DE2333242C2

DE2333242C2 - Digitaler magnetooptischer Meßwandler für Hochspannung

Info

Publication number: DE2333242C2
Application number: DE2333242A
Authority: DE
Inventors: Ernst Dr.Rer.Nat. 8000 Muenchen Feldtkeller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-06-29
Filing date: 1973-06-29
Publication date: 1974-12-05
Also published as: FR2235369B1; JPS5039180A; US3906343A; FR2235369A1; GB1436302A; DE2333242B1; CH584412A5

Description

'im =

~) η + '2 — nt

für die Faradaydreher B₁. mit I < k < n

Vk — ¹I k

η 4

beträgt.

2. Verfahren zur Gcvinnur^ eines /i-stelligen dualen Meßwertes mit einem } leßwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtstrahleinrichtung vorgesehen wird, mit der alle, jeweils von einem ersten Polarisator (1) einem Faradaydreher A_1n bzw. B₁. und einem zweiten Polarisator a_m bzw. b_k gebildeten Kanäle mit Licht gleicher Intensität bestrahlt werden. und daß eine Meßeinrichtung vorgesehen wird, mit der eine Lichtintensität, und zwar die von den einzelnen Kanälen durehgelassene Strahlung, gemessen wird, festgestellt wird, ob die Intensität der uurchgelassenen Strahlung hinter den Polarisatorcn /j, . . . H_n , und a„ über oder unter der halben maximal möglichen Intensität liegt. bzw. ob hinter den Polarisatoren <7. . ..«,._, die Intensität über einer ersten Schwelle die oberhalb der halben maximal möglichen Intensität gewählt wird, liegt, oder unter einer zweiten Schwelle, die unterhalb der halben maximal möglichen Intensität gewählt wird, wobei die n-te Stelle des dualen Meßwertes I oder O ist, je nachdem, ob aus dem Kanal mit A_n mehr als die Hälfte der größtmöglichen Lichtintensität bzw. weniger als die Hälfte der größtmöglichen Lichtintensität austritt, und wobei die m-\c Stelle der dualen Zahl (mit m < /1) I bzw. O lautet, je nachdem, ob die Intensität, die aus dem Kanal A„, austritt, oberhalb der ersten Schwelle oder ob die Intensität unterhalb der zweiten Schwelle liegt, und wobei, wenn die Lichtintensität zwischen diesen beiden Schwellen iicgt, mittels der Kanäle mit B₁ ... B_{n t} der Wert einer Stelle bestimmt wird, und zwar in der Weise, daß, falls bei einer bestimmten Stromstärke beispielsweise die Intensität des Kanals mit Λ, zwischen den Die Erfindung betrifft einen digitalen, magnetoopt'-chen Meßwandler für Hochspannungsanlagen.

Solche Meßwandler benutzen den magnetooptischen Faradayeffekt: Durchstrahlt Licht einen magnetoopiischen Körper, so wird die Polarisationsrichtung des Lichtes in Abhängigkeit wr· d,-r Stärke eines äußeren Magnetfeldes gedreht (Faradayellekt). Bei der Messung von Stromstärken in Hochspannungsanlagen wird die Wirkung des Magnetfeldes, das jeden Stromleiter umgibt, ausgenutzt.

Man hat bereits magnetooptischc MelJwandler uebaul. bei denen die Faradaydrehung eines auf Hochspannungspotential befindlichen magnetooptischen Körpers mit der Faradaydrehung eines aiii' Frdpotential liegenden magnetooptischen Körpers verclichen wird. Dazu muß diese Apparatur außerordentlich sorgfältig justiert werden, weil die Information, die in der magnetfeldabhängigcn Änderung der Polarisutionsrichtung liegt, auf dem Wege von dem magnetooptischen Körper im Hochspannungspotential zu dem Körper auf Erdpotential nicht zerstört werden darf. Beispielsweise kommen Multimode-Glas-Licht-Leiter wegen der Zerstörung der Lichtpolarisation nicht in Frage.

Line andere Möglichkeit besteht darin, die Faradaydrehung. die durch den magnetooptischen Körper auf Hochspannungspotential hervorgerufen wird. mit Hilfe eines als optischen Analysator benutzten Polarisators in eine Lichlintensitätsinformation umzuwandeln. Dabei ergibt sich jedoch /wischen Stromstärke und Lichtintensität eine «!sinusförmige Abhängigkeit. Man hat also bei großen Meßwerten. d. h. bei großen Stromstärken, einen mehrdeutigen Zusammenhang zwischen Stromstärke und Lichtintensität, oder man hat bei kleinen Meßwerten, d. h. bei kleinen Stromstärken, eine sehr geringe I.ichtintrnsität. d. h. ein sehr kleines Signal.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1955 403 ist eine digitale Meßeinrichtung für Ströme in Hochspannungsleitern bekannt. Diese Einrichtung enthält eine optische Einrichtung mit einem Interferometer. Von zwei kohärenten Lichtstrahlen durchstrahlt einer einen optischen Modulator, der seinen Brechungsindex auf Grund des elektrooptischen oder des magnetooptischen EfTcktcs proportional der zu messenden Stromstärke ändert. Die bei der Interferenz der beiden Lichtstrahlen auftretenden Interferenzstreifen werden gezählt und sind ein Maß für die Stromstärke.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es. einen technisch anderen, digitalen, magnetooptischen Meßwandlcr an/.ugeben. Dabei soll eine Meßgenauigkeit erreicht werden, die 0,5" des für den Meßwandlcr noch meßbaren Höchstwertes entspricht. Diese Aufgabe wird

durch einen gemäß dem Kennzeichen des Patentan- unter der Hülfte der maximalen Intensität liegt und

Spruches I ausgebildeten, digitalen magnetoopti- die /-te Stelle) lautet. Im jeweils umgekehrten Fall

sehen Mcßwandler gelöst. lautet die /-te Stelle der Dualzahl 0. Die Stellenwerte

Vorzugsweise ist vorgesehen, die Faradaydreher der dualen Zahl werden also, in der letzten Stelle be-

und die dazugehörigen Polarisatoren mit infrarotem 5 ginnend, nacheinander festgelegt. Die eben beschrie-

Licht zu durchstrahlen. In diesem Spektralgebiet des bene Verknüpfung läßt sich in bekannter Weise Lichtes lassen sich Faradaydrehungen erzielen, die durch jede Exklusiv-Odcr-Schaltung realisieren,

bis zu einem Vielfachen des Winkels η gehen. Dadurch, daß der erfindungsgemäße Meßwandler

Der Proportionalitätsfaktor zwischen dem Winkel, zwei Gruppen von Faradaydreher und dementspre-

um den die Polarisationsebene des den Faradaydre- io chend zwei Gruppen von Kanälen, besitzt, sind für

her durchstrahlenden Lichtes gedreht wird, und der die obengenannten Schwellen vorteilhafterweise

Stromstärke, läßt sich durch Variation der Spulen- keine scharfen Werte notwendig, d.h., die Justierung

windungszahl der den Faradaydreher umgebenden des erfindungsgemäßen Meßwandlers ist außeror-

Spule oder durch Variation der Länge des im Ma- deutlich einfach. Die zulässigen Toleranzen bei der

gnetfeld befindlichen magnetooplischen Körpers, aus 15 Justierung sind vorteilhafterweise groß, ohne daß das

dem der Faradaydreher besteht, einstellen. Meßergebnis verfälscht werden könnte.

Bei dem erfindungsgemäßen Meßwandler werden An Hand der Figur wird die Erfindung noch geKanäle, das sind die Faradaydreher und die dazuge- nauer erläutert: Die Faradaydreher A_λ bis A_n und B₁ hörigen zwei Polarisatoren, mit Licht durchstrahlt, bis B₁₁ , sind mit Spulenwindungen umgeben, durch und zwar alle Kanäle mit der gleichen Lichtinlensi- 20 die ein Anteil des zu messenden Strome«; fließt. Die tat. Gemessen wird die Lichtintensität, die auf der An/;:hl der Spulenwindurgen wird gemäß du" ge-Ausgangsseite der Kanäle in Abhängigkeit von der wünschten Stromenipiindlii¹ \eit der ein/einen lara-Siromstärke austritt. Die einzelnen Intensitäten aut davdrcher gewählt. Der lai a-'avdreher A_n hat als der Ausgansisseite der Kanäle werden in folgender der empfindlichste die meist«.η Spulenwindungen, die Weise in duale Zahlen übersetzt: Das Lrgebnis ist 25 beiden Laiadasdrcher A, und B₁ haben als die iincine /!-steUige duale Zahl. Die /i-te Stelle, d. h. die "mptindliehsten die wenigsten Spulenwindungen. Die lel/te Stelle, lautet 1 bzw. 0. je nachdem, ob aus I aradavdreher sind angeordnet /wischen dem PoIa- ciein Kanal mit A_n mehr als die Hälfte der gröLUmög- risator 1 und den Polarisation 1/. ... a_n bzw. liehen Lichtintensitäten bzw. weniger als die Hälfte /1, ./>,, ,. Diese letzteren Polarisatoren haben geller größtmöglichen Lichtintensitäten austritt. Die 30 genüher dem Polarisator ! eine gemäß der Index- /?i-tc Stelle der dualen Zahl (mit m ·< /1) lautet 1 nummer um die oben angegebenen Winkel -, ,., bzw. bzw. 0, je nachdem, ob die li.tensität. die au:, dem ■,■;. verdichte Polarisationsebene. Vorgesehen ist Kanal mit A_1n austritt, oberhalb einer ersten Schwelle noch eine in der Zeichnung nicht dargestellte I.ichtliegt. die ihrerseits größer gewählt ist als die Hälfte einrichtung, die eine Strahlung KM) erzeugt, die zu- dcr größtmöglichen Lichtintensität, oder ob die In- 35 erst den Polarisator 1. dann die laiadavdreher und tensität unterhalb einer zweiten Sehwelle liegt, die dann die Polarisaloren a, bis <i_n und Λ, b;s /i„ , ihrerseits geringer gewählt ist als die Hällie der durchstrahlt. Für jeden der letzteren Polarisatoren größtmöglichen Lichtintensität. Liegt die Intensität ist einer der Lichtleiter 2 vorgesehen, der das diesen des austretenden Lichtes zwischen diesen beiden Polarisator verlassende Licht zu eir-.-r lniensitais-Schwellen, so wird mittels der Kanäle mit den Lara- 40 meßeinrichtung. die in der Zeichnung nicht dargedaydrehern /i, . . . B_n , der Wert dieser Stelle be- stellt ist. weiterleitet, wo dann das bis hierher noch stimmt, und zwar in folgender Weise: Bei einer be- latente Meßergebnis gemäß dem obengenannten Veistimmten Stromstärke liegt beispielsweisj die Inten- fahren in eine duale Zahl iibersetzt wird.
sität des Kanals mit A₁ zwischen den beiden obenue- Die I annkiydreher sind beispielsweise aus paiananntcn Schwellen. Die /-te Stelle der dualen Zahl 45 magnetischem Lliniglas oder ;;us einem \omiagnelilautet L wenn die Intensität aus dem Kanal mit /i, sierten Icnimaunetischen (iranaikristall oder einem über der Hälfte der größtmöglichen Lichtintensität anderen niagnelooptisehen Material, dessen Vorliegt und die (/ ' 1 )-sle Stelle der dualen Zahi 0 lau- zugsebene senkrecht zur Lichtausbteitimgsriihtung let oder wenn die Intensität aus dem Kanal mit B₁ liegt, hergestellt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I, Digitaler, magnetooptischer Meßwandler für Hochspannungsanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Gruppen von Faradaydrehern vorgesehen sind, und zwar eine erste Gruppe mit den η Faradaydrehern A, bis A_n und eine zweite Gruppe mit den n— 1 Faradaydrehern B_x bis B_n __v wobei die Faradaydreher A_x und B_x eine gleichstarke Stromabhängigkeit der Dehnung besitzen und wobei in jeder Gruppe die bezüglich ihrer Indexnummer nachfolgenden Faradaydreher jeweils gegenüber den bezüglich ihrer Indexnummer vorausgehenden Faradaydrehern eine doppelt so starke Stromabhängigkeit der Drehung besitzen, und dadurch daß alle Faradaydreher zwischen jeweils einem ersten und einem zweiten Polarisator angeordnet sind, deren Polarisutionsebenen sich um einen Winkel unterscheiden, der für die Faradaydreher A_m mit 1 < in < /;

obengenannten Schwellen hegt, die He Stelle 3erKen Zahl 1 lautet, wenn die Intensität aus dem Kanal mit B, über der Hälfte der großtmog-HdSn uMÜa» liegt und die (J ₊ I)-Ie Stele der dualen Zahl 0 lautet, oder wenn die; Inten-StRl a»s dem Kanal .nit B₁ unter er Hafte er maximalen Intensität liegt und die / H)-te Stelle l lautet, und daß die /-te Stelle der dualen Zahl 0 lautet im jeweils entgegengesetzten Fall.