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Anordnung zur Übertragung einer aus einem auf der Hochspannungsseite
fließenden Strom abgeleiteten Spannung von der Hochspannungsauf die Niederspannungsseite
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Übertragung einer aus einem auf der Hochspannungsseite
fließenden Strom abgeleiteten Spannung von der Hochspannungs- auf die Niederspannungsseite,
bei der die abgeleitete Spannung durch Lichtimpulse mindestens einer Lumineszenzdiode
auf eine auf der Niederspannungsseite angeordnete Empfangseinrichtung übertragen
wird, wo die Lichtimpulse mittels mindestens eines Photoelementes in elektrische
Impulse umgesetzt werden, deren Informationsinhalt ein Maß für den auf der Hochspannungsseite
fließenden Strom nach Betrag und Phase ist.
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Die Anordnung entspricht hinsichtlich ihrer Funktionsweise einem
Stromwandler, da sie ebenso wie die herkömmlichen Stromwandler hohe Ströme in kleine,
der Messung zugängliche Werte betrags- und phasengetreu umformt und außerdem die
auf Hochspannungspotential liegenden stromführenden Leiter gegen das auf Erdpotential
liegende Meßsystem isoliert.
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Da der Aufwand für die Isolation bei herkömmlichen Stromwandlern
mit der Spannung etwa in der dritten Potenz zunimmt und daher die Kosten für die
Isolation von Stromwandlern für Hochspannungsnetze außerordentlich groß sind, ist
bereits eine Strommeßanordnung bekannt, bei der ein hoher Aufwand für die Isolation
dadurch vermieden ist, daß zur Übertragung der Meßwerte von der Hochspannungs- auf
die Niederspannungsseite Lichtstrahlen verwendet werden, wobei die Lichtstrahlen
durch eine sich drehende, gelochte Scheibe, die in verschiedenen Winkelgraden nach
einem bestimmten Schlüssel angeordnete Löcher besitzt, codiert werden. Diese bekannte,
Lichtstrahlen verwendende Anordnung ist insofern nachteilig, als sie massebehaftete,
bewegliche Teile in Gestalt der gelochten Scheibe besitzt, wodurch sie sich schnell
ändernde Stromvorgänge nicht exakt wiedergeben kann.
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Diesen Nachteil weist eine andere in der Zeitschrift *Electronics«,
38 (1965), 10, S. 71 bis 75, beschriebene Strommeßanordnung nicht auf, bei der eine
dem Strom in der Hochspannungsleitung proportionale Spannung mittels eines Spannungs-Frequenz-Umsetzers
mit einer maximalen Pulsfrequenz von 125 kHz in eine Frequenz umgesetzt und durch
Lichtstrahlen auf die Niederspannungsseite übertragen wird. Beim Strom Null in der
Hochspannungsleitung wird an den Umsetzer bereits eine Eingangsspannung mit einer
derartigen Amplitude angelegt, daß am Ausgang des Umsetzers Impulse mit einer Folgefrequenz
von 67, 5 kHz entstehen. Dieser (konstanten) Eingangsspannung wird eine der Meßgröße,
d. h. dem Strom in der Hochspannungsleitung proportionale Spannung
überlagert, so
daß sich die Folgefrequenz bei der positiven Halbperiode des Stromes vergrößert
und bei der negativen Halbperiode verkleinert. Der Frequenzhub beträgt beim Scheitelwert
des Nennstromes t 2,5 kHz und beim Scheitelwert des 23fachen Nennstromes 21 57 5
kllz so daß die Folgefrequenz beim Scheitelwert des Nennstromes 70 bzw. 65 kHz und
beim Scheitelwert des 23fachen Nennstromes 125 bzw.
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10 kHz beträgt.
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Durch die konstante Eingangsspannung, d. h. durch die Folgefrequenz
von 67, 5 kHz beim Strom Null, ergibt sich bei der bekannten Anordnung ein verhãltnismäßig
kleiner Fehlwinkel. Der kleine Frecjuenzhub hat jedoch einen verhältnismäßig großen
Betragsfehler zur Folge. So ergibt sich durch einen Temperaturfehler von nur 0,501,
des Spannungs-Frequenz-Umsetzers bei 1001, des Nennstromes nach der Frequenz-Spannungs-Umsetzung
ein Gleichspannungsanteil von etwa 20 0/,, der in der eigentlichen Meßgröße, nämlich
dem Strom inder Hochspannungsleitung, überhaupt nicht vorhanden ist.
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Ferner kann die bekannte Anordnung bei Verwendung eines Spannungs-Frequenz-Umsetzers
mit einer maximalen Folgefrequenz von 125 kHz bei verlagerten Kurzschlußströmen
nur Ströme bis zum 1fachen des Nennstromes erfassen.
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Um einerseits den Strommeßbereich beliebig groß wählen zu können
und um andererseits den Meßfehler klein zu halten, ist eine Anordnung vorgeschlagen
worden, bei der die Sendeeinrichtung einen Taktgeber enthält, dessen Impulse eine
ebenfalls in der Sendeeinrichtung angeordnete digitale Zähleinrichtung derart beeinflussen,
daß ihr Zählerstand der jeweiligen Amplitude der Spannung entspricht, die in einer
Meßwerterfassungseinrichtung entsprechend dem zu
messenden Strom
entsteht, und bei der über Lumineszenzdioden mittels Lichtimpulsen der jeweilige
Zählerstand auf der Niederspannungsseite nachgebildet wird, wo er durch Digital-Analog-Umsetzer
in eine analoge Größe umgewandelt wird.
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Um gegenüber dieser Anordnung eine Einsparung an Schaltungselementen
und damit eine Verringerung des Aufwandes und der Herstellungskosten sowie eine
Absenkung des auf der Hochspannungsseite erforderlichen Bedarfs an Betriebsenergie
zu erzielen, ist eine Anordnung zur Übertragung einer aus einem auf der Hochspannungsseite
fließenden Strom abgeleiteten Spannung von der Hochspannungs- auf die Niederspannungsseite
geeignet, bei der erfindungsgemäß eine mit ihrem einen Eingang ari die abgeleitete
Spannung und mit ihrem anderen Eingang an den Ausgang eines Integrationsverstärkers
in an sich bekannter Weise angeschlossene Verstärkeranordnung ausgangsseitig mit
einer bistabilen Kippstufe verbunden ist, die infolge der abgeleiteten Spannung
auf jeden Impuls eines in der Sendeeinrichtung angeordneten Taktgebers hin in Form
einer Impulsiängenmodulationjeweils so lange zur Erzeugung eines die mindestens
ein an ihrem Ausgang angeschlossene Lumineszenzdiode zur Abgabe eines Lichtimpulses
veranlassenden Ausgangspotentials angeregt wird, bis eine in dem Integrationsverstärker
beim Entstehen dieses Ausgangspotentials der Kippstufe jeweils von Null ansteigende
Vergleichsspannung hinsichtlich ihrer Amplitude mit der abgeleiteten Spannung übereinstimmt.
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Es ist zwar bei der Spannungsmessung aus der Zeitschrift radio und
fernsehen 10 (1961), 1'S. 27 und 28, bekannt, den jeweiligen Spannungswert in eine
digitale Form umzuwandeln, indem beim Auftreten der zu messenden Spannung eine Steuerschaltung
einerseits einen Sãgezahnerzeuger anlaufen läßt und andererseits einen Offnungsimpuls
an ein zwischen einem Normalfrequenzgenerator und einem elektronischen Zählgerät
angeordnetes elektronisches Tor abgibt und bei Gleichheit der Ausgangsspannung von
Sägezahnerzeuger und zu messender Spannung das elektronische Tor wieder schließt,
so daß sich die zu messende Spannung in einer bestimmten Zahl von im Zählgerät registrierten
Impulsen ausdrückt, jedoch bedarf dieses Verfahren einer Analog-Digital-Umsetzung
mit einem verhältnismäßig hohen Aufwand in Form des elektronischen Tores und des
elektronischen Zählgerätes, was bei einer Anordnung zur Übertragung einer Meßgröße
von der Hochspannungsauf die Niederspannungsseite zu einer beträchtlichen Belastung
einer auf Hochspannungspotential vorzusehenden Betriebsspannungsquelle führen würde.
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Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist der Ausgang der bistabilen
Kippstufe vorteilhafterweise auch an den Eingang des Integrationsverstärkers angeschlossen,
der beim Auftreten eines die Lumineszenzdioden zur Abgabe von Lichtimpulsen veranlassenden
Ausgangspotentials der bistabilen Kippstufe aus einer an seinem Eingang liegenden
Gleichspannung eine von Null stetig ansteigendeAusgangsspannung bildet; diese Ausgangsspannung
wird der Verstärkeranordnung als Vergleichsspannung zugeführt. Zweckmäßigerweise
ist der Integrationsverstärker derart ausgelegt, daß seine Ausgangsspannung einen
über der Zeit linear ansteigenden Verlauf aufweist.
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Es ist vorteilhaft, zwischen dem Ausgang der bistabilen Kippstufe
und dem Eingang des Integrationsverstärkers eine Steuerschaltung anzuordnen, die
durch
die bei Gleichheit der Amplituden der abgeleiteten Spannung und der Vergleichsspannung
eintretende Änderung des Ausgangspotentials der bistabilen Kippstufe angeregt wird
und denIntegrationsverstärker zum Zurücklaufen in seine Ausgangslage mit der Ausgangsspannung
Null veranlaßt.
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Die erfindungsgemäße Anordnung kann sowohl zur Übertragung einer
aus einem in einer Richtung fließenden Gleichstrom gebildeten Meßgröße als auch
zur Übertragung einer aus einem wechselweise in beiden Richtungen fließenden Gleichstrom
oder aus einem Wechselstrom gebildeten Meßgröße verwendet werden.
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Wird die Maßgröße von einem in einer Richtung fließenden Gleichstrom
gebildet, dann besteht die Verstärkeranordnung zweckmäßigerweise aus einem Differenzverstärker,
der über seinen mit der bistabilen Kippstufe verbundenen Ausgang die Kippstufe auf
einen Impuls des Taktgebers hin jeweils so lange zur Erzeugung eines eine Lumineszenzdiode
zur Abgabe von Lichtimpulsen veranlassenden Ausgangspotentials anregt, wie die vom
Integrationsverstärker erzeugte Vergleichsspannung kleiner als die abgeleitete Spannung
ist; die Lichtimpulse werden über eine optische Übertragungsstrecke von der Sende-
auf die Empfangseinrichtung übertragen und mittels eines in der Empfangseinrichtung
angeordneten Photo elementes in elektrische Impulse umgesetzt, die mittels eines
Filternetzwerkes in eine dem zu messenden Strom proportionale Meßgröße umgeformt
werden.
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Wird die Meßgröße von einem wechselweise in beiden Richtungen fließenden
Gleichstrom oder von einem Wechselstrom gebildet, dann enthält die Verstärkeranordnung
vorteilhafterweise zwei Differenzverstärker mit jeweils einem nachgeschalteten Entscheiderteil;
jeweils der eine Ausgang der Entscheiderteile ist über ein und dasselbe Gatter an
einen Eingang der bistabilen Kippstufe und der jeweils andere Ausgang der Entscheiderteile
an den einen Eingang jeweils eines weiteren Gatters angeschlossen, deren jeweils
anderer Eingang gemeinsam mit dem Ausgang der bistabilen Kippstufe verbunden ist.
Jedem der weiteren Gatter ist, vorzugsweise unter Zwischenschaltung eines Verstärkers,
jeweils eine Lumineszenzdiode nachgeordnet, die nur dann Lichtimpulse abgibt, wenn
das ihr vorgeordnete weitere Gatter durch den mit ihm verbundenen Entscheiderteil
freigegeben und ein zur Abgabe von Lichtimpulsen geeignetes Ausgangspotential an
der bistabilen Kippstufe vorhanden ist.
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Jede Lumineszenzdiode ist über jeweils eine optische Übertragungsstrecke
mit jeweils einem in der Empfangseinrichtung angeordneten Photoelement verbunden,
das die Lichtimpulse in elektrische Impulse umsetzt; die elektrischen Impulse beider
Photoelemente werden mittels eines Filternetzwerkes mit zwei Eingängen in eine dem
zu messenden Strom proportionale Meßgröße umgeformt.
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Die elektrischen Impulse können auf unterschiedliche Weise zur Auswertung
herangezogen werden.
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Beispielsweise können die elektrischen Impulse, vorzugsweise nach
Verstärkung, in einer dem Filternetzwerk vorgeschalteten Amplitudennormierungseinrichtung
in elektrische Impulse gleicher Amplituden umgewandelt werden. Aus diesen hinsichtlich
ihrer Amplituden normierten Impulsen wird dann in dem nachgeordneten Filternetzwerk,
dessen Grenzfrequenz der höchsten Frequenz der ihr zugeführten Impulse entspricht,
eine Meßgröße erzeugt, die dem zu messenden Strom proportional ist.
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Es ist aber auch möglich, jedem Photoelement, vorzugsweise unter
Zwischenschaltung eines Verstärkers, eine Zähleinrichtung nachzuordnen, die jeweils
für die Zeitdauer eines elektrischen Impulses von einem in der Empfangseinrichtung
angeordneten weiteren Taktgeber abgegebene Impulse zählt und jeweils nach Ablauf
der Zeitdauer den der jeweiligen Amplitude des zu messenden Stromes entsprechenden
Zählerstand kurzzeitig zur Auswertung auf einen Digital-Analog- Umsetzer schaltet,
dessen Ausgang an das Filternetzwerk angeschlossen ist.
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Die Zähleinrichtung enthält vorzugsweise ein Gatter, dessen einer
Eingang mit dem Photoelement und dessen anderer Eingang mit dem weiteren Taktgeber
in Verbindung steht. Der Ausgang des Gatters ist mit einem Zähler verbunden, dessen
Zählerstand durch eine jeweils durch das Ende der von den Photoelementen abgegebenen
elektrischen Impulse angeregte monostabile Kippstufe kurzzeitig auf den Digital-Analog-Umsetzer
geschaltet wird.
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Handelt es sich um eine Anordnung zur Übertragung einer von einem
wechselweise in beiden Richtungen fließenden Gleichstrom oder von einem Wechselstrom
gebildeten Meßgröße, dann ist jedem der beiden Photoelemente eine Zähleinrichtung
zugeordnet, wobei an jede Zähleinrichtung ein Digital-Analog-Umsetzer angeschlossen
ist; der weitere Taktgeber wird vorzugsweise für beide Zähleinrichtungen gemeinsam
verwendet.
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Die Meßwerterfassungseinrichtung kann auf vielfältige Weise aufgebaut
sein. Beispielsweise kann sie aus einer Widerstandsanordnung bestehen, durch die
von einem durch den zu messenden Strom beeinflußten induktiven Geber ein Strom getrieben
wird; der von diesem Strom in der Widerstandsanordnung hervorgerufene Spannungsabfall
stellt dann die abgeleitete Spannung dar, die der Vers@ärkeranordnung zugeführt
wird.
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Besonders vorteilhaft ist es, die Widerstandsanordnung bei einer
Anordnung zur Übertragung einer von einem Wechselstrom gebildeten Meßgröße nach
Art einer Brückenschaltung auszubilden. Die an den Brückenwiderständen eines Brückenzweiges
abfallenden Spannungen mit auf den Brückenmittelpunkt bezogen entgegengesetzter
Polarität werden dann zweckmäßigerweise der Verstärkeranordnung derart zugeführt,
daß die Spannung der einen Polarität an den einen der beiden Differenzverstärker
und die Spannung der anderen Polarität an den anderen der beiden Differenzverstärker
angeschlossen ist.
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Zur Erläuterung der Erfindung sind in den Figuren Ausführungsbeispiele
der erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt.
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Die F i g. 1 zeigt eine Anordnung zur Übertragung einer aus einem
in einer Richtung fließenden Gleichstrom gebildeten Meßgröße von der Hochspannungsauf
die Niederspannungsseite, und in der F i g. 2 ist eine Empfangseinrichtung dargestellt,
die an die Stelle der in der F i g. 1 gezeigten Empfangseinrichtung treten kann.
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In der Fig.3 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung
zur Übertragung einer von einem wechselweise in beiden Richtungen fließenden Gleichstrom
oder von einem Wechselstrom gebildeten Meßgröße von der Hochspannungs- auf die Niederspannungsseite
wiedergegeben; eine von der in der Fig. 3 gezeigten Empfangseinrichtung abweichende
Empfangseinrichtung, die auch im Rahmen der in der
Fig. 3 gezeigten Anordnung Verwendung
finden kann, ist in der F i g. 4 dargestellt.
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In den F i g. 5a bis 5c ist die Funktionsweise der in den F i g.
3 und 4 dargestellten Anordnung durch graphische Darstellungen veranschaulicht.
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Bei der in der F i g. 1 dargestellten Anordnung ist die sendeeinrichtung
S1 in einem auf der Hochspannungsseite liegenden Gehäuse Gs1 untergebracht.
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In dem Gehäuse Gs1 ist ein induktiver Geber G1, z. B. ein Hallgeneratur,
angeordnet, der von dem die Hochspannungsleitung H durchfließenden Gleichstrom I
erregt wird; der induktive Geber, gibt einen dem Gleichstrom I proportionalen Strom
an dei Meßwerterfassungseinrichtung M1 ab. In der Meßwerterfassungseinrichtung M1
wird eine dem Strom I proportionale Spannung U1 gebildet und über den Eingang EV11
der Verstärkeranordnung V1 zugeführt. Der Ausgang A Vi der Verstärkeranordnung V1
ist mit einem Eingang Ekil einer bistabilen Kippstufe K1 verbunden, deren Ausgang,
einerseits an einen Verstärker Vs1 und andererseits an eine Steuerschaltung St1
angeschlossen ist; an den anderen Eingang Ekl2 der bistabilen Kippstufe Kl ist ein
Taktgeber T81 angeschlossen. Die Steuerschaltung Stl ist an den Eingang Evs eines
Integrationsverstärkers V11 angeschlossen, an dessen Eingang auch noch eine konstante
Gleichspannung Ucon8t liegt. Der Ausgang des Integrationsverstärkers VI, steht mit
einem weiteren Eingang Evl2 der Verstärkeranordnung Val in Verbindung.
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Der an den Ausgang Akl der bistabilen Kippstufe Kl angeschlossene
Verstärker Vsl ist ausgangsseitig mit einer Lumineszenzdiode L1 verbunden. DieseLumineszenzdiode
steht über eine optische Übertsagungsstrecke Ü1, die beispielsweise aus Glasfaserbündeln
bestehen kann, mit einem im Gehäuse Gel der Empfangseinrichtung E1 untergebrachten
Photoelement P1 in Verbindung. An das Photoelement P1 ist unter Zwischenschaltung
des Verstärkers Vei eine Amplitudennormierungseinrichtung Al angeschlossen, deren
Ausgangsimpulse eine konstante Amplitude aufweisen.
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Die Ausgangsimpulse mit konstanterAmplitude werden einem derAmplitudennormierungseinrichtung
A, nachgeschalteten Filternetzwerk F1 zugeführt, das mit zwei Ausgängen Ae 11 und
Ae 12 ausgerüstet ist; an diesen beiden Ausgängen entsteht eine dem Strom I in der
Hochspannungsleitung II proportionale Meßgröße, wobei die an dem Ausgang Aell anstehende
Spannung beispielsweise zur Speisung von Schutzeinrichtungen und die am Ausgang
Aela liegende Spannung zur Speisung von Meßeinrichtungen dienen kann.
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Die Funktionsweise der dargestellten Anordnung ist folgende: Die
aus dem die Hochspannungsleitung tf durchfließenden Gleichstrom 1 mittels des induktiven
Ge bers G1 und der Meßwerterfassungseinrichtung M1 gewonnene Spannung U1 beeinflußt
nach Verstärkung in der Verstärkeranordnung V1 die bistabile Kippstufe K1 derart,
daß von dem Taktgeber Ts 1 abgegebene und über den Eingang Ek 12 der bistabilen
Kippstufe Kl zugeführte Impulse am Ausgang Ael der bistabilen Kippstufe Kl ein derartiges
Ausgangspotential hervorrufen, daß die Lumineszenzdiode L zur Abgabe von Lichtimpulsen
veranlaßt wird. Gleichzeitig mit dem Auftreten dieses Ausgangspotentials der bistabilen
Kippstufe Kl heginnt der Integrationsverstärker VI anzulaufen und erzeugt eine Ausgangsspannung
Ux, die linear mit der Zeit ansteigt. Die
Ausgangsspannung U2 wird
über den weiteren Eingang Ev 12 der Verstärkeranordnung V1 als Vergleichsspannung
zugeführt. Hat die linear ansteigenden Ausgangsspannung U2 des Integrationsverstärkers
V11 den Wert der jeweils am Eingang Ev11 liegenden Spannung U1 erreicht, dann wirkt
der Verstärker V1 derart auf die bistabile Kippstufe K1 ein, daß an deren Ausgang
Ak1 das zur Abgabe von Lichtimpulsen erforderliche Potential verschwindet. Das bedeutet,
daß der beim jeweiligen Auftreten des bestimmten Ausgangspotentials an der bistabilen
Kippstufe K1 jeweils beginnende, von der Lumineszenzdiode L1 ausgesendete Lichtimpuls
nunmehr beendet wird.
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Die von der Lumineszenzdiode L1 abgegebenen Lichtimpulse gelangen
über die optische Übertragungsstrecke Ü1 zu dem photoelement P1 und werden hier
in elektrische Impulse umgeformt. Die elektrischen Impulse werden nach Verstärkung
in dem Verstärker V61 in der Amplitudennormierungseinrichtung A1 hinsichtlich ihrer
Amplitude normiert und in dem Filternetzwerk F1 in Meßgrößen umgewandelt, die dem
durch die Hochspannungsleitung H fließenden Gleichstrom I proportional sind.
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In der F i g. 2 ist eine Empfangseinrichtung E2 dargestellt, die
an die Stelle der in der F i g. 1 gezeigten Empfangseinrichtung E1 treten kann.
Die Empfangseinrichtung E2, die in dem Gehäuse Ge2 untergebracht ist, enthält das
PhotoelementP2, das über die optische Übertragungsstrecke 82 mit einer in der F
i g. 2 nicht dargestellten Sendeeinrichtung in Verbindung steht. An das PhotoelementP2
ist ein Verstnrker Ve2 angeschlossen, dessen Ausgang mit einer Zähleinrichtung ZE2
in Verbindung steht.
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Die Zähleinrichtung ZE2 enthält ein Gatter Gt2, dessen einer Eingantg
Egt21 mit dem Ausgang des Verstärkers Ve2 und dessen anderer Eingang Egt22 mit einem
weiteren Taktgeber Te2 in Verbindung steht.
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Der Ausgang Agt2 des Gatters Gt2 ist an einen digitalen Zähler Z2
angeschlossen, der einerseits über die Leitung L21 mit einer monostabilen Kippstufe
Km und andererseits über die Leitung L22 mit einem Digital-Analog-Umsetzer Uda2
verbunden ist. Die monostabile Kippstufe K,n2 steht außerdem mit dem Eingang Egt21
des Gatters Gt2 verbundenen Ausgang des Verstärkers Ve2 sowie mit dem Digital-Analog-Umsetzer
UdQ2 in Verbindung.
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An den Digital-Analog-Umsetzer Uda2 ist ein Filternetzwerk F2 angeschlossen,
an dessen beiden Ausgängen Ae21 und Ae22 Meßgrößen abgenommen werden können, dei
dem Strom in der Hochspannungsleitung proportional sind.
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Gelangen über die optische Übertragungsstrecke Ü2 Lichtimpulse zu
dem photoelement P2, dann werden von diesem elektrische Impulse abgegeben und über
den Verstärker Ve2 der Zähleinrichtung ZE2 zugeführt.
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Jeweils während der Dauer eines elektrischen Impulses wird das Gatter
Gt2 freigegeben, so daß über den Eingang Egt22 dieses Gatters von dem weiteren Taktgeber
Te2 abgegebene Impulse durch das Gatter Gt2 hindurchgelangen können und im Zähler
Z2 gezählt werden. Der sich jeweils ergebende Zählerstand ist daher ein Maß für
die Zeitdauer des von dem Photoelement P2 abgegebenen elektrischen Impulses und
damit auch ein Maß für die jeweilige Amplitude des Stromes in der Hochspannungsleitung.
Die jeweilige Amplitude des durch die Hochspannungsleitung fließenden Stromes liegt
demzufolge im Zählerstand in digitaler Form vor.
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Um die Meßgröße in analoger Form zu erhalten, wird am Ende jedes
Lichtimpulses bzw. am Ende jedes von dem Photoelement P2 abgegebenen elektrischen
Impulses der Zählerstand des Zählers Z2 durch einen von der monostabilen Kippstufe
Km2 abgegebenen Impuls kurzzeitig auf den Digital-Analog-Umsetzer Udas geschaltet.
Danach wird durch die Rückflanke des von der monostabilen Kippstufe Km2 abgegebenen
Impulses der Zählerstand des Zählers Z2 wieder gelöscht.
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Mittels eines Filternetzwerkes F2 werden aus den von dem Digital-Analog-Umsetzer
Uda2 abgegebenen Impulsen mit einer der jeweiligen Amplitude des zu messenden Stromes
proportionalen Amplitude Meßgrößen gebildet, die dem durch die Hochspannungsleitung
fließenden Strom proportional sind.
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Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung, das zur
Übertragung einer von einem Wechselstrom gebildeten Meßgröße von der Hochspannungs-
auf die Niederspannungsseite geeignet ist, zeigt die Fig. 3. Die Sendeeinrichtung
S3, die in einem Gehäuse Gs3 untergebracht ist, enthält einen Stromwandler W3, der
durch den durch die Hochspannungsleitung H fließenden Wechselstrom J erregt wird.
Die Sekundärwicklung w3 des Stromwandlers W3 ist mit einer Meßwerterfassungseinrichtung
M3 verbunden, die aus einer Widerstandsanordnung besteht.
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DieWiderstandsanordnung, die in diesemAusführungsbeispiel nach Art
einer Brückenschaltung aufgebaut ist, enthält die Widerstände R1, R2, R3, R4 und
R5.
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Dabei sind die den einen Brückenzweig bildenden Widerstände R, und
R2 derart dimensioniert, daß die an ihnen auftretenden Spannungsabfälle, bezogen
auf den Brückenmittelpunkt Bm, entgegengesetzte Polarität aufweisen. Die Spannungen
entgegengesetzter Polarität werden über die Widerstände R3 bzw. R4 jeweils einem
Eingang EVd1i bzw. E2.'a21 zweier Differenzverstärker VD1 und VD2 zugeführt, dei
zusammen mit ihnen nachgeschalteten Entscheiderteilen ET1 und ET2 die Verstärkeranordnung
V3 bilden. Die jeweils anderen Eingänge Erdir bzw. Ett2 der beiden Differenzverstärker
VD1 und VD sind an den Ausgang des Integrationsverstärkers V13 angeschlossen.
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Jeder der beiden Entscheiderteile Et1 und ET2 weist zwei Ausgnnge
auf, von demen der jeweils eine Ausgang Aet11 bzw. Aet21 an das Gatter Gts31 angeschlossen
ist. dessen Ausgang mit dem Eingang Ek31 der bi= stabilen Kippstufe K3 in Verbindung
steht. Der jeweils andere Ausgang Aet12 des Entscheiderteiles ET1 ist mit dem Gatter
Gts32 ung der jeweils andere Ausgang Aet22 des Entscheiderteiles ET2 mit dem Gatter
Gts33 verbunden. Ebenfalls mit den Gattern Gts32 und Gts33 in Verbindung steht der
Ausgang Ak3 der bistabilen Kippstufe K3, an deren Eingang Ek32 der Taktgeber T81
angeschlossen ist.
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Der Ausgang der bistabilen Kippstufe K3 ist nicht nur mit den Gattern
Gts32 und Gts33 verbunden, sondern ist über die Steuerschaltung St3 auch an den
Eingang Evg3 des Integrationsverstärkers VI3 angeschlossen; an dem EingangErs3 liegt
die konstante Gleichspannung Uconst, aus der der Integrationsverstnrker VI3 seine
linear mit der Zeit ansteigende Ausgangsspannung bildet. Die linear ansteigende
Ausgangsspannung wird den jeweils anderen Eingängen, das sind die Eingänge Ett12
und Et, d22, der beiden Differenzverstärker VD1 und VD2 zugeführt.
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Die Lumineszenzdioden L31 und L32, die vorzugsweise unter Zwischenschaltung
der Verstärker Vs31
und V832 mit den Gattern Gt832 und Gts33 in
Verbindung stehen, sind über optische Übertragungsstrecken Ü31 und 832 mit in der
Empfangseinrichtung E3 angeordneten Photoelementen P3l und P32 verbunden.
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Die Photoelemente P31 und P32, die ebenso wie die übrigen Schaltungsteile
der Empfangseinrichtung E3 in dem Gehäuse Ge3 untergebracht sind, stehen vorzugsweise
über die Verstärker V£,31 und Ve32 mit den Zähleinrichtungen ZE31 und ZE32 in Verbindung;
für beide Zähleinrichtungen gemeinsam wird der weitere Taktgeber Te3 verwendet.
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Die Zähleinrichtungen ZE3, bzw. ZE32 sind in der gleichen Weise aufgebaut
wie die in der F i g. 2 dargestellte Zähleinrichtung ZE2, d. h., jede der beiden
Zähleinrichtungen ZE31 und ZE32 enthält jeweils ein Gatter Gt3, bzw. Gt32, einen
Zähler Z31 bzw. Z32 und eine monostabile Kippstufe Km3i bzw. Km32. Ausgangsseitig
ist an jede der beiden Zähleinrichtungen ZE31 und ZE32 jeweils ein Digital-Analog-Umsetzer
Uda31 bzw. Uda32 angeschlossen; beide Digital-Analog-Umsetzer sind über getrennte
Eingänge Ef31 und Es 32 mit einem Filternetzwerk F1 verbunden, an dessen beiden
Ausgängen Ae3, und Ae32 dem durch die Hochspannungsleitung fließenden Strom proportionale
Meßgrößen in analoger Form abgenommen werden können.
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Wird die Hochspannungsleitung H von einem Wechselstrom J einer derartigen
augenblicklichen Polarität durchflossen, daß die am Widerstand R3 liegende Spannung
gegenüber der am Widerstand R4 liegenden Spannung ein positives Vorzeichen besitzt,
dann wird am Ausgang Aetll des Entscheiderteiles ET, ein Potential mit dem bezogenen
Wert, >1« und am Ausgang Aet12 des Entscheiderteiles ET1 ein Potential mit dem
bezogenen Wert @0@ erzeugt; am Ausgang Aet21 des Entscheiderteiles ET2 wird bei
dieser Polarität des Wechselstromes J ein Potential mit dem Wert @0@ und an seinem
Ausgang Act22 ein Potential mit dem Wert « hervorgerufen. Die an den Ausgängen der
Entscheiderteile ET1 und ET2 liegenden Potentiale mit den angegebenen Werten haben
zur Folge, daß das Gatter Gts32 und damit die optische Übertragungsstrecke 03j freigegeben
ist, während das Gatter Gts33 und damit die optische Übertragungsstrecke U32 blockiert
ist.
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Durch das potential »1« am Ausgang Aet11 des Entscheiderteiles T,
wird die bistabile Kippstufe über das Gatter Gts3, derart beeinflußt, daß beim Auftreten
eines Impulses des Taktgebers T83 am Ausgang Ak3 der bistabilen Kippstufe K3 ein
derartiges Ausgangspotential entsteht, daß die Lumineszenzdiode L31 über das freigegebene
Gatter Gts32 zur Abgabe eines Lichtimpulses veranlaßt wird. Gleichzeitig mit dem
Auftreten dieses Ausgangspotentials am Ausgang Ak3 der bistabilen Kippstufe K3 läuft
der Integrationsverstärker V13 aus seiner Ausgangslage mit der Ausgangsspannung
Null heraus; erreicht die Amplitude der die Vergleichsspannung darstellenden Ausgangsspannung
den Wert der jeweils aus dem Strom J in der Meßwerterfassungseinrichtung gebildeten
Spannung, dann ändern sich an den Ausgängen des Entscheiderteiles ET1 die Werte
der Potentiale; es wird das Gatter Gts32 gesperrt und damit der Lichtimpuls beendet.
Gleichzeitig damit ändert sich auch das Ausgangspotential der bistabilen Kippstufe
K3, wodurch der Integrationsverstärker V12 infolge Beeinflussung durch die Steuerschaltung
St3 wieder in seine Ausgangslage mit der Ausgangsspannung Null zurückgebracht wird.
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Der jeweils von der Lumineszenzdiode L31 abgegebene und über die
optische Übertragungsstrecke 831 auf die Empfangseinrichtung E3 übertragene Lichtimpuls
wird in dem Photoelement P3l in einen elektrischen Impuls umgewandelt. Der elektrische
Impuls wird in dem Verstärker Ve31 verstärkt und sowohl der monostabilen Kippstufe
Krn31 als auch dem Gatter Gt31 zugeführt. Das Gatter Gt31 wird dadurch freigegeben,
so daß von dem weiteren Taktgeber Te3 mit fester vorgegebener Frequenz abgegebene
Impulse in dem Zähler Z31 gezählt werden können; im Zähler Z31 liegt demzufolge
die Meßgröße in digitaler Form vor.
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Wird der jeweilige Lichtimpuls infolge der oben beschriebenen Zusammenhänge
beendet, dann wird durch einen von der monostabilen Kippstufe Km3i in diesem Augenblick
abgegebenen Impuls der Zählerstand des Zählers Z31 durch die Vorderflanke dieses
Impulses kurzzeitig auf den Digital-Analog-Umsetzer Uda3l geschaltet. Die von dem
Digital-Analog-Umsetzer Udasl abgegebenen Impulse mit einer der Meßgröße proportionalen
Amplitude werden in dem nachgeschalteten Filternetzwerk F3 in analoge Meßgrößen
umgeformt, die zur Speisung von Schutz- oder Meßeinrichtungen Verwendung finden
können. Durch die Rückflanke des von der monostabilen Kippstufe Km3l abgegebenen
Impulses wird der Zählerstand wieder gelöscht.
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In ähnlicher Weise arbeitet die erfindungsgemäße Anordnung nach F
i g. 3 dann, wenn sich gegenüber dem eben geschilderten Fall die Polarität des Stromes
J durch die Hochspannungsleitung H geändert hat. In diesem Falle wird durch den
dem Differenzverstärker VD2 nachgeschalteten Entscheiderteil ET2 das Gatter Gts33
und damit die optische Übertragungsstrecke U32 freigegeben, während durch den dem
Differenzverstärker VD1 nachgeschalteten Entscheiderteil ET1 das Gatter Gts32 und
damit die optische Übertragungsstrecke 03j gesperrt wird. In diesem Falle werden
also nur von der Lumineszenzdiode L32 Lichtimpulse abgegeben, die in dem Photoelement
P32 in elektrische Impulse umgewandelt werden. Diese elektrischen Impulse werden
in der Zähleinrichtung ZE3 in der bereits beschriebenen Weise ausgewertet. Die in
dem Zählerstand in digitaler Form vorliegende Meßgröße wird in dem Digital-Analog-Umsetzer
Uda32 in eine analoge Form gebracht und in dem Filternetzwerk F3 in eine dem Strom
J proportionale Meßgröße umgewandelt.
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In der F i g. 4 ist eine Empfangseinrichtung dargestellt, die im
Rahmen einer Anordnung zur Übertragung einer von einem in beiden Richtungen wechselweise
fließenden Gleichstrom oder von einem Wechselstrom gebildeten Meßgröße von der Hochspannungsauf
die Niederspannungsseite Verwendung finden, also beispielsweise auch an Stelle der
in der F i g. 3 gezeigten Empfangseinrichtung eingesetzt werden kann.
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Die Empfangseinrichtung E4, die in dem Gehäuse Ge4 untergebracht ist,
enthält die Photoelemente P41 und P4z die über die optischen Übertragungsstrecken
U41 und Ü42 mit einer in dieser Figur nicht dargestellten Sendeeinrichtung in Verbindung
stehen. Die beiden Photoelemente P41 und P42 sind unter Zwischenschaltung von Verstärkern
Ve41 und Ve42 mit jeweils einer Amplitudennormierungseinrichtung A41 und A42 verbunden.
Tn diesen Amplitudennormierungseinrichtungen werden die von den Photoelementen P41
und P42 erzeugten elektrischen Impulse bezüglich ihrer Amplitude normiert und danach
einem Filternetzwerk
F4 zugeführt. In diesem Filternetzwerk F4
werden aus den normierten Impulsen Meßgrößen gebildet, die dem Strom in der Hochspannungsleitung
proportional sind. Die Meßgrößen können über die Ausgänge Ae41 und Ae42 beispielsweise
Schutz- und Meßeinrichtungen zugeführt werden.
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Zur Veranschaulichung der Funktion der in den F i g. 3 und 4 dargestellten
Anordnungen sind in den F i g. 5 a bis 5 c graphische Darstellungen wiedergegeben.
Die graphische Darstellung der Fig. usa zeigt eine über der Zeit t aufgetragene
Halbwelle der aus dem in der Hochspannungsleitung fließenden Wechselstrom gebildeten
Meßgröße M.
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Durch die vom Zeitpunkt t0 ansteigende Meßgröße M wird durch den
ersten, während der Halbe welle von dem Taktgeber T83 abgegebenen Impuls J1 durch
das sich am Ausgang der Kippstufe K3 einstellende Ausgangspotential der Integrationsverstärker
VI3 zum Herauslaufen aus seiner Ausgangslage mit der Spannung Null veranlaßt. Die
Ausgangsspannung U2 des Integrationsverstärkers steigt dann linear vom Zeitpunkt
t1 ab an und erreicht zur Zeit t2 eine Amplitude, die der Amplitude der Meßgröße
M entspricht. Zur Zeit t2 wird daher, wie den obigen Erläuterungen zu entnehmen
ist, der zur Zeit t1 einsetzende, von der Lumineszenzdiode L31 abgesendete Lichtimpuls
JLl beendet. In entsprechender Weise werden die übrigen LichtimpulseJLa, JL3 usw.
gebildet, die sich jeweils hinsichtlich ihrer Dauer voneinander unterscheiden; in
der Sendeeinrichtung E2 wird daher eine Spannung-Zeit-Umwandlung vorgenommen.
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Aus den obigen Ausführungen geht hervor, daß der Impulsabstand der
von dem Taktgeber T83 ausgesendeten Impulse größer als die Zeitdauer des beim Maximalwert
des zu messenden Stromes gebildeten Lichtimpulses sein muß.
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Wird eine Anordnung mit einer Empfangseinrichtung gemäß Fig. 4 verwendet,
dann werden dem Filternetzwerk F3 Impulse J3t, J32, J33 usw. zugeführt, wie sie
in der Fig. Sb dargestellt sind; aus diesen Impulsen wird in dem Filternetzwerk
F3 eine Meßgröße mit dem ebenfalls in der F i g. 5 b dargestellten Verlauf gebildet,
die der in der Fig. 5 a gezeigten Halbwelle der Meßgröße M proportional ist.
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Verwendet man die in der F i g. 3 dargestellte Empfangseinrichtung,
dann bilden sich - wie die F i g. 5c zeigt - jeweils am Ende der einzelnen Lichtimpulse
JLl, JL2, JL3 usw. am Ausgang der Digital-Analog-Umsetzer Uda31 bzw. Uda32 elektrische
Impulse Ju1 Ju2, Ju3 usw. gleicher Zeitdauer, jedoch mit unterschiedlicher Amplitude;
die Höhe der Amplitude entspricht dabei der jeweiligen Amplitude des in der Hochspannungsleitung
fließenden Stromes. Aus den elektrischen Impulsen des Digital-Analog-Umsetzers wird
im Filternetzwerk eine dem zu messenden Strom proportionale, in der F i g. 5 c angedeutete
Meßgröße gebildet.
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Die obigen Ausführungen lassen erkennen, daß der Vorteil der Erfindung
vor allem in der Einfachheit des verwendeten Verschlüsselungssystems besteht. Das
einfache Verschlüsselungssystem läßt die Verwendung einer relativ einfachen Elektronik
auf der Hochspannungsseite, d. h. in der Sendeeinrichtung, zu. Ein weiterer Vorteil
besteht darin, daß die erfindungsgemäße Anordnung auch in den Fällen mit nur einem
einzigen Integrationsverstärker auskommt, in denen Wechselströme oder wechselweise
in beiden Rich-
tungen fließende Gleichströme erfaßt werden sollen.
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Fernerhin ist die erfindungsgemäße Anordnung insofern vorteilhaft,
als sie in der Sendeeinrichtung weder eine Zeitbasis noch einen Zähler benötigt,
wie es bei sonst üblichen Verschlüsselungssystemen der Fall ist. Außerdem arbeitet
die erfindungsgemäße Anordnung unter Ausnutzung der Tatsache, daß eine Lichtstrecke
nur die beiden Zustände »ein« und »aus« kennt, mit den Vorteilen einer digitalen
Übertragung, obwohl bei der erfindungsgemäßen Anordnung keine Analog-Digital-Umsetzung
vorgenommen wird, sondern nur eine Spannung-Zeit-Umwandlung.