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Hochsp annungsmeßeinrichtung zur Messung von Wechselstrom oder Wechselspannung
Die Erfindung betrifft eine Hochspannungsmeßeinrichtung zur Messung von Wechselstrom
oder Wechselspannung (Wechselgrößen), bei der die zu messende Wechselgröße hochspannungsseitig
in ein Signal umgesetzt wird, das unter Zwischenschaltung eines Isolators mittels
zwei Übertragungseinrichtungen an Empfänger weitergeleitet wird.
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Die Messung von Wechselgrößen in Hochspannungsanlagen erfolgt im
allgemeinen mittels Wandler.
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Diese wandeln die zu messende Wechselgröße in einen für nachgeschaltete
Meß- und Schutzeinrichtungen geeigneten Wert um. Außerdem stellen sie die erforderliche
Isolation zwischen Hochspannungs- und Erdpotential her. Mit steigenden Spannungen
ergibt sich jedoch ein immer größerer Aufwand für die Isolation und zusätzlich bei
Stromwandlern für Maßnahmen zur Beherrschung der Kurzschlußkräfte.
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Kann der Aufwand für die Isolation wegfallen (z. B. durch Umsetzung
der zu messenden Wechselgröße in ein Signal, das unter Zwischenschaltung eines Isolators
an einen Empfänger übertragen wird), so lassen sich zumindest bei sehr hohen Spannungen
erhebliche Einsparungen erzielen.
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Es ist bereits eine Hochspannungsmeßeinrichtung zur Messung von Wechselstrom
bekanntgeworden, bei der der zu messende Wechselstrom hochspannungsseitig in ein
Signal umgesetzt wird, das unter Zwischenschaltung eines Isolators mittels zwei
Übertragungseinrichtungen an Empfänger weitergeleitet wird. Eine Übertragungseinrichtung
besitzt als Sender eine Glühlampe, der ein entsprechender Widerstand parallel geschaltet
ist, um eine lineare Übertragung für ein dem Strom proportionales Lichtsignal in
einem bestimmten Bereich zu erhalten. Außerdem ist der die Glühlampe speisende Wandler
als Sättigungswandler ausgelegt, damit eine Zerstörung der Glühlampe bei Überströmen
vermieden wird. Die zweite Übertragungseinrichtung besitzt als Sender eine Gasentladungslampe.
Die Schaltung desselben ist derart ausgelegt, daß die Gasentladungslampe bei einem
bestimmten Überstrom zündet. - Eine Messung von größeren Überströmen ist mit der
bekannten Hochspannungseinrichtung nicht möglich. Sie läßt sich daher nicht zusammen
mit Schutzrelais verwenden, die überströmte bis zum lOOfachen Nennstrom verarbeiten
müssen.
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Weiter ist bereits eine Hochspannungsmeßeinrichtung für Wechselströme
bekanntgeworden, bei der der zu messende Wechselstrom hochspannungsseitig in ein
frequenzmoduliertes Lichtsignal umgesetzt wird. Dieses Signal wird an einen auf
Erdpotential befindlichen Verstärker übertragen, der dieses Signal
wieder in ein
analoges, amplitudenmoduliertes Signal für Meß- und Schutzeinrichtungen umsetzt.
- Das bei der bekannten Hochspannungsmeßeinrichtung für die Signalumsetzung (Wechselgröße
- frequenzmoduliertes optisches Signal - amplitudenmoduliertes Signal) angewendete
Verfahren besitzt den Nachteil, daß insbesondere wegen der nachgeschalteten Schutzrelais
einerseits eine ausreichende Genauigkeit für die zeitlich richtige Erfassung des
Nulldurchganges des Stromes benötigt wird und andererseits aber noch überströmte
bis zum i00fachen Wert des Nennstromes einwandfrei übertragen werden sollen. - Bei
einer Betriebsfrequenz von 50 Hz erfordert die Erfassung des Nulldurchganges des
Stromes auf 0,1 ms bereits eine Übertragungsfrequenz von mindestens 5 kHz. Da außerdem
noch die Amplitude des Wechselstromes im Nennstrombereich und darüber hinaus sogar
noch bis zum l00fachen Nennstrom mit ausreichender Genauigkeit übertragen werden
muß, ergibt sich somit ein erheblicher Aufwand für die Übertragung der hochspannungsseitig
in ein optisches Signal umgesetzten Wechselgröße.
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Eine weitere Schwierigkeit ergibt sich durch die nachgeschalteten
Schutzrelais, da diese in der derzeit üblichen Form bei dem 100flachen Wert des
Nennstromes Eingangsleistungen von 10 kW und mehr erfordern. Dies führt - bei Berücksichtigung
der vorstehend dargelegten Erfordernisse - zu praktisch nicht zu realisierenden
Verstärkern.
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Eine genauere Überlegung zeigt nun, daß der zuletzt genannten sowie
auch anderen nicht näher erwähnten Hochspannungsmeßeinrichtungen die Voraussetzung
zugrunde liegt, es sei notwendig, den genauen Stromverlauf während jeder Halbwelle
zu
übertragen. Tatsächlich ist dies aber nicht notwendig.
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- Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die Übertragungseinrichtung
für die hochspannungsseitig in ein Signal umgesetzte Wechselgröße derart auszubilden,
daß die vorstehend dargelegten Schwierigkeiten vermieden werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit der eingangs angegebenen Hochspannungsmeßeinrichtung
dadurch gelöst, daß die erste Übertragungseinrichtung die Amplitude der Wechselgröße,
die zweite Übertragungseinrichtung die zeitliche Lage des Nulldurchganges überträgt.
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Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht vorteilhafterweise eine Auslegung
der ersten tÇbertragungseinrichtung mit geringerer Bandbreite, da nur die Amplitude
der Wechselgröße und nicht auch noch mit großer Genauigkeit die zeitliche Lage des
Nulldurchganges übertragen werden muß. Der zu übertragende Amplitudenbereich braucht
dabei in vielen Fällen günstigerweise noch nicht einmal Ströme bis zum lOOfachen
Wert des Nennstromes zu erfassen, sofern nach dem Phasenvergleichsverfahren arbeitende
Schutzrelais vorgesehen sind. In diesem Fall werden nämlich lediglich an die erste
Übertragungseinrichtung, die ein amplitudenproportionales Signal liefert, Meßgeräte
und Zähler sowie Anregeeinrichtungen für die Schutzrelais angeschlossen, wobei die
Ansprechwerte der Anregeeinrichtungen weit unterhalb von dem l00fachen Wert des
Nennstromes liegen. Der oberhalb des höchsten Ansprechwertes liegende Bereich braucht
somit nicht zu übertragen werden, da ja das Auslösekriterium eines nach dem Phasenvergleichsverfahren
arbeitenden Schutzrelais unter Verwendung von Phasenbeziehungen gebildet wird. Diese
werden jedoch gesondert durch die zweite Übertragungseinrichtung übertragen. Damit
erübrigt sich die Übertragung analoger, den primären Wechselgrößen proportionaIer
Signale bis zum tOOfachen Wert des Nennstromes, die bei einer Übertragung von der
zu messenden Wechselgröße proportionalen Signalen - unter Zwischenschaltung eines
Isolators -zu praktisch nicht zu realisierenden Verstärkern führt Auch die zweite
Obertragungseinrichtung kann recht einfach ausgelegt werden. Von dieser wird im
wesentlichen nur gefordert, daß sie die zeitliche Lage des Nulidurchganges mit einer
gewünschten Genauigkeit angibt. Dies bedingt eine entsprechende Grenzfrequenz. Amplitudenmäßig
werden keine Anforderungen gesteIlt. Durch das abgegebene Signal soll ja nur ausgedrückt
werden, ob die primäre Wechselgröße positiv oder negativ ist. Durch die Beschränkung
auf die Übertragung der zeitlichen Lage der Phase eines Vorzeichens der Wechselgröße
ergibt sich somit eine wesentliche Vereinfachung der zweiten tSbertragungseinrichtung.
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In vorteilhafter Anwendung der erfindungsgemäßen Hochspannungsmeßeinrichtung
zusammen mit elektronischen Schutzrelais werden von der ersten obere tragungseinrichtung
mittels Anregeglieder abgeleitete Signale und von der zweiten Übertragungseinrichtung
abgeleitete phasenabhängige Signale einer logischen Schaltung zugeführt, wie sie
z. B. bei Schutzrelais, die mittels Phasenvergleichsverfahren arbeiten, bekannt
sind. Außer der Information über den Strom hinsichtlich Amplitude und Lage des Nulldurchganges
werden auch entsprechende Informationen über die Spannung der logischen Schaltung
zugeführt. Auf Grund der gesamten Informationen wird dann die
Entscheidung über die
Auslösebefehle (z. B. für die zugeordneten Schalter) getroffen.
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Im folgenden soll die Erfindung an Hand des in der Figur schematisch
dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
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Mit 1 ist eine Wechselstromleitung bezeichnet, von der nur ein Teil
dargestellt ist. In diese sind zwei Stromwandler 2, 3 eingeschleift. Der Wandler
2 dient dabei der Stromversorgung einer Einrichtung 6, während der Wandler 3 ein
dem in der Leitung 1 fließenden Strom proportionales Signal abgibt. Für die Stromversorgung
der Einrichtung 6 ist weiter noch ein Spannungswandler 4 vorgesehen, der in Reihe
mit einem hochohmigen Widerstand 5 zwischen der Leitung 1 und Erde angeordnet ist.
Durch die Wandler 2, 4 ist in jedem Fall - und zwar sowohl bei Kurzschlüssen wie
auch in Schwachlastzeiten -eine Stromversorgung der Einrichtung 6 sichergestellt.
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In der Einrichtung 6 wird der in der Leitung 1 fließende Strom in
bekannter Weise in ein Signal umgesetzt, das unter Zwischenschaltung eines Isolators
an Empfänger 7, 8 übertragen wird. Als Signal kann beispielsweise ein frequenzmoduliertes
optisches Signal verwendet werden, das unter Zwischenschaltung von Lichtleitern
den Empfängern 7, 8 zugeführt wird.
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Wie in derFigur angegeben, sind zweiObertragungseinrichtungen für
die in der Einrichtung 6 in ein Signal umgesetzte Wechselgröße vorgesehen. Von der
ersten bzw. zweiten Übertragungseinrichtung sind jeweils lediglich der Empfänger
7 bzw. 8 dargestellt.
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Die zugehörigen in der Einrichtung 6 befindlichen Sender, z. B. bei
Stromdurchgang Licht emittierende Dioden, sind nicht angegeben. Die erste tSbertragungseinrichtung
mit dem Empfänger 7 dient der tJbertragung der Amplitude des Stromes im Leiter 1,
die ohne Rücksicht auf die zeitliche Lage des Nulldurchganges erfolgt. Damit ergeben
sich die vorstehend bereits dargelegten vorteilhaften Vereinfachungen für den Empfänger
7. Die zweite Übertragungseinrichtung mit dem Empfänger 8 dient der Übertragung
der zeitlichen Lage des Nulldurchganges des Stromes im Leiter 1, die ohne Rücksicht
auf die Größe des Stromes erfolgt. Dies ermöglicht ebenfalls Vereinfachungen für
den Empfänger 8, auf die vorstehend bereits hingewiesen wurde. An den Empfänger
7 sind nicht weiter dargestellte Meßeinrichtungen und Zähler sowie Anregeglieder
von Schutzrelais angeschlossen.
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Dem Empfänger 8 sind nicht näher angegebene logische SchaItglieder,
wie sie bei mit Phasenvergleichsverfahren arbeitenden Schutzrelais bekannt sind,
nachgeschaltet. Den logischen Schaltgliedern werden dabei außer der Information
über die Phase des Stromes in der Leitung 1 noch Informationen über die Phasenlage
der Spannung sowie über das Vorliegen von Ausgangssignalen bei den dem Empfänger
7 nachgeschalteten Anregegliedern zugeführt.
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Die mit der Erfindung erzielten, vorstehend bereits im Zusammenhang
mit den entsprechenden Maßnahmen angegebenen Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß sich durch Verwendung von zwei tJbertragungseinrichtungen für die hochspannungsseitig
in ein Signal umgesetzte Wechselgröße für die Verstärker erfüllbare Forderungen
ergeben. Diese Forderungen sind dabei durch nachgeschaltete Schutzrelais gegeben,
welche noch zuverlässig selbst bei dem l00fachen Wert des Nennstromes arbeiten müssen.
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Diese zuletzt genannte Bedingung führt bei Verwendung nur einer Übertragungseinrichtung
zu praktisch
unerfüllbaren Forderungen für den entsprechenden Verstärker
insbesondere bezüglich der von diesem bei dem 100fachen Wert des Nennstromes abzugebenden
Ausgangsleistung.