DE2053349A1

DE2053349A1 - MEASURING DEVICE FOR VOLTAGE AND CURRENT MEASUREMENT

Info

Publication number: DE2053349A1
Application number: DE19702053349
Authority: DE
Inventors: Roger Theodor Meile Elhs (Belgien) P
Original assignee: ACEC
Current assignee: ACEC
Priority date: 1969-11-27
Filing date: 1970-10-30
Publication date: 1971-06-16
Also published as: FR2072492A5; CH532255A; DE2053349B2; LU62136A1; AT309598B; DE2053349C3; BE742341A

Description

Our sign / A 1543

ATELIERS DE CONSTRUCTIONS ELECTRIQUES DE CHARLEROI (ACEC) 23 Avaiue de 1 'AstronomieATELIERS DE CONSTRUCTIONS ELECTRIQUES DE CHARLEROI (ACEC) 23 Avaiue de 1 'Astronomy

Saint-Josse~ten Noode, Brüssel, BelgienSaint-Josse ~ ten Noode, Brussels, Belgium

MessvorrichtungMeasuring device

Die Erfindung bezieht sich auf eine Messvorrichtung aus zwei T_eilen, von denen der erste, stark isolierte und selbständige Teil auf eine aua einem Hochspannungsnetz entnommene Spannung anspricht, während der zweite Teil an seinen Ausgangsklemmen ein von der Hochspannung des Netzes abhängiges Niederspannungssignal abgibt. Bekannte Messvorrichtungen dieser Art besitzen auf der Hochspannungs· eeite eine Eingangsimpedanz, einen Stromzerhacker, der eine Folge von Impulsen liefert, deren Amplitude der Spannung am Eingang proportional ist, einen Trenntransformator zur Erzeugung eines im Zerhacker benötigten Steuersignals oder einer Versorgungsspannung für einen Oszillator und einen Trenntransformator zum Übertragen des Ausgangesignals zum Stromzerhacker.The invention relates ilen a measuring device consists of two T _e, of which the first, heavily insulated and separate part responsive to a aua a high voltage power extracted voltage, while the second part delivers at its output terminals a dependent from the high voltage of mains low voltage signal. Known measuring devices of this type have an input impedance on the high-voltage side, a current chopper which supplies a sequence of pulses whose amplitude is proportional to the voltage at the input, an isolating transformer for generating a control signal required in the chopper or a supply voltage for an oscillator and an isolating transformer to transmit the output signal to the current chopper.

Durch die Erfindung soll der an das Netz angeschlossene Teil der Schaltung vereinfacht werden. Die Trenntransformatoren mit Magnetkern für die industriell verwendeten Frequenzen (50 Hz, 16 2/3 Hz) sollen beseitigt werden, durch einfache Mittel soll ein Signal erzeugtThe invention is intended to be connected to the network Part of the circuit can be simplified. The isolating transformers with magnetic core for industrial use Frequencies (50 Hz, 16 2/3 Hz) should be eliminated, a signal should be generated by simple means

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werden, das die Übertragung eines getreuen Abbildes der Netzspannung selbst dann erlaubt, wenn diese Netzspannung schnelle, nicht sinusförmige Schwankungen aufweist, und die Verlustleistung sowie der Raumbedarf sollen sehr klein gemacht werden, damit eine Isolation durch Einhüllen oder Ausgiessen ermöglicht wird. Ausserdem soll der an das Netz angeschlossene Teil der Schaltung durch die Erfindung derart bezüglich des Niederspannungsteils angeordnet werden, dass die zwei Schaltungsteile durch einfache Nebeneinanderstellung ohne grosse Präzision magnetisch miteinander gekoppelt werden können.that allows the transmission of a true image of the mains voltage even if this mains voltage has rapid, non-sinusoidal fluctuations, and the power loss and the space required should be made very small so that insulation by encasing or pouring is possible. Besides that should the part of the circuit connected to the network by the invention in such a way with respect to the low-voltage part be arranged that the two circuit parts by simply juxtaposing without major Precision can be magnetically coupled with each other.

Die nach der Erfindung ausgebildete Vorrichtung besitzt eine Eingangsimpedanz, einen Signalgenerator, eine erste Induktivität und eine zweitem magnetisch mit der ersten Induktivität gekoppelte Induktivität, die an eine Niederspannungsschaltung angeschlossen ist. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgenerator aus einem an die Eingangsimpedanz angeschlossenen Speicher für elektrische Energie und aus einem nichtlinearen Schaltungselement besteht, dessen Spannungs-Strom-Kennlinie zwischen einer Zündspannung oder einem Zündstrom und einer Löschspannung oder einem Löschstroa einen Abschnitt mit negativer Steigung ausweist, dass das nichtlineare Schaltungselement die periodische Entladung des Speichers für einen eine erste Hochfrequenziriduktivität enthaltenden Stromkreis steuert und dass eine magnetisch mit der ersten Hochfrequenzinduktivität gekoppelte zweite Hochfrequenzinduktivität vorgesehen ist, die an einen auf die Periode, nicht aber auf die Amplitude und die Form der vom Signalgenerator gelieferten Impulse ansprechenden Demodulator angeschlossen ist.The device designed according to the invention has an input impedance, a signal generator, a first Inductance and a second inductance magnetically coupled to the first inductance, which is connected to a low-voltage circuit connected. It is characterized in that the signal generator consists of one to the Input impedance connected storage device for electrical energy and from a non-linear circuit element exists whose voltage-current characteristic curve between an ignition voltage or an ignition current and an extinguishing voltage or a deletion stream identifies a section with a negative slope that the non-linear circuit element the periodic discharge of the memory for a circuit containing a first high-frequency resistivity controls and that a second high-frequency inductance magnetically coupled to the first high-frequency inductance is provided which is connected to a demodulator which responds to the period, but not to the amplitude and shape of the pulses supplied by the signal generator connected.

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C-.C-.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigen:Embodiments of the invention are shown in the drawing. Show in it:

Fig.1 ein elektrisches Schaltbild einer erfindungsgeraässen Vorrichtung,Fig.1 is an electrical circuit diagram of a erfindungsgeraässen Contraption,

Pig.2 bis 4 verschiedene Ausführungen der tatsächlichen Anordnung der Schaltungsteile der Vorrichtung vonPig. 2 to 4 different versions of the actual Arrangement of the circuit parts of the device of

Fig.5 ein elektrisches Schaltbild einer besonderen Schaltung undFig. 5 is an electrical circuit diagram of a particular circuit and

Fig.6 ein elektrisches Schaltbild einer anderen Ausführungsform der Erfindung.Fig. 6 is an electrical circuit diagram of another embodiment the invention.

In den Figuren 1 bis 4 wird eine Eingangsimpedanz aus einer Reihe von Widerständen 1 gebildet, die auf einem geeigneten isolierenden Träger, beispielsweise einer Platte 2 aus Epoxydglas angebracht sind. Die Widerstandsreihe 1 ist an einen Kondensator 3» den Speicher für elektrische Energie, angeschlossen, der ebenfalls auf der ^latte 2 angebracht ist und einen Teil eines Signalgenerators bildet.In FIGS. 1 to 4, an input impedance is selected a series of resistors 1 formed on a suitable insulating support, for example a Plate 2 made of epoxy glass are attached. The resistance series 1 is connected to a capacitor 3 »the store for electrical energy, which is also on the ^ latte 2 is attached and part of a Signal generator forms.

Die Schaltung aus äer Eingangsimpedanz und dem Kondensator 3 ist auf einer Seite über einen pantographartigen Bügel 4 rait dem durch einen Oberleitungsdraht 5 aargestellten Hochspannungsnetz verbunden und auf der anderen Seite über ein Rad 6 an das Massepotential der Schienen angeschlossen. An die Klemmen des Kondensators 3 ist über eine Induktivität 8 ein Schaltungselement 9 angeschlossen, dessen Spannungs-Strom-Kennlinie zwischen einer Zündspannung und einer Löschspannung einen Abschnitt mit negativer Steigung aufweist. Das SchaltungselementThe circuit of the external input impedance and the capacitor 3 is on one side above a pantograph-like Bracket 4 corresponds to that represented by a catenary wire 5 Connected to the high voltage network and on the other side via a wheel 6 to the ground potential of the rails connected. A circuit element 9 is connected to the terminals of the capacitor 3 via an inductance 8, whose voltage-current characteristic curve between an ignition voltage and an extinguishing voltage has a section with a negative slope. The circuit element

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kann beispielsweise aus einer mit Neongas gefüllten Diode, einer Diac genannten bidirektionalen Diode, einem Thyristor mit einer Diodenbrücke, aus verschiedenen Transistor-Schaltungen usw. bestehen. Der Kondensator 3 und die Widerstände 1 bilden eine S_ohaltung, deren Zeitkonstante lang bezüglich der Zeit ist, in der sich der Kondensator 3 über das Schaltungselement 9 und die Induktivität 8 entlädt. Die Häufigkeit der Entladungen wird einerseits von den Konstanten der Schaltung und andrerseits von der Eingangsspannung festgelegt. Die bei jeder Entladung fliessende Energie hängt von der Grosse des Kondensators 3 und von den Zünd- und Löschspannungen des Schaltungselements 9 derart ab, dass die Induktivität 8 von Stromimpulsen mit konstanter Energie, aber mit einer von der Eingangsspannung abhängigen Polge^frequenz durchlaufen wird. Es ist offensichtlich, dass die Spannung nicht notwendigerweise von einem Oberleitungsdraht 5 abgenommen werden muss. Die Vorrichtung kann beispielsweise auch (nach Fig.4) zwischen zwei Hochspannungsübertragungsleitungen eingefügt sein.can for example consist of a diode filled with neon gas, a bidirectional diode called a diac, a thyristor with a diode bridge, various transistor circuits, etc. The capacitor 3 and the resistors form a 1 S _o attitude, whose time constant is long with respect to time, the condenser 3 via the switching element 9 and the inductor 8 in the discharge. The frequency of the discharges is determined on the one hand by the constants of the circuit and on the other hand by the input voltage. The energy flowing with each discharge depends on the size of the capacitor 3 and on the ignition and extinction voltages of the circuit element 9 in such a way that the inductance 8 is traversed by current pulses with constant energy, but with a pole frequency dependent on the input voltage. It is obvious that the voltage does not necessarily have to be taken from a trolley wire 5. The device can for example also (according to FIG. 4) be inserted between two high-voltage transmission lines.

Eine Induktivität 10 ist derart mit einer Induktivität 8 magnetisch gekoppelt, dass an den Klemmen der Induktivität 10 eine Spannung erscheint, die aus Impulsen besteht, die den durch die Induktivität 8 fliessenden Stroraimpulsen entspricht. Nach einer eventuellen Formung in einer Schaltung 12 wird diese Spannung dann an eine Schaltung 11 angelegt, die auf die Frequenz dieser Impulse anspricht.An inductance 10 is magnetically coupled to an inductance 8 in such a way that at the terminals of the inductance 10 a voltage appears, which consists of pulses that correspond to the current pulses flowing through the inductance 8 is equivalent to. After a possible shaping in a circuit 12, this voltage is then sent to a circuit 11 applied, which responds to the frequency of these pulses.

Damit die Messanordnung unempfindlich gegen Stosswellen wird, ist eine lange Zeitkonstante von Nutzen; damit die Modulation jedoch die Wechselspannungen getreu wiedergeben kann, ohne dass eine starke Verkleinerung der Widerstände 1 erforderlich ist, kann jedoch eine TeilkompensationSo that the measuring arrangement is insensitive to shock waves a long time constant is useful; however, so that the modulation faithfully reproduces the alternating voltages can without a great reduction in the size of the resistors 1 is required, but a partial compensation can

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vorgesehen sein: beispielsweise kann ein Kondensator 13 zu einem oder zu mehreren Widerständen 1 parallelgeschaltetbe provided: for example, a capacitor 13 can be connected in parallel to one or more resistors 1

•Der aus den Elementen 1 bis 9 und 13 bestehende Hochspannungskreis verbraucht nur sehr wenig Energie (unterhalb 3000 Volt beispielsweise einige Watt). Er kann deshalb vollständig in ein polymerisierbares Isoliermittel eingehüllt werden, damit ein einfach handzuhabendes Ge~ bilde 14 entsteht. Das gleiche gilt für den aus den Teilen 10 bis 12 bestehenden Niederspannungskrei3.• The high voltage circuit consisting of elements 1 to 9 and 13 uses very little energy (below 3000 volts, for example, a few watts). So he can be completely encased in a polymerizable isolating agent, so that an easy-to-use Ge ~ image 14 is created. The same applies to the low-voltage circuit consisting of parts 10 to 12.

Die zuei Induktivitäten 8 und 10 müssen magnetisch miteinander gekoppelt sein. Diese Kopplung kann in verschiedenartiger Weise erreicht werden, So können die beiden Induktivitäten beispielsweise in einer konzentrischen Anordnung (Pig.3) angebracht werden,oder ■ es wird ein aus zwei Teilen 15 und 16 bestehender magnetisierbarer Kern, beispielsweise aus Ferrit vorgesehen, dessen Teile jeweils eine der Induktivitäten 8 und 10 umschliessen. Die zwei Kernteile 15 und 16 können dabei mit sehr grossem Luftspalt (nach Fig.2) mit ihren Achsen aufeinander ausgerichtet 3ein.The inductances 8 and 10 must be magnetically coupled to one another. This coupling can can be achieved in different ways, for example, the two inductors can be concentric Arrangement (Pig.3) are attached, or ■ a magnetisable one consisting of two parts 15 and 16 is used Core, for example made of ferrite, whose parts each have one of the inductors 8 and 10 enclose. The two core parts 15 and 16 can with their axes with a very large air gap (according to FIG. 2) aligned 3ein.

Der Niederspannungsteil der Messanordnung, der aus der Induktivität 10 und der Schaltung 11, möglicherweise auch der Schaltung 12 besteht, kann ebenfalls auf einer isolierenden Platte 17, ähnlich der Platte 2, angeordnet sein. Auch dieser Teil kann zur Bildung einer einteiligen Anordnung 18 in ein pblymerisierbare3 Isoliermittel eingebettet sein.The low-voltage part of the measuring arrangement, which consists of the inductance 10 and the circuit 11, possibly also the circuit 12, can also be arranged on an insulating plate 17, similar to the plate 2. This part can also be used for education a one-piece assembly 18 may be embedded in a polymerizable3 insulating means.

Die zwei einteiligen Gebildet 14 und 18 können beispielsweise in einem Gehäuse 20 jeweils auf einer Seite einer isolierenden Wand 19 angebracht sein.The two one-piece structures 14 and 18 can, for example, in a housing 20, each on one side insulating wall 19 be attached.

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Geraäss einer anderen"Ausführungsform kann die sich durch die Wand 19 ergebende Isolierung direkt durch das polymerisierbar isolierende Material erreicht werden, das den Träger 14 des Niederspannungsteils bildet. Der Träger 14 kann jede geeignete Aussenform annehmen. Er kann insbesondere in einer Form für Durchführungsisolatoren oder für Hochspannungsisolatoren gegossen werden, wie in Fig.5 und 4 dargestellt ist.According to another "embodiment, this can be implemented the insulation resulting in the wall 19 can be achieved directly by the polymerizable insulating material which forms the carrier 14 of the low-voltage part. The carrier 14 can assume any suitable external shape. He can in particular be cast in a mold for bushing insulators or for high voltage insulators, such as in Fig.5 and 4 is shown.

Die korrekte Ausrichtung der Induktivitäten 8 und 10 kann durch entsprechende Anbringung der einteiligen Träger 14 und 18 in Ausnehmungen eines Gehäuses oder durch Ineinanderstecken erreicht werden, wie in Fig.5 und Fig.4 dargestellt ist, das durch eine geeignete zusammenpassende Form der B_erührungsflächen zwischen den Trägern 14 und 18 ermöglicht wird.The correct alignment of the inductors 8 and 10 can through appropriate application of the one-piece support 14 and 18 in recesses of a housing or be achieved by plugging into one another, as shown in Figure 5 and Figure 4, the rührungsflächen by a suitable matching shape of the B _e between the carriers 14 and 18 is made possible.

In Fig.5 ist ein elektrisches Schaltbild eines Modulators 11 dargestellt, der keine vorangehende Impulsformerschaltung benötigt. An den Klemmen der Induktivität 10 erscheinen Spannungsimpulse. Die Demodulatorschaltung wird von einem Kondensator 21 gebildet, der über eine Diode 22 mit einem zweiten Kondensator 23 verbunden ist. Der zweite Kondensator 23 liegt parallel zu einem Widerstand 24. Mit den Anschlüssen der Diode 22 ist ein Transistor 25 verbunden, dessen Kollektorpotential von einer an einem Leiter 26 anliegenden Versorgungsgleichspannung bestimmt wird. An zwei Ausgangsklemmen 27 und 28 kann diese Schaltung an ein nicht dargestelltes und entsprechend den besonderen Anforderungen ausgewähltes Niederspannungsmessgerät oder Niederspannungssteuergerät angeschlossen werden.In Fig.5 is an electrical circuit diagram of a modulator 11, which does not require a preceding pulse shaper circuit. At the terminals of the inductance 10 voltage pulses appear. The demodulator circuit is formed by a capacitor 21 which is connected to a second capacitor 23 via a diode 22. The second capacitor 23 is parallel to a resistor 24. With the connections of the diode 22 is a transistor 25 connected, the collector potential of a DC supply voltage applied to a conductor 26 is determined. At two output terminals 27 and 28, this circuit can be connected to a not shown and corresponding The selected low-voltage measuring device or low-voltage control device connected to the special requirements will.

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In Fig.6 ist eine andere Ausführt)ßgsform der in Fig.1 dargestellten Messanordnung gezeigt.In FIG. 6 is another embodiment of the one shown in FIG shown measuring arrangement shown.

Ein nichtlineares Schaltungselement 29, dessen Strora-Spannungs-Charakteristik zwischen einem Zündstrom und einem Löschstrora eine negative Steigung aufweist, verbindet die von den Widerständen 1 gebildete Eingangsimpedanz mit einer elektrische Energie speichernden Hochfrequenzinduktivität 30. Parallel zur Hochfrequenzinduktivität 30 liegt eine Hochfrequenzinduktivität 8, die in Serie zu einer Diode 31 geschaltet ist. In diesem Fall, werden- in der Hochfrequenzinduktivität 30 sägezahnförraige Stromiapulse erzeugt, während sehr kurze Entladungsstromimpulse die Hochfrequenzinduktivität 8 mit einer von der am Bügel 4 anliegenden Spannung abhängigen Frequenz durchlaufen.A non-linear circuit element 29, the Strora-voltage characteristic has a negative slope between an ignition current and a quenching current, connects the input impedance formed by the resistors 1 with an electrical energy storage device High frequency inductance 30. In parallel with high frequency inductance 30 is a high-frequency inductance 8 which is connected in series with a diode 31. In this Case, are - in the high frequency inductance 30 sawtooth Stromiapulse generated, while very short discharge current impulses the high frequency inductance 8 run through with a frequency dependent on the voltage applied to the bracket 4.

Falls insbesondere in dem mit dem Netz verbundenen Gebilde 14 aus irgendeinem Grund ein Fehler auftritt, braucht nur ein billiges Schaltungsteil schnell und einfach durch ein anderes in Reserve bereit gehaltenes Schaltungsteil ersetzt zu werden, was leicht möglich ist, weil alle Teile klein und billig sind.In particular, if for any reason an error occurs in the entity 14 connected to the network, need only a cheap circuit part to be replaced quickly and easily by another circuit part kept ready in reserve, which is easily possible because all parts are small and cheap.

Claims

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Claims

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— 8 —- 8th -

Godfather claims

Measuring device with an input impedance that is connected to a Signal generator is connected, which in turn with a first, magnetic with a second inductance Another part of the measuring device coupled inductance is connected, characterized in that the signal generator from a store for electrical energy and connected to the input impedance consists of a non-linear circuit element whose voltage-current characteristic is between an ignition voltage or an ignition current and an extinguishing voltage or an extinguishing current a portion with a negative slope has that the non-linear circuit element periodic discharge of the memory via a first High-frequency inductance containing circuit controls and that a second, magnetically with the first high-frequency inductance coupled second high-frequency inductance is provided, which is connected to a frequency, However, the demodulator does not respond to the amplitude and the shape of the pulses supplied by the signal generator connected.

2. Apparatus according to claim 1, characterized that a high-frequency inductance that stores electrical energy in series with a tunnel diode and in parallel is connected to the first high frequency inductance and in series with a diode.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that a capacitor storing electrical energy in parallel is connected to a non-linear circuit element in series with the first high-frequency inductance,

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whose voltage-current characteristic lies between an ignition voltage and an extinction voltage Has section with negative slope.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the input impedance consists of resistors, and that to increase that of the resistors of the input impedance and that in parallel with the first high-frequency inductance switched capacitor formed pass band of one or more capacitors are connected in parallel to some of the resistors.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that a first one-piece structure the input impedance, the electrical energy storage, the nonlinear circuit element and the first high-frequency inductance contains that a second one-piece structure, the second high-frequency inductance and the demodulator includes an insulating wall between the two integral structures is attached and that facilities for aligning the two high frequency inductors are provided, so that the magnetic coupling is ensured through the insulating wall.

6. Apparatus according to claim 5, characterized in that that the insulating wall consists of a part of the polymerizable insulating material that makes up the circuit enveloped.

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