DE2034850A1

DE2034850A1 - Meßeinrichtung für Ströme in Hochspannungsleitern

Info

Publication number: DE2034850A1
Application number: DE19702034850
Authority: DE
Inventors: Willi Dr.-Ing.; Bensei Joachim; 1000 Berlin. P Müller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-07-07
Filing date: 1970-07-07
Publication date: 1972-01-13
Also published as: FR2098202A1; FR2098202B1; CH520940A

Description

Meßeinrichtung für Ströme in Hochspannun^sleitern

Die Erfindung "betrifft eine Meßeinrichtung für Ströme, in Hochspannungsleitern, bei der licht zur Übertragung der Meßwerte von der Hochspannungs- zur Niederspannungsseite verwendet wird.

Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art wird das Licht auf mindestens einem Teil seiner Bahn durch ein Lichtführungsrohr geleitet. Dabei ist dafür gesorgt, daß der Einfallswinkel, bezogen auf die Senkrechte zur Rohrwandung, zwischen 8-5° und 90° liegt, da bei einem derartigen Einfallswinkel polarisiertes Licht beim Durchgang seine Polarisation beibehält. In einer Modulatoreinrichtung dieser bekannten Meßeinrichtung entsprechend dem zu messenden Strom in seiner Polarisationsebene gedrehtes Licht kann daher durch ein Lichtführungsrohr bei Einhaltung der angegebenen Einfallswinkel ohne Veränderung der Polarisationsebene zur Niederspannungsseite übertragen werden, wo eine Auswertung erfolgt.

Nachteilig ist diese bekannte Meßeinrichtung vor allem insofern, als eine vorbestimmte Geometrie des optischen Strahlenganges erhalten bleiben muß. Dies bedeutet, daß das hochspannungsseitige Kopfteil und das niederspannungsseitige Pußteil zusammen mit der Isolatorsäule der bekannten Meßeinrichtung eine derart feste Einheit bilden müssen, daß durch den Strom verursachte

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Kräfte und mechanische Erschütterungen keine Änderung der konstruktiven Zuordnung und keine Torsions- oder Biegeschwingungen zwischen dem feststehenden Fußteil und dem Kopfteil hervorrufen. Solche Schwingungen würden die Meßeinrichtung jeweils bis zum Abklingen der Schwingung funktionsunfähig machen oder unzulässig hohe Fehler verursachen.

Um die Schwierigkeiten dieser bekannten Einrichtung zu vermeiden, ist bereits eine Meßeinrichtung für Ströme in Hochspannungsleitern vorgeschlagen worden, bei der von einer auf Niederspannungspotential angeordneten Lichtquelle abgegebenes Lieht in zwei Lichtstrahlen aufgespalten v/ird, von denen der eine auf einen magneto-optischen Modulator auf Hochspannungspotential und der andere auf einen magneto-optischen Modulator auf Niederspannungspotential fällt; dem Modulator auf Niederspannungspotential ist unter Zwischenschaltung eines Analysators eines von zwei Photoelementen nachgeordnet, dessen Ausgangsspannung in einer Verstärkerschaltung mit der Ausgangsspannung des anderen Photoelementes verglichen wird, das über einen weiteren Analysator vom modulierten Lieht des auf der Hochspannungsseite befindlichen Modulators beeinflußt ist. Die von dem Modulator auf Hochspannungspotential bewirkte Modulation des einen Lichtstrahls entspricht daher der Modulation des anderen Lichtstrahls durch den niederspannungsseitigen Modulator. Die vorgeschlagene Meßeinrichtung arbeitet demzufolge nach dem Prinzip der Gleichlaufsteuerung. Ist bei dieser Meßeinrichtung der weitere Analysator auf der Hochspannungsseite angeordnet, dann lassen sich zur Führung des Lichtes zwischen Hochspannungs- und Niederspannungsseite herkömmliche Glasfaser-Bündel einsetzen. ^

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein anderer Weg beschritten., um bei Meßeinrichtungen für Ströme in Hochspannungsleitern, bei denen Licht zur Übertragung der Meßwerte von der Hochspannungs- zur Niederspannungsseite verwendet wird, eine Beeinträeh-

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tigung der Funktionssicherheit durch mechanische Instabilität zu vermeiden. Dieser-Weg ist dadurch gekennzeichnet, daß erfindungsgemäß zwischen der Hochspannungs- und der Niederspannungsseite ein Index-Gxadient-Lichtleiter liegt, der als Lichtübertragungsstrecke zwischen -der Hochspannungs- und der Niederspannungsseite dient. Bei einem Index-Gradient-Lichtleiter handelt es sich um einen Lichtleiter, der sich durch eine kontinuierliche Änderung des Brechungsindezes nach kleineren Werten von der Mittelachse zum Rand hin auszeichnet. Ein derartiger Lichtleiter "bietet den Vorteil, daß die Lichtverluste in ihm gerißj ger als in herkömmlichen Lichtleitern sind. Außerdem ist ein solcher Lichtleiter insofern vorteilhaft, als das Licht beim Durchlaufen seine Polarisation behält.

Gemäß der Erfindung hat es sich bei einer Meßeinrichtung mit einer auf der Niederspannungsseite befindlichen, das Licht erzeugenden Lichtquelle als zweckmäßig erwiesen, wenn zwischen der Hochspannungs- und der Niederspannungsseite ein weiterer Index-Gradient-Lichtleiter liegt, der das Licht von der Niederspannungs- zur Hochspannungsseite leitet.

Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Meßeinrichtung ^ dann, wenn der weitere Index-Gradient-Lichtleiter das Licht von " ™ der niederspannungsseitigen Lichtquelle zu einem hochspannungsseitigen Polarisator führt, dem eine optische Modulatoreinrichtung zur Erzielung einer dem zu messenden Strom proportionalen Drehung der Polarisationsebene des Lichtes folgt, und wenn der eine Index-Gradient-Lichtleiter das modulierte Licht von der hochspannungGseitigen Modulatore-'.nrichtung zu einer niederspannungsseitigen photoelektrischen JUiswerteeinrichtung überträgt. Bei einer derartigen Ausführung der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung brauchen Kopf- und !Fußteil der Einrichtung keine feste mechanische Zuordnung zueinander aufweisen, da das modulierte Licht unter Erhaltung seiner Polarisation in jedem Falle ohne

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Störung der Messung durch den Index-Gradient-Lichtleiter zu der niederspannungsseitigen, photoelektrischen Auswerteeinrichtung übertragen wird. Damit ist eine Meßeinrichtung für Ströme in .Hochspannungsleitern unter Verwendung von licht zur Meßwertübertragung geschaffen, die sich durch eine hohe Punktionssicherheit auszeichnet.

Bei einer Meßeinrichtung mit einer niederspannungsseitigen lichtquelle und einer hochspannungsseitigen Modulatoreinrichtung zur Modulation des lichtes entsprechend dem zu messenden Strom kann auch ein einziger Index-Gradient-Lichtleiter verwendet werden, um das Licht sowohl von der Niederspannungs- zur Hochspannungsseite als auch in modulierter Form in der umgekehrten Richtung zu einer niederspannungsseitigen Auswerteeinrichtung zu übertragen.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung wiedergegeben.

Die dargestellte Meßeinrichtung besteht aus einem auf der Hochspannungsseite liegenden Kopfteil K und einem niederspannungsseitig angeordneten Fußteil F; zwischen Kopfteil K im Gehäuse Gk und Fußteil F im Gehäuse Gf liegt ein Index-Gradient-IichtleiL1 und ein weiterer Index-Gradient-Lichtleiter L2.

Das von einer Lichtquelle Q im Fußteil F erzeugte Licht wird über eine optische Einrichtung E dem weiteren Lichtleiter L2 zugeführt, der das Licht zu einem Polarisator P1 im Kopfteil K leitet. Dem Polarisator Pf ist eine Modulatoreinrichtung M1 nachgeordnet, die beispielsweise aus einem den Faraday-Effekt zeigenden Bauelement Bt und einer dieses Bauelement umgebenden Spule S1 besteht. Die Spule S1 ist mit ihren Anschlüssen A11

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und A12 in einer in der Figur der besseren Übersichtliehkeit halber nicht dargestellten Weise an einen Hochspannungsleiter angeschlossen, dessen Strom gemessen werden soll. Die Spule S1 wird demzufolge von einem dem zu messenden Strom im Hochspannungsleiter proportionalen Strom J1 durchflossen.

Aufgrund des Faraday-Effektes erfährt das durch den Polarisator.P1 polarisierte Licht in der Modulatoranordnung M1 eine Drehung seiner Polarisationsebene, die von der Größe des Stromes Ji abhängig ist. Das solchermaßen hinsichtlich seiner Polarisationsebene gedrehte licht wird über den Lichtleiter Li · Λ zu einem weiteren optischen Modulator M2 im Fußteil I¹ geleitet, wobei infolge der Verwendung des Index-Gradient-Lichtleiters LI die Drehung der Polarisationsebene des Lichtstrahles auf dem Wege vom Kopfteil K zum Fußteil 3? erhalten bleibt* Der optische Modulator M2 im Fußteil F ist ähnlich dem Modulator Ml im Kopfteil K aufgebaut, enthält also ebenfalls ein den Faraday-Effekt zeigendes Bauelement B2, das von einer Spule 52 umgeben ist*

Dem optischen Modulator M2 ist ein Analysator An nachgeordnet, der beispielsweise von einem Wollaston- oder Glan-Thompson* Prisma gebildet sein kann. Der Analysator An ist bezüglich des Polarisators Pi so eingestellt, daß seine optische Achse mit ' g der des Polar isators PI einen Winkel von 45 einschließt. Bei? Analysator An zerlegt also das auf ihn auftreffende Licht In zwei senkrecht zueinander polarisierte Teillichtstrahlen, die auf zwei in Differenz geschaltete Photoelemente Fl und F2 fällen. Die Photoelemente Fl und F2 steuern einen Differenzverstärker Dv, dem ein LeistungsveTStärker Lv nachgeordnet ist* Dieser Leistungsverstärker Lv läßt einen dem Primärström bzw.. dem Strom J1 proportionalen Strom ZZ über eine Bürde Bü auf die -Spule S2 des Modulators M2 einwirken. Der Strom J2 ist dem Strom J1 durch die Spule Si proportional, da die Schaltung im

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Fußteil F nach dem Prinzip der Rückstellsteuerung arbeitet, also stets bestrebt ist, die Drehung der Polarisationsebene im Kopfteil K durch eine Rückdrehung im Modulator M2 im Fußteil F aufzuheben. Dies wird durch die beiden Photoelemente F1 und F2 überwacht, die eine gleichgroße Ausgangsspannung dann abgeben, wenn die Drehung im Kopfteil K einer entgegengesetzten, gleich großen Drehung des lichtes im Fußteil F entspricht.

Es ist vorteilhaft, wenn die Spule S1 mit dem Faraday-Bauele* ment B1 und dem Polarysator P1 im Kopfteil K zu einer kompakten Einheit zusammengefaßt ist, die außerdem noch die Buchsen zur Befestigung der Enden der lichtleiter L1 und L2 enthält. In entsprechender V/eise sollten die Spule S 2 mit dem Faraday-"Bauelement B2 und der Analysator An gemeinsam mit der Buchse zur Befestigung des Endes des Lichtleiters L1 zu einer konstruktiv ven Einheit zusammengefaßt sein.

Durch die Erfindung ist eine Meßeinrichtung für Ströme in l spannungslöitern unter Verwendung von Licht zur übertragung der Meßwerte von der Hochspannungs- zur Niederspannuiigisseite geschaffen, bei der durch den Einsatz von Index^irradient-itieht-» leitern die bei bekannten Meßeinrichtungen dieser Art äuft£e~ tenden Schwierigkeiten durch Instabilitätspröbleme vermieden sind.

1 Figur

3 Ansprüche

Claims

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Patentansprüche

1, Meßeinrichtung für Ströme in Hochspannungsleitern, "bei der licht zur Übertragung.-.der-Meßwerte von der Hochspannungs- zur Niederspannungsseite hin verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Hochspannungs- und der Niederspannungsseite ein Index-Gradient-lichtleiter (11) liegt, der als lichtübertragungsstrecke zwischen der Hochspannungs- und der Niederspannungsseite dient.
2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 mit einer auf der Niederspannungsseite befindlichen, das licht erzeugenden lichtquelle, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Hochspannungs- und Niederspannungsseite ein weiterer Index-Gradient-lichtleiter (12) liegt, der das licht von der Niederspannungs- zur Hochspannungsseite leitet.
3 J Meßeinrichtung nach Anspruch 2, .dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Index-Gradient-lichtleiter (12) das licht von der niederspannungsseitigen lichtquelle (Q) zu einem hochspannungsseitigen Polarisator (P1) führt, dem eine optische Modulatoreinrichtung (M1) zur Erzielung einer dem zu messenden Strom proportionalen Drehung der Polarisationsebene des lichtes folgt, ä und daß der eine Index-Gradient (11) das modulierte licht von der hochspannungsseitigen Modulatoreinrichtung (M1) zu einer niederspannungsseitigen photoelektrischen Auswerteeinrichtung (M1, An, I¹I, P2, Dv, Iv) überträgt.

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