DE1463767B2 - Anordnung mit einem spiegelgalvanometer zur ueberwachung von stroemen in hochspannungsleitungen - Google Patents

Description

Es sind Anordnungen bekannt, die es ermöglichen, einen Strom in einem Hochspannungskreis zu messen oder ein Relais in Abhängigkeit von Stromänderungen zu betätigen, ohne daß dazu die Verwendung eines separaten Stromwandlers erforderlich ist, der für die volle Kreisspannung oder die Spannung zwischen Leitung und Erde isoliert ist. Ein derartiger Stromwandler ist in einer Ausführung für sehr hohe Spannungen sehr aufwendig, da an die Isolation eines solchen Stromwandlers sehr hohe Ansprüche gestellt werden müssen. Deshalb sind Anordnunger, entwickelt worden, die dazu dienen, an einem entfernten Ort ein Signal zu erhalten, das ein Maß für

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den Strom in einem Hochspannungskreis ist. Grund- elektrischem Material, die auf verschiedenen Rächen sätzlich sind diese Anordnungen aber durch eine und gegeneinander isoliert eine mit der einen Einschlechte Übertragungseigenschaft und Instabilität, gangsklemme der Auswerteeinrichtung verbundene insbesondere über einen größeren Zeitraum, gekenn- leitende Schicht und eine mit ihren Enden an eine zeichnet. 5 Spannungsquelle und mit einem Abgriff an die an-

Eine bekannte Anordnung dieser Art (deutsche dere Eingangsklemme der Auswerteeinrichtung ange-Patentschrift 735 684) enthält hochspannungsseitig schlossene Widerstandsschicht aufweist. Das jeweieine sich mit einer vom Wert des Stromes in der zu lige Spannungsteilerverhältnis ist dann von der durch überwachenden Leitung abhängigen Drehzahl dre- das Auftreffen des beeinflußten Lichtstrahles auf die hende Lochscheibe, auf die unter Verwendung von io fotoelektrische Schicht jeweils erzeugten Stelle verSpiegeln ein Lichtstrahl geworfen wird, so daß die ringerten Widerstandes zwischen leitender Schicht Impulsfrequenz des die Löcher auf der Lochscheibe und Widerstandsschicht bestimmt,
durchsetzenden Lichtstrahls ein Maß für den Strom Gegebenenfalls kann es auch vorteilhaft sein, in der Leitung darstellt. Diese Lichtimpulse werden wenn der Spannungsteiler eine sich in Richtung der Fotozellen zur Messung zugeführt. 15 bei der Drehung des Galvanometerspiegels erfolgen-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine den Verschiebung des Auftreffortes des beeinflußten Anordnung zu schaffen, mit der ohne Verwendung Lichtstrahles erstreckende Reihe fotoelektrischer eines klassischen Stromwandlers, d. h. ohne einen für Bauelemente enthält, deren eine Ausgangsklemme jedie volle Leitungsspannung isolierten Stromwandler, weils mit der einen Eingangsklemme der Auswerteeineine Strommessung zuverlässig und genau auch über 20 richtung verbunden und deren andere Ausgangsgrößere Zeiträume durchgeführt werden kann. klemme an jeweils eine von aufeinanderfolgenden

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus Anzapfungen eines Widerstandes geführt sind; der von einer Anordnung mit einem Spiegelgalvanome- Widerstand ist mit seinen Enden an eine Spannungster, dessen Ablenkspule von einer Meßgröße derart quelle und mit einem Abgriff an die andere Eingespeist ist, daß der Galvanometerspiegel eine von 25 gangsklemme der Auswerteeinrichtung angeschlosdem Wert der Meßgröße abhängige Stellung ein- sen, so daß das jeweilige Spannungsteilerverhältnis nimmt, und mit einer Lichtquelle, derart, daß deren durch die Lage des jeweils am Ort des Auftreffens Lichtstrahl auf den Galvanometerspiegel fällt und von des beeinflußten Lichtstrahles liegenden fotoelektridiesem als beeinflußter Lichtstrahl auf einen von der sehen Bauelementes bestimmt ist.
Meßgröße abhängigen Ort einer fotoelektrischen 30 Bei der eben beschriebenen Ausbildung des Span-Einrichtung gelenkt wird. Eine derartige Anordnung nungsteilers der erfindungsgemäßen Anordnung ist in der Zeitschrift »Elektronik«, 7. Jahrgang kann es vorteilhaft sein, mehrere fotoelektrische (1958), Nr. 1, S. 29, beschrieben. Diese bekannte An- Bauelemente parallel zu schalten.
Ordnung ist als Grenzwertfühler für automatische Die Anordnung nach der Erfindung ist in vorteil-Meßeinrichtungen gedacht und so ausgeführt, daß 35 hafter Weise so ausgelegt, daß bei einem Wechselalle ihre Teile auf Erdpotential liegen. strom in der Leitung der beeinflußte Lichtstrahl beim

Gemäß der Erfindung wird die oben angeführte Stromwert Null auf den mittleren Bereich des Span-Aufgabe dadurch gelöst, daß die vorgenannte Anord- nungsteilers auftrifft und eine Klemme der Auswertenung zur Überwachung von Strömen in Hochspan- einrichtung mit diesem Bereich des Spannungsteilers nungsleitern eingesetzt ist, indem zwischen dem GaI- 40 verbunden ist. Durch eine derartige Ausbildung ist vanometerspiegel und der fotoelektrischen Einrich- sichergestellt, daß in gleicher Weise positive wie netung eine Glasfiberoptik mit gleicher Anordnung der gative Werte des Wechselstromes gemessen werden Fibern an ihrem galvanometerseitigen und an ihrem können.

der fotoelektrischen Einrichtung benachbarten Ende Die eben beschriebene Ausbildung der erfindungs-

angeordnet ist und indem die fotoelektrische Einrich- 45 gemäßen Anordnung ist dann nicht von Vorteil,

tung einen Spannungsteiler mit einem vom Ort des wenn mit der Anordnung ein in einer Richtung flie-

Auftreffens des beeinflußten Lichtstrahles abhängigen Bender Strom gemessen werden soll. Bei einem der-

Teilerverhältnis bildet, dessen jeweilige Teilspannung artigen zu messenden Strom erscheint es vielmehr

einer Auswerteeinrichtung zugeführt ist. vorteilhaft, wenn der beeinflußte Lichtstrahl beim

Es ist zwar bekannt (deutsche Auslegeschrift 50 Stromwert Null auf einen der Endbereiche des Span-1 020 736), in einer Hilfsvorrichtung mit Fotozel- nungsteilers auftrifft und eine Klemme der Auswertelenabgriff eine fotoelektrische Einrichtung in Form einrichtung mit diesem Bereich des Spannungsteilers eines Spannungsteilers vorzusehen, jedoch ist diese verbunden ist.

Hilfsvorrichtung nicht für eine Strommessung in Als vorteilhaft hat es sich bei der erfindungsgemä-

einem Hochspannungskreis vorgesehen. 55 ßen Anordnung ferner erwiesen, am galvanometer-

Die erfindungsgemäße Anordnung kann einen Rei- seitigen Ende der Glasfiberoptik alle Fibern in annähenwiderstand in oder einen Durchführungsstrom- hemd gleichem Abstand vom Drehpunkt des Galvawandler an dem Leiter eines Hochspannungskreises nometerspiegels anzuordnen. Dadurch ist sichergezwecks Gewinnung einer Spannung enthalten, die stellt, daß der zu messende Strom übertragungsgetreu dem Spiegelgalvanometer zugeführt wird, wo sie zur 60 in Form von Licht mittels des Galvanometerspiegels Ablenkung des Galvanometerspiegels in einem Maße auf die einzelnen Fibern übertragen wird,
dient, das proportional der Amplitude des Stromes Zur Erzeugung eines Lichtstrahles in der Nähe des ist. auf Hochspannungspotential liegenden Spiegelgalva-

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung enthält der nometer ist vorteilhafterweise eine zweite Glasfiber-Spannungsteiler vorteilhafterweise eine sich in Rieh- 65 optik vorgesehen, die zwischen einer Lichtquelle tung der bei Drehung des Galvanometerspiegels erfol- und dem Galvanometerspiegel vorgesehen ist; von genden Verschiebung des Auftreffortes des beein- dieser zweiten Glasfiberoptik wird der Lichtstrahl fhißten Lichtstrahles erstreckende Schicht aus foto- auf den Galvanometerspiegel gelenkt.

Der zweiten Glasfiberoptik sind in vorteilhafter sich der Galvanometerspiegel 16 dreht, gleitet der re-Weise dem Lichtstrahl auf ihren Eingang und auf flektierte Strahl 28 über die Enden einer Vielzahl dem Galvanometerspiegel fokussierende Linsen zu- Fibern oder einer Vielzahl von Gruppen Fibern, die geordnet. in einem länglichen Muster mit ihren Enden vorzugs-

Die Glasfiberoptiken liegen vorteilhafterweise in 5 weise auf einem Bogen liegend angeordnet sind, so einem isolierenden Gehäuse, ähnlich den Isolatoren, daß sie im wesentlichen gleiche Abstände von dem wie sie bei klassischen Meßwandlern üblich sind. Spiegel aufweisen.

Die Glasfiberoptiken sind vorzugsweise mit einem In F i g. 1 sind zwecks Vereinfachung der Darstel-

auf Erdpotential liegenden Schirm versehen. lung zehn Fibern 41 bis 50 gezeigt, und es ist klar,

Es erscheint vorteilhaft, wenn die Glasfiberoptiken ίο daß auch mehr Fibern oder Fibergruppen in einer mit dem Spiegelgalvanometer an der Leitung befestigt parallelen Linie angeordnet sein können, wobei die sind und die Lichtquelle auf Erdpotential liegt. Die Anzahl der Fibern von der erforderlichen Genauig-Anordnung der Lichtquelle auf Erdpotential hat den keit der Anordnung abhängt. Die Fibern 41 bis 50 Vorteil, daß ihre Speisung verhältnismäßig einfach bilden eine Glasfiberoptik.

zu bewerkstelligen ist. 15 Der Lichtstrahl 18 wird mittels einer Linse 19 auf

Die Auswerteeinrichtung kann unterschiedlich den Galvanometerspiegel 16 fokussiert. Dieses Licht

ausgebildet sein. Als vorteilhaft wird angesehen, wird in einer geeigneten Lichtquelle 24, die an einem wenn die Auswerteeinrichtung ein in Werten des auf Erdpotential befindlichen Punkt angeordnet sein Stromes in der Leitung geeichtes Meßinstrument ent- kann, erzeugt und durch eine Vielzahl Fibern 20 an

hält. 2o dem einen Ende eines rechteckförmigen Gehäuses 21

Zur Erläuterung~der Erfindung sind in den F i g. 1 (F i g. 2) an die Linse 19 übertragen. Das Gehäuse 21

bis 6 Einzelheiten der erfindungsgemäßen Anord- besteht aus isolierendem und wetterbeständigem Ma-

nung dargestellt. terial, wie Porzellan. Die Fibern 20 bilden eine _t

F i g. 1 gibt eine teilweise schematische und teil- zweite Glasfiberoptik.

weise diagrammatische Ansicht eines Ausführungs- 25 Die in F i g. 2 dargestellte Anzahl von Fibern, beispieles der erfindungsgemäßen Anordnung wie- nämlich 5, ist nur zwecks Einfachheit der Darstelder; lung gewählt; es kann jede gewünschte Anzahl Fi-

F i g. 2 stellt einen Querschnitt durch eine mög- bern zur Führung des Lichtes von der Lichtquelle 24 liehe Anordnung von Fibern in einer Glasfiberoptik (Fig. 1), die mittels Leitungen 25 und 26 an eine zur Übertragung von Licht zu und von dem Galva- 30 Energiequelle 27 angeschlossen ist, vorgesehen wernometerspiegel dar, der an dem Hochspannungsleiter den. Die Lichtquelle 24 kann von irgendeinem beangeordnet ist; kannten Typ sein und erzeugt Licht, das mittels eines F i g. 3 gibt eine die Wirkungsweise der Anord- Linsensystems 28 fokussiert werden kann. Das Linnung nach der Erfindung gemäß Fig. 1 illustrierende sensystem 28 zur Fokussierung des Lichtes ist zwi-Kurve wieder; 35 sehen die Lichtquelle 24 und die Fibern 20 jeweils in F i g. 4 zeigt einen von der F i g. 1 abweichenden deren unmittelbaren Nähe angeordnet. Die volle Aufbau der fotoelektrischen Einrichtung; Spannung des Hochspannungsleiters 10 gegen Erde F i g. 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der steht im wesentlichen an den Glasfiberoptiken, und fotoelektrischen Einrichtung; demgemäß ist zwecks Schutzes des Benutzers der Fig. 6 stellt ein Galvanometer dar, das gemäß 40 Einrichtung ein Band aus Metall oder anderem geeiner weiteren Ausführungsform der Erfindung in zur eigneten leitenden Material in unmittelbarer Nähe der Messung eines Gleichstromes geeigneter Weise ange- Fibern um diese herum angeordnet; dieses Band ist schlossen ist. mit 30 bezeichnet und bei 31 geerdet. Die Fibern In F i g. 1 ist bei 10 ein Leiter einer Hochspan- können sich über jede erforderliche Länge, beispielsnungsübertragungsleitung oder irgendeines Hoch- 45 weise 20 oder 25 Fuß, erstrecken, und demgemäß spannungskreises dargestellt, an dem ein Strom- sind die das Licht sowohl zu dem Spiegelgalvanometer wandler 11 vom Durchführungstyp angeordnet ist, als auch von ihm weg leitenden Fibern bei den Lidessen Ausgangsleitungen 12 und 13 mit einem nien-X" in Fig. 1 gebrochen, um ihre zusätzliche Widerstand 14 verbunden sind, an den die Ablenk- Länge anzudeuten.

spule 15 eines Spiegelgalvanometers22 angeschlossen 50 In Fig. 2 ist gezeigt, daß die Fibern 41 bis 50 seitist. Das Spiegelgalvanometer besitzt den in irgendei- lieh ausgerichtete Fibern 41' bis 50' haben, wobei die ner bekannten, nicht dargestellten Weise befestig- Strahlbreite derart gewählt ist, daß der Strahl die ten, bewegbaren Galvanometerspiegel 16, wobei die Paare ausgerichteter Fibern überstreicht und dadurch Befestigung dieses Spiegels so getroffen ist, daß ge- eine größere Bestrahlungsintensität an dem Ort der der nügend Beweglichkeit vorhanden ist und die Zeit- 55 fotoelektrischen Einrichtung angeordneten fotoelekkonstante niedrig ist, so daß der Galvanometerspiegel trischen Bauelementen erzeugt wird. Während in Stromänderungen, harmonischen und flüchtigen Fig.2 jedem fotoelektrischen Bauelement zwei Fi-Hochfrequenz-Vorgängen folgen kann. Der Galva- bern zugeordnet sind und zwecks einfacher Darstelnometerspiegel 16 ist als um einen Punkt 17 drehbar lung für jedes fotoelektrische Bauelement in F i g. 1 gelagert dargestellt, aber er kann gewünschtenfalls 60 eine Fiber gezeigt ist, können viele Fibern für jedes auch Hin- und Herbewegungen ausüben. Wenn auch fotoelektrische Bauelement verwendet werden; wähdie Leitung eine 60-Hz-Leitung ist, können dennoch rend in F i g. 1 ebenfalls zwecks vereinfachter Darharmonische und Einschwing-Vorgänge bis bei- stellung nur 10 fotoelektrische Bauelemente dargespielsweise 2000 Hz Komponenten der Wellenform stellt sind, können auch mehr vorgesehen werden, sosein. Spiegelgalvanometer, die bis zu 2000Hz ver- 65 fern die Genauigkeitserfordernisse dies wünschenswendbar sind, sind im Handel erhältlich. wert erscheinen lassen.

Ein dünnner Lichtstrahl 18 hoher Intensität wird Die fotoelektrischen Bauelemente 51 bis 60 kön-

auf den Galvanometerspiegel 16 fokussiert. Sobald nen Fotozellen mit einem Widerstand sein, der eine

reziproke Funktion der Intensität der Bestrahlung mehr oder weniger diskreter Stufen, da der Licht-

der Zellen ist. strahl 38 die Fibern 41 bis 50 überstreicht und nach-

Wie aus der Anordnung des Galvanometerspiegels einander alle oder einen Teil der fotoelektrischen 16 in Fig. 1 ersichtlich, fällt der Strahl 38 auf die Fi- Bauelemente 51 bis 60 beleuchtet. Beim Nulldurchber 48 und in F i g. 2, auf die jetzt Bezug genommen 5 gang des Stromes in der Wicklung 15 kann die Mitte wird, ist der mittlere und intensitätsreichste Bereich des Lichtstrahles 28 auf einen Punkt zwischen den des Strahles 38 sowohl auf die Fibern 48 als auch 48' Fibern 45 und 46 fallen und beide Fibern in gewisauffallend gezeigt, wobei der Strahl eine zur Beleuch- sem Maße beleuchten; diese Stellung kann nach rung der beiden ausgerichteten Fibern hinreichende freiem Ermessen als der Nullachse der Wechsel-Breite besitzt. Benachbarte Paare von Fibern, das io stromperiode entsprechend angesehen werden. Unter Paar 47 und 47' auf einer Seite des direkt beleuchte- Vernachlässigung der harmonischen und der aus ten Paares und das Paar 49 und 49' auf der anderen flüchtigen Vorgängen herrührenden Verzerrungen Seite desselben, empfangen eine Beleuchtung, die der Wellenform würde die maximale Beleuchtung nicht so stark wie diejenige der Fibern 48 und 48' ist. der Fiber 14 dem Scheitelwert einer Halbwelle ent-

Aus Fig. 1 erkennt man, daß die Fibern 41 bis 50 15 sprechen, wenn der Leiter maximalen Strom führt,

sich durch das Gehäuse 21 bis unterhalb des geerde- beispielsweise der negativen Halbwelle, während die

ten Bandes 30 erstrecken. Jede der Fibern endet bei maximale Beleuchtung der Fiber 50 der größtmögli-

einem fotoelektrischen Bauelement zwecks Beleuch- chen Amplitude der positiven Halbwelle bei demsel-

tung des jeweils verbundenen fotoelektrischen Bau- ben Leiterstrom entsprechen würde,

elementes, im wesentlichen in dem Augenblick, in 20 Die fotoelektrischen Bauelemente 51 bis 60 brau-

dem der Strahl 38 über die betrachtete Fiber hin- chen nicht »Ein-Aus«-Einrichtungen zu sein, in wel-

weggleitet. Die fotoelektrischen Bauelemente für die chen die Impedanz einen im wesentlichen unbegrenz-

Fibern 41 bis 50 sind mit 51 bis 60 bezeichnet. ten Wert hat, wenn keine Beleuchtung der Zelle vor-

Eine Spannungsquelle94 in Fig. 1 ist mit einer liegt, und etwa auf Null fällt, wenn die Beleuchtung

Klemme, beispielsweise der negativen Klemme, mit 25 eine bestimmte Intensität erreicht, sondern alle diese

einem Widerstand 92, einer Leitung 71, einem Zellen können während der ganzen Zeit leiten, wobei

Widerstand 81, einer Leitung 72, einem Widerstand sich die resultierende Spannung an der Eingangsim-

82, einer Leitung 73, einem Widerstand 83, einer Lei- pedanz 93 entsprechend dem Kirchhoffschen Gesetz

rung 74, einem Widerstand 84, einer Leitung 75, hinsichtlich ihrer wirksamen Polarität und Amplitude

einem in der Mitte angezapften Widerstand 85, 30 in Übereinstimmung damit ändert, welche oder

einer Leitung 76, einem Widerstand 86, einer Lei- welche am stärksten beleuchtet sind. Der Wechsel-

tung 77, einem Widerstand 87, einer Leitung 78, stromverstärker 97 enthält bekannte Kreise, die die

einem Widerstand 88, einer Leitung 79, einem Wellenform derart wiederherstellen können, daß den

Widerstand 89, einer Leitung 80, einem Widerstand Leitungen 99 und 100 im wesentlichen eine Sinus-

90 und mittels einer Leitung 91 mit der anderen, im 35 welle zugeführt wird, wenn die Wellenform im Leiter

Beispiel positiven Klemme der Spannungsquelle 94 10 sinusförmig ist. Diese Kreise können Filter und

verbunden. Mit einer Mittenanzapfung 95 des Wider- ähnliche Einrichtungen enthalten.

Standes 85 ist die eine Eingangsleitung 96 eines Ver- In F i g. 4 ist ein anderer Aufbau einer fotoelektri-

stärkers 97 mit der Eingangsimpedanz 93 verbunden. sehen Einrichtung mit fotoelektrischen Bauelementen

Falls der Leiter 10 einen Wechselstrom führt, sollte 4° und dem Spannungsteiler als nach F i g. 1 wiederge-

der Verstärker 97 ein Wechselstromverstärker sein. geben. Zur einfachen Darstellung sei in F i g. 4 an-

Die andere Eingangsleitung 98 des Verstärkers 97 genommen, daß die Widerstände 81 bis 84 denselben

ist mit einer Ausgangsklemme jeder der zehn foto- Wert haben, daß auch die Widerstände 86 bis 89

elektrischen Bauelemente 51 bis 60 verbunden. Die denselben Wert haben, der ferner gleich dem Wert

andere Ausgangsklemme des fotoelektrischen Bau- 45 der Widerstände 81 bis 84 sei, und daß der Wider-

elementes ist an die Leitung 71 angeschlossen, die stand 85 den doppelten Wert der Widerstände 81 bis

andere Klemme des fotoelektrischen Bauelementes 84 sowie den doppelten Wert der Widerstände 86 bis

53 ist mit der Leitung 73, die andere Klemme des fo- 89 haben möge. Die Widerstände 90 und 92 seien

toelektrischen Bauelementes 54 mit der Leitung 74, hinsichtlich ihres Wertes gleich, aber kleiner als die

die andere Klemme des fotoelektrischen Bauelemen- 50 Widerstände 81 bis 89. Dann erkennt man, daß unter

tes 55 mit der Leitung 75, die andere Klemme des der Annahme eines Potentials von 100 Volt für die

fotoelektrischen Bauelementes 56 mit der Leitung Spannungsquelle 94 und unter Vernachlässigung der

76, die andere Klemme des fotoelektrischen Bauele- kleinen Widerstände 90 und 92, wobei das Potential

mentes 57 mit der Leitung 77, die andere Klemme zwischen aufeinanderfolgenden Leitungen 71, 72, 73,

des fotoelektrischen Bauelementes 58 mit der Lei- 55 74 und 75 10 Volt beträgt, eine Spannung von

rung 78, die andere Klemme des fotoelektrischen 20 V zwischen den Leitungen 75 und 76 steht

Bauelementes 59 mit der Leitung 79 und die andere und eine Spannung von 10 V zwischen aufeinander-

Klemme des fotoelektrischen Bauelementes 60 mit folgenden Leitungen der Gruppe 76, 77, 78, 79 und

der Leitung 80 verbunden. Der Ausgang des Verstär- 80 liegt.

kers 97 ist mittels Leitungen 99 und 100 zu einer 60 Die Mittenanzapfung 95, an die die der Eingangs-Auswerteeinrichtung 101 geführt, die ein in Werten impedanz 93 des Verstärkers 97 entsprechende Eindes Stromes im Leiter 10 geeichtes Meßinstrument gangsimpedanz 93' mittels der Leitung 96 angeenthalten kann. schlossen ist, befindet sich dann auf einem Potential

Wie Un folgenden an Hand der Betrachtung der von etwa 50 V bezüglich jedes der Erdleiter 71 und

F i g. 3 und 4, in denen die Leitung 10 einen Wech- 65 80. Das obere Ende der Eingangsimpedanz 93' ist

selstrom führt, verständlicher wird, ist die Eingangs- mit der Leitung 98 verbunden, wie dies auch für den

spannung für den Verstärker 97 keine echte Wechsel- einen Anschluß jedes der fotoelektrischen Bauele-

spannung, sondern besteht eher aus einer Anzahl mente 51 bis 60 gilt. Es sei beispielsweise angenom-

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men, daß das fotoelektrische Bauelement 58 am Die Spannung zwischen den fotoelektrischen Baustärksten von durch die Fiber 48 der Glasfiberoptik elementen der F i g. 4 kann jeden beliebigen Wert haauf sie geleitetem Licht bestrahlt ist. Vernachlässigt ben, beispielsweise kann, sofern die Spannung zwiman den inneren Spannungsabfall in dem fotoelek- sehen Paaren der Leitungen 71 bis 75 zu 11 Volt getrischen Bauelement 58, so verbindet diese die Lei- 5 wählt wird, eine Spannung von 12 Volt zwischen den tung 98 der Eingangsimpedanz 93' mit einem Punkt, Leitungen 75 und 76 und eine solche von 11 Volt der ein Potential von +30V bezüglich der Leitung zwischen den Leitungen 76, 77, 78, 79 und 80 er-96 und des anderen Endes der Eingangsimpedanz 93' zeugt werden. Falls gewünscht, können die Spanhat. Die in den Kreis durch schwächer bestrahlte fo- nungsabfälle zwischen allen diesen Leitungen 71, 72, toelektrische Bauelemente eingebrachten Spannun- io 73, 74, 75, 96, 76, 77, 78, 79 und 80 gleich sein, wogen sind ebenfalls vernachlässigt. bei der Wert des Widerstandes 85 gleich demjenigen

Bewegt sich nun der Strahl, bis das fotoelektrische der anderen Widerstände in dem Spannungsteiler geBauelement 53 beleuchtet ist, so sind die Leitung 98 macht wird. Es könnte auch eine größere Anzahl von und das obere Ende der Eingangsimpedanz 93' mit fotoelektrischen Bauelementen verwendet werden der Leitung 73 verbunden, die auf einem Potential 15 mit einer dementsprechend größeren Anzahl von Fivon — 30 V bezüglich der Leitung 96 liegt. Diese fo- bern zwischen dem Spiegelgalvanometer und den fotoelektrischen Bauelemente schalten dann die Ein- toelektrischen Bauelementen, so daß die Spannung gangsimpedanz 93' über Punkte verschiedenen Po- zwischen benachbarten Leitungen eines Paares tentials des Spannungsteilers, wenn die fotoelektri- 1 Volt oder sogar den Bruchteil eines Voltes betraschen Bauelemente nacheinander von dem Licht- 20 gen könnte.

strahl 38 beleuchtet werden, wobei das Licht durch Die Leitung 96 der Eingangsimpedanz 93 oder 93'

die Fibern übertragen wird. braucht auch nicht mit einem mittleren Punkt des _i

Im folgenden wird F i g. 3 betrachtet. Die in ihr Spannungsteilers verbunden zu sein, sondern kann ' wiedergegebene Kurve ist stark vereinfacht und in auch an die eine Klemme der Spannungsquelle 94 mehrfacher Hinsicht idealisiert; z. B. insofern, als die 25 angeschlossen sein; dann würde die Achse der Kurve Wellenform im Leiter 10 nicht notwendigerweise si- nach F i g. 3 entweder zu dem oberen oder dem untenusförmig ist; auch sind die Stufen nicht scharf defi- ren Ende verschoben werden und kein Wechsel der nierte plötzliche Änderungen der Spannung, sondern Polarität an der Eingangsimpedanz 93 oder 93' aufgeben Mittelwerte wieder. Weiterhin sind die Zeitin- treten, aber der Ausgang des Verstärkers 97 könnte tervalle, in denen die verschiedenen fotoelektrischen 30 noch einem Wechselstrom ähneln und eine geeignete Bauelemente 51 bis 60 als während des Überstrei- Nullachse durch den Kreis des Verstärkers geliefert chens des Strahls von der Fiber 41 zur Fiber 50 und werden.

zurück erregt dargestellt sind, als etwa gleichgroß F i g. 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer wiedergegeben; demgegenüber kann der Lichtstrahl fotoelektrischen Einrichtung mit Verstärker und Ausverständlicherweise, wenn der Galvanometerspiegel 35 Werteeinrichtung nach der Erfindung. Ein Block, der 16 einer Sinuswellenform der Halbwellen folgt, wie ein Halbleiterblock mit geeigneten Dotierungsgebieten dies bei einem tatsächlich Sinusform aufweisenden mit ausgewählten Unreinheiten in vorbestimmten Strom in der Leitung 10 erwartet und erwünscht ist, Konzentrationen sein kann, ist allgemein mit 110 beüber einzelne Fibern schneller als über andere hin- zeichnet. Der Block enthält einen Widerstandsüberweggehen und die Weiten der in Fig. 3 gezeigten 40 zug oder eine Widerstandsschicht 111, eine leitende Schritte variieren. . Schicht 112 und dazwischen angeordnet eine Schicht

Die Nullachse in F i g. 3 stellt diejenige Amplitude 113 aus fotoelektrischem Material. Der von den Fidar, bei der die Mitte des Strahles 38 in F i g. 1 zwi- bern übertragene Lichtstrahl streicht hin und her sehen den Enden der Fibern 45 und 46 liegt und die über die Oberfläche der Schicht 113 aus fotoelektrifotoelektrischen Bauelemente 55 und 56 in im we- 45 schem Material. Die Widerstandsschicht 111 kann sentlichen gleichen Maße beleuchtet sind, aber die einen gleichmäßig verteilten Widerstand entlang ihsie durchfließenden Ströme Potentiale unterschiedli- rer Länge haben, und ihre beiden Enden sind mit eher Polarität an der Eingangsimpedanz 93' erzeu- einer Gleichspannungsquelle 118 verbunden; eine gen, so daß sich die Spannungen aufheben. Setzt man Mittenanzapfung der Widerstandsschicht 111 ist an nun voraus, daß die Bewegung des Strahles 38 zu der 50 eine Eingangsklemme des Verstärkers 97' angeim Verhältnis zu allen der fotoelektrischen Bauele- schlossen. Die andere Eingangsklemme des Verstärmente größten Beleuchtung des fotoelektrischen kers 97' steht mit der leitenden Schicht 112 in VerBauelementes 55 führt, so erhält das obere Ende der bindung. Wenn der Lichtstrahl die Oberfläche der Eingangsimpedanz 93' ein Potential von —10 Volt Schicht 113 aus fotoelektrischem Material überbezüglich des unteren Endes derselben, angedeutet 55 streicht, wird ein Weg zwischen der leitenden Schicht durch den Schnitt 55', wobei die Impedanz und der 112 und der Widerstandsschicht 111 von aufeinan-Spannungsabfall an dem fotoelektrischen Bauele- derfolgenden Punkten der Widerstandsschicht 111 ment vernachlässigt sind. Ist andererseits das foto- ausgehend gebildet, die sich auf verschiedenen Poelektrische Bauelement 56 als Ergebnis der Bewegung tentialen bezüglich der leitenden Schicht 112 befindes Strahles 38 beleuchtet, so wird das obere Ende 60 den, und demgemäß ändert sich der Eingang des der Eingangsimpedanz 93' etwa 10 Volt positiv ge- Verstärkers 97' in seiner Amplitude in Übereinstimgenüber dem unteren Ende derselben, was durch den mung mit Änderungen der jeweiligen Stellung des mit 56' bezeichneten Schritt angezeigt ist. Die Im- Lichtstrahles auf der Schicht 113 aus fotoelektripedanz und der Spannungsabfall an dem fotoelektri- schem Material. Der Verstärker 97' liefert seine Aussehen Bauelement 56 werden vernachlässigt. Die im 65 gangsgröße an die Auswerteeinrichtung 101. wesentlichen sinusförmige Kurve y gibt die Wellen- Für eine weitergehende Erklärung der Art, in der form nach Wiederherstellung durch die Kreise des Licht durch Fibern von einem zu einem anderen Verstärkers 97 wieder. Punkt übertragen werden kann, wird auf den Auf-

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satz »Fiber Optics for Electronics Engineers« von halten. Der Verstärker sollte Eingangsströme jeder George V. Novotny in »Electronics«, Juni 1962, Polarität aufnehmen.

S. 37 bis 41, verwiesen. Weitere Aufsätze und Arbei- Damit ist ein zur Lösung der der Erfindung ge-

ten können in der Spezialliteratur dieses Gebietes ge- stellten Aufgaben geeignetes Gerät geschaffen,

funden werden. 5 Die Lichtquelle 24, die fotoelektrischen Bauele-

F i g. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfin- mente und die Auswerteeinrichtung befinden sich alle dung zur Messung eines Gleichstromes. In die auf Erdpotential, getrennt von der Hochspannungslei-Gleichstromleitung 120 ist ein kleiner Reihenwider- rung 10 durch den jeweils erforderlichen Abstand, stand 121 eingeschaltet, der zum Abgriff einer dem Die Fibern, die aus Glas oder anderem geeigneten Strom in der Leitung proportionalen Spannung dient. io Material, beispielsweise bestimmten Kunststoffen, Leitungen 122 und 123 führen diese Spannung bestehen, sind nicht leitend. Die Fibern in Fig.2 einem Spiegelgalvanometer 124 zu, das von dem üb- können gewünschten!alls versetzt angeordnet sein,
liehen Typ sein kann, bei dem der Spiegel sich in Irgendwelche geeigneten, nicht dargestellten Mittel eine in Übereinstimmung mit der Amplitude des können verwendet werden, um das Spiegelgalvanome-Gleichstromsignals veränderbare Position dreht und 15 ter und die Fibern an dem Stromwandler und der in eine Normalstellung zurückkehrt, wenn das Hochspannungsleitung zu befestigen. In F i g. 2 nicht Gleichstromsignal auf Null absinkt. gezeigte Verkleidungen können gewünschtenf alls zur

Wenn der Gleichstrom in der Leitung 120 immer optischen Isolierung der Fibern gegeneinander ver-

in derselben Richtung fließt, kann das Spiegelgalva- wendet werden. Auch Verkleidungen außerhalb

nometer 124 bezüglich der Fibern 41 bis 50 derart an- 20 der Wände können, falls gewünscht, vorgesehen

geordnet sein, daß, falls kein Strom in der Leitung werden.

120 fließt, die Mitte des Strahles 38' links von der Während die fotoelektrischen Bauelemente 51 bis

Fiber 41 liegt, wie in F i g. 1 gezeigt, so daß er die Fi- 60 als in einer Linie angeordnet dargestellt sind, kön-

ber 41 nur leicht bestrahlt. Der Spannungsteiler und nen die fotoelektrischen Bauelemente auch in jeder

die Auswerteeinrichtung können ähnlich denjenigen 25 bekannten Weise gebündelt werden, solange die

nach Fig. 1 sein mit der Ausnahme, daß die Leitung Identität zwischen fotoelektrischem Bauelement und

96 von dem Punkt 95 abgetrennt und mit der Lei- Fiber beibehalten ist.

tung 71 oder 91 verbunden ist. Der Verstärker 97 In dem Gehäuse 21 nach F i g. 1 selbst kann das

sollte einen Gleichstromeingang erhalten, der zer- Muster der Fibern willkürlich sein, solange das Mu-

hackt oder in anderer Form unterbrochen sein kann, 30 ster des aufnehmenden Endes an dem dem fotoelek-

um zwecks weiterer Verstärkung einen Wechselstrom irischen Bauelement zugekehrten Ende reproduziert

zu erhalten, oder der Gleichstromeingang könnte wird. In F i g. 1 sind die Fibern nur deshalb im Ab-

zwecks Überwachung eines Gleichstromverbrauchers stand voneinander gezeichnet, damit eine besondere

verstärkt werden. Fiber am Aufnahmeende und an den fotoelektrischen

Falls gewünscht, könnte eine zusätzliche Fiber und 35 Bauelementen benachbarten leichter identifiziert

ein zusätzliches fotoelektrisches Bauelement der An- werden kann.

Ordnung zugefügt werden, die bei dem Strom Null Falls die Einrichtung nach F i g. 5 zur Messung

beleuchtet werden. eines Gleichstromes Verwendung finden soll, kann

Wird in Erwägung gezogen, daß der Gleichstrom die Leitung 116 anstatt mit der Mitte der Widerin der Leitung 120 in beiden Richtungen fließen 40 Standsschicht 111 mit einer Klemme der Spannungskann, so kann das Spiegelgalvanometer derart an- quelle 118 verbunden werden. Der Verstärker 97' ergeordnet sein, daß beim Strom Null der Strahl 38' hält dann einen Gleichstromeingang, und die Auszwischen die Fibern 45 und 46 fällt. Die Leitung 96 Werteeinrichtung 101 kann eine gleichstrombetriekann ihre Verbindung mit dem Mittenabgriff beibe- bene Einrichtung sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Anordnung mit einem Spiegelgalvanometer, dessen Ablenkspule von einer Meßgröße derart gespeist ist, daß der Galvanometerspiegel eine von dem Wert der Meßgröße abhängige Stellung einnimmt, und mit einer Lichtquelle, derart, daß deren Lichtstrahl auf den Galvanometerspiegel fällt und von diesem als beeinflußter Lichtstrahl auf einen von der Meßgröße abhängigen Ort einer fotoelektrischen Einrichtung gelenkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zur Überwachung von Strömen in Hochspannungsleitern (10) eingesetzt ist, indem zwischen dem Galvanometerspiegel (16) und der fotoelektrischen Einrichtung eine Glasfiberoptik mit gleicher Anordnung der Fibern (41 bis 50) an ihrem galvanometerseitigen und an ihrem der fotoelektrischen Einrichtung benachbarten Ende angeordnet ist und indem die fotoelektrische Einrichtung einen Spannungsteiler mit einem vom Ort des Auftreffens des beeinflußten Lichtstrahles abhängigen Teilerverhältnis bildet, dessen jeweilige Teilspannung einer Auswerteeinrichtung (101) zugeführt ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler eine sich in Richtung der bei Drehung des Galvanometerspiegels erfolgenden Verschiebung des Auftreffortes des beeinflußten Lichtstrahles erstreckende Schicht aus fotoelektrischem Material (113) enthält, die auf verschiedenen Flächen und gegeneinander isoliert eine mit der einen Eingangsklemme der Auswerteeinrichtung (10) verbundene leitende Schicht (112) und eine mit ihren Enden an eine Spannungsquelle und mit einem Abgriff an die andere Eingangsklemme der Auswerteeinrichtung (10) angeschlossene Widerstandsschicht (111) aufweist, derart, daß das jeweilige Spannungsteilerverhältnis von der durch das Auftreffen des beeinflußten Lichtstrahles auf die Schicht aus fotoelektrischem Material (113) jeweils erzeugten Stelle verringerten Widerstandes zwischen leitender Schicht (112) und Widerstandsschicht (111) bestimmt ist (F i g. 5).

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler eine sich in Richtung der bei der Drehung des Galvanometerspiegels (16) erfolgenden Verschiebung des Auftreffortes des beeinflußten Lichtstrahles erstreckende Reihe fotoelektrischer Bauelemente (51 bis 60) enthält, deren eine Ausgangsklemme jeweils mit der einen Eingangsklemme der Auswerteeinrichtung (101) verbunden und deren andere Ausgangsklemmen an jeweils eine von aufeinanderfolgende^ _% Anzapfungen eines Widerstandes (81 bis 90, ^! 92) geführt sind, der mit seinen Enden an eine Spannungsquelle (94) und mit einem Abgriff (95) an die andere Eingangsklemme der Auswerteeinrichtung (101) angeschlossen ist, so daß das jeweilige Spannungsteilerverhältnis durch die Lage des jeweils am Ort des Auftreffens des beeinflußten Lichtstrahles liegenden fotoelektrischen Bauelementes bestimmt ist (Fig. 1).

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere fotoelektrische Bauelemente parallel geschaltet sind.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Wechselstrom in der Leitung der beeinflußte Lichtstrahl beim Stromwert Null auf den mittleren Bereich des Spannungsteilers auftrifft und eine Klemme der Auswerteeinrichtung mit diesem Bereich des Spannungsteilers verbunden ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei in einer Richtung fließendem Strom in der Leitung der beeinflußte Lichtstrahl beim Stromwert Null auf einen der Endbereiche des Spannungsteilers auftrifft und eine Klemme der Auswerteeinrichtung mit diesem Bereich des Spannungsteilers verbunden ist.

7. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am galvanometerseitigen Ende der Glasfiberoptik alle Fibern (41 bis 50) annähernd den gleichen Abstand vom Drehpunkt (17) des Galvanometerspiegels (16) haben (F i g. 1).

8. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Glasfiberoptik (20) zwischen Lichtquelle (24) und Galvanometerspiegel (16) vorgesehen ist, die den Lichtstrahl auf den Galvanometerspiegel (16) lenkt (Fig. 1).

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweiten Glasfiberoptik (20) den Lichtstrahl auf ihren Eingang und auf den Galvanometerspiegel (16) fokussierende Linsen (28 bzw. 19) zugeordnet sind (F i g. 1).

10. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfiberoptiken (20, 41 bis 50) in einem isolierenden Gehäuse (21) liegen (Fig. 1).

11. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfiberoptiken einen auf Erdpotential liegenden Schirm tragen.

12. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfiberoptiken (20, 41 bis 50) mit dem Spiegelgalvanometer an der Leitung (10) befestigt sind und die Lichtquelle (24) auf Erdpotential liegt (Fig.l).

13. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung ein in Werten des Stromes in der Leitung geeichtes Meßinstrument enthält.