DE19641186A1 - Schaltungsanordnung zur Strommessung eines Stromleiters zur Ansteuerung von elektrisch steuerbaren Auslöseeinrichtungen - Google Patents

Schaltungsanordnung zur Strommessung eines Stromleiters zur Ansteuerung von elektrisch steuerbaren Auslöseeinrichtungen

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DE19641186A1
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Wolfgang Dipl Ing Roehl
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Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Strommes­ sung eines Stromleiters zur Ansteuerung von elektronisch steuerbaren Auslöseeinrichtungen mit einer Netzspannungsver­ sorgungseinrichtung, wobei die von der Netzspannungsversor­ gungseinrichtung erzeugte Meßspannung mit einer Referenzspan­ nung in Verbindung mit einem Operationsverstärker verglichen und durch eine bei Überstrom sich bildende Grenzspannung die Auslöseeinrichtung wirksam geschaltet ist.
Eine Schaltungsanordnung der eingangs definierten Art ist durch die EP 0 687 050 A2 bekannt. Die Spannungsversorgung dieser bekannten Schaltungsanordnung erfolgt direkt vom Netz mittels einer Sekundär-Phasenwicklung, der in üblicher Weise eine Netzstromversorgungseinrichtung, im wesentlichen beste­ hend aus einer Gleichrichteranordnung und einem Ladekondensa­ tor, nachgeschaltet ist. Die Strommessung und die entspre­ chende Auswertung desselben erfolgt hier im Zusammenwirken mit einer Gleichrichterschaltung und einem Operationsverstär­ ker, der eine vom einem Referenzspannungsgenerator bereitge­ stellten Referenzspannung mit der sich an einem Widerstand bildenden Betriebsspannung vergleicht und beim Überschreiten eines bestimmten Spannungsverhältnisses, hervorgerufen bei­ spielsweise durch einen sich im Kurzschlußfall einstellenden Überstrom, die Auslöseeinrichtung mit der Wirkung der Unter­ brechung des Netzstromes steuert. Die Strommessung ergibt sich also aus dem Spannungsabfall am Widerstand als Gleich­ stromgröße am sogenannten Shunt. Auch bei direkter Messung der Wechselströme auf der Sekundärseite eines Spannungswand­ lers stellt sich der entsprechende Spannungsabfall am soge­ nannten Bürdenwiderstand ein.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ei­ ne Alternativlösung zu den bisher bekannten Strommessungen anzugeben, bei der sowohl der Aufwand an Schaltmitteln als auch das Bauvolumen derartiger Schaltungsanordnungen erheb­ lich reduziert ist. Erfindungsgemäß wird dies durch die Merk­ male
  • 1.1 die Meßspannung ist durch eine den Spannungsabfall am Stromleiter erkennende Präzisions-Verstärkereinrichtung erfaßt,
  • 1.2 die Präzisions-Verstärkereinrichtung erzeugt ein digita­ les Ausgangssignal, das über eine galvanisch entkoppelte Übertragungseinrichtung einer Mikroprozessoreinrichtung zuführbar ist,
  • 1.3 die Mikroprozessoreinrichtung steht mit einer Verstär­ kereinrichtung derart in Verbindung, daß beim Erreichen eines bestimmten Grenz-Spannungsabfalls am Stromleiter eine Magnetauslöseeinrichtung ansteuerbar ist und der Spannungsabfall einer Anzeigeeinrichtung übertragbar ist.
Mit dem Einsatz der an sich bekannten Präzisions-Verstärker­ einrichtung können extrem kleine Spannungsabfälle direkt am Stromleiter herangezogen werden, um die Stromgröße, die durch den Stromleiter fließt, sehr genau bestimmen zu können. Das Ausgangssignal, das dann diese Stromgröße repräsentiert, wird über die galvanisch entkoppelte Übertragungseinrichtung an die Mikroprozessoreinrichtung übertragen, um dann im Falle eines Überstroms mittels der nachgeschalteten Verstärkerein­ richtung die Anzeigeeinrichtung und/oder die Magnetauslöse­ einrichtung anzusteuern. Die entkoppelte Übertragungseinrich­ tung kann sowohl aus Optokopplern in Verbindung mit Lichtwel­ lenleitern gebildet sein oder auch aus sogenannten Transpon­ dern bestehen, dem das Ausgangssignal über Hochfrequenzträger aufmoduliert wird.
Diese Präzisions-Verstärkereinrichtungen können wegen ihres sehr geringen Bauvolumens sowohl an den Stromleitern selbst als auch bei Hohlraum-Stromleitern in den Stromleitern ange­ ordnet sein.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht die Merk­ male
  • 2.1 die galvanisch entkoppelte Übertragungseinrichtung ist durch einen Optokoppler realisiert,
  • 2.2 die Präzisions-Verstärkereinrichtung ist mit der Mikro­ prozessoreinrichtung über einen Lichtwellenleiter verbun­ den, vor.
Mit diesen Merkmalen ist eine induktionsstörungsfreie Strom­ messung mit sehr geringem Aufwand realisiert.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist durch das Merkmal
  • 3.1 die galvanisch entkoppelte Übertragungseinrichtung ist durch eine Hochfrequenz-Trägereinrichtung realisiert, ge­ geben, die eine weitere Alternative zur sicheren und preisgünstigen Stromerfassung darstellt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht das Merkmal
  • 4.1 die Präzisions-Verstärkereinrichtung weist ein Energie­ versorgungsmodul auf, das seine Versorgungsspannung aus dem Spannungsabfall oder einem weiteren Spannungsabfall direkt von dem Stromleiter erhält,
vor. Mit diesen Maßnahmen ist die in dieser Technik geforder­ te hohe Funktionssicherheit mit sehr einfachen Mitteln er­ füllt.
Die Erfindung wird durch ein im Schaltschema dargestelltes Ausführungsbeispiel näher erläutert, in dem lediglich die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Schaltmittel teilweise auszugsweise dargestellt sind.
Im Ausführungsbeispiel ist der Stromleiter (SL) im Voll­ schnitt abgebildet. Das Profil des Stromleiters (SL) kann als rohrförmiger Hohlleiter sowohl mit rundem als auch mit ecki­ gen Querschnitt ausgestattet sein. Innerhalb des Stromleiters (SEL) ist die Präzisions-Verstärkereinrichtung (ZV) angeord­ net, die mit den Eingängen zur Entnahme eines Spannungsab­ falls an zwei ortsverschiedene Bereichen des Stromleiters (SL) angeschlossen ist. Der Präzisions-Verstärker (CV) ist neben der Recheneinheit (uP) mit dem Energieversorgungsmo­ dul (EV) ausgestattet, das über eine nicht dargestellte Spule ebenfalls einen Spannungsabfall direkt vom Stromleiter (SL) bezieht. Das digitalisierte Ausgangssignal der Präzisions- Verstärkereinrichtung (CV), das der Stromgröße im Stromleiter (SL) entspricht, wird der entkoppelten Übertragungseinrichtung zugeführt, die durch den Optokoppler (OK) gegebenenfalls in Verbindung mit nicht dargestellten Lichtwellenleitern reprä­ sentiert wird. Dem Optokoppler (OK) ist die Mikroprozes­ soreinrichtung (MEP) nachgeschaltet, die in Verbindung mit der Verstärkereinrichtung (VE) beim Vorliegen des Überstrom­ wertes bedarfsweise die Anzeigeeinrichtung (AE) und/oder die Magnetauslöseeinrichtung (MA) ansteuert.
Wie bereits erwähnt, kann die Energieversorgung der Präzisi­ ons-Verstärkereinrichtung (CV) über einen Stromwandler erfol­ gen. Es ist ebenso denkbar, für die Energieversorgung eine kapazitive oder induktive Hochfrequenzeinspeisung vorzusehen. Zur Temperaturkompensation des Widerstands des Stromleiters (SL) kann ein direkt mit diesem verbundener Temperaturfühler dienen, um eine entsprechend Fehlerkorrektur beim Vorhanden­ sein dieser Einflußgröße zu bewirken.
Diese Schaltungsanordnung zur Strommessung des Stromleiters (SL) kann also vorteilhafter Weise in Miniaturbauweise direkt im Stromleiter (SL) selbst angeordnet sein, so fern der Sturm­ leiter (SL) rohrförmig ausgestaltet ist. Hierdurch ist in einfacher Weise eine gute Abschirmung gegenüber nieder- und hochfrequenten Störeinstrahlungen erreicht. In diesem Zusam­ menhang ist es auch denkbar, die Schaltelemente zur Strommes­ sung des Stromleiters (SL) in ein Metallgehäuse einzubringen, so daß die erfindungsgemäße Strommessung auch an Stromleitern ohne Hohlprofil durchgeführt werden kann. Das Metallgehäuse verhindert hier ebenfalls die Meßwerte verfälschenden Stö­ reinstrahlungen.

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung zur Strommessung eines Stromleiters zur Ansteuerung von elektronisch steuerbaren Auslöseeinrich­ tungen mit einer Netzspannungsversorgungseinrichtung, wobei die von der Netzspannungsversorgungseinrichtung erzeugte Meß­ spannung mit einer Referenzspannung in Verbindung mit einem Operationsverstärker verglichen und durch eine bei Überstrom sich bildende Grenzspannung die Auslöseeinrichtung wirksam geschaltet ist,
gekennzeichnet durch die Merkmale
  • 1.1 die Meßspannung ist durch eine den Spannungsabfall am Stromleiter (SL) erkennende Präzisions-Verstärker­ einrichtung (CV) erfaßt,
  • 1.2 die Präzisions-Verstärkereinrichtung (CV) erzeugt ein di­ gitales Ausgangssignal, das über eine galvanisch entkop­ pelte Übertragungseinrichtung (OK) einer Mikroprozes­ soreinrichtung (MPE) zuführbar ist,
  • 1.3 die Mikroprozessoreinrichtung (MPE) steht mit einer Ver­ stärkereinrichtung (VE) derart in Verbindung, daß beim Erreichen eines bestimmten Grenz-Spannungsabfalls am Stromleiter (SL) eine Magnetauslöseeinrichtung (MA) an­ steuerbar ist und der Spannungsabfall einer Anzeigeein­ richtung (AE) übertragbar ist.
2. Schaltungsanordnung zur Strommessung eines Stromleiters nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch die Merkmale
  • 2.1 die galvanisch entkoppelte Übertragungseinrichtung (OK) ist durch einen Optokoppler realisiert,
  • 2.2 die Präzisions-Verstärkereinrichtung (CV) ist mit der Mi­ kroprozessoreinrichtung (MPE) über einen Lichtwellenlei­ ter verbunden.
3. Schaltungsanordnung zur Strommessung eines Stromleiters nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch das Merkmal
  • 3.1 die galvanisch entkoppelte Übertragungseinrichtung (OK) ist durch eine Hochfrequenz-Trägereinrichtung realisiert.
4. Schaltungsanordnung zur Strommessung eines Stromleiters nach Anspruch 1 und den Ansprüchen 1 und 2, sowie 1 und 3,
gekennzeichnet durch das Merkmal
  • 4.1 die Präzisions-Verstärkereinrichtung (CV) weist ein Ener­ gieversorgungsmodul (EV) auf, das seine Versorgungsspan­ nung aus dem Spannungsabfall oder einem weiteren Span­ nungsabfall direkt von dem Stromleiter (SL) erhält.
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