DE1303767B

DE1303767B - Anordnung zur messung eines stromes in einem hochspannungskreis

Info

Publication number: DE1303767B
Application number: DE19651303767D
Authority: DE
Priority date: 1965-09-16
Filing date: 1965-09-16
Publication date: 1972-11-02
Also published as: DE1303767C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Messung eines Stromes in einem Hochspannungskreis mit einer auf der Hochspannungsseite liegenden Sendeeinrichtung, die einen Spannungs-Frequenz-Umsetzer zur Umwandlung einer dem zu messenden Strom proportionalen Meßspannung in Impulse mit einer der Amplitude dieser Spannung proportionalen 4! Folgefrequenz und eine von diesen Impulsen getriggerte Impulsformereinrichtung enthält, deren Ausgangsimpulse nach Umwandlung in Lichtimpulse ■durch eine Lumineszenzdiode über ein optisches Übertragungssystem auf eine auf Niederspannungspotential angeordnete Empfangseinrichtung übertragen werden.

Die Anordnung entspricht hinsichtlich ihrer Funktionsweise einem Stromwandler, da sie ebenso wie die herkömmlichen Stromwandler geeignet ist, die wegen jj der zu übertragenden Energien hohen Ströme in kleine, der Messung zugängliche Werte betrags- und phasengetreu umzuformen und außerdem die auf Hochspannungspotential liegenden stromführenden Leiter gegen das auf Erdpotential liegende Meßsystem zu isolieren.

Der Aufwand für die Isolation, die bei herkömmlichen Stromwandlern aus festen Stoffen, flüssigen Stoffen oder gasförmigen Stoffen besteht, nimmt bei herkömmlichen Stromwandlern mit der zu isolierenden Spannung etwa in der dritten Potenz zu, so daß bei Stromwandlern herkömmlicher Bauart, die in Höchstspannungsnetzen eingesetzt werden sollen, der wirtschaftliche Aufwand und die Kosten für die Isolation außerordentlich groß sind.

Diesen hohen Aufwand für die Isolation vermeidet eine bekannte Strommeßanordnung (deutsche Patentschrift 1,092,813) dadurch, 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 Anordnung besitzt aber massebehaftete, bewegliche Teile in Gestalt der gelochten Scheibe und kann daher sich schnell ändernde Stromvorgänge auf der Hochspannungsseite nicht exakt wiedergeben.

Die Nachteile dieser bekannten Meßanordnung sind bei einer anderen bekannten Meßeinrichtung (»Eiectronics« vom Π.5. 1965, Seiten 71 bis 75) vermieden, die als Träger der zu übertragenden Meßwerte ultrarotes Licht einer Laser-Diode verwendet; der Diode ist ein Impulsformer vorgeordnet, der von einem Spannungs-Frequenz-Umsetzer mit einem einzigen Ausgang gesteuert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit Lichtimpulsen arbeitende Meßanordnung zu schaffen, die sich durch eine hohe Meßgenauigkeit auszeichnet und daher hinsichtlich ihrer Übertragungseigenschaften mit Stromwandlern konventioneller Bauart vergleichbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Anordnung der eingangs beschriebenen Art vorgeschlagen, daß erfindungsgemäß zur Erkennung und Verarbeitung von beiden Polaritäten der dem zu messenden Strom proportionalen Meßspannung ein an sich bekannter Spannungs-Frequenz-Umsetzer mit zwei Ausgängen für Eingangsspannungen unterschiedlicher Polarität verwendet und an jeden dieser beiden Ausgänge ein Impulsformer angeschlossen ist und daß diese beiden Impulsformer hinsichtlich der Länge oder der Amplitude voneinander abweichende Ausgangsimpulse für Meßspannungen beider Polaritäten abgeben und eine einzige Lumineszenzdiode gemeinsam ansteuern.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht vor allem darin, daß der gesamte technisch mögliche Frequenzhub von Spannungs-Frequenz-Umsetzern ausgenutzt wird, was eine hohe Übertragungstreue zur Folge hat; dies ist insofern von besonderer Bedeutung, als die erfindungsgemäße Anordnung anstelle von nach dem transformatorischen Prinzip arbeitenden Stromwandlern eingesetzt werden soll und demzufolge die gleichen engen Fehlergrenzen aufweisen muß.

Es ist zwar bereits ein Spannungs-Frequenz-Umsetzer mit zwei Ausgängen für Eingangsspannungen unterschiedlicher Polarität bekannt (deutsche Auslegeschrift 1,095,391), bei dem an jedem dieser beiden Ausgänge ein Impulsformer angeschlossen ist, jedoch ist dieser bekannte Spannungs-Frequenz-Umsetzer zum Einsatz in Fernübertragungsanlagen vorgesehen, wo es schwierig ist, Gleichspannungen direkt zu übertragen.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist sowohl zur Übertragung einer von einem auf der Hochspannungsseite fließenden Gleichstrom gebildeten Meßgröße als auch zur Übertragung einer von einem hochgespannten Wechselstrom gebildeten Meßgröße geeignet.

Zur Übertragung der von der Lumineszenzdiode

abgegebenen Lichtimpulse von der Hochspannungsauf die Niederspannungsseite kann eine in an sich bekannter Weise ein Linsensystem enthaltende optische Übertragungsstrecke dienen. Die Übertragung der Lichtimpulse kann aber auch durch eine in an sich bekannter Weise aus Glasfaser-Lichtleitern bestehende optische Übertragungsstrecke erfolgen.

Zur Verarbeitung der von der Sendeeinrichtung abgegebenen und über die optische Übertragungsstrecke auf die Niederspannungsseite übertragenen Lichtimpulse ist auf der Niederspannungsseite eine Empfangseinrichtung vorgesehen, die in an sich bekannter Weise mit einem Fotoelement ausgerüstet ist, das die Lichtimpulse in elektrische Impulse umwandelt. Die elektrischen Impulse des Fotoelementes werden vor- π z'jgsweise nach Verstärkung einem digitalen Zählgerät zugeführt, das die Anzahl der e'ektrischen Impulse über eine feste, vorgegebene Zeit zählt und damit den Meßwert in digitaler Form anzeigt.

Es ist jedoch auch möglich und mitunter zweckmä-Big, wenn an das Fotoelement, vorzugsweise unter Zwischenschaltung eines Verstärkers, ein Digital-Analog-Umsetzer angeschlossen ist, der an seinem Ausgang den Meßwert in analoger Form abgibt; an einem an den Digital-Anlalog-Umsetzer angeschlos sen, herkömmlichen Meßgerät kann dann der Meßwert abgelesen werden.

Als Schaltungsglied, an dem entsprechend dem zu messenden Strom eine Spannung mit einem der jeweiligen Polarität des zu messenden Stromes entsprechenden Vorzeichen entsteht, kann ein von dem zu messenden Strom durchflossener, ohmscher Widerstand dienen. Auch ein im allgemeinen als »Feldplatte« bezeichneter Widerstand, dessen Widerstandswert von der Größe des von dem zu messenden Strom erzeug- M ten Magnetfeldes abhängt, sowie ein Hallgenerator kann als Schaltungsglied verwendet werden.

Die Energieversorgung für die Sendeeinrichtung der erfindungsgemäßen Anordnung kann durch Gleichspannungsquellen, insbesondere durch im Pufferbetrieb aus der Hochspannungsleitung aufgeladene Akkumulatoren, und die Energieversorgung für die Empfangseinrichtung kann durch externe Spannungsquellen oder im Pufferbetrieb arbeitende Akkumulatoren sichergestellt sein. 4;

Auch Solarzellen und/oder Brennstoffzellen können zur Energieversorgung der Sende- und/oder der Empfangseinrichtung verwendet werden.

Ferner ist es möglich, die Energieversorgung der Einrichtungen der erfindungsgemäßen Anordnung mittels nuklearer Energieerzeugung sicherzustellen.

Wird die zu übertragende Meßgröße von einem Gleichstrom gebildet, das heißt, fließt auf der Hoch Spannungsseite der erfindungsgemäßen Anordnung ein Gleichstrom, dann ist es zweckmäßig, zur Energieversorgung der Sendeeinrichtung die Welligkeit des zu messenden Gleichstromes auszunutzten.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Übertragung einer Meßgröße kann in einem aus Kopfteil, Iso- &» lator und Sockelteil bestehenden Meßwandlergehäuse untergebracht werden. Zweckmäßigerweise ist im Kopfteil des Meßwandlergehäuses die Sendeeinrichtung und im Sockelteil des Meßwandlergehäuses die Empfangseinrichtung untergebracht; im Bereich des <s5 Isolators liegt die optische Ubertragungsstrecke.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung ist in der Figur ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt, das zur Übertragung von Meßgrößen geeignet ist, die von einem wechselweise in beiden Richtungen fließenden Gleichstrom oder von sinem Wechselstrom gebildet sind.

Die an der Hochspannungsleitung H angeordnete Sendeeinrichtung S₂ enthält ein Schaltungsglied SG, einen daran angeschlossenen Analog-Digital-Umsetzer U_iD, und zwei dem Analog-Digital-Umsetzer nachgeordnete Impulsformer /F₃ und /F₄, die über die Verbindungsleitungen 18 und 19 an die beiden Ausgänge des Analog-Digital-Umsetzers U_AD2 angeschlossen sind. Die beiden Impulsformer /F₃ und /F₄ werden in Abhängigkeit von der Polarität der an dem Schaltungsglied SG entsprechend dem zu messenden Strom / bzw. / entstehenden Spannung i/, von Pulsen getriggert, deren Impulse der Polarität der entstehenden Spannung U₁ entsprechen. Da bei der erfindungsgemäßen Anordnung eine einzige Lumineszenzdiode unter dem Einfluß der vorzugsweise rechteckförmigen Ausgangsimpulse beider Impulsformer /F₃ und /F₄ zur Abgabe von Lichtimpulsen veranlaßt werden soll, werden von den Impulsformern /F₃ und /F₄ zweckmäßigerweise rechteckförmige Ausgangsimpulse mit voneinander abweichenden Amplituden abgegeben; diese Ausgangsimpulse werden der einzigei, Lumineszenzdiode L\, über die Verbindungsleitungen 20 und 21 zugeführt und veranlassen die Lumineszenzdiode D₁₃ zur Abgabe von Lichtimpulsen mit einer der jeweiligen Richtung oder Polarität des zu messenden Stromes entsprechenden Intensität.

Die Lichtimpulse werden über die die Linsen L₁₃ und L₂₃ enthaltende optische Übertragungsstrecke auf die auf der Niederspannungsseite liegende Empfangseinrichtung E₁ übertragen, die das Fotoelement P₃ enthält. Die in dem Fotoelement P₃ in elektrische Impulse umgewandelten Lichtimpulse werden nach Verstärkung in dem Verstärker F₃ entweder in einem digitalen Zählgerät Z und/oder nach Umsetzung in den Digital-Analog-Umsetzern U_M3 bzw. U₁)At in analoger Form in einem herkömmlichen Meßgerät M zur Anzeige gebracht.

Zur Energieversorgung der erfindungsgemäßen Anordnung ist in der Sendeeinrichtung S₂ eine Energieversorgungseinrichtung E_s vorgesehen, die über Versorgungsleitungen den Analog-Digital-Umsetzer U_Am und über weitere Versorgungsleitungen die Impulsformer /F, und /F₄ mit Energie versorgt. Die Energieversorgungseinrichtung E_s kann aus Gleichspannungsquellen, beispielsweise aus durch im PufTerbetrieb aus der Hochspannungsleitung aufgeladenen Akkumulatoren oder aus Solarzellen und/oder Brennstoffzellen, bestehen. Es ist jedoch auch möglich, die Energieversorgung der Sendeeinrichtung S₂ durch den Wechselstromanteil des Gleichstromes / sicherzustellen.

Die in der Empfangseinrichtung E₂ vorgesehene Energieversorgungseinrichtung E_E dient zur Energieversorgung des Verstärkers V₃ und der Digital-Analog-Umsetzer U_nA3 und U_nA4. Zu diesem Zweck ist die Energieversorgungseinrichtung Eg, die aus externen Spannungsquellen, im Pufierbetrieb aufgeladenen Akkumulatoren oder aus Solar- bzw. Brennstoffzellen bestehen kann, über Versorgungsleitungen mit dem Verstärker K₃ und über weitere Versorgungsleitungen mit den Digital-Analog-Umsetzern U_nA3 und U_l>Ai verbunden.

Anstelle einer die genannten Linsen enthaltenden optischen Übertragungsstrecke kann im Rahmen.der erfindungsgemäßen Anordnung auch eine aus Faser-

Lichtleitern bestehende optische Übertragungsstrecke durch einen Widerstand gebildet sein, dessen V

dienen. standswert von der Größe des von dem zu m«

Das von dem zu messenden Strom beeinflußte, in den Strom erzeugten Magnetfeldes anhängt. Aue

der Sendeeinrichtung S₁ liegende Schaltungsglied SG Hallgenerator ist zur Verwendung als Schaltung:

kann u.a. durch einen ohmschen Widerstand oder 5 geeignet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Anordnung zur Messung eines Stromes in einem Hochspannungskreis mit einer auf der Hochspannungsseite liegenden Sendeeinrichtung, die einen Spannungs-Frequenz-Umsetzer zur Umwandlung einer dem zu messenden Strom proportionalen Meßspannung in Impulse mit einer der Amplitude dieser Spannung proportionalen Folgefrequenz und eine von diesen Impulsen getriggerte ι ο Impulsformereinrichtung enthält, deren Ausgangsimpulse nach Umwandlung in Lichtimpulse durch eine Lumineszenzdiode über ein optisches Übertragungssystem auf eine auf Niederspannungspotential angeordnete Empfangseinrichtung übertragen π werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erkennung und Verarbeitung von beiden Polaritäten der dem zu messenden Strom proportionalen Meßspannung ein an sich bekannter Spannungs-Frequenz-Umsetzer mit zwei Ausgängen für Eingangsspannungen unterschiedlicher Polaritüi verwendet und an jeden dieser beiden Ausgänge ein Impulsformer angeschlossen ist und daß diese beiden Impulsformer hinsichtlich der Länge oder der Amplitude voneinander abweichende Ausgangsimpulse für Meßspannungen beider Polaritäten abgeben und eine einzige Lumineszenzdiode gemeinsam ansteuern.