DE19736602A1 - Stromwandlereinrichtung - Google Patents

Description

Bei Wechselstromleitungen in elektrischen Energieversorgungs­ einrichtungen werden zu messende Ströme in der Regel mit Hilfe von induktiven Stromwandlern erfaßt. Dabei bestehen in Abhängigkeit von dem jeweiligen Meßzweck unterschiedliche An­ forderungen an die Stromwandler.

So sind Stromwandler für betriebsmäßige Meßzwecke für hohe Genauigkeit im Bereich des Nennstroms bis herab zu wenigen Prozent davon ausgelegt. Für die Messung der Leistung zu Ab­ rechnungszwecken wird bei Nennströmen 1 A oder 5 A typisch ein Übersetzungsfehler von höchstens ±0,2% und ein Winkel­ fehler von ±10 Minuten eingehalten, selbst bei nur 10% des Nennstroms erreichen diese Fehler höchstens etwa das Dop­ pelte. Ein Frequenzbereich von 1000 Hz wird mit erheblichen Zusatzfehlern wiedergegeben. Der Überstrombereich wird stark eingeschränkt, ab dem 1,5fachen Nennstrom beginnt meist die Begrenzung. Aufgrund der hohen geforderten Genauigkeit ergibt sich ein aufwendiger Aufbau des Stromwandlers.

Demgegenüber liegt das eigentliche Arbeitsgebiet von Strom­ wandlern für Schutzzwecke, wie z. B. für Störschreiber, ober­ halb des Nennstromes, wobei bis zu einem maximalen Überstrom weit über dem Nennstrom der maximal zulässige Übertragungs­ fehler nicht überschritten werden darf. Typische technische Daten sind dabei ein Nennstrom von 1 A bzw. 5 A bei einem Fehler von ca. 1% vom Nennstrom, ein Überstrom von maximal dem 100fachen des Nennstromes bei einem Fehler von 10% vom Überstrom, ein Übertragungsfrequenzbereich bis 5000 Hz und eine sättigungsfreie Zeit bei maximalem Überstrom von minde­ stens 4, idealerweise 10 Netzperioden ohne zusätzlichen Meß­ fehler. Dies erfordert einen großvolumigen Aufbau des induk­ tiven Stromwandlers.

Ein für beide beschriebene Meßzwecke geeigneter einzelner in­ duktiver Stromwandler mit der für die betriebsmäßigen Meß­ zwecke geforderten hohen Genauigkeit bei einem gleichzeitig zu bewältigenden Strombereich von wenigen mA bis 500 A und einem Übertragungsfrequenzbereich von mindestens 5000 Hz ist mit vertretbarem Aufwand nicht zu realisieren.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Erfassung von Strömen sowohl für betriebsmäßige Meßzwecke als auch für Schutzzwecke mit möglichst geringem Aufwand zu ermöglichen.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Strom­ wandlereinrichtung, bestehend aus einem induktiven Stromwand­ ler, einem Stromwandler mit Hall-Generator, einem Ausgang und einer Umschalteinrichtung, die bei niedrigeren Strömen das Ausgangssignal oder ein davon abgeleitetes Signal des induk­ tiven Stromwandlers und bei höheren Strömen das Ausgangssig­ nal oder ein davon abgeleitetes Signal des Hall-Generators an den Ausgang der Stromwandlereinrichtung durchschaltet. Die Stromwandlereinrichtung bildet dabei vorzugsweise eine bau­ liche Einheit.

Die erfindungsgemäße Stromwandlereinrichtung ermöglicht in vorteilhafter Weise sowohl die Erfassung niedrigerer, d. h. kleiner bis mittlerer, Ströme durch den vorzugsweise als Prä­ zisionswandler ausgebildeten induktiven Stromwandler als auch die Erfassung höherer, d. h. mittlerer bis hoher, Ströme durch den Hall-Generator. Dabei erfolgt die Erfassung und Übertragung der Ströme durch den Hall-Generator im Unter­ schied zu induktiven Stromwandlern sättigungsfrei, wobei außerdem auch Gleichanteile der Wechselströme übertragen wer­ den, was insbesondere für die Aufzeichnung von Störungen mit­ tels eines an der Stromwandlereinrichtung angeschlossenen Störschreibers von Vorteil ist. Je nach Größe des gerade er­ faßten Stromes wird entweder das Ausgangssignal des indukti­ ven Stromwandlers oder das des Stromwandlers mit dem Hall- Generator an den Ausgang der Stromwandlereinrichtung durch­ geschaltet, wobei es sich bei den Ausgangssignalen auch um davon abgeleitete, z. B. vorverarbeitete oder digitalisierte, Signale handeln kann. Zur Erkennung der Umschaltzeitpunkte kann die Umschalteinrichtung beispielsweise einen Schwellen­ wertdetektor enthalten, dem das Ausgangssignal des Hall-Gene­ rators bzw. das abgeleitete Signal zugeführt ist.

Dem Hall-Generator ist vorzugsweise eine Signal-Korrekturein­ richtung nachgeordnet, die das Ausgangssignal des Hall-Gene­ rators bzw. das davon abgeleitete Signal in Abhängigkeit von dem bei niedrigeren Strömen erzeugten Ausgangssignal des induktiven Stromwandlers korrigiert. Damit lassen sich ins­ besondere Offset-Fehler des Hall-Generators beseitigen. Da sich der induktive Stromwandler bei höheren Strömen in der Sättigung befindet, enthält die Signal-Korrektureinrichtung vorzugsweise einen Korrekturwertspeicher, in dem ein bei niedrigeren Strömen, also bei nicht gesättigtem induktivem Stromwandler, zur Korrektur des Ausgangssignals des Hall- Generators erzeugter Korrekturwert für Zeiten höherer Ströme gespeichert wird.

Aufgrund des weiten Arbeitsbereichs der erfindungsgemäßen Stromwandlereinrichtung ist an ihrem Ausgang vorzugsweise eine Einrichtung zur Messung sowohl betriebsmäßiger als auch von Störungen hervorgerufener Ströme, insbesondere ein Netzqualitätsmeßgerät (Leistungs-/Leistungsfaktormeßgerät) zusammen mit einem Störschreiber, angeschlossen.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Figur der Zeichnung Bezug genommen, die ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Stromwandlereinrichtung zeigt.

Ein durch eine Wechselspannungsleitung 1 fließender Strom I wird in einer eine bauliche Einheit bildenden Stromwandler­ einrichtung 20 mittels eines induktiven Stromwandlers 2 und eines Stromwandlers 3 mit einem Hall-Generator erfaßt, der gegenüber dem induktiven Stromwandler 2 durch eine Abschir­ mung 4 magnetisch abgeschirmt ist. Der induktive Stromwandler 2 ist als Präzisions-Ringkernwandler ausgebildet und kann Ströme bis zu etwa dem 1,5fachen des Nennstromes bei sehr hoher Genauigkeit übertragen. Der Stromwandler 3 mit dem Hall-Generator ermöglicht eine sättigungsfreie Erfassung sehr viel höherer Wechselströme einschließlich ihrer Gleichantei­ le. Der Stromwandler 3 mit dem Hall-Generator enthält ein Hall-Element 5, das von dem von dem Strom I erzeugten Magnet­ feld durchsetzt wird und mit einem konstanten Steuerstrom I_s aus einer Stromquelle 6 beaufschlagt ist. Quer zur Richtung des Steuerstromes I_s entsteht in dem Hall-Element 5 eine zu dem Strom I in der Leitung 1 proportionale Meßspannung, die gegebenenfalls in einer Signalverarbeitungseinrichtung 7 vor­ verarbeitet, z. B. digitalisiert, wird. In gleicher Weise kann auch dem induktiven Stromwandler 2 eine Signalverarbei­ tungseinrichtung 8 nachgeordnet sein.

Das Ausgangssignal bzw. das daraus abgeleitete Signal I₁ des induktiven Stromwandlers 2 und das Ausgangssignal bzw. das daraus abgeleitete Signal I₂ des Stromwandlers 3 mit dem Hall-Generator sind einer Umschalteinrichtung 9 mit einem steuerbaren Umschalter 10 zugeführt, der je nach Schaltstel­ lung entweder das Signal I₁ oder das Signal I₂ an einen Aus­ gang 11 der Stromwandlereinrichtung 20 durchschaltet. Der steuerbare Umschalter 10 wird von einem Schwellenwertdetektor 12 in der Weise gesteuert, daß dann, wenn das Signal I₂ eine in einer ersten Detektorstufe 121 vorgegebene Schwelle über­ schreitet, das Ausgangssignal I₂ des Stromwandlers 3 mit dem Hall-Generator an den Ausgang 11 durchgeschaltet wird und daß anschließend, wenn das Signal I₂ entweder dieselbe oder eine andere, in einer zweiten Detektorstufe 122 vorgegebene Schwelle unterschreitet, das Signal I₁ des induktiven Strom­ wandlers 2 über eine Verzögerungsstufe 18 an den Ausgang 11 durchgeschaltet wird. Mit der verzögerten Umschaltung auf das Signal I₁ wird berücksichtigt, daß der induktive Stromwandler 2 nicht beliebig schnell von dem Zustand der magnetischen Sättigung in den ungesättigten Zustand wechseln kann.

Um einen durch das Meßprinzip bedingten Offset-Fehler des Hall-Generators zu beseitigen, wird das Signal I₂ in einer Signal-Korrektureinrichtung 13 mit einem Korrekturwert beauf­ schlagt, der bei niedrigeren Strömen, wenn also der induktive Stromwandler 2 nicht gesättigt ist, aus seinem Ausgangssignal I₁ abgeleitet wird. Das korrigierte Signal I₂ ist dann gleich dem Signal I₁. Die Information, wann in der Leitung 1 niedri­ gere Ströme fließen, die zu keiner Sättigung des induktiven Stromwandlers 2 führen, wird bei dem gezeigten Ausführungs­ beispiel aus der Schaltstellung des Umschalters 10 abgelei­ tet. Sobald der induktive Stromwandler 2 in Sättigung gerät, wird der zuvor in der Signal-Korrektureinrichtung 13 ermit­ telte Korrekturwert in einem Korrekturwertspeicher 14 abge­ legt. Solange höhere Ströme in der Leitung 1 fließen, wird das Signal I₂ des Stromwandlers 3 mit dem gespeicherten Kor­ rekturwert korrigiert.

An dem Ausgang 11 der Stromwandlereinrichtung 20 ist eine Einrichtung 15 zur Messung sowohl betriebsmäßiger als auch durch Störung hervorgerufener Ströme I angeschlossen, die ein Netzqualitätsmeßgerät 16 zur Leistungs- und Leistungsfaktor­ messung sowie einen Störschreiber 17 enthält.

Claims (6)

1. Stromwandlereinrichtung bestehend aus einem induktiven Stromwandler (2), einem Stromwandler (3) mit Hall-Generator, einem Ausgang (11) und einer Umschalteinrichtung (9), die bei niedrigeren Strömen das Ausgangssignal oder ein davon abge­ leitetes Signal (I₁) des induktiven Stromwandlers (2) und bei höheren Strömen das Ausgangssignal oder ein davon abgeleite­ tes Signal (I₂) des Hall-Generators an den Ausgang (11) der Stromwandlereinrichtung (20) durchschaltet.

2. Stromwandlereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Stromwandlereinrichtung (20) eine bauliche Einheit bildet.

3. Stromwandlereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Umschalteinrichtung (9) einen Schwellenwertdetektor (12) enthält, dem das Aus­ gangssignal (I₂) des Hall-Generators bzw. das abgeleitete Signal zugeführt ist.

4. Stromwandlereinrichtung nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Hall-Gene­ rator eine Signalkorrektureinrichtung (13) nachgeordnet ist, die das Ausgangssignal (I₂) des Hall-Generators bzw. das davon abgeleitete Signal in Abhängigkeit von dem bei niedri­ geren Strömen erzeugten Ausgangssignal (I₁) des induktiven Stromwandlers (2) korrigiert.

5. Stromwandlereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Signalkorrektureinrichtung (13) einen Korrekturwertspeicher (14) enthält, in dem ein bei niedrigeren Strömen zur Korrektur des Ausgangssignals (12) des Hall-Generators erzeugter Korrekturwert für Zeiten höhe­ rer Ströme gespeichert wird.

6. Stromwandlereinrichtung nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an ihrem Aus­ gang (11) eine Einrichtung (15) zur Messung sowohl betriebs­ mäßiger als auch durch Störungen hervorgerufener Ströme ange­ schlossen ist.