DE2333242B1

DE2333242B1 - Digitaler magnetooptischer Messwandler fuer Hochspannung

Info

Publication number: DE2333242B1
Application number: DE2333242A
Authority: DE
Inventors: Ernst Dr Rer Nat Feldtkeller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-06-29
Filing date: 1973-06-29
Publication date: 1974-05-09
Also published as: CH584412A5; JPS5039180A; US3906343A; FR2235369A1; DE2333242C2; FR2235369B1; GB1436302A

Description

durch einen gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruches 1 ausgebildeten, digitalen magnetooptischen Meßwandler gelöst.

Vorzugsweise ist vorgesehen, die Faradaydreher und die dazugehörigen Polarisatoren mit infrarotem Licht zu durchstrahlen. In diesem Spektralgebiet des Lichtes lassen sich Faradaydrehungen erzielen, die bis zu einem Vielfachen des Winkels π gehen.

Der Proportionalitätsfaktor zwischen dem Winkel, um den die Polarisationsebene des den Faradaydreher durchstrahlenden Lichtes gedreht wird, und der Stromstärke, läßt sich durch Variation der Spulenwindungszahl der den Faradaydreher umgebenden Spule oder durch Variation der Länge des im Magnetfeld befindlichen magnetooptischen Körpers, aus dem der Faradaydreher besteht, einstellen.

Bei dem erfindungsgemäßen Meßwandler werden Kanäle, das sind die Faradaydreher und die dazugehörigen zwei Polarisatoren, mit Licht durchstrahlt, und zwar alle Kanäle mit der gleichen Lichtintensitat. Gemessen wird die Lichtintensität, die auf der Ausgangsseite der Kanäle in Abhängigkeit von der Stromstärke austritt. Die einzelnen Intensitäten auf der Ausgangsseite der Kanäle werden in folgender Weise in duale Zahlen übersetzt: Das Ergebnis ist eine rc-stellige duale Zahl. Die n-te Stelle, d. h. die letzte Stelle, lautet 1 bzw. 0, je nachdem, ob aus dem Kanal mit A_n mehr als die Hälfte der größtmöglichen Lichtintensitäten bzw. weniger als die Hälfte der größtmöglichen Lichtintensitäten austritt. Die m-te Stelle der dualen Zahl (mit m<Cri) lautet 1 bzw. 0, je nachdem, ob die Intensität, die aus dem Kanal mit A_m austritt, oberhalb einer ersten Schwelle liegt, die ihrerseits größer gewählt ist als die Hälfte der größtmöglichen Lichtintensität, oder ob die Intensität unterhalb einer zweiten Schwelle liegt, die ihrerseits geringer gewählt ist als die Hälfte der größtmöglichen Lichtintensität. Liegt die Intensität des austretenden Lichtes zwischen diesen beiden Schwellen, so wird mittels der Kanäle mit den Faradaydrehern S₁... .B_n-1 der Wert dieser Stelle bestimmt, und zwar in folgender Weise: Bei einer bestimmten Stromstärke liegt beispielsweise die Intensität des Kanals mit A₁ zwischen den beiden obengenannten Schwellen. Die /-te Stelle der dualen Zahl lautet 1, wenn die Intensität aus dem Kanal mit B-_t über der Hälfte der größtmöglichen Lichtintensität liegt und die (/-f l)-ste Stelle der dualen Zahl 0 lautet oder wenn die Intensität aus dem Kanal mit B₁ unter der Hälfte der maximalen Intensität liegt und die /-te Stelle 1 lautet. Im jeweils umgekehrten Fall lautet die /-te Stelle der Dualzahl 0. Die Stellenwerte der dualen Zahl werden also, in der letzten Stelle beginnend, nacheinander festgelegt. Die eben beschriebene Verknüpfung läßt sich in bekannter Weise durch jede Exklusiv-Oder-Schaltung realisieren.

Dadurch, daß der erfindungsgemäße Meßwandler zwei Gruppen von Faradaydreher und dementsprechend zwei Gruppen von Kanälen, besitzt, sind für die obengenannten Schwellen vorteilhafterweise keine scharfen Werte notwendig, d. h., die Justierung des erfindungsgemäßen Meßwandlers ist außerordentlich einfach. Die zulässigen Toleranzen bei der Justierung sind vorteilhafterweise groß, ohne daß das Meßergebnis verfälscht werden könnte.

An Hand der Figur wird die Erfindung noch genauer erläutert: Die Faradaydreher A₁ bis A_n und B₁ bis B_n_₁ sind mit Spulenwindungen umgeben, durch die ein Anteil des zu messenden Stromes fließt. Die Anzahl der Spulenwindungen wird gemäß der gewünschten Stromempfindlichkeit der einzelnen Faradaydreher gewählt. Der Faradaydreher A_n hat als der empfindlichste die meisten Spulenwindungen, die beiden Faradaydreher A₁ und B₁ haben als die unempfindlichsten die wenigsten Spulenwindungen. Die Faradaydreher sind angeordnet zwischen dem Polarisator 1 und den Polarisatoren O₁... a_n bzw. O₁... O_n-1. Diese letzteren Polarisatoren haben gegenüber dem Polarisatori eine gemäß der Indexnummer um die oben angegebenen Winkel cp_m bzw. y>_k verdrehte Polarisationsebene. Vorgesehen ist noch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Lichteinrichtung, die eine Strahlung 100 erzeugt, die zuerst den Polarisator 1, dann die Faradaydreher und dann die Polarisatoren Ut₁ bis a_n und b₁ bis O_n-1 durchstrahlt. Für jeden der letzteren Polarisatoren ist einer der Lichtleiter 2 vorgesehen, der das diesen Polarisator verlassende Licht zu einer Intensitätsmeßeinrichtung, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist, weiterleitet, wo dann das bis hierher noch latente Meßergebnis gemäß dem obengenannten Verfahren in eine duale Zahl übersetzt wird.

Die Faradaydreher sind beispielsweise aus paramagnetischem Flintglas oder aus einem vormagnetisierten ferrimagnetischen Granatkristall oder einem anderen magnetooptischen Material, dessen Vorzugsebene senkrecht zur Lichtausbreitungsrichtung liegt, hergestellt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

ι 2 obengenannten Schwellen liegt, die i-te Stelle Patentansprüche: der dualen Zahl 1 lautet, wenn die Intensität aus dem Kanal mit B1 über der Hälfte der größtmög-

1. Digitaler, magnetooptischer Meßwandler liehen Lichtintensität liegt und die (i+l)-te Stelfür Hochspannungsanlagen, dadurch ge- 5 le der dualen Zahl 0 lautet, oder wenn die Intenkennzeichnet, daß zwei Gruppen von sität aus dem Kanal mit B₁ unter der Hälfte der Faradaydrehern vorgesehen sind, und zwar eine maximalen Intensität liegt und die (i+l)-te Stelerste Gruppe mit den η Faradaydrehern A₁ViSA_n Ie 1 lautet, und daß die /-te Stelle der dualen und eine zweite Gruppe mit den n—l Faraday- Zahl 0 lautet im jeweils entgegengesetzten Fall. drehernjBji bis B_n __v wobei die Faradaydreher A₁ io

und B₁ eine gleichstarke Stromabhängigkeit der

Dehnung besitzen und wobei in jeder Gruppe

die bezüglich ihrer Indexnummer nachfolgenden
Faradaydreher jeweils gegenüber den bezüglich

ihrer Indexnummer vorausgehenden Faraday- 15 Die Erfindung betrifft einen digitalen, magnetoopdrehern eine doppelt so starke Stromabhängig- tischen Meßwandler für Hochspannungsanlagen,
keit der Drehung besitzen, und dadurch daß alle Solche Meßwandler benutzen den magnetoopti-Faradaydreher zwischen jeweils einem ersten und sehen Faradayeffekt: Durchstrahlt Licht einen maeinem zweiten Polarisator angeordnet sind, de- gnetooptischen Körper, so wird die Polarisationsren Polarisationsebenen sich um einen Winkel 20 richtung des Lichtes in Abhängigkeit von der Stärke unterscheiden, der für die Faradaydreher A_m eines äußeren Magnetfeldes gedreht (Faradayeffekt). mit 1 < m < η Bei der Messung von Stromstärken in Hochspan- _ ₁ nungsanlagen wird die Wirkung des Magnetfeldes, „ ₌ ü _ ^m~ _π das jeden Stromleiter umgibt, ausgenutzt.
^m 2 2ⁿ⁺²~^m 25 Man hat bereits magnetooptische Meßwandler

gebaut, bei denen die Faradaydrehung eines auf

für die Faradaydreher B_k mit 1 < k < n—l Hochspannungspotential befindlichen magnetooptischen Körpers mit der Faradaydrehung eines auf

_ Jf ^L Erdpotential liegenden magnetooptischen Körpers

^k 4 30 verglichen wird. Dazu muß diese Apparatur außerordentlich sorgfältig justiert werden, weil die Informa-

beträgt. tion, die in der magnetfeldabhängigen Änderung der

2. Verfahren zur Gewinnung eines «-stelligen Polarisationsrichtung liegt, auf dem Wege von dem dualen Meßwertes mit einem Meßwandler nach magnetooptischen Körper im Hochspannungspoten-Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine 35 tial zu dem Körper auf Erdpotential nicht zerstört Lichtstrahleinrichtung vorgesehen wird, mit der werden darf. Beispielsweise kommen Multimodealle, jeweils von einem ersten Polarisator (1) Glas-Licht-Leiter wegen der Zerstörung der Lichteinem Faradaydreher A_m bzw. B_k und einem polarisation nicht in Frage.

zweiten Polarisator a_m bzw. b_k gebildeten Kanäle Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Faramit Licht gleicher Intensität bestrahlt werden, 40 daydrehung, die durch den magnetooptischen Korund daß eine Meßeinrichtung vorgesehen wird, per auf Hochspannungspotential hervorgerufen wird, mit der eine Lichtintensität, und zwar die von mit Hilfe eines als optischen Analysator benutzten den einzelnen Kanälen durchgelassene Strahlung, Polarisators in eine Lichtintensitätsinformation umgemessen wird, festgestellt wird, ob die Intensi- zuwandeln. Dabei ergibt sich jedoch zwischen tat der durchgelassenen Strahlung hinter den Po- 45 Stromstärke und Lichtintensität eine cosinusförmige larisatoren O₁... b_n _ _t und a_n über oder unter Abhängigkeit. Man hat also bei großen Meßwerten, der halben maximal möglichen Intensität liegt, d. h. bei großen Stromstärken, einen mehrdeutigen bzw. ob hinter den Polarisatoren a_x... Ci_n-1 die Zusammenhang zwischen Stromstärke und Lichtintensität über einer ersten Schwelle, die ober- intensität, oder man hat bei kleinen Meßwerten, d. h. halb der halben maximal möglichen Intensität 50 bei kleinen Stromstärken, eine sehr geringe Lichtingewählt wird, liegt, oder unter einer zweiten tensität, d. h. ein sehr kleines Signal.
Schwelle, die unterhalb der halben maximal Aus der deutschen Auslegeschrift 1955 403 ist möglichen Intensität gewählt wird, wobei die eine digitale Meßeinrichtung für Ströme in Hochtt-te Stelle des dualen Meßwertes 1 oder 0 ist, je Spannungsleitern bekannt. Diese Einrichtung enthält nachdem, ob aus dem Kanal mit A_n mehr als die 55 eine optische Einrichtung mit einem Interferometer. Hälfte der größtmöglichen Lichtintensität bzw. Von zwei kohärenten Lichtstrahlen durchstrahlt einer weniger als die Hälfte der größtmöglichen Licht- einen optischen Modulator, der seinen Brechungsintensität austritt, und wobei die m-te Stelle der index auf Grund des elektrooptischen oder des dualen Zahl (mit m<Cri) 1 bzw. 0 lautet, je magnetooptischen Effektes proportional der zu mesnachdem, ob die Intensität, die aus dem Kanal 6° senden Stromstärke ändert. Die bei der Interferenz A_m austritt, oberhalb der ersten Schwelle oder der beiden Lichtstrahlen auftretenden Interferenzob die Intensität unterhalb der zweiten Schwelle streifen werden gezählt und sind ein Maß für die liegt, und wobei, wenn die Lichtintensität zwi- Stromstärke.

sehen diesen beiden Schwellen liegt, mittels der Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen technisch

Kanäle mit B₁ ... B_n-1 der Wert einer Stelle be- 65 anderen, digitalen, magnetooptischen Meßwandler

stimmt wird, und zwar in der Weise, daß, falls anzugeben. Dabei soll eine Meßgenauigkeit erreicht

bei einer bestimmten Stromstärke beispielsweise werden, die 0,5" des für den Meßwandler noch meß-

die Intensität des Kanals mit A_t zwischen den baren Höchstwertes entspricht. Diese Aufgabe wird