DE19640829A1

DE19640829A1 - Circuit arrangement with isolating amplifier and measurement sensor

Info

Publication number: DE19640829A1
Application number: DE1996140829
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Bauerschmidt; Jochen Dipl Ing Dr Ermisch; Uwe Dipl Ing Stephan; Frank Dipl Ing Thieme
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1996-10-02
Filing date: 1996-10-02
Publication date: 1998-03-12

Abstract

The circuit (1) includes a measurement sensor (6) connected to an isolating amplifier (2). The circuit includes an a.c. source (12) providing a bipolar a.c. output signal (A). A conductor system (4) connects the output signal on the one hand to an automatic control appliance (8) and on the other hand the power supply to the isolating amplifier. The power for the isolating amplifier can be supplied by a d.c. power supply which can be integrated with the automatic control appliance. Where required capacitors can be used to provide electrical isolation

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung mit einem an einen Meßsensor anschließbaren Trennverstärker.The invention relates to a circuit arrangement an isolating amplifier that can be connected to a measuring sensor.

Zur Messung von Strömen oder Spannungen in einer Schaltan lage, z. B. einer gasisolierten Hoch- oder Mittelspannungsan lage, wird üblicherweise ein Meßsensor oder Meßwandler als Strom- bzw. Spannungswandler eingesetzt. Ein derartiger Meß sensor liefert ein analoges, einen Meßwert repräsentierendes Meßsignal, das in geeigneter Form einer auch als Leittechnik für Schaltanlagen (LSA) bezeichneten Automatisierungseinrich tung zugeführt wird. Dort kann der Meßwert beispielsweise zur Signalisierung oder zur Regelung der Schaltanlage herangezo gen werden.For measuring currents or voltages in a switchgear location, e.g. B. a gas-insulated high or medium voltage location, is usually a measuring sensor or transducer as Current or voltage transformers used. Such a measurement sensor delivers an analog value representing a measured value Measurement signal in a suitable form also as a control system Automation equipment designated for switchgear (LSA) tion is fed. There, the measured value can be used, for example Signaling or used to control the switchgear be.

An die der Automatisierungseinrichtung oder LSA zuzuführenden Signale sind insbesondere hinsichtlich des Signalpegels und der Beeinflußbarkeit durch elektromagnetische Störungen (EMV) konkrete Anforderungen zu stellen, die von den von einem der artigen Meßsensor direkt gelieferten, die Meßwerte repräsen tierenden Meßsignalen oft nicht erfüllt werden. Daher sind von Fall zu Fall zusätzliche Maßnahmen zur Signalaufbereitung erforderlich. Beispielsweise können die Meßsignale zunächst einer Schaltungsanordnung, wie beispielsweise einer Anpaßbau gruppe oder einem Meßwertumformer, zugeführt werden, wo sie in geeigneter Weise vorverarbeitet und in für eine Einspei sung in die Automatisierungseinrichtung oder LSA geeignete Ausgangssignale umgewandelt werden. Eine derartige Schal tungsanordnung umfaßt üblicherweise einen Trennverstärker, der zum einen eine Potentialtrennung und somit eine Entkopp lung zwischen dem Meßsensor an sich und der LSA und zum ande ren eine Anpassung des Meßsignals auf einen für die LSA ge eigneten Pegel bewirkt. Als Trennverstärker kann dabei insbe sondere ein Potentialtrennverstärker mit optischer oder ma gnetischer Potentialtrennung eingesetzt sein. Das Ausgangs signal des Trennverstärkers ist üblicherweise an die Parame ter der LSA angepaßt, wobei eine Parametrierung entweder am Potentialtrennverstärker oder in der LSA erfolgen kann.To those to be fed to the automation device or LSA Signals are particularly in terms of signal level and the influence of electromagnetic interference (EMC) to make specific demands by those of one of the like measuring sensor supplied directly, which represent the measured values Measuring signals are often not met. Therefore are additional measures for signal processing from case to case required. For example, the measurement signals can initially a circuit arrangement, such as a custom construction group or a transmitter, where they are supplied appropriately preprocessed and in for a feed suitable in the automation device or LSA Output signals are converted. Such a scarf arrangement typically includes an isolation amplifier, on the one hand a potential separation and thus a decoupling tion between the measuring sensor itself and the LSA and the other ren an adaptation of the measurement signal to one for the LSA suitable level. In particular, as a signal conditioner special a potential isolation amplifier with optical or ma magnetic isolation. The exit signal of the isolation amplifier is usually at the Parame ter adapted to the LSA, with parameterization either on Isolation amplifier or in the LSA can be done.

Ein derartiger Trennverstärker wirkt somit als aktives Ele ment der Schaltungsanordnung. Die zu seinem Betrieb erforder liche Versorgungsenergie wird dem Trennverstärker üblicher weise über eine separate Versorgungsleitung zugeführt. Eine derartige Bauweise ist jedoch insbesondere hinsichtlich der erforderlichen Komponenten komplex und aufwendig.Such an isolation amplifier thus acts as an active ele ment of the circuit arrangement. The necessary for its operation Liche supply energy is more common for the isolation amplifier supplied via a separate supply line. A such construction is, however, particularly in terms of required components complex and complex.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schal tungsanordnung, insbesondere zur Übermittlung eines einen Meßwert eines Meßsensors charakterisierenden Ausgangssignals an eine Automatisierungseinrichtung, mit einem an den Meßsen sor anschließbaren Trennverstärker anzugeben, bei der eine zuverlässige Bespeisung des Trennverstärkers mit Versor gungsenergie mit besonders einfachen Mitteln gewährleistet ist.The invention is therefore based on the object of a scarf arrangement, in particular for the transmission of a Measured value of an output signal characterizing the measuring sensor to an automation device, with one on the measuring sensors sor connectable isolation amplifier to specify one reliable supply of the isolation amplifier with supply guaranteed energy with particularly simple means is.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem der Trenn verstärker eine Wechselstromquelle zur Erzeugung eines bipo laren Wechselstromes als Ausgangssignal umfaßt, und indem über ein an den Trennverstärker angeschlossenes und an die Automatisierungseinrichtung anschließbares Leitungssystem ei nerseits der Automatisierungseinrichtung das Ausgangssignal und andererseits dem Trennverstärker Versorgungsenergie zu führbar ist.This object is achieved by the separation amplifier an AC power source to produce a bipo laren AC current as an output signal, and by via a connected to the isolation amplifier and to the Automation device connectable line system ei the output signal from the automation device and on the other hand supply energy to the isolation amplifier is feasible.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß für eine besonders einfache und kompakte Bauweise der Schaltungsanord nung, bei der zudem eine zuverlässige Bespeisung des Trenn verstärkers mit Versorgungsenergie gewährleistet ist, ein oh nehin vorhandenes Leitungssystem für eine Anwendung zu mehre ren Zwecken vorgesehen sein kann. Dazu ist das Leitungssystem zur Zuleitung der Ausgangssignale des Trennverstärkers zur LSA besonders geeignet. Als weitere Nutzung dieses Leitungs systems kommt die Speisung des Trennverstärkers mit Versor gungsenergie in Betracht. Um dabei jedoch eine ungünstige Be einflussung des über dieses Leitungssystem zu übermittelnden Ausgangssignals zu vermeiden und zudem eine besondere Stabi lität des Ausgangssignals gegenüber Störungen zu gewährlei sten, sollte eine geeignete Signalform des Ausgangssignals gewählt werden. Dabei kommt insbesondere die Generierung ei nes bipolaren Wechselstromes als Ausgangssignal in Betracht. Der als Ausgangssignal vorgesehene bipolare Wechselstrom kann dabei insbesondere auch eine Folge bipolarer serieller Code wörter sein, deren zeitlicher Mittelwert gleich null ist.The invention is based on the consideration that for a particularly simple and compact design of the circuit arrangement which also reliably feed the separator amplifier with supply energy is guaranteed, an oh existing line system for one application Ren purposes can be provided. This is the pipe system to supply the output signals of the isolation amplifier for LSA particularly suitable. As further use of this line systems, the isolation amplifier is supplied with power energy into consideration. However, in order to be an unfavorable loading influence of the data to be transmitted via this line system Avoid output signal and also a special stabilizer guarantee the output signal against interference Most should be an appropriate waveform of the output signal to get voted. The generation comes in particular nes bipolar alternating current as an output signal. The bipolar alternating current provided as the output signal can in particular also a sequence of bipolar serial code words whose mean value over time is zero.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of subclaims.

Zweckmäßigerweise ist die Versorgungsenergie dem Trennver stärker als Strom zuführbar. Dazu ist gemäß einer vorteilhaf ten Weiterbildung eine Versorgungsstromquelle an das Lei tungssystem angeschlossen. Dabei kann es sich um eine Wech selstromquelle handeln. Bevorzugtermaßen ist jedoch eine Gleichstromquelle als Versorgungsstromquelle vorgesehen. Eine derartige, intrinsisch hochohmige Gleichstromquelle bewirkt günstigerweise eine Abtrennung von Wechsel- oder AC-Signalen. Für einen besonders geringen baulichen Aufwand ist die Ver sorgungsstromquelle zweckmäßigerweise in die Automatisie rungseinrichtung integriert.The supply energy is expediently the separator more than current can be supplied. According to an advantageous further training a supply current source to the Lei system connected. It can be a change act as a power source. However, one is preferred DC power source is provided as a supply power source. A such, intrinsically high-impedance direct current source conveniently a separation of AC or AC signals. For a particularly low construction effort, the Ver supply current source expediently in the automation integrated.

Die zur Erzeugung eines bipolaren Wechselstromes als Aus gangssignal des Trennverstärkers vorgesehene Wechselstrom quelle ist zweckmäßigerweise zur galvanischen Trennung über eine Anzahl von Kondensatoren an das Leitungssystem ange schlossen. Bei Verwendung einer Wechselstromquelle als Ver sorgungsstromquelle kann zweckmäßigerweise alternativ oder zusätzlich zu den Kondensatoren eine Anzahl von Siebkreisen zur galvanischen Trennung vorgesehen sein.The one for generating a bipolar alternating current as off provided signal of the isolation amplifier alternating current source is expedient for electrical isolation a number of capacitors to the line system closed. When using an AC power source as Ver Supply current source can alternatively or expediently in addition to the capacitors, a number of sieve circles be provided for electrical isolation.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbeson dere darin, daß durch die Erzeugung des bipolaren Wechsel stromes als Ausgangssignal des Trennverstärkers mittels der dazu vorgesehenen Wechselstromquelle das Ausgangssignal eine besonders hohe Stabilität gegenüber eingestreuten Störsigna len aufweist. Ein bipolarer Wechselstrom als Ausgangssignal des Trennverstärkers wird mittels des Leitungssystems über einen geschlossenen Stromkreis an die Automatisierungsein richtung übertragen, so daß sich möglicherweise einfallende Störsignale mit hoher Wahrscheinlichkeit selbst kompensieren. Eine Verfälschung des den Meßwert repräsentierenden analogen Ausgangssignals ist somit besonders unwahrscheinlich.The advantages achieved with the invention are in particular the other is that by generating the bipolar change current as the output signal of the isolation amplifier by means of provided AC power source the output signal particularly high stability against interfering interference signals len has. A bipolar alternating current as the output signal of the isolation amplifier is via the line system a closed circuit to the automation direction transmitted so that possibly incident Highly likely to compensate for interference signals yourself. A falsification of the analogue representing the measured value Output signal is therefore particularly unlikely.

Aufgrund dieser hohen Stabilität des Ausgangssignals gegen über Störsignalen ist die Nutzung des zur Übertragung des Ausgangssignals vorgesehenen Leitungssystems zu weiteren Zwecken, wie beispielsweise zur Speisung des Trennverstärkers mit Versorgungsenergie, möglich, ohne daß dadurch eine Ver fälschung des den Meßwert repräsentierenden Ausgangssignals auftreten könnte.Because of this high stability of the output signal against Interference signals are used to transmit the Output signal provided line system to other Purposes, such as for feeding the isolation amplifier with supply energy, possible without a Ver falsification of the output signal representing the measured value could occur.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die Figur schematisch eine Schaltungsanordnung mit einem Trennverstärker und mit einem Leitungssystem.An embodiment of the invention is based on a Drawing explained in more detail. The figure shows schematically a circuit arrangement with an isolation amplifier and with a pipe system.

Die in der Figur gezeigte Schaltungsanordnung 1 umfaßt einen Trennverstärker 2, an den ein Leitungssystem 4 angeschlossen ist. Der Trennverstärker 2, der gemäß dem Ausführungsbeispiel als Potentialtrennverstärker mit magnetischer Potentialtren nung ausgebildet ist, ist eingangsseitig an einen Meßsensor 6 angeschlossen. Im Ausführungsbeispiel ist der Meßsensor 6 als ohmscher Teiler ausgebildet; es kann sich aber auch um einen beliebigen anderen Meßsensor handeln, wie beispielsweise um einen induktiven Stromwandler oder um einen kapazitiven oder induktiven Spannungswandler. Der Meßsensor 6 dient zur Meß werterfassung an einer nicht näher dargestellten elektrischen Leitung einer Schaltanlage, insbesondere einer Hoch- oder Mittelspannungsanlage.The circuit arrangement 1 shown in the figure comprises an isolation amplifier 2 to which a line system 4 is connected. The isolation amplifier 2 , which is designed according to the exemplary embodiment as a potential isolation amplifier with magnetic potential isolation, is connected on the input side to a measuring sensor 6 . In the exemplary embodiment, the measuring sensor 6 is designed as an ohmic divider; however, it can also be any other measurement sensor, such as an inductive current transformer or a capacitive or inductive voltage transformer. The measuring sensor 6 is used for measuring value acquisition on an electrical line, not shown, of a switchgear, in particular a high or medium voltage system.

Der Trennverstärker 2 ist ausgangsseitig über das Leitungssy stem 4 an den Eingang einer Automatisierungseinrichtung 8, bei der es sich um die Leittechnik für Schaltanlagen (LSA) der Schaltanlage handelt, angeschlossen. Der Eingang der Au tomatisierungseinrichtung 8 kann dabei potentialgebunden sein, ist aber bevorzugtermaßen als potentialfreier Analog eingang ausgebildet. Somit ist über das Leitungssystem 4 der Automatisierungseinrichtung 8 ein Ausgangssignal A des Trenn verstärkers 2 zuführbar. Innerhalb der Automatisierungsein richtung 8 ist zur Anpassung des Signalpegels des Ausgangs signals A an einen genormten oder durch die LSA vorgegebenen Signalpegel ein Widerstand 10 als Bürde an das Leitungssystem 4 angeschlossen. Zusätzlich kann auch eine weitere Anpassung, beispielsweise mittels einer Strom-Spannungs-Wandlung, vorge sehen sein. Zur galvanischen Trennung der Bürde vom Leitungs system 4 ist dabei eine Anzahl von Kondensatoren 11 vorgese hen.The isolating amplifier 2 is connected on the output side via the line system 4 to the input of an automation device 8 , which is the control system for switchgear (LSA) of the switchgear. The input of the automation device 8 can be non-floating, but is preferably designed as a floating analog input. Thus, the automation device is via the line system 4 8 an output signal A of the amplifier 2 separation fed. Within the automation device 8 , a resistor 10 is connected as a burden to the line system 4 to adapt the signal level of the output signal A to a standardized or predetermined by the LSA signal level. In addition, a further adjustment, for example by means of a current-voltage conversion, can also be seen. For the electrical isolation of the burden from the line system 4 , a number of capacitors 11 is hen vorgese.

Als Ausgangssignal A des Trennverstärkers 2 liegt ein einem erfaßten Meßwert proportionaler bipolarer Wechselstrom vor. Zur Erzeugung des bipolaren Wechselstromes als Ausgangssignal A umfaßt der Trennverstärker 2 eine Wechselstromquelle 12, die zur galvanischen Trennung über eine Anzahl von Kondensa toren 14 an das Leitungssystem 4 angeschlossen ist. Der als Ausgangssignal A vorgesehene bipolare Wechselstrom kann dabei vorteilhafterweise eine Folge bipolarer serieller Codewörter sein, deren zeitlicher Mittelwert gleich null ist. In diesem Fall ist eine digitale Informationsübertragung ermöglicht. Der Trennverstärker 8 umfaßt dazu zweckmäßigerweise einen (nicht näher dargestellten) Analog-Digital-Wandler.The output signal A of the isolating amplifier 2 is a bipolar alternating current which is proportional to a detected measured value. To generate the bipolar alternating current as the output signal A, the isolating amplifier 2 comprises an alternating current source 12 , which is connected to the line system 4 for electrical isolation via a number of capacitors 14 . The bipolar alternating current provided as output signal A can advantageously be a sequence of bipolar serial code words whose mean value over time is zero. In this case, digital information transmission is possible. The isolation amplifier 8 expediently comprises an analog-digital converter (not shown in more detail).

Über das Leitungssystem 4, über das einerseits der Automati sierungseinrichtung 8 das Ausgangssignal A zuführbar ist, ist andererseits auch der Trennverstärker 2 mit Versorgungsener gie bespeisbar. Dazu ist an das Leitungssystem 4 als Versor gungsenergiequelle eine Versorgungsstromquelle 16 angeschlos sen. Bei der Versorgungsstromquelle 16 kann es sich um eine Wechselstromquelle handeln; bevorzugterweise ist die Versor gungsstromquelle 16 aber als Gleichstromquelle ausgebildet, da eine hochohmige Gleichstromquelle zusätzlich als AC-Ab trennung dienen kann. Alternativ kann als Versorgungsenergie quelle aber auch eine Gleichspannungs- oder eine Wechselspan nungsquelle vorgesehen sein. Insbesondere bei Verwendung ei ner Wechselstromquelle oder einer Wechselspannungsquelle als Versorgungsenergiequelle kann zweckmäßigerweise alternativ oder zusätzlich zu den Kondensatoren 14 eine Anzahl von Sieb kreisen zur galvanischen Trennung vorgesehen sein.Via the line system 4 , on the one hand the output signal A can be fed to the automation device 8 , on the other hand, the isolation amplifier 2 can also be supplied with supply energy. To this end, a supply current source 16 is connected to the line system 4 as a supply energy source. The supply current source 16 can be an alternating current source; however, the supply current source 16 is preferably designed as a direct current source, since a high-resistance direct current source can additionally serve as an AC separation. Alternatively, a direct voltage or an alternating voltage source can also be provided as the supply energy source. Particularly when using an alternating current source or an alternating voltage source as a supply energy source, a number of filter circuits can advantageously be provided as an alternative or in addition to the capacitors 14 for electrical isolation.

Die Versorgungsstromquelle 16 kann als separates Bauteil aus geführt sein. Zweckmäßigerweise ist die Versorgungsstrom quelle aber in die LSA integriert.The supply current source 16 can be designed as a separate component. The supply current source is expediently integrated in the LSA.

Zur Umsetzung der von der Versorgungsstromquelle 16 als Ver sorgungsstrom I gelieferten Versorgungsenergie für den Trenn verstärker 2 in eine Versorgungsspannung U ist ein I-U-Umset zer 18, beispielsweise ein Widerstand, als an das Leitungssy stem 4 angeschlossen. Zudem können in das Leitungssystem 4 weitere aktive Elemente oder auch Filterelemente wie bei spielsweise Bandpaßfilter geschaltet sein. Dies kommt insbe sondere dann in Betracht, wenn als Energieversorgungsquelle eine AC-Quelle, d. h. eine Wechselstrom- oder Wechselspan nungsquelle vorgesehen ist. In diesem Fall sind die zur Tren nung des Ausgangssignals A vom Energieversorgungssignal er forderlichen Filterelemente in das Leitungssystem 4 geschal tet.To implement the supply energy supplied by the supply current source 16 as the supply current I for the isolating amplifier 2 into a supply voltage U, an IU converter 18 , for example a resistor, is connected to the line system 4 . In addition, further active elements or filter elements such as bandpass filters can be connected in the line system 4 . This is particularly considered when an AC source, ie an AC or AC voltage source is provided as the energy supply source. In this case, the filter elements required to separate the output signal A from the energy supply signal are switched into the line system 4 .

Der bipolare Wechselstrom als Ausgangssignal A des Trennver stärkers 2 weist eine besonders hohe Stabilität gegenüber eingestreuten Störsignalen auf. Zur Einspeisung des bipolaren Wechselstromes in das Automatisierungssystem 8 ist das Lei tungssystem 4 als geschlossener Stromkreis ausgeführt. Da durch kompensieren sich möglicherweise einfallende Störsi gnale mit hoher Wahrscheinlichkeit selbst, so daß eine Ver fälschung des Ausgangssignals A besonders unwahrscheinlich ist.The bipolar alternating current as the output signal A of the isolating amplifier 2 has a particularly high stability against interfering interference signals. To feed the bipolar alternating current into the automation system 8 , the line system 4 is designed as a closed circuit. Since by compensating for any incident Störsi signals with a high probability itself, so that a falsification of the output signal A is particularly unlikely.

Aufgrund dieser hohen Stabilität des Ausgangssignals A gegen über Störungen ist das zur Übertragung des Ausgangssignals A vorgesehene Leitungssystem 4 für weitere Anwendungen nutzbar. Insbesondere ist eine Übertragung der Versorgungsenergie für den Trennverstärker 2 über das Leitungssystem 4 möglich, so daß die Schaltungsanordnung 1 mit besonders einfachen Mitteln und besonders kompakt ausgeführt sein kann.Due to this high stability of the output signal A against interference, the line system 4 provided for the transmission of the output signal A can be used for further applications. In particular, transmission of the supply energy for the isolating amplifier 2 via the line system 4 is possible, so that the circuit arrangement 1 can be designed with particularly simple means and in a particularly compact manner.

Claims

1. Circuit arrangement ( 1 ) with an isolating amplifier ( 2 ) which can be connected to a measuring sensor ( 6 ) and which comprises an alternating current source ( 12 ) for generating a bipolar alternating current as the output signal (A), and is connected to the isolating amplifier ( 2 ) and to an automation device ( 8 ) connectable line system ( 4 ) via which the automation device ( 8 ) can supply the output signal (A) and on the other hand the isolation amplifier ( 2 ) supply energy.

2. Circuit arrangement according to claim 1, to whose line system ( 4 ) a supply current source ( 16 ) for supplying supply energy to the isolation amplifier ( 2 ) is connected.

3. A circuit arrangement as claimed in claim 2, in which a direct current source is provided as the supply current source ( 16 ).

4. Circuit arrangement according to claim 2 or 3, in which the supply current source ( 16 ) in the Automatisierungseinrich device ( 8 ) is integrated.

5. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 4, in which the alternating current source ( 12 ) for electrical isolation via a number of capacitors ( 14 ) is connected to the line system ( 4 ).

6. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 5, in which the alternating current source ( 12 ) is connected to the line system ( 4 ) for electrical isolation via a number of filter circuits.

7. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 6, in which the automation device ( 8 ) for the electrical isolation of a burden from the line system ( 4 ) comprises a number of capacitors ( 11 ).