DE19613688A1 - Meßeinrichtung für Niederspannungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Niederspannungsmeßein­ richtung, die vorzugsweise zur festen Installation an Sammelschienen oder anderen in Niederspannungsschalt­ anlagen vorgesehenen spannungsführenden Teilen vorgesehen ist.

Sowohl aus Gründen der Betriebsmessung von elek­ trischen Schaltanlagen als auch aus Gründen der Arbeits­ sicherheit ist es häufig erforderlich, die Spannung einzelner Sammelschienen oder anderweitiger Teile vor Ort oder aus einiger Entfernung heraus zu überwachen. Dies kann bspw. erfolgen, indem die zu überwachenden span­ nungsführenden Teile über entsprechende Leitungen an digital oder analog anzeigende Voltmeter angeschlossen sind. Allerdings sind aus Sicherheitsgründen zur Über­ tragung der Niederspannung doppelt isolierte Leitungen erforderlich. Außerdem ist eine Zuordnung zwischen gemes­ sener Spannung und spannungsführendem Teil bei entfernt angeordneter Anzeigeeinrichtung nur indirekt, das heißt über entsprechende Kennzeichnung der Anzeige möglich.

Gerade bei Schaltanlagen mit naturgemäß nicht isolierten Sammelschienen oder anderen blank liegenden spannungs­ führenden Teilen ist es aber wünschenswert, eine perma­ nente Anzeige der an dem betreffenden Teil anliegenden Spannung vor Ort zu haben, so daß ein unbeabsichtigtes Berühren spannungsführender Teile weitgehend ausgeschlos­ sen wird. Darüber hinaus ist es wünschenswert, die elek­ trische Verbindung zwischen dem zu überwachenden span­ nungsführenden Teil und einer gegebenenfalls in einiger Entfernung angeordneten Meßeinrichtung mittels einer lediglich Kleinspannung führenden Leitung herstellen zu können, die nur geringen Isolationsanforderungen unter­ liegt.

Prinzipiell für diesen Zweck geeignete transformato­ rische Wandler, die die zu überwachende Niederspannung in eine Kleinspannung umwandeln, sind relativ groß und teuer in Herstellung und Anschaffung.

Eine weitere Anforderung an Einrichtungen zur Span­ nungsüberwachung ist häufig die, daß an der Spannungsmeß­ einrichtung bei Berührung keine gefährlichen Berührungs­ ströme auftreten können. Dies ist mit einer galvanischen Trennung erreichbar, die die oben genannten Spannungs­ wandler erbringen können. Jedoch ist diese Lösung relativ aufwendig.

Bei elektronischen Spannungsmeßeinrichtungen ist eine Spannungsversorgung ihrer elektronischen Komponenten erforderlich. Diese soll möglichst zuverlässig sein, so daß keine Fehlanzeigen durch Betriebsspannungsausfälle auftreten.

Davon ausgehend ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Niederspannungsmeßeinrichtung zur Spannungsmessung an spannungsführenden Teilen zu schaffen, die berührungs­ sicher ausgebildet ist und eine zuverlässige Spannungs­ anzeige sicherstellt.

Diese Aufgabe wird durch eine Meßeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Die Niederspannungsmeßeinrichtung ist für Wechsel­ spannungen niedriger Frequenz, bspw. 50 Hz, vorgesehen. Sie erfaßt die Wechselspannung mittels eines kapazitiven Spannungssensors, der keine galvanische Verbindung zwi­ schen Ein- und Ausgang hat. Der kapazitive Spannungs­ sensor ist ein in spezieller Weise ausgebildeter Kon­ densator, der mit einem Anschluß an die Niederspannung und mit seinem anderen Anschluß an die Meßeinrichtung angeschlossen ist. Mit seiner vorzugsweise im nF-Bereich liegenden Kapazität begrenzt er den maximalen gegen Erd- oder Nullpotential fließenden Kurzschlußstrom auf sehr geringe Werte, so daß keine gefährlichen Berührungsströme auftreten können. Der an die Meßeinrichtung gelegte Anschluß des Kondensators ist von der Niederspannung vollständig isoliert. Die Schutzart ist bei entsprechen­ der Durchschlagfestigkeit "Schutzisolation".

Die Fortleitung des von dem kapazitiven Spannungs­ sensor gebildeten Signals, das heißt des Meßstromes, erfolgt über eine entsprechende Leitung, die aufgrund der geringen anliegenden Spannungen und zu übertragenden Ströme, ohne gegen Berührungsschutzvorschriften zu ver­ stoßen, lediglich eine Isolierung benötigt, wie sie für Kleinspannungen üblich ist. Der Drahtquerschnitt kann gering sein. Beides vereinfacht und verbilligt die In­ stallation. Hinsichtlich der räumlichen Anordnung der Meßeinrichtung gelten keine besonderen Einschränkungen. Die bspw. außerhalb eine Schaltanlage angeordnete Meß­ einrichtung ist berührungssicher und kann auf keinem Wege gefährliche Spannungen erhalten.

Die Meßeinrichtung wird über den kapazitiven Span­ nungssensor mit Strom versorgt, was eine gesonderte Stromversorgung überflüssig macht. Dies stellt sicher, daß eine vorhandene Spannung in jedem Fall zur Anzeige gebracht wird, ohne daß dafür eine besondere Wartung der Meßeinrichtung erforderlich wäre. Sie weist keine Batte­ rien auf, die zyklisch erneuert werden müßten. Die Strom­ versorgung der Meßeinrichtung wird von einem Energiespei­ cher erbracht, der über den Spannungssensor periodisch aufgeladen wird. Der Spannungssensor dient dabei als Vorwiderstand zur Begrenzung des Ladestromes auf ein niedriges Maß. Zum periodischen Aufladen ist ein Umschal­ ter vorgesehen, der den Spannungssensor alternativ mit dem Eingang der Spannungsmeßeinheit und dem Energiespei­ cher verbindet.

Der Spannungssensor ist vorzugsweise ein Flachkon­ densator, der, aus entsprechend mechanisch stabilem Mate­ rial gefertigt, auf einfache Weise, bspw. mittels Klemm­ schrauben, an einer Sammelschiene befestigbar ist. Der Flachkondensator weist einen geschirmten Aufbau auf. Dies bedeutet, daß seine Eingangselektroden durch zwei Flach­ elektroden gebildet sind, die eine isoliert zwischen diesen liegende Mittelelektrode abschirmen. Die Mittel­ elektrode koppelt kapazitiv mit den Außenelektroden. Signaleinstreuungen und Antenneneffekte sind an der Mittelelektrode wegen der Abschirmung durch die Außen­ elektrode nicht zu befürchten. Damit wird eine gute Meßgenauigkeit ermöglicht.

Die vorzugsweise zweischichtig aufgebaute Mittel­ elektrode ist von den Außenelektroden über ein mechanisch stabiles, festes Dielektrikum getrennt, so daß insgesamt ein steifer, mechanisch stabiler, plattenförmiger Körper ausgebildet ist.

Die Leitung, die die abgeschirmte Mittelelektrode des Flachkondensators mit der Meßeinrichtung verbindet, ist vorzugsweise eine geschirmte Meßleitung, deren Schirm mit dem Bezugspotential der Meßeinrichtung verbunden ist.

Der in der Meßeinrichtung enthaltene Umschalter ist vorzugsweise als elektronischer Schalter ausgebildet und schaltet in einem von einer Steuereinheit vorgegebenen Zeittakt um. Dabei ist es sowohl möglich, einen festen Zeittakt als auch einen variablen Zeittakt zu wählen. Der Zeittakt kann in Abhängigkeit von der gemessenen Spannung festgelegt sein. Dies ermöglicht es, bspw. die Ladezeit­ intervalle bei geringen gemessenen Spannungen zu ver­ größern, so daß der Energiespeicher auch bei geringer Spannung an den spannungsführendem Teil noch ausreichende Ladung enthält. Jedenfalls sollte in der Regel wenigstens eine Spannungsmessung pro Sekunde erfolgen, so daß eine aktuelle Anzeige sichergestellt ist.

Als Energiespeicher kann ein Kondensator mit hoher Kapazität dienen. Bei geringer Stromaufnahme der Meß­ einrichtung und entsprechender Bemessung des Kondensators kann ein Betrieb der Meßeinrichtung, unabhängig von einer an der Sammelschiene oder einem anderweitigen zu überwa­ chenden Teil, auf Tage hinaus sichergestellt werden. Damit wird es möglich, an spannungsfreien Teilen die anliegende Spannung von null Volt aktiv anzuzeigen. Dies ist ein Sicherheitsfaktor gegenüber Anzeigen, bei denen bei Unterschreiten einer Schwellspannung wegen Ausfalls der Stromversorgung keine Anzeige mehr erscheint. Eine Unterscheidung zwischen einer ausgefallenen Meßeinrich­ tung und einem wirklich spannungsfreien Zustand an dem Eingang der Meßeinrichtung ist bei der entsprechenden vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung möglich.

Der Energiespeicher kann außerdem zwei oder mehrere Kondensatoren unterschiedlicher Kapazität enthalten, die nacheinander geladen werden. Der Kondensator geringer Kapazität ist sehr schnell aufladbar, so daß die Meß­ einrichtung nach Anlegen der Betriebsspannung praktisch sofort betriebsbereit ist. Die sich fortsetzende Aufla­ dung des Kondensators hoher Kapazität ermöglicht nach und nach eine immer längere Betriebsdauer bei Eingangsspan­ nung null.

Die Spannungsmeßeinheit weist einen geringen Ein­ gangswiderstand auf und schließt damit den Spannungs­ sensor praktisch kurz. Die Spannungsmessung wird somit auf eine Strommessung zurückgeführt. Der im Kurzschluß des Spannungssensors auftretende Strom liegt unter 0,5 mA, vorzugsweise bei ungefähr einhundert µA.

Alternativ zu der von dem Spannungssensor räumlich getrennten Anordnung der Meßeinrichtung ist es möglich, den Spannungssensor und die Meßeinrichtung zu einer Baueinheit zu vereinigen, die bspw. an eine Sammelschiene geschraubt wird. Die Anzeige kann über ein LCD-Display direkt und/oder über einen Datenausgang (Port) erfolgen. Der Datenausgang ist vorzugsweise busfähig und ermöglicht die Rechnerfernabfrage der Spannung. Der Datenausgang ist außerdem von der Sammelschiene isoliert, ohne daß dazu ein Trenntransformator erforderlich wäre.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Datenausgang ein optischer Ausgang, der eine Datenüber­ tragung mittels Glasfaserkabel ermöglicht. Diese Lösung hat ihre besondere Bedeutung bei Spannungsmessungen gegen unterschiedliche Bezugspotentiale.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Niederspannungsmeßeinrichtung zur Span­ nungsüberwachung einer Sammelschiene mittels eines kapazitiven Spannungssensors, in schema­ tisierter Prinzipdarstellung,

Fig. 2 den Spannungssensor nach Fig. 1 in vereinfach­ ter perspektivischer Darstellung und in einem anderen Maßstab,

Fig. 3 den Spannungssensor nach Fig. 1 in einer sche­ matisierten Draufsicht,

Fig. 4 den Spannungssensor nach den Fig. 2 und 3 in einer vereinfachten Schnittdarstellung,

Fig. 5 Zeitregime für die Betätigung eines in der Meßeinrichtung nach Fig. 1 enthaltenen Umschal­ ters, in Prinzipdarstellung,

Fig. 6 eine Niederspannungsmeßeinrichtung, bei der der Spannungssensor und die Meßeinrichtung zu einer Baueinheit integriert sind, in einer schemati­ sierten Draufsicht, und

Fig. 7 die Niederspannungsmeßeinrichtung nach Fig. 6 in einer schematisierten Schnittdarstellung.

In Fig. 1 ist eine Niederspannungsmeßeinrichtung 1 zur Überwachung der an einer Sammelschiene 2 gegenüber einem Bezugspotential 3 anliegenden 50 Hz Wechselspannung dargestellt, die im Bereich von 200 bis 300 Volt liegt. Die Niederspannungsmeßeinrichtung 1 enthält einen Span­ nungssensor 4, der über eine abgeschirmte Leitung 5 an eine Meßeinrichtung 6 angeschlossen ist. Der Spannungs­ sensor 4 steht mit der Sammelschiene 2 in elektrisch lei­ tender Verbindung. Die Leitung 5 ist dabei mit ihrem Schirm 7 an das Bezugspotential 3 angeschlossen.

Der Spannungssensor 4 ist ein geschirmter kapaziti­ ver Sensor mit einer Außenelektrode 8 und einer platten­ förmigen Innenelektrode 9, die über ein den Zwischenraum zwischen der Außenelektrode 8 und der Innenelektrode 9 ausfüllendes Dielektrikum 11 voneinander isoliert sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Innenelek­ trode 9 durch eine oder durch zwei miteinander verbundene Leiterebenen einer Mehrebenenleiterplatte gebildet. Das Dielektrikum 11 wird durch das Trägermaterial der Leiter­ platte, bspw. glasfaserverstärktes Polyestermaterial, gebildet. Die Außenelektrode 8 wird durch außen liegende Leiterflächen 8a, 8b der Mehrebenenleiterplatte gebildet, wobei die Leiterflächen 8a, 8b bei Durchkontaktierungs­ stellen 12 (Fig. 2) miteinander verbunden sind. Die auf der Seite der Sammelschiene 2 liegende Leiterfläche 8a ist nicht isoliert. Es ergibt sich somit, wie aus den Fig. 2 und 3 hervorgeht, ein plattenförmiger Spannungs­ sensor, dessen Kantenlänge im Bereich von wenigen Zen­ timetern liegt. Die Dicke beträgt allenfalls einen Milli­ meter. Auch geringere Dicken sind möglich. Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, überdecken die Außenelektroden 8 (8a, 8b) die Innenelektrode 9 vollständig und überragen diese an den Rändern. Der zwischen den Außenelektroden 8a, 8b definierte Innenraum ist somit vollständig abgeschirmt, so daß lediglich über die Außenelektroden 8a, 8b kapazi­ tiv auf die Innenelektrode 9 eingekoppelte Signale auf die Leitung 5 gelangen können.

Die Isolationsfestigkeit des Dielektrikums 11 ent­ spricht den Anforderungen an Schutzisolierungen. Ein Spannungsdurchschlag von den Außenelektroden 8 auf die Innenelektrode 9 ist deshalb nicht zu befürchten.

Zur Befestigung des Spannungssensors 4 an der Sam­ melschiene 2 ist eine Öffnung 13 vorgesehen, die der Auf­ nahme einer Befestigungsschraube 13a dient (bspw. er­ sichtlich aus Fig. 4). Während die Außenelektroden 8a, 8b bis an den Rand der Durchgangsöffnung 13 führen, endet die Innenelektrode 9 im Abstand von einigen Millimetern zu dem Rand der Durchgangsöffnung 13. Dadurch wird eine entsprechende Isolierung zwischen Innenelektrode 9 und Außenelektrode 8 sichergestellt.

An einer beliebigen randseitigen Stelle ist wenig­ stens eine Außenelektrode 8b bis in einen die Innenelek­ trode 9 überdeckenden Bereich ausgenommen, so daß ein elektrodenfreier Bereich 14 gebildet ist. In diesem Bereich ist die Leitung 5 an einer Kontaktstelle 15 an die Innenelektrode angeschlossen.

Der Spannungssensor 4 ist von seinen Abmessungen her derart bemessen, daß eine im nF-Bereich liegende Kapazi­ tät 16 zwischen der Innenelektrode 9 und den beiden Außenelektroden 8a, 8b gebildet ist. Bei einer Dicke von weniger als einem Millimeter beträgt die Sensorfläche einige Quadratzentimeter, wobei die Sensorform von kon­ kreten ästhetischen und/oder konstruktiven Gesichtspunk­ ten abhängig gemacht werden kann. Die geringe Dicke des Spannungssensors 4 ermöglicht es außerdem, diesen an der Sammelschiene bei ohnehin vorhandenen Klemmstellen unter­ zubringen, ohne daß dazu zusätzlicher Platzbedarf ent­ stünde. Die Herstellung des Spannungssensors 4 als Mehr­ schichtplatine ermöglicht die kundenspezifische beliebige Formgebung auch bei kleinen Serien mit sehr kurzen Lie­ ferzeiten.

Die über die Leitung 5 an den Spannungssensor 4 angeschlossene Meßeinrichtung 6 der Niederspannungsmeß­ einrichtung 1 erhält von dem Spannungssensor 4 sowohl ein Meßsignal als auch Strom zur Energieversorgung. Die Meß­ einrichtung 6 enthält eine Spannungsmeßeinheit 21, deren Eingang 22 dazu an einen elektronischen Umschalter 24 angeschlossen ist. Der ebenfalls zu der Meßeinrichtung 6 gehörige elektronische Umschalter 24 weist einen Schal­ tereingang 25 sowie einen ersten Schalterausgang 26 und einen zweiten Schalterausgang 27 auf. Der Schaltereingang 25 bildet den Eingang der Meßeinrichtung 6 und ist an die Leitung 5 angeschlossen. Gesteuert ist der elektronische Umschalter 24 von einer Steuereinheit 28, die an die Spannungsmeßeinheit 21 angeschlossen oder Bestandteil derselben ist.

Mit seinem zweiten Schalterausgang 27 ist der Um­ schalter 24 an einen Energiespeicher 29 angeschlossen, der als Speicherelement einen Kondensator 31 mit hoher Kapazität aufweist. Diese liegt vorzugsweise im Bereich von mehreren tausend µF bis zu einigen F. Zur Ladung des Kondensators 31 über den Spannungssensor 4, die Leitung 5 und den Umschalter 24 ist dem Kondensator 31 ein Gleich­ richter 32 vorgeschaltet, der vorzugsweise als Vollwel­ lengleichrichter ausgebildet ist.

Der Energiespeicher 29 versorgt die Spannungsmeß­ einheit 21, eine Anzeigeeinheit 34 und eine Schnittstel­ leneinheit 36 mit Betriebsspannung. Die Spannungsmeß­ einheit 21 weist unmittelbar an ihrem zu dem Bezugspoten­ tial 3 niederohmigen Eingang 22 einen Präzisionsgleich­ richter 37 auf, der an seinem Ausgang ein Signal abgibt, das dem Betrag des in den Eingang 22 fließenden Stromes entspricht. An den Ausgang des Präzisionsgleichrichters ist eine Glättungsstufe 38 angeschlossen, die das Aus­ gangssignal des Präzisionsgleichrichters 37 glättet und als sich zeitlich wenig veränderndes Signal an eine digitale Voltmeterstufe 39 weitergibt. Die Voltmeterstufe 39 erzeugt ein Digitalsignal, das die an dem Spannungs­ sensor 4 anliegende Spannung kennzeichnet. Das Digitalsi­ gnal ist an die Anzeigeeinheit 34 angeschlossen, die die gemessene Spannung, bspw. auf einer mehrstelligen LCD- Einheit, zur Anzeige bringt.

Parallel dazu ist das Ausgangssignal der Voltmeter­ stufe 39 an die Schnittstelleneinheit 36 gelegt, die ein der gemessenen Spannung entsprechendes Signal an ihrem Port 41 abgibt. Das Port 41 kann ein der gemessenen Spannung entsprechendes Signal prinzipiell auf unter­ schiedliche Weise abgeben. Möglich sind serielle und parallele Bussysteme, frequenzanaloge Signale, pulsbrei­ ten- oder pulscodemodulierte Signale sowie die Abgabe nichtelektrischer Signale, wie bspw. optischer Signale.

Das Port 41 dient der Abgabe eines die gemessene Spannung kennzeichnenden Signales, bspw. an eine zentrale Leit- und/oder Steuerwarte. Die Schnittstelleneinheit 36 kann dabei sowohl permanent als auch in vorgegebenem Zeittakt Ausgangssignale abgeben. Bedarfsweise umfaßt das Port 41 mehrere an einen Datenbus angeschlossene Leitun­ gen, über die auch eine Fernabfrage der von der Meßein­ richtung 6 gemessenen Spannung möglich ist. Das Port 41 ist somit kein reiner Ausgang sondern eine I/O-Schnitt­ stelle.

Die insoweit beschriebene Niederspannungsmeßeinrich­ tung arbeitet wie folgt:
An der Sammelschiene 2 liegt eine von der Nieder­ spannungsmeßeinrichtung 1 zu messende Niederspannung an.

Diese beträgt bspw. 230 Volt. An den Außenelektroden 8a, 8b des mittels der Befestigungsschraube 13a fest an die Sammelschiene 2 angedrückten Spannungssensors 4 liegt die gleiche Wechselspannung in Bezug auf das Bezugspotential 3 an.

Es sei angenommen, daß der Kondensator 31 des Ener­ giespeichers 29 zunächst völlig entladen ist. Der Um­ schalter 24 befindet sich in diesem Fall in der in Fig. 1 dargestellten Stellung und verbindet die Innenelektrode 9 des Spannungssensors 4 über die Leitung 5 mit dem Eingang des Energiespeichers 29. Der entladene Kondensator 31 verbindet den Eingang des Energiespeichers 29 niederohmig mit dem Bezugspotential 3. Der Spannungssensor 4 wirkt nun als kapazitiver Vorwiderstand zur Aufladung des Kondensators 31. Über den Spannungssensor 4 und die Leitung 5 fließt somit ein Ladestrom in den Energiespei­ cher 29, der den Kondensator 31 in höchstens wenigen Minuten, vorzugsweise aber in weniger als einer Minute, auf einen Wert von einem oder wenigen Volt auflädt, der als Betriebsspannung für die Meßeinrichtung 6 ausreicht.

Sobald die erforderliche Betriebsspannung für die Meßeinrichtung 6 erreicht ist, beginnt die Steuereinheit 28, den Umschalter 24 periodisch umzuschalten, so daß der Spannungssensor 4 ungefähr einmal pro Sekunde an den Eingang 22 der Spannungsmeßeinheit 21 angeschlossen wird. Dies ist in Fig. 5 symbolisch veranschaulicht. Der Kur­ venzug A veranschaulicht dabei den periodischen Anschluß des Spannungssensors 4 an den Eingang 22, wobei "L" bedeutet, daß der Umschalter 24 die Verbindung zwischen dem Spannungssensor 4 und dem Eingang 22 hergestellt hat. "0" bedeutet, daß die betreffende Verbindung getrennt ist. Der Kurvenzug B stellt diesen Sachverhalt für den Energiespeicher 29 dar. Es ist ersichtlich, daß der Spannungssensor 4 über die verhältnismäßig längere Zeit mit dem Energiespeicher 29 verbunden ist, um eine mög­ lichst schnelle Aufladung desselben herbeizuführen.

Der Eingang 22 der Spannungsmeßeinheit 21 ist nie­ derohmig in Bezug auf das Bezugspotential 3. Auch in den periodischen Phasen, in denen der Spannungssensor 4 an den Eingang 22 angeschlossen ist, ist er praktisch kurz­ geschlossen. Der über die Leitung 5 und den Umschalter 24 in den Eingang 22 fließende Strom ist dabei ein Maß für die Spannung zwischen der Sammelschiene 2 und dem Bezugs­ potential 3. Der Umschalter 24 legt wenigstens mehrere Wellenzüge des weniger als 1 mA betragenden Stromes an den Eingang 22.

Der Präzisionsgleichrichter 37 erzeugt nun ein dem gleichgerichteten Strom entsprechendes Signal und gibt dies an die Glättungsstufe 38 weiter. Diese erzeugt ein Analogsignal, das bedarfsweise auch während der nachfol­ genden Ladeperiode erhalten bleiben kann, während der der Umschalter den Spannungssensor 4 von dem Eingang 22 trennt und mit dem Energiespeicher 29 verbindet. Die Voltmeterstufe 39 digitalisiert das von der Glättungs­ stufe 38 bereitgestellte Signal und bringt es in der sich somit ständig aktualisierenden Anzeigeeinheit 34 zur Anzeige. Parallel gelangt das Digitalsignal zu der Schnittstelleneinheit 36, in der es für die Fernabfrage über das Port 41 bereitgehalten wird.

Unabhängig von der Größe der an der Sammelschiene 2 anliegenden Spannung schaltet der Umschalter 24 peri­ odisch um, so daß der Spannungssensor 4 abwechselnd der Gewinnung eines Meßwertsignales und der Stromversorgung der Meßeinrichtung 6 dient. Bei Spannungsausfall genügt die in dem Kondensator 31 gespeicherte Ladung für einen Betrieb der Meßeinrichtung 6 über mehrere Stunden. Bei entsprechender Dimensionierung des Kondensators 31 können mehrere hundert Stunden Betriebsdauer erreicht werden, in denen die Meßeinrichtung 6 ausschließlich aus dem Ener­ giespeicher 29 mit Energie versorgt wird.

Um sowohl einen sofortigen Start der Meßeinrichtung 6 nach langwährender Spannungsfreiheit der Sammelschiene 2 als auch einen möglichst langen Fortbetrieb nach Span­ nungsausfall an der Sammelschiene 2 zu erreichen, ist es möglich, den Energiespeicher 29 mit zwei unterschiedlich dimensionierten Kondensatoren 31, 31′ zu bestücken. Während der Kondensator 31′ eine geringe Kapazität im µF-Bereich aufweist, hat der Kondensator 31 eine deutlich größere Kapazität, die im F-Bereich liegen kann.

Nach einem erstmaligen Einschalten einer Niederspan­ nung an die Sammelschiene 2 wird zunächst der kleinere Kondensator 31′ geladen, der sehr schnell (in einer oder wenigen Sekunden) eine Spannung erreicht, die als Be­ triebsspannung für die Spannungsmeßeinheit 21 ausreicht. Damit arbeitet die Meßeinrichtung 6 praktisch sofort. Nach und nach wird nun der größere Kondensator 31 ge­ laden, so daß mit fortgesetztem Betrieb der Meßeinrich­ tung 6 eine wachsende Betriebsreservezeit ermöglicht wird.

Bedarfsweise kann das Taktverhältnis des Umschalters 24 spannungsabhängig festgelegt werden. Bspw. kann, wie in Fig. 5 unten dargestellt, das Verhältnis zwischen der Zeit zum Messen und der Zeit zum Laden des Kondensators 31 zugunsten der Meßzeit verschoben sein.

Wie in Fig. 6 dargestellt, kann die Meßeinrichtung 6 mit dem Spannungssensor 4 zu einer Baueinheit vereinigt sein. Der von einer Mehrebenenleiterplatte gebildete Spannungssensor 4 geht einstückig in einen Leiterplat­ tenbereich 43 über, der die Meßeinrichtung 6 trägt und deren entsprechende Verdrahtung bildet. Die Anzeigeein­ heit 34 ist ebenfalls unmittelbar auf der gemeinsamen Leiterplatte angeordnet und ermöglicht ein Ablesen der an der Sammelschiene 2 anliegenden Spannung. Die Meßeinrich­ tung 6 ist mit ihrem Port 41 mit lediglich Kleinspannung führenden Leitungen verbunden, die der bedarfsweisen Fernabfrage der gemessenen Spannung dienen. Eine weitere Leitung führt zu dem Bezugspotential 3, das in der Regel Null- oder Erdpotential ist.

Wie die Fig. 4 und 7 zeigen, kann der Spannungs­ sensor 4 mit einer Isolierung aus einem geeigneten Kunst­ stoff versehen sein. Die ist auch bei der Niederspan­ nungsmeßeinrichtung 1 mit integrierter Meßeinrichtung 6 möglich. Die n ihrer zugänglichen Seite vorgesehene Isolierung 44 bietet einen zusätzlichen Berührungsschutz und einen Schutz vor mechanischen Beschädigungen.

Eine Niederspannungsmeßeinrichtung 1, insbesondere zur Messung und/oder Überwachung von Niederspannungen, weist einen kapazitiven Spannungssensor 4 auf, der ab­ wechselnd der Aufladung eines Energiespeichers 29 zum Be­ trieb einer Meßeinrichtung 6 und zum Erzeugen eines Ein­ gangssignales für die Meßeinrichtung 6 dient. Zur Um­ schaltung des kapazitiven Spannungssensors 4 dient ein vorzugsweise elektronischer Umschalter 24. Der Spannungs­ sensor 4 und die Meßeinrichtung 6 können sowohl zu einer Baueinheit vereinigt als auch räumlich voneinander ge­ trennt ausgebildet sein. Die Meßeinrichtung 6 bezieht die zu ihrem Betrieb erforderliche Energie ohne Verfälschung des Meßwertes aus dem Meßkreis und kommt somit ohne externe Energieversorgung auf. Dies wird durch zeitliches Entkoppeln des Meßvorganges von dem Ladevorgang des Energiespeichers 29 erreicht.

Claims (24)

1. Niederspannungsmeßeinrichtung (1), vorzugsweise zur Messung und/oder Überwachung von an einem Leiter (2) anliegender Niederspannung,
mit einem kapazitiven Spannungssensor (4), dessen Eingang (8) mit der zu messenden Niederspannung verbunden ist und dessen Ausgang (9) an eine Meßeinrichtung (6) angeschlossen ist, die eine Spannungsmeßeinheit (21) enthält,
wobei die Meßeinrichtung (6) einen Umschalter (24) enthält, der den Spannungssensor (4) abwechselnd an einen der Energieversorgung der Meßeinrichtung (6) dienenden Energiespeicher (29) und einen Eingang (22) der Span­ nungsmeßeinheit (21) schaltet.

2. Niederspannungsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungssensor (4) von der Meßeinrichtung (6) räumlich getrennt ist.

3. Niederspannungsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungssensor (4) ein Flachkondensator ist, dessen eine Elektrode (8) mit dem Niederspannung führenden Leiter (2) verbunden ist und den Eingang definiert und dessen andere Elektrode (9) mit der Meßeinrichtung (6) verbunden ist und den Ausgang defi­ niert.

4. Niederspannungsmeßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Flachkondensator ein geschirmter Kondensator ist.

5. Niederspannungsmeßeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Flachkondensator wenigstens eine platten­ förmig ausgebildete Mittelelektrode (9) aufweist, die mit dem Ausgang verbunden ist,
daß flächenparallel zu jeder Flachseite jeweils eine flache, von der Mittelelektrode (9) durch ein Dielek­ trikum (11) getrennte Gegenelektrode (8a, 8b) vorgesehen ist und
die beiden Gegenelektroden (8a, 8b) elektrisch leitend miteinander verbunden sowie mit dem spannungs­ führenden Leiter verbindbar sind.

6. Niederspannungsmeßeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Flachkondensator mittels einer geschirmten Leitung (5) an die Meßeinrichtung (6) angeschlossen ist.

7. Niederspannungsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschalter (24) in einem vorgegebenen Zeittakt umgeschaltet wird.

8. Niederspannungsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (6) eine Steuereinheit (28) enthält, die den Umschalter (24) steuert.

9. Niederspannungsmeßeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (28) den Umschalter (24) in einem Zeittakt steuert, der in Ab­ hängigkeit von der gemessenen Spannung festgelegt ist.

10. Niederspannungsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschalter (24) ein elektronischer Schalter ist.

11. Niederspannungsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher (29) ein Kondensator (31) mit vorgeschaltetem Gleichrichter (32) ist.

12. Niederspannungsmeßeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichter (32) ein Vollwellengleichrichter ist.

13. Niederspannungsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (6) mit einem Anschluß an ein Bezugspotential (3) angeschlossen ist.

14. Niederspannungsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsmeßeinheit (21) eine Eingangsimpedanz aufweist, die um wenigstens eine Größenordnung kleiner ist als die Impedanz des kapaziti­ ven Spannungssensors (4).

15. Niederspannungsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsmeßeinheit (21) eine Eingangsimpedanz aufweist, die um wenigstens zwei Größenordnungen kleiner ist als die Impedanz des kapazi­ tiven Spannungssensors (4).

16. Niederspannungsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem Ausgang des Span­ nungssensors (4) anstehende Spannung eine Kleinspannung ist.

17. Niederspannungsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem Ausgang des Spannungssensors (4) bei Kurzschluß gegen Bezugspotential (3) maximal abgegebene Strom kleiner als 0,5 mA ist.

18. Niederspannungsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (6) und der kapazitive Spannungssensor (4) zu einer Baueinheit vereinigt sind.

19. Niederspannungsmeßeinrichtung nach Anspruch 3 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß der als Flachkon­ densator ausgebildete Spannungssensor (4) aus mehrlagigem Leiterplattenmaterial aufgebaut ist, das abschnittsweise ein Leitungsmuster zur elektrischen Kontaktierung und Verdrahtung der Meßeinrichtung (6) aufweist.

20. Niederspannungsmeßeinrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (6) einen Port (41) aufweist.

21. Niederspannungsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Port (41) der Meßeinrich­ tung (6) ein optisches Signal abgibt.

22. Niederspannungsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (6) eine Anzeigeeinheit (34) zur Spannungsanzeige aufweist.

23. Niederspannungsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (6) eine Anzeigeeinheit (34) aufweist, die ein den spannungsfreien Zustand des Leiters (2) kennzeichnendes Signal liefert.

24. Verfahren zur Messung und/oder Überwachung einer an einem Leiter anliegenden Niederspannung, bei dem
dem Leiter über einen Kondensator ein Strom ent­ nommen und einer Meßeinrichtung zugeführt wird, und bei dem
der dem Leiter entnommene Strom mittels eines Um­ schalters abwechselnd an einen mit niederohmigem Eingang einer Spannungsmeßeinheit und an einen Energiespeicher gelegt wird, so daß der Strom abwechseln als Meßstrom und als Strom zur Energieversorgung der Meßeinrichtung dient.