DE2261953C3 - Stromwandler zur Messung von Stromstärken, insbesondere in Hochspannungsleitungen - Google Patents

Description

ist, wobei der Kompensatorstrom (111) der zu messenden Stromstärke proportional ist.

3. Stromwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der Regelschaltung (9) und des Stellgliedes (11) ein Leistungsverstärker zur Erzeugung des Kompensatorstromes (111) vorgesehen ist.

4. Stromwandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als strahlführende Mittel (43,44) Lichtleiter vorgesehen sind.

5. Stromwandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als doppelbrechendes, strahlteilendes Prisma ein Wollastonprisma vorgesehen ist.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stromwandler zur Messung von Stromstärken, insbesondere in Hochspannungsleitungen mit wenigstens einem Faradaydreher, wenigstens einem doppelbrechenden, strahlteilenden Prisma, wenigstens zwei strahlungsempfindlichen Elementen und einer elektronischen Analysatorschaltung, bei dem die Polarisationsebene eines linear polarisierten Lichtstrahles entsprechend dem durch die Hochspannungsleitung fließenden zu messenden Strom drehbar ist, bei dem zwei das doppelbrechende, strahlteilende Prisma verlassende Teilstrahlen mit Hilfe von strahlfahrenden Mitteln auf Erdpotential reitbar sind und bei dem die Analysatorschaltung ein der

ίο Stromstärke entsprechendes Bewertungssignal aus den Signalen der strahlungsempfindlichen Elemente ableitet

Stromwandler dieser Art sind bekannt, vgl. zum B?ispiel »Laser Focus«, Mai 1970, S. 35-38 und DE-OS

is 20 34 850.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen einfachen magnetooptischen Stromwandler zur Messung der in Hochspannungsleitungen fließenden Ströme anzugeben, bei dem Schwankungen in der Intensität der Lichtquelle keinen Einfluß auf das Meßergebnis haben.

Diese Aufgabe wird durch einen Stromwandler gelöst, der erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet

ist, daß das Bewertungssignal dem Quotienten ^₆ ^₇,

2> der aus den an den strahlungsempfindlichen Elementen entstehenden Spannwagen i/6 und i/7 gebildet ist, proportional ist

Ein Vorteil eines solchen Stromwandlers besteht darin, daß das gewonnene Signal dem Ausdruck sin 2 F

ίο für die durch das Feld des Hochspannungsleiters hervorgerufenen Faradaydrehung F proportional ist und daß Intensitätsschwankungen der Lichtquelle keinen Einfluß auf das Ausgangssignal haben.

Eine Weiterbildung eines erfindungsgemäßen Strom-

n wandlers ist dadurch gekennzeichnet, daß auf Erdpotential ein weiterer linearpolarisierter Lichtstrahl vorgesehen ist daß die Polarisationsebene dieses Lichtstrahles durch einen in dem Feld einer von Stn"<m durchflossenen Kompensatorspule befindlichen weiteren Faradaydre-

•40 her drehbar ist, daß der den weiteren Faradaydreher verlassende Lichtstrahl durch ein weiteres doppelbrechendes, strahlteilendes Prisma in weitere Teilstrahlen aufteilbar ist daß an der Analysatorschaltung zusätzlich zu den Spannungen i/7 und i/6 die durch weitere

π photoempfindliche Elemente gebildeten Spannungen i/16 und t/17 anliegen, wobei die Spannungen i/16 und t/17 den Intensitäten der weiteren Teilstrahlen entsprechen, daß durch die Analysatorschaltung zusätzlich zu dem Quotienten ₍,_{ft f (},₇ der Quotient

jjy; rjjyerzeugbar ist, und daß eine Regelschaltung

vorgesehen ist, die den Kompensatorstrom so regelt, daß

(/6 (7 (16 (17

1/6 f Ul ~ (16 ' (,'17

ist, wobei der Kompensatorstrom der zu messenden Stromstärke proportional ist.

Der Vorteil eines solchen Stromwandlers besteht „ι, darin, daß die Stärke des zu messenden Stroms durch eine einfache Strommessung auf Erdpotential ermittelbar ist.

Weitere Erläuterungen zur Erfindung und zu deren Ausgestaltung gehen aus der Beschreibung und den _h-, Figuren bevorzugter Ausführungsbeispiele hervor.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen erfindungsgemäßen Stromwandler, dessen Ausgangssignal proportional zu dem durch den Hochspannungs-

leiter fließenden zu messenden Strom ist, solange dieser Strom keine zu großen Werte annimmt

Fig.2 zeigt in schematischer Darstellung einen erfindungsgemäßen Stromwandler, bei dem mit Hilfe einer Regelschaltung ein Kompensatorstrom gebildet wird, der der zu messenden Stromstärke proportional ist

In der F i g. 1 ist der von dem Strom 1 durchflossene Hochspannungsleiter mit 10 bezeichnet In dem Feld dieses Hochspannungsleiters befindet sich der Faraday- ίο dreher 3, der von einem linear polarisierten Lichtstrahl 22 durchstrahlt wird. Der Lichtstrahl 21 wird durch den Polarisator 2 linear polarisiert Die Polarisationsebene des linear polarisierten Strahles 22 wird entsprechend dem durch den HochspannusigsleUer 10 fließenden zu is messenden Strom 1 um einen Winke! Fgedreht Der den Faradaydreher verlassende Strahl trägt das Bezugszeichen 31. Durch das Wollastonprisma 4 wird dieser Strahl 31 in die beiden Teilstrahlen 41 und 42 aufgeteilt Das Woüastonprisma ist bezüglich der Polarisations- .'< > ebene des Lichtstrahls 22 so orientiert, daß ohr·; Strom (F = 0) die Lichtintensitäten U\ und In einander gleich sind. Mit den Mitteln 43 und 44, die vorzugsweise Lichtleiter sind, werden die Teilstrahlen 41 und 42 auf Erdpotential geleitet Durch die strichpunktierte Linie 5 wird schematisch die Trennung zwischen Hochspannungspotential und Erdpotential dargestellt Die beiden Teilstrahlen 41 bzw. 42 treffen auf Erdpotential auf die strahlungfempfindlichen Elemente z. B. Photodioden 6 bzw. 7. Entsprechend der Intensitäten der Teilstrahlen j< > 41 bzw. 42 treten an den Lastwiderständen der Photodioden 6 bzw. 7 die Spannungen t/6 und Ul auf, die den Intensitäten proportional sind. Die Elemente 6 bzw. 7 sind über die Leitungen 61 bzw. 71 mit einer Analysatorschaltung 8, die vorzugsweise einen analogen π Operationsverstärker enthält, verbunden. Durch die Elemente und ihre Lastwiderstände werden die Lichtintensitäten der Lichtstrahlen 41 bzw. 42 in elektrische Spannungen umgesetzt. Für die Intensitäten der Lichtstrahlen 41 bzw. 42 gelten folgende Gleichun- w gen:

Ai = /o · (1 +sin 2 F)Ilund I_n - I₀ ■ (1 -sin 2 F)Il.

Dabei bedeutet F die Faradaydrehung und k die Intensität des Strahles 31, der auf das Wollastonprisma 4 4; auftrifft. In der Schaltung 8 wird die Differenz der an den Fotodioden durch die Strahlungsintensitäten Ai und A2 erzeugten Spannungen U'6 und t/7 gebildet. Für diese Differenz gilt:

U6-U7 = K ■ /0 · sin 2 E "'

Dabei bedeutet Keinen Proportionalitätsfaktor. Zusätzlich zu der Differenz dieser Spannungen wird mit Hilfe der Schaltung 8 auch die Summe dieser Spannungen gebildet. Für diese Summe gilt:t/6 + t/7 = K ■ I₀. Mit r> Hilfe eines dividierenden Operationsverstärkers ^:n der Schaltung 8 wird nun gemäß einem Merkmal der Erfindung am Ausgang 81 ein Ausgangssignal gebildet, das dem Quotienten aus der Differenz und der Summe der an den Lastwiderständen der Fotodioden abfallen- w> den Spannungen proportional ist. Für diesen Quotienten gilt:

( 6

(7 ( 7

sin 2 F.

Dieser Ausdruck ist von H und /0 unabhängig und stellt ein direktes Maß für den durch den Hochspannungsleiter 10 fließenden, zu messenden Strom 1 dar.

In der Fig.2 ist in schematischer Darstellung eine Weiterbildung eines erfindungsgemäflen Stromwandlers dargestellt Einzelheiten der Fig.2, die bereits in der F i g. 1 enthalten sind, tragen die entsprechenden Bezugszeichen. Im wesentlichen besteht die Anordnung nach Fig.2 aus der Anordnung nach Fig. 1. Jedoch werden der elektronischen Analysatorschaltung 18 der F i g. 2, die vorzugsweise wieder analoge Operationsverstärker enthält, zusätzliche Signale zugeführt Diese zusätzlichen Signale werden auf Erdpotential erzeugt Zu diesem Zweck wird ein Strahl 121 durch einen Polarisator 12 linear polarisiert Der linear polarisierte Strahl 122 durchstrahlt einen weiteren Faradaydreher 13, der sich in dem Feld einer stromdurchflossenen Kompensatorspule 110 befindet Die Polarisationsebene des Strahles 122 wird entsprechend dem durch die Kompensatorspule erzeugten Feld gedreht Der den Faradaydreher 13 verlassende Strahl 131 wird durch das weitere Wollastonprisma 14 in die bp'den Teilstrahien 14t und 142 aufgeteilt Je einer dieser Teilstrahlen trifft auf je eines der weiteren photoempfindlicnen Elemente 16 bzw. 17. Diese Elemente, die vorzugsweise wieder gleiche Siliziumphotodioden sind, sind über die Leitungen 161 bzw. 171 mit der Schaltung 18 verbunden. An Lastwiderständen der Elemente 16 bzw. 17 fallen die Spannungen i/16 bzw. i/17 ab. Der durch einen weiteren Operationsverstärker gebildete Quotient μ !Ü ι Μ ^{ist dem} Ausdruck sin 2 F' proportional,

L· Io ⁴ l/l/

wol ei F' dem Strom, der durch die Spule 110 fließt, proportional ist. Durch die Schaltung 18 wird nun gemäß einem Merkmal der Erfindung ein Steuersignal gebildet, welches die Differenz der beiden Quotienten

1/6 - Ul

t/6 + t/7

I'16 - t/17

t/16 + t/17

darstellt. Dieses Signal wird über den Ausgang 181 der Schaltung 18 auf eine elektronische Regelschaltung 9 gegeben, welche über das Stellglied 11 den Kcmpensatorstrom /, der durch die Spule JlO fließ» so einregelt, daß die Differenz der Quotienten in jedem Falle gleich 0 ist. Da in diesem Falle F = P ist, ist die Stromstärke des Stromes 111, der durch die Spule 110 fließt, dann proportional der zu messenden Stromstärke in dem Faradaydreher auf Hochspannungspotential. Die Regelschaltung 9 und das Stellglied 11 können durch einen Leistungsverstärker ersetzt werden. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, daß auch schnelle Änderungen de:. Stromes erfaßt werden können.

Soll mit der Anordnung nach F i g. 2 der Effektivwm eines Wechselstromes gemessen werden und ist die Regelschaltung zu träge um den Augenblickswert des zu messenden Stromes zu erfassen, so ist

1) der Faradaydieher 3 so zu dimensionieren, daß sin 2 Firn linearen Bereich der Funktion bleibt, und daß

2) die Schaltung 18 durch zusätzliche Operationsverstärker und Filter so zu erweitern, daß der Ausdruck

i + Ul)

als Maß für den zu messenden Effektivwert verwendet wird.

llier/u 2 likitl Xuii'hiumucM

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Stromwandler zur Messung von Stromstärken, insbesondere in Hochspannungsleitungen, mit wenigstens einem Faradaydreher, wenigstens einem doppelbrechenden, strahlteilenden Prisma, wenigstens zwei strahlungsempfmdlichen Elementen und einer elektronischen Analysatorschaltung, bei dem die Polarisationsebene eines linear polarisierten Lichtstrahles entsprechend dem durch die Hochspannungsleitung fließenden zu messenden Strom drehbar ist, bei dem zwei das doppelbrechende, strahlteilende Prisma verlassende Teilstrahlen mit Hilfe von strahlführenden Mitteln auf Erdpotential leitbar sind und bei dem die Analysatorschaltung ein der Stromstärke entsprechendes Bewertungssignal aus den Signalen der strahlungsempfindlichen Elemente ableitet, dadurch gekennzeichnet, daß d^s Bewertungssignal dem Quotienten Ue - Ul

U6 + Ul 'derausdenan den strahlungsempfindlichen Elementen (6 und 7) entstehenden Spannungen i/6 und t/7 gebildet ist, proportional ist

2. Stromwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf Erdpotential ein weiterer linear polarisierter Lichtstrahl (121) vorgesehen ist, daß die Polarisationsebene dieses Lichtstrahles (122) durch einen in dem Feld einer von Strom (111) durchflossenen Kompensatorspule (110) befindlichen weiteren Faradaydreher (13) drehbar ist, daß der den weiteren Faradaydreher verlassende Lichtstrahl (131) durch ein weiteres s.rahlteilendes Prisma (14) in weitere Teüstrahltn (141 und 142) aufteilbar ist, daß an der Analysatorschaltui.j (18) zusätzlich zu den Spannungen i/7 und Lf6 die durch weitere photoempfindliche Elemente (16 und 17) entstehenden Spannungen U16 und U17 anliegen, wobei die Spannungen (/16 und U17 den Intensitäten der weiteren Teilstrahlen (141 und 142) entsprechen, daß durch den Analysator zusätzlich zu dem Quotienten Uf, Ul , _ . t/16 (7 17 , .

t/6 f Ul ^derv'Jotient_((|6 , _{( |7} erzeugbanst,und daß eine Regelschaltung (9) und ein Stellglied (U) vorgesehen sind, die den Kompensatorstrom (111) so regeln, daß

Uf, - Ul _ (/16 UM Uf, t Ul - (/16 t (/17