnetisches Feld des zu messenden elektrischen Stroms sowohl in der Abschottleitung als auch in der Messleitung eine elektrische Spannung, so dass sich die Spannung sowohl in der Messleitung als auch in der Abschottleitung relativ zu einem Referenzpotential erhöht.
In einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass das elektrische Potential des mindestens einen Punkts der mindestens einen Abschottleitung, welcher zu dem ihm nächstgelegenen Punkt der Messleitung eine minimale Potentialdifferenz aufweisen soll, mittels eines elektrischen Regelelements der folgenden Liste an elektrischen Regelelementen eingestellt wird: Potentiometer, einstellbarer Widerstand oder Gleichstromquelle.
Um bspw. aufgrund von Fertigungstoleranzen oder aufgrund von bewusst vorgesehenen Unterschieden zwischen Abschottleitung und Messleitung im Verlauf einer Abschottleitung gegenüber einer Messleitung entstehende elektrische Potentiale zwischen der Abschottleitung und der Messleitung auszugleichen bzw. um über eine gesamte Länge der Abschottleitung ähnliche Spannungsverhältnisse wie in der Messleitung zu erreichen, müssen jeweilige Enden der Abschottleitung elektrisch ähnlich oder gleich abgeschlossen werden wie die Messleitung. Ein elektrischer Abschluss bzw. eine elektrische Terminierung der Messleitung kann bspw. eine Verstärkereingangsimpedanz, eine Leitung bis zu einem entsprechenden Verstärker oder eine Leitungsterminierung zur Unterbindung von Reflexionen umfassen. Eine entsprechende Impedanz kann einen realen Anteil, d. h. einen Widerstand sowie einen komplexen, phasenverschiebenden Anteil, d. h. eine Induktivität und/oder Kapazität aufweisen. Dazu kann ein elektrisches Regelelement bspw. als Terminierung an der Abschottleitung angeschlossen werden, das bspw. eine Impedanz der Abschottleitung erhöht oder verringert oder eine an der Abschottleitung anliegende Spannung erhöht oder verringert.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass die mindestens eine Abschottleitung mit der gleichen Impedanz abgeschlossen wird wie die Messleitung, so dass sich die Gesamtimpendanzen beider Spulen bzw. von Abschottleitung und Messleitung möglichst gleichen.
Eine Terminierung der erfindungsgemäß vorgesehenen Abschottleitung kann dazu genutzt werden, um Fertigungstoleranzen oder fertigungs-, konstruktions- oder designbedingte Unterschiede zwischen der erfindungsgemäß vorgesehenen Abschottleitung und der Messleitung bzw. der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule auszugleichen. So muss bspw. die Abschottleitung nicht zwangsweise eine mehrere Meter lange Zuleitung, wie sie bei einer Messleitung typischerweise vorgesehen ist, aufweisen, sondern könnte alternativ nahe der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule enden, wobei dann jedoch die nun gegenüber der Messleitung fehlende Impedanz des Anschlusskabels bzw. der Zuleitung an der Abschottleitung nachgebildet werden muss.
Eine Terminierung in Form einer elektrischen Impedanz eignet sich ferner dazu, Unterschiede zwischen der Messleitung und der Abschottleitung, die bspw. durch unterschiedlich große Toroide von Messleitung und Abschottleitung entstehen, auszugleichen, ohne einen jeweiligen Verlegungspfad der beiden Leitungen zu verändern. Sofern eine jeweilige Messleitung und eine jeweilige Abschottleitung eine lediglich affin linear unterschiedliche Zunahme einer induzierten Spannung über eine jeweilige Leitungslänge aufweisen und somit mit zwei Konstanten C₁ und C₂ ein Zusammenhang gemäß Gleichung (1) möglich ist, kann die Konstante C₁ über eine Abschlussimpedanz der Abschottleitung angepasst werden. Die Konstante C₂ lässt sich dagegen über eine entsprechende Potentialreferenzierung einstellen. $d V_{m e s s} / d l_{m e s s} = C_{1} d V_{a b s c h o t t} / d l_{a b s c h o t t} + C_{2}$
wobei dV_mess/dl_mess die Spannungszunahme über die Leitungslänge der Messleitung und dV_abschott/dl_abschott die Spannungszunahme über die Leitungslänge der Abschottleitung bezeichnet.
Ein Unterschied zwischen Messleitung bzw. Messwicklung und Abschottleitung bzw. Abschottwicklung kann bspw. durch unterschiedlich große Querschnittsflächen der jeweiligen Toroide der Wicklungen entstehen.
Beispielhaft sollten Abschottleitungen für eine Abschottung einer jeweiligen Messleitung bzw. der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule gegen außerhalb der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule gelegene elektromagnetische Einflüsse und gegen eine Kopplung zu einem jeweiligen zu messenden elektrischen Strom durchgehend außerhalb der Messleitung bzw. der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule liegen und folglich im Torusteil der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule mit einem gegenüber der Messleitung größeren Radius um die Messleitung gewickelt sein. Entsprechend weist ein durch die Abschottleitung geformter Toroid eine größere Querschnittsfläche auf als ein durch die Messleitung geformter Toroid, so dass in dem durch die Abschottleitung geformten Toroid eine gegenüber dem durch die Messleitung gebildeten Toroid höhere Zunahme der Spannung mit der Länge entlang des jeweiligen Toroids erfolgt. Durch eine Verringerung einer Abschlussimpedanz des durch die Abschottleitung gebildeten Toroids kann diese Zunahme der Spannung mit der Länge entlang des Toroids an den durch die Messleitung gebildeten Toroid angepasst werden.
Eine Verringerung einer Abschlussimpedanz der erfindungsgemäß vorgesehenen Abschottleitung führt zu einer geringeren Messspannung, da die entsprechende Quelle (induzierte Spannung in die durch die Messleitung gebildete Toroidspule) einen endlichen Innenwiderstand aufweist und entsprechend durch zu hohen Stromfluss erschöpft werden kann. Eine derart zunehmende Erschöpfung kann durch eine Verringerung der Abschlussimpedanz der Abschottleitung erreicht werden. Bei einer Abschlussimpedanz von Null, d. h. bei einem Kurzschluss, bestimmt lediglich ein Innenwiderstand einer jeweiligen Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule einen Stromfluss durch die Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule und eine Gesamtspannung an jeweiligen Enden der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule verschwindet, so dass Gleichung (2) gilt: $\int_{0}^{L} (d V / d l) d l = 0$
Über ein Verhältnis aus Real- und Imaginärteil von Gleichung (2) lässt sich eine Phase eines Signals der Abschottleitung und somit eine Phase einer Spannung an jeder Stelle der Abschottleitung umfassend einstellen.
Eine Erhöhung einer Abschlussimpedanz der erfindungsgemäß vorgesehenen Abschottleitung wirkt entsprechend gegenläufig und kann bspw. einen niedrigeren Toroidradius einer Wicklung der Abschottleitung, bspw. bei einer Abschottung der Messleitung gegen eine in der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule innenliegende Rückleitung, kompensieren.
Durch eine Anpassung einer Abschlussimpedanz der erfindungsgemäßen Abschottleitung kann auf eine Impedanzanpassung einer jeweiligen Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule bzw. einer die Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule umfassenden Messleitung, die eine Gefahr mit sich brächte, eine Quellimpedanz eines jeweiligen Messsignals und, dadurch bedingt, eine Sensitivität und ein Rauschverhalten der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule bzw. der Messleitung signifikant zu verschlechtern, verzichtet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren basiert im Wesentlichen darauf, dass ein zu messender elektrischer Wechselstrom in einer Abschottleitung ein elektrisches Potential induziert, das einer Lage der Abschottleitung im Raum entspricht. Wird bspw. eine Abschottleitung auf einer Achse zwischen zwei Messleitungen mit lokal näherungsweise homogenem magnetischem Feld eines jeweiligen zu messenden elektrischen Stroms positioniert und werden alle Leitungen an einem entfernten identischen Ort verbunden, stellt sich an einer entsprechenden Stelle der Abschottleitung näherungsweise ein Potential V_p ein, das gemäß der Poisson-Gleichung etwa einem mit jeweiligen Abständen gewichteten Mittel jeweiliger Potentiale jeweiliger zu der Stelle der Abschottleitung benachbarter Stellen der zwei Messleitungen entspricht. Um diese Potentialverhältnisse zu verändern und bspw. einen Punkt der Abschottleitung lokal auf ein Potential eines unmittelbar nächstliegenden Punktes auf einer der Messleitungen zu bringen, muss eine an der Abschottleitung anliegende Spannung so eingestellt werden, dass die Spannung zwischen dem Punkt der Abschottleitung und dem unmittelbar nächstliegenden Punkt auf der Messleitung minimal wird.
Um eine an einem jeweiligen Punkt einer Abschottleitung anliegende Spannung auf eine an einem unmittelbar nächstgelegenen Punkt auf einer Messleitung anliegende Spannung einzustellen, kann in Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens vorgesehen sein, dass mindestens ein Punkt auf der Messleitung mit mindestens einem dem mindestens einen Punkt auf der Messleitung nächstkommenden Punkt auf der Abschottleitung kurzgeschlossen wird.
Weiterhin kann eine Spannung mindestens zweier zueinander am nächstliegenden Punkte einer Abschottleitung und einer Messleitung in der Form eingestellt werden, dass eine ggf. durch eine magnetische Induktion in einem alternativen Kurzschlussbügel erzeugte Spannung kompensiert würde.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass zwischen mindestens einem Punkt auf der Messleitung und mindestens einem dem mindestens einen Punkt auf der Messleitung nächstkommenden Punkt auf der mindestens einen Abschottleitung eine Spannungsquelle angeschlossen wird, mittels derer eine an der mindestens einen Abschottleitung anliegende Spannung einer an der Messleitung anliegenden Spannung entsprechend eingestellt wird.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass die Spannungsquelle an einem Ende der mindestens einen Abschottleitung und/oder der Messleitung angeschlossen wird.
Selbstverständlich ist auch eine Verwendung von alternativen Spannungsquellen, wie bspw. einer Gleichstromquelle, zwischen zwei beliebigen Punkten auf einer Abschottleitung und einer Messleitung oder an einem jeweiligen Ende der Abschottleitung und der Messleitung denkbar, um Spannungsdifferenzen zwischen entsprechend zueinander nächstliegenden Punkten der Abschottleitung und der Messleitung auszugleichen.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass zwei Abschottleitungen derart in die Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule eingewickelt werden, dass eine jeweilige Windung der mindestens einen Messleitung, d. h. der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule auf einer ersten Seite von einer ersten Abschottleitung und auf einer zweiten Seite von einer zweiten Abschottleitung gegen eine kapazitive Einstreuung einer benachbarten Windung der mindestens einen Messleitung, d. h. der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule in die jeweilige Windung abgeschottet wird.
Für eine Minimierung einer Kapazität zwischen jeweiligen benachbarten Windungen einer Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule ist eine Verwendung von mindestens zwei Abschottleitungen besonders vorteilhaft, da eine erste Abschottleitung eine jeweilige Windung zu einer ersten Seite hin und eine zweite Abschottleitung die jeweilige Windung zu einer zweiten Seite hin vor elektromagnetischen Einflüssen schützen kann. Dabei wird jede Abschottleitung im Hinblick auf ihr elektrisches Potential gegen die Messleitung referenziert, indem eine entsprechende Spannung eingestellt wird. Die Referenzierung, d. h. das Anlegen einer Spannung, die an einer jeweiligen Abschottleitung zu einer der Messleitung entsprechenden Spannung führt, kann an nahezu beliebiger Stelle, wie bspw. an einem Ende oder in der Mitte einer jeweiligen Abschottleitung erfolgen. Selbstverständlich können auch mehrere Punkte referenziert, d. h. ggf. mit Spannung versorgt werden, wobei dabei ein Auftreten von Ringströmen über jeweiligen Wicklungen der Abschottleitungen und der Messleitung zu beachten ist, um eine verstärkte Kopplung der Messleitung mit den Abschottleitungen und entsprechende Verzerrungen zu vermeiden.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass an jeder der zwei Abschottleitungen ein einem an der Messleitung anliegenden elektrischen Potential entsprechendes elektrisches Potential eingestellt wird.
Eine für eine Referenzierung notwendige Spannung kann bspw. durch eine Spannungsquelle, wie bspw. eine Batteriezelle, ein Netzteil oder jede weitere Spannungsquelle erzeugt werden.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass eine zum Einstellen des elektrischen Potentials an jeder der zwei Abschottleitungen erforderliche Spannung mittels einer Anzahl zusätzlicher Windungen mindestens einer der Abschottleitungen bzw. Abschottwicklungen erzeugt wird, wobei die Anzahl und eine Querschnittsfläche der Windungen derart gewählt werden, dass sich die erforderliche Spannung aufgrund eines magnetischen Wechselfeldes eines jeweiligen zu messenden Stroms einstellt.
Weiterhin kann eine für eine Referenzierung notwendige Spannung auch über eine direkte elektrisch leitende Verbindung von korrespondierenden Punkten auf einer Mess- und einer Abschottleitung erfolgen oder durch zusätzliche Windungen in einer Abschottleitung erzeugt werden. Zentrale Parameter für Potentialrefernzierungswindungen, die aufgrund eines magnetischen Wechselfeldes eines zu messenden elektrischen Stroms bei geeigneter Dimensionierung automatisch eine geeignete Spannung bereitstellen, sind eine Anzahl an Windungen und eine Querschnittsfläche jeweiliger Windungen. Selbstverständlich kann eine Potentialreferenzierungsanpassung über eine Vielzahl von Windungen erfolgen, die jeweils unterschiedliche Querschnittsflächen aufweisen. Die Erzeugung einer Spannung durch jeweilige Potentialreferenzierungswindungen wird durch folgenden Faktor beeinflusst: $μ A N / (2 π R)$
Dabei steht „µ“ für eine magnetische Permeabilität, „A“ für eine Querschnittsfläche einer jeweiligen Potentialreferenzierungswindung, „N“ für eine Anzahl Potentialreferenzierungswindungen und „R“ für einen Abstand von einem jeweiligen zu messenden elektrischen Strom.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass die mindestens eine Abschottleitung derart ausgestaltet wird, dass ein Einfluss von elektromagnetischen Störwellen auf die mindestens eine Messleitung minimiert wird.
Neben einer Verminderung einer elektromagnetischen Kopplung einer Messleitung gegen weitere dielektrisch aktive Objekte oder weitere Teile der Messleitung wirkt die erfindungsgemäß vorgesehene Abschottleitung auch als konventioneller Schirm gegenüber elektrischen Einflüssen durch bspw. hochfrequente Störungen und Wellen.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass die mindestens eine Messleitung mittels der mindestens einen Abschottleitung vor magnetischen Wechselwirkungen mit einer Störquelle geschützt wird, wobei die mindestens eine Abschottleitung derart gewunden wird, dass durch die magnetischen Wechselwirkungen in der mindestens einen Messleitung Wirbelströme erzeugt werden, wodurch eine Energie der magnetischen Wechselwirkungen abgebaut wird.
Hochfrequenzwellen können durch die erfindungsgemäß vorgesehene Abschottleitung bspw. magnetisch abgeschirmt werden. Eine Abschottleitung kann eine magnetische Abschirmung entfalten, die je nach Frequenzbereich über zwei Parameter einstellbar ist.
Für niederfrequente Störungen mit Wellenlängen weit über einer Dicke einer jeweiligen Abschottleitung hängt die Abschirmwirkung von einer Abschlussimpedanz der Abschottleitung bzw. der Abschottwicklung ab. Die Abschlussimpedanz muss so niedrig sein, dass diese jeweiligen induzierten elektrischen Ströme einer elektromagnetischen Einstreuung einen wesentlichen Anteil ihrer Energie entziehen kann.
Hochfrequente Störungen mit Wellenlängen, die im Wesentlichen im Bereich oder nur geringfügig größer sind als ein Durchmesser einer jeweiligen Abschottleitung, können Wirbelströme in der Abschottleitung hervorrufen, wodurch Energie abgebaut wird.
Der vorgestellte Rogowski-Steinhaus-Chattock-Sensor dient insbesondere zur Durchführung des vorgestellten Verfahrens.
In einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Rogowski-Steinhaus-Chattock-Sensors ist vorgesehen, dass die mindestens eine Messleitung zusammen mit der mindestens einen Abschottleitung eine Koaxialleitung bildet.
Mittels einer Koaxialleitung, in der eine Messleitung von einer Abschottleitung umgeben wird, kann eine Abschirmung der Messleitung durch die Abschottleitung nach allen Richtungen erfolgen.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Rogowski-Steinhaus-Chattock-Sensors ist vorgesehen, dass die mindestens eine Abschottleitung jeweils zwischen zwei Windungen der mindestens einen Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule eingefügt ist.
Durch eine in eine durch eine Messleitung gebildete Spule eingeflochtene Spule, die zumindest einen Teil der Abschottleitung bildet, können besonders vorteilhaft Wechselwirkungen zwischen jeweiligen Teilen der Messleitung, d. h. Einflüsse von jeweiligen Windungen untereinander, reduziert werden.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Rogowski-Steinhaus-Chattock-Sensors ist vorgesehen, dass die mindestens eine Abschottleitung auf einer einem Inneren der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule gegenüberliegenden Seite um die Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule geführt ist.
Durch eine auf einer einem Inneren einer Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule gegenüberliegenden Seite, d. h. auf einer äußeren Seite der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule geführte Abschottleitung können besonders vorteilhaft elektromagnetische Einflüsse der Erde bzw. eines weiteren dielektrisch aktiven Objekts auf eine Messleitung der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule reduziert werden.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Rogowski-Steinhaus-Chattock-Sensors ist vorgesehen, dass die mindestens eine Abschottleitung auf einer einem Inneren der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule zugewandten Seite um die Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule geführt ist.
Durch eine auf einer einem Inneren einer Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule zugewandten Seite, d. h. auf einer inneren Seite der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule geführte Abschottleitung können besonders vorteilhaft elektromagnetische Einflüsse eines jeweiligen Messobjekts minimiert werden.
Ferner wird ein Verfahren zur Bereitstellung eines derartigen Rogowski-Steinhaus-Chattock-Sensors, bei dem in Spulenwindungen einer Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule mindestens eine Abschottleitung eingezogen wird, welche eine kapazitive Kopplung der Spulenwindungen der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule untereinander und/oder mit mindestens einer weiteren elektrischen Leitung aufweist, bereitgestellt.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.

1 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensors, der im Rahmen der vorliegenden Beschreibung auch Rogowski-Steinhaus-Chattock-Sensor genannt wird.
2 zeigt in schematischer Darstellung ein mögliches Schaltbild zur erfindungsgemäßen Verschaltung einer erfindungsgemäß vorgesehenen Abschottleitung innerhalb einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rogowski-Steinhaus-Chattock-Sensors.
3 zeigt in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch einen oberen Abschnitt zweier benachbarter Spulenwindungen einer erfindungsgemäß vorgesehenen Abschottleitung und einer Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule.
4 zeigt in schematischer Darstellung ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform zur erfindungsgemäßen Verschaltung zweier erfindungsgemäß vorgesehener Abschottleitungen innerhalb einer Ausführungsform des erfindungsgemäß vorgesehenen Rogowski-Steinhaus-Chattock-Sensors.
5 verdeutlicht in schematischer Darstellung eine Wirkungsweise einer Ausführungsform einer erfindungsgemäß vorgesehenen Abschottleitung.
6 zeigt verschiedene Anordnungen von erfindungsgemäß vorgesehenen Abschottleitungen gegenüber entsprechend vorgesehenen Messleitungen.
7 zeigt eine weitere Möglichkeit der Anordnung einer erfindungsgemäß vorgesehenen Abschottleitung gegenüber einer vorgesehenen Messleitung.
8 zeigt in schematischer Darstellung eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung einer Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule und erfindungsgemäß vorgesehenen Abschottleitungen.
9 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung von einer Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule und einer erfindungsgemäß vorgesehenen Abschottleitung.
10 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung einer Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule und zweier vorgesehener Abschottleitungen.
11 zeigt auf Grundlage einer Finite-Elemente-Simulation ein elektrisches Feld zweier Windungen einer Messleitung.
12 zeigt auf Grundlage einer Finite-Elemente-Simulation das elektrische Feld zweier Windungen einer Messleitung und einer Abschottleitung.
13 zeigt auf Grundlage einer Finite-Elemente-Simulation das elektrische Feld zweier Windungen einer Messleitung und zweier Abschottleitungen.
14 zeigt auf Grundlage einer Finite-Elemente-Simulation das elektrische Feld einer Serie von Windungen einer Messleitung und einer Serie von Windungen aus zwei Abschottleitungen.
15 zeigt auf Grundlage einer Finite-Elemente-Simulation das elektrische Feld einer Serie von Windungen einer Messleitung und einer Serie von Windungen aus drei Abschottleitungen.
16 zeigt auf Grundlage einer Finite-Elemente-Simulation das elektrische Feld einer Serie von Windungen einer Messleitung und einer Serie von Windungen aus drei Abschottleitungen.

Im Rahmen der Beschreibung gilt Folgendes:
Die Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule ist als Teil der Messleitung zu verstehen bzw. die Messleitung ist zumindest zum Teil zu mindestens einer Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule gewunden.
1 zeigt einen Rogowski-Steinhaus-Chattock-(Spulen-) Sensor 100, der eine als Teil einer Messleitung 102 ausgebildete Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule 101 umfasst, in die erfindungsgemäß eine Abschottleitung 106 eingeflochten wurde. Durch die gezeigte Ausführungsform hat die Abschottleitung 106 im gesamten Verlauf weitestgehend das gleiche elektrische Potential wie der nächstgelegene Punkt der anbei gelegenen Messleitung 102 der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule 101. Durch eine geeignete Verschaltung der Abschottleitung 106 innerhalb des Rogowski-Steinhaus-Chattock-Sensors 100 kann erreicht werden, dass die Spannungsdifferenz ΔV zwischen der Messleitung 102 der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule 101 und elektrischen Leitern zu möglichst jedem Zeitpunkt nahe null gehalten wird. Mögliche Realisierungen dieser Verschaltung werden in weiteren Figuren gezeigt. Ein elektrischer Leiter, mit denen die Messleitung 102 oder jedes einzelne Leiterteil der Messleitung 102 eine Spannungsdifferenz bilden kann, beziehungsweise eine Kapazität aufweist, kann dabei eine beliebige Windung der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule 101 selbst, ein innenliegender Rückleiter 104, ein stromdurchflossenes Messobjekt oder Masse (Erdpotential), oder aber eine möglicherweise vorhandene Abschirmung sein. Zwar lässt die Abschottleitung 106 die genannten Kapazitäten C unverändert, aber eine mit der geeigneten Verschaltung erzielte Minimierung der Spannungsdifferenz ΔV führt zu einer Verringerung der wirksamen Kopplung CΔV, da elektrische Feldlinien zu anderen dielektrisch aktiven Objekten sozusagen geschluckt werden. Die Speisung der Abschottleitung 106 erfolgt dabei durch einen zu messenden Strom, d. h. Wechselstrom im hier nicht dargestellten Messobjekt, welcher durch sein ihn umgebendes magnetisches Feld in die Messleitung 102 und die Abschottleitung 106 eine elektrische Spannung induziert, welche die Spannung relativ zum Referenzpotential im Rogowski-Steinhaus-Chattock-Sensor 100 erhöht.
2 zeigt ein Schaltbild zur Verschaltung einer Abschottleitung 212 innerhalb eines Rogowski-Steinhaus-Chattock-Sensors 200 bzw. innerhalb einer Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule 201. Da über die gesamte Länge der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule 201 in Messleitung 202 und Abschottleitung 212 möglichst ähnliche Spannungsverhältnisse herrschen sollen, müssen jeweilige Enden 214 und 216 der Abschottleitung 212 elektrisch ähnlich oder gleich abgeschlossen werden wie jeweilige Enden 204 und 206 der Messleitung 202. Bei der Messleitung 202 kann die elektrische Terminierung beispielsweise aus Leitungen 224 und 226 zu einem Verstärker 210 und/oder einer Impedanz 208, die eine Verstärkereingangsimpedanz oder aber auch eine Leitungsterminierung darstellen kann (etwa zur Unterbindung von Reflexionen), bestehen. Die Impedanz 208 kann dabei einen realen Anteil (den elektrischen Widerstand) sowie einen komplexen, phasenverschiebenden Anteil (Induktivität und/oder Kapazität) aufweisen. Um möglichst ähnliche Spannungsverhältnisse in Messleitung 202 und Abschottleitung 212 zu erreichen, kann also im einfachsten Fall die Abschottleitung 212 mit einer Terminierungsimpedanz X_term abgeschlossen werden. X_term soll dabei die gleiche Größe wie die Impedanz 208 aufweisen, so dass sich eine Gesamtimpedanz der Messleitung 202 und der Abschottleitung 212 möglichst gleicht.
Ferner kann die Terminierung der Abschottleitung 212 mittels der Terminierungsimpedanz 218 genutzt werden, um fertigungs-, konstruktionsbedingte oder auch designbedingte Unterschiede von Messleitung 202 und Abschottleitung 212, die beispielsweise eine leichte Über- oder Unterkompensation der Messstörungen bewirken können, auszugleichen.
Ferner kann die Terminierung der Abschottleitung 212 bereits nahe der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule 201 erfolgen, so dass die Abschottleitung 212 nicht einen gleichen, beispielsweise mehrere Meter langen Zuleitungsverlauf der Messleitung 202 zwischen der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule 201 und dem Verstärker 210 aufweisen muss. In diesem Fall muss aber die im Vergleich zum Zuleitungsverlauf der Messleitung 202 fehlende Impedanz durch die Wahl der Terminierungsimpedanz X_term ausgeglichen werden.
Die Abschlussimpedanz eignet sich zudem dafür, Unterschiede in einer Wicklung einer Abschottleitung 212 und der Messleitung 202 auszugleichen. Solche Unterschiede können beispielsweise entstehen, wenn eine Wicklung einer Abschottleitung 212 eine andere Querschnittsfläche aufweist wie die Wicklung der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule 201 als Teil der Mesleitung 202. Sofern beide Wicklungen eine lediglich affin linear unterschiedliche Zunahme der induzierten Spannung über die Leitungslänge aufweisen, ist die Gleichung dV_mess/dl_mess = C₁dV_abschott/dl_abschott +C₂ gültig, mit einer Messspannung V_mess, einer Messleitungslänge I_mess, einer Abschottspannung V_abschott, eine Abschottleitungslänge I_abschott, und Konstanten C₁ und C₂. Die Konstante C₁ kann über die Terminierungsimpedanz 218 angepasst werden. C₂ lässt sich dagegen über eine entsprechende Potentialreferenzierung einstellen. Als Beispiel, bei dem dieses Vorgehen von Vorteil ist, kann eine Ausführungsform genannt werden, bei der mindestens eine Abschottleitung zur Abschottung gegen außerhalb der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule gelegene Einflüsse und gegen eine Kopplung zum zu messenden Strom durchgehend außerhalb der Messleitung liegt. Daraus folgt, dass die Querschnittsfläche der Wicklung der Abschottleitung größer ist als die der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule als Teil der Messleitung und damit die in die Abschottleitung induzierte Spannung größer ist als die in die Messleitung induzierte Spannung, bzw. eine größere Zunahme dV/dl der Spannung V mit einer Spulenlänge I erfolgt. Durch eine Erniedrigung der Abschlussimpedanz kann dieses dV/dl an die Messleitung angepasst werden.
Eine Verringerung der Abschlussimpedanz führt zu einer geringeren Messspannung, da die Quelle (induzierte Spannung in die Toroidspule) einen endlichen Innenwiderstand besitzt und somit durch zu hohen Stromfluss erschöpft werden kann. Eine solche zunehmende Erschöpfung wird durch eine Verringerung der Abschlussimpedanz erreicht. Bei einem Abschlusswiderstand der Größe 0 (Kurzschluss) bestimmt nur noch der Innenwiderstand der Spule den Stromfluss. Die Gesamtspannung an den Enden und somit das Integral der Zunahme dV/dl über die gesamte Spulenlänge verschwindet. Über das Verhältnis von Real- und Imaginärteil lässt sich die Phase des Signals der Abschottleitung und somit die Phase der Spannung an jeder Stelle umfassend einstellen.
Eine Erhöhung der Abschlussimpedanz wirkt entsprechend gegenläufig und kann beispielsweise einen niedrigeren Torusradius der Abschottwicklung kompensieren, beispielsweise bei Abschottung einer Messwicklung der Messleitung gegen einen innenliegenden Rückleiter, wie er bei der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule in der Regel vorgesehen ist.
Aus den erwähnten Vorgehensweisen geht hervor, dass die Veränderung der Terminierungsimpedanz der Messleitung 202 und somit deren Anpassung unterbleiben kann. Daher besteht nicht die Gefahr, durch eine solche Anpassung die Sensitivität und das Rauschverhalten des Rogowski-Steinhaus-Chattock-Sensors 200 zu verschlechtern.
3 zeigt einen Querschnitt durch einen oberen Abschnitt zweier benachbarter Spulenwindungen an Stellen A und B einer Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule, und an einer Stelle P einer dazwischen eingeflochtenen Abschottleitung. Ein zu messender Strom induziert in die Abschottleitung an der Stelle P ein Potential, das einer Lage der Stelle P der Abschottleitung im Raum entspricht. Wird beispielsweise die Abschottleitung an der Stelle P auf der Achse zwischen den zwei Messleitungen an den Stellen A und B mit lokal näherungsweise homogenem magnetischen Feld des zu messenden Stromes positioniert und die Messleitung und die Abschottleitung an einem entfernten identischen Ort mit demselben Referenzpotential verbunden, stellt sich an der Stelle P der Abschottleitung näherungsweise ein Potential V_Pein, das gemäß der Poisson-Gleichung etwa dem mit den Abständen d_A und d_B gewichteten Mittel der Potentiale V_A und V_B der benachbarten Stellen A und B der Messleitungen entspricht, V_P=(d_BV_A+d_AV_B)/(d_A+d_B). Um diese Potentialverhältnisse zu verändern, beispielsweise den Punkt P der Abschottleitung lokal auf das Potential des direkt nächsten Punktes A auf der Messleitung zu bringen, können folgende Maßnahmen getroffen werden.
Zunächst induziert eine durch einen zu messenden Strom bewirkte magnetische Flussdichte 222 (siehe 2) der Größe B bei eng beieinander liegender Leiterführung von Messleitung 202 und Abschottleitung 212 dieselbe Spannung je Länge.
Um die Spannungsdifferenz zwischen Messleitung an der Stelle A und nächstgelegenem Punkt P auf der Abschottleitung zu minimieren, muss neben derselben Spannung je Leiterlänge bzw. Leiterort, also folglich neben der gleichen Potentialzunahme, auch das Potential mindestens eines Punktes der Abschottleitung auf mindestens ein Potential der Messleitung referenziert werden. Dies entspricht der Einstellung der Spannung zwischen mindestens einem Punkt der Messleitung und mindestens einem Punkt der Abschottleitung.
Die Referenzierung der Abschottleitung auf eine Messleitung kann an beliebiger Stelle erfolgen. Beispielsweise kann diese an einem der Enden oder auch in der Mitte der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule durchgeführt werden. Ferner können mehrere Punkte referenziert werden.
Im idealen Fall wird diese Spannung so eingestellt, dass die Spannung zwischen zwei Punkten mit minimalem Abstand zueinander, der eine davon auf der Messleitung, der andere auf der Abschottleitung, verschwindend gering ist bzw. wird.
Ohne Einschränkung weiterer Ausführungsformen kann dies beispielhaft durch Kurzschließen (Spannung Null) eines beliebigen Punktes der Abschottleitung mit dem räumlich am nächsten gelegenen Punkt auf der Messleitung erreicht werden.
Des Weiteren kann durch eine Einstellung einer Spannung zwischen mindestens zwei zueinander am nächsten gelegenen Punkten auf Messleitng und Abschottleitung erreicht werden, dass eine durch eine magnetische Induktion in einem alternativen Kurzschlussbügel erzeugte Spannung kompensiert würde.
Des Weiteren kann dies durch Verwendung einer Spannungsquelle zwischen zwei beliebigen Punkten zwischen Messleitung und Abschottleitung erreicht werden.
Des Weiteren kann dies durch die Verwendung einer Spannungsquelle an einem der Enden der Spulen erreicht werden, beispielsweise gezeigt durch die Spannungsquelle 220 in 2.
Die Erzeugung der notwendigen Spannung kann mit einer aus dem Stand der Technik bekannten Spannungsquelle, beispielsweise mittels Batteriezellen oder Netzteilen, erfolgen. Auch können Punkte auf der Messleitung und der Abschottleitung, die die notwendige Potentialdifferenz besitzen, über elektrisch leitende Verbindungen herangezogen werden. Des Weiteren können zusätzlich Windungen in die Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule eingebracht werden, die aufgrund des magnetischen Wechselfeldes des zu messenden Stromes bei geeigneter Dimensionierung (Zahl der Windungen, Querschnittsgröße) automatisch die notwendige Spannung bereitstellen.
Die in mindestens eine dieser Windungen induzierte Spannung wird von einem auch für die Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule geltenden Faktor µAN/(2πR), mit µ als magnetischer Permeabilität, A als Querschnittsfläche einer entsprechend anpassbaren Windung, N als Zahl der Windungen und R als Abstand vom zu messenden Strom, beeinflusst. Ferner können zur Spannungsanpassung mehrere Windungen mit unterschiedlichem Querschnitt eingesetzt werden. Um die Messleitung nicht in ihrer Sensitivität und ihrem Frequenzverhalten zu stören, sind die genannten Anpassungen zur Bereitstellung der notwendigen Spannung vorteilhaft an den Wicklungen der Abschottleitung vorzunehmen.
4 zeigt eine Verwendung zweier Abschottleitungen 404 und 406. Für eine Minimierung einer Kapazität von Windung zu Windung ist die Verwendung von mindestens zwei Abschottleitungen besonders vorteilhaft. Diese werden so in eine ferner vorgesehene Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule 401 eingewickelt, dass jede Windung einer die Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule umfassende Messleitung 402 auf einer Seite von einer Abschottleitung 404 und auf der anderen Seite von der anderen Abschottleitung 406 gegen die nächste Windung der Messleitung 402 bzw. 401 abgeschottet wird. Jede der Abschottleitungen 404, 406 soll dabei mit Hinblick auf ihr Potential gegen die Messleitung 402 referenziert werden, beispielsweise über Spannungsquellen 408 und 410.
5 verdeutlicht schematisch die Wirkungsweise einer Abschottleitung gegenüber einer Messleitung anhand einer Anordnung von Plattenkondensatoren. Dargestellt ist der Extremfall, bei dem eine Leiterlänge einer Windung einer halben Wellenlänge eines Potentialverlaufs 510 als Funktion des Ortes, wie in einem Diagramm im oberen Bereich der Figur darstellt, entspricht und somit benachbarte Windungen der Messleitung gegenläufiges elektrisches Potential aufweisen.
In der oberen Anordnung 501 sind drei Windungen einer Messleitung 504, 506, und 508 idealisiert durch den Aufschnitt durch eine Plattendkondensatorscheibe dargestellt. Aufgrund der Spannungsdifferenzen, wie durch den Verlauf 510 gezeigt, werden elektrische Felder, deren Feldlinien durch Vektorpfeile 512 und 514 repräsentiert werden, aufgebaut. Diese Feldlinien verdeutlichen auch die Kopplung.
In der mittleren Anordnung 502 sind zusätzlich Windungen zweier Abschottleitungen eingebracht. Zwei Windungen einer ersten Abschottleitung repräsentieren die Kondensatorplatten 516 und 518, weitere zwei Windungen einer zweiten Abschottleitung werden durch die Kondensatorplatten 520 und 522 repräsentiert. Durch das zum Vektorfeld 512 in der oberen Anordnung 501 unverändert gebliebene Vektorfeld 524 wird dargestellt, dass die eingebrachten Windungen der Abschottleitung, bzw. die Kondensatorplatten 516, 518, 520 und 522, sofern sie nicht in eine bestimmte Potentialbeziehung zu den die Messleitung repräsentierenden Platten 504, 506 und 506 gebracht werden, die Feldbedingungen im Allgemeinen nicht vorteilhaft ändern. Der Potentialverlauf der Abschottleitungen wird wie auch der der Messleitung durch die Kurve 510 dargestellt.
In der unteren Anordnung 503 sind nun die die Messleitungen umgegebenden Abschottleitungen, repräsentiert durch die Kondensatorplatten 516, 518, 520 und 522 passiv oder aktiv auf das Potential der zugehörigen Messleitung an dieser Stelle gebracht. Der Potentialverlauf der jeweiligen Abschottleitungen als Funktion des Ortes ist jetzt durch 509 bezüglich den Kondensatorplatten 516 und 518, sowie durch 511 bezüglich der Kondensatorplatten 520 und 522 gegeben. Der Raum 526 zwischen Messleitung und Abschottleitung wird feldfrei und die Kopplung erlischt. Die etwas länger dargestellten Kondensatorplatten 504, 506 und 506 der Messleitung sollen andeuten, dass bei den in der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule vorliegenden runden Windungen der Messleitung, die Abschottleitungen, im unteren Schaubild repräsentiert durch die Kondensatorplatten 516, 518, 520 und 522, das Feld der Messleitung nicht zur Gänze abschirmen können, sondern durch Randeffekte Feldlinien 528 um die Abschirmleitungen herum verlaufen.
6 zeigt verschiedene Anordnungen von Abschottleitungen, die die Messleitungen abschirmen sollen. Man unterscheidet hier zwischen einer (di-)elektrischen und einer magnetischen Schirmwirkung. Bei der (di-)elektrischen Schirmwirkung wirkt die Abschottleitung neben der Verminderung der elektromagnetischen Kopplung der Messleitung gegen andere Leitungen oder gegen eigene Windungen der Messleitung zudem auch als konventioneller Schirm gegenüber elektrischer Einstreuung beispielsweise hochfrequenter Störungen und Wellen. Zudem kann die Abschottleitung auch eine magnetische Abschirmwirkung entfalten. Diese ist jedoch in den meisten Fällen nicht erwünscht. Daher ist es ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, je nach Frequenzbereich die magnetische Schirmwirkung durch die beiden oben genannten Parameter gezielt einzustellen. Für niederfrequente Störungen mit Wellenlängen weit oberhalb der Messleitungsdicke hängt die Abschirmwirkung von der Terminierungsimpedanz der Abschottleitung ab. Die Terminierungsimpedanz muss so niedrig sein, dass die induzierten Ströme der Einstreuung einen wesentlichen Anteil der Energie entziehen können. Da gleichzeitig auch der Messeffekt in der Messleitung auf niederfrequenten Feldern des zu messenden Stroms beruht, ist eine solche magnetische Schirmwirkung der Abschottleitung im Allgemeinen nicht erwünscht. Hochfrequente Störungen mit Wellenlängen im Bereich oder nur um wenige Größenordnungen höher als der Leiterdurchmesser können im Leiter Wirbelströme hervorrufen und so Energie abbauen.
Dargestellt sind nun einige Beispiele für Anordnungen von Messleitungen A und B sowie Abschirmleitungen P_A, P_B, oder auch P_A,i.
Die Anordnung α zeigt den Standard mit einer oder mehreren Messleitungen, beispielsweise hier durch A und B bezeichnet, die in direkter Umgebung, also mit oder ohne Abstand zwischen den Windungen, aufgewickelt sind.
In Anordnung β ist mindestens eine Messleitung, hier beispielsweise die Messleitung A, von einer Abschottleitung P umgeben. Dabei kann zwischen den beiden ein mehr oder weniger großer Abstand vorliegen. Die Abschottleitung P hat idealerweise eine zur Messleitung A sehr ähnliche Leitungsimpedanz (Induktivität und Widerstand). Die Implementierung kann beispielsweise als Koaxialleitung erfolgen. Ebenso kann die Abschottleitung durch eine Mehrzahl von Einzelleitern implementiert sein.
Anordnung γ stellt den schon in 2 dargestellten Fall der zwischen zwei Windungen einer Messleitung eingefügten Abschottleitung dar.
In Anordnung δ sind zwischen zwei Windungen einer Messleitung (A und B sind Windungen derselben Messleitung) oder zwischen zwei Messleitungen (A ist die Windung der einen Messleitung, B ist die Windung einer anderen Messleitung) zwei Abschottleitungen P_A und P_B eingefügt. Dabei schottet Abschottleitung P_A (P_B) ihre benachbarte Messleitung A (B) von der nächstgelegenen Windung B (A) der Messleitung und deren Abschottleitung P_B (P_A) ab (und umgekehrt). Die Abschottleitungen können dabei auch einen geringeren Abstand zu den jeweiligen Messleitungen aufweisen. Über den dargestellten Fall hinaus können auch weitere Abschottleitungen eingefügt sein.
In Anordnung ε ist die Windung einer Messleitung A von drei Abschottleitungen P_A,i, mit i=1,2,3, umgeben. Dies kann auf alle Windungen der Messleitung erweitert sein. Es können auch mehr wie die abgebildeten drei Abschottleitungen um eine Messleitung angeordnet sein.
In 7 wird eine Abschottung von Windungen einer Messleitung 702 gegenüber einem innerhalb der Windungen verlaufenden Rückleiter 704 der Messleitung 702 dargestellt. Eine Abschottleitung 706 liegt vorteilhafterweise mit einem geringeren Torusquerschnitt im Torus der Messleitung 702, um die Windungen der Messleitung 702. Das Potential der Windungen der Abschottleitung 706 sollte derart gewählt werden, dass die Spannung zwischen einem Punkt der Windungen der Abschottleitung 706 und dem nächstgelegenen Punkt der Windungen der Messleitung 702 zu möglichst jedem Zeitpunkt verschwindend gering wird. Außerdem gezeigt ist ein Rückleiter 708 der Abschottleitung.
Als Beispiel für eine Abschottung durch mehrere Abschottleitungen zeigt 8 eine Abschottung von Windungen einer Messleitung 802 gegenüber einem Rückleiter 804 durch zwei Abschottleitungen 806 und 808. Durch die Verwendung von mehr als einer Abschottleitung können mehr Feldlinien zwischen dem Rückleiter 804 und den Windungen der Messleitung 802 abgeschottet und die kapazitive, dielektrische Kopplung verringert werden. Der Rückleiter 810 der Abschottleitungen ist auch innenlaufend. Das Potential der Windungen der Abschottleitungen 806 und 808 sollte auch hier derart gewählt werden, dass die Spannung zwischen einem jeweiligen Punkt der jeweiligen Windungen der Abschottleitungen 806 und 808 und dem nächstgelegenen Punkt der Windungen der Messleitung 802 zu möglichst jedem Zeitpunkt verschwindend gering wird.
9 zeigt schematisch die Anordnung einer Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule und einem sich im Abstand d befindlichen Objekt 910, das das Messobjekt, eine externe dielektrische Störquelle, oder das Massenpotential (Erde) sein kann. In diesem Fall ist die Wicklung einer Abschottleitung 906 vorteilhafterweise mit einem größeren Torusquerschnitt als der Torus der Messleitung 902 zu versehen.
10 zeigt analog zu 9 die Abschottung mittels zweier außenliegender Abschottungsleitungen 1006 und 1008. Zur Abschottung können darüber hinaus auch noch weitere außenliegende Abschottungsleitungen verwendet werden.
11 zeigt auf Grundlage einer Finite-Elemente-Simulation das elektrische Feld zweier Windungen der Messleitung. Eine Linie entspricht einer Integralkurve durch das elektrische Feld. Die Dichte der Linien spiegelt näherungsweise die Feldstärke wider.
12 zeigt auf Grundlage einer Finite-Elemente-Simulation das elektrische Feld zweier Windungen der Messleitung und einer Abschottleitung, die sich nahe zur linken Windung der Messleitung befindet. Die Abschottleitung besitzt das gleiche Potential wie die Messleitung und trägt einen überwiegenden Teil des elektrischen Feldes und somit der dielektrischen Kopplung zur rechten Windung.
13 zeigt auf Grundlage einer Finite-Elemente-Simulation das elektrische Feld zweier Windungen der Messleitung und zweier Abschottleitungen, die sich zwischen und jeweils nahe zu einer der Messleitungen, wobei eine Abschottleitung nahe zu einer der Messleitungen und die andere Abschottleitung nahe zu der entsprechend anderen Messleitung liegt, befinden, wobei die Abschottleitungen jeweils auf dem Potential der zugehörigen Messleitungen liegen.
14 zeigt auf Grundlage einer Finite-Elemente-Simulation das elektrische Feld einer Serie von Windungen der Messleitung und einer Serie von Windungen aus zwei Abschottleitungen, die sich nahe zur linken und rechten Seite der jeweiligen Windung der Messleitung befinden, wobei die Abschottleitungen jeweils auf dem Potential der zugehörigen Windung der Messleitung liegen.
In 15 sind auf Grundlage einer Finite-Elemente-Simulation das elektrische Feld einer Serie von Windungen der Messleitung und einer Serie von Windungen aus drei Abschottleitungen, die in gleicher Weise um jede der Windungen der Messleitung angeordnet sind, wobei die Abschottleitungen jeweils auf dem Potential der zugehörigen Windung der Messleitung liegen. Es bilden sich Feldlinien aus, die nicht abgeschirmt werden und auf direkten Weg von einer Windung der Messleitung zur benachbarten Windung der Messleitung reichen.
16 zeigt auf Grundlage einer Finite-Elemente-Simulation das elektrische Feld einer Serie von Windungen der Messleitung und einer Serie von Windungen aus drei Abschottleitungen, die nach Umlaufen einer Windung alternierend um die Windungen der Messleitung angeordnet sind, wobei die Abschottleitungen jeweils auf dem Potential der zugehörigen Windung der Messleitung liegen. Die in 15 auftretenden direkten Feldlinien zwischen zwei benachbarten Windungen der Messleitung werden dadurch vorteilhafterweise unterbunden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 20080106253 A1 [0011]
US 20100109643 A1 [0012]
US 20110089933 A1 [0013]
US 20150028852 A1 [0014]
WO 2014060106 A1 [0015]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

A.P. Chattock (1887). On a magnetic potentiometer. Proceedings of the Physical Society of London on 23-26 [0004]
W. Rogowski and W. Steinhaus (1912). Die Messung der magnetischen Spannung: Messung des Linienintegrals der magnetischen Feldstärke. Archiv für Elektrotechnik, 1(4): 141-150) [0004]
S. Hain, M. Bakran (2014) [0004]

Claims

Verfahren zur Messung einer zeitlichen Ableitung eines ein Messobjekt durchfließenden Wechselstromes, bei dem eine Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule an dem Messobjekt ausgerichtet wird, in Spulenwindungen der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule mindestens eine Abschottleitung eingezogen wird, welche eine kapazitive Kopplung der Spulenwindungen der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule untereinander und/oder mit mindestens einer weiteren elektrischen Leitung minimiert, und eine in mindestens einer die Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule umfassenden Messleitung durch den Wechselstrom induzierte Spannung gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die mindestens eine Abschottleitung durch den Wechselstrom in dem Messobjekt gespeist wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, bei dem die mindestens eine Abschottleitung durch eine Abschlussimpedanz mit der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule verschaltet wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüchen, bei dem eine Potentialdifferenz zwischen mindestens einem Punkt der mindestens einen Abschottleitung und einem zu dem mindestens einen Punkt der mindestens einen Abschottleitung nächstgelegenen Punkt der mindestens einen die Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule umfassenden Messleitung minimiert wird, wodurch die mindestens eine Abschottleitung innerhalb der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule Feldlinien zu mindestens einem dielektrisch aktiven Objekt absorbiert und dadurch eine kapazitive Kopplung der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule zu dem mindestens einen dielektrisch aktiven Objekt minimiert.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das elektrische Potential des mindestens einen Punkts der mindestens einen Abschottleitung mittels eines elektrischen Regelelements der folgenden Liste an elektrischen Regelelementen eingestellt wird: Potentiometer, einstellbarer Widerstand oder Gleichstromquelle.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die mindestens eine Abschottleitung mit einer gleichen Impedanz wie die mindestens eine Messleitung abgeschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem als Impedanz mindestens ein Terminierungswiderstand und/oder mindestens ein Eingangswiderstand eines Verstärkers gewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei dem mindestens ein Punkt auf der mindestens einen Messleitung mit mindestens einem zu dem mindestens einen Punkt auf der mindestens einen Messleitung nächstgelegenen Punkt auf der mindestens einen Abschottleitung kurzgeschlossen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei dem zwischen mindestens einem Punkt auf der mindestens einen Messleitung und mindestens einem zu dem mindestens einen Punkt auf der mindestens Messleitung nächstgelegenen Punkt auf der mindestens einen Abschottleitung eine Spannungsquelle angeschlossen wird, mittels derer eine an der mindestens einen Abschottleitung anliegende Spannung entsprechend einer an der mindestens einen Messleitung anliegenden Spannung eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Spannungsquelle an einem Ende der mindestens einen Abschottleitungs und/oder der mindestens einen Messleitung angeschlossen wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem zwei Abschottleitungen derart in der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule eingezogen werden, dass eine jeweilige Windung der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule auf einer ersten Seite von einer ersten Abschottleitung und auf einer zweiten Seite von einer zweiten Abschottleitung gegen eine kapazitive Einstreuung einer benachbarten Windung der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule in die jeweilige Windung abgeschottet wird.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem an jeder der zwei Abschottleitungen ein einem an der mindestens einen Messleitung anliegenden elektrischen Potential entsprechendes elektrisches Potential eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem eine zum Einstellen des elektrischen Potentials an jeder der zwei Abschottleitungen erforderliche Spannung mittels einer Anzahl Windungen mindestens einer Abschottleitung erzeugt wird, wobei die Anzahl und eine Querschnittsfläche der Windungen derart gewählt werden, dass sich die erforderliche Spannung aufgrund eines magnetischen Wechselfeldes des Wechselstroms einstellt.
Sensor zur Messung einer zeitlichen Ableitung eines ein Messobjekt durchfließenden Wechselstroms, wobei der Sensor (100, 200) mindestens eine Messvorrichtung, mindestens eine Abschottleitung (106, 212, 404, 406, 706, 806, 808, 906, 1006, 1008) und mindestens eine Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule umfassende Messleitung (102, 202, 402, 702, 802, 902, 1002) umfasst, wobei in Spulenwindungen der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule die mindestens eine Abschottleitung (106, 212, 404, 406, 706, 806, 808, 906, 1006, 1008) eingezogen ist, wodurch eine kapazitive Kopplung der Spulenwindungen untereinander und/oder zu mindestens einer weiteren elektrischen Leitung zu minimieren ist.
Sensor nach Anspruch 14, wobei die mindestens eine Messleitung (102, 202, 402, 702, 802, 902, 1002) zusammen mit der mindestens einen Abschottleitung (106, 212, 404, 406, 706, 806, 808, 906, 1006, 1008) eine Koaxialleitung bildet.
Sensor nach Anspruch 14 oder 15, wobei die mindestens eine Abschottleitung (106, 212, 404, 406, 706, 806, 808, 906, 1006, 1008) jeweils zwischen zwei Windungen der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule eingefügt ist.
Sensor nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei die mindestens eine Abschottleitung (106, 212, 404, 406, 706, 806, 808, 906, 1006, 1008) einen geringeren oder einen größeren Torusquerschnitt aufweist als die Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule.
Sensor nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei die mindestens eine Abschottleitung (106, 212, 404, 406, 706, 806, 808, 906, 1006, 1008) auf einer einem Inneren der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule gegenüberliegenden Seite um die Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule geführt ist.
Sensor nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei die mindestens eine Abschottleitung (106, 212, 404, 406, 706, 806, 808, 906, 1006, 1008) auf einer einem Inneren der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule zugewandten Seite um die Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule geführt ist.
Sensor nach enem der Ansprüche 14 bis 19, der dazu konfiguriert ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 auszuführen.
Verfahren zur Bereitstellung eines Sensors nach einem der Ansprüche 14 bis 20, bei dem in Spulenwindungen einer Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule mindestens eine Abschottleitung eingezogen wird, welche eine kapazitive Kopplung der Spulenwindungen der Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule untereinander und/oder mit mindestens einer weiteren elektrischen Leitung minimiert.