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Meßeinrichtung für Ströme in einem Hochspannungsleiter Die Erfindung
bezieht sich auf eine Meßeinrichtung für Ströme in einem Hochspannungsleiter mit
einem über jeweils eine Kondensator-Anordnung geschlossenen hochfrequenten Ubertragungskreises
zwischen der Hoch- und der Niederspannungsseite, mit einer im Zuge des Hochspannungsleiters
angeordneten Meßwert-Erfassungseinrichtung zur Gewinnung einer dem zu messenden
Strom proportionalen Spannung und mit einem zwischen der Hoch- und der Niederspannungsseite
angeordneten Spannungsteiler zur Betriebsspannungsversorgung auf der Hochspannungsseite.
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Es ist eine Anordnung zur Strommessung in Hochspannungsfreileitungen
bekannt (EGZ-A, 1961, Seiten 809 bis 814), bei der auf Niederspannungspotential
ein Hochfrequenzgenerator angeordnet ist. Der Hochfrequenzgenerator ist bezüglich
seines Ausganges über jeweils eine Kondensator-Anordnung mit einem auf Hochspannungspotential
angeordneten Ringmodulator verbunden, in dem eine dem Meßwert entsprechende Modulation
der vom Hochfrequenzgenerator erzeugten Schwingungen erfolgt. Die modulierte Schwingung
wird auf Niederspannungspotential entkoppelt und in einer Demodulator-Schaltung
in eine Meßgröße umgesetzt, die ein Maß für den Strom auf Hochspannungspotential
darstellt.
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Die bekannte Anordnung zur Strommessung in Hochspannungsfreileitungen
ist
insofern nachteilig, als sie in ihrem Aufbau verhältnismäßig aufwendig ist; sie
benötigt nämlich einen Hochfrequenzgenerator auf Niederspannungspotential, einen
Modulator auf Hochspannungspotential und eine Demodulatorschaltung auf Niederspannungspotential.
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Außerdem sind zwei Hochfrequenzsperren erforderlich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinrichtung für
Ströme in einem Hochspannungsleiter vorzuschlagen, die sich mit verhältnismäßig
geringem Aufwand herstellen läßt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Meßeinrichtung der eingangs
beschriebenen Art erfindungsgemäß an die Meßwert-Erfassungseinrichtung ein Spannungs-Frequenzwnsetzer
angeschlossen, dessen Ausgangskreis von der einen Kondensator-Anordnung, einem niederspamlungsseitigen
Meßwert-Abnahmewiderstand und der anderen Kondensator-Anordnung gebildet ist.
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Der Vorteil der erfindungzgemäßen Meßeinrichtung wird vor allem darin
gesehen, daß sie verhältnismäßig einfach aufgebaut ist, weil im Vergleich zu der
eingangs beschriebenen bekannten Anordnung zur Strommessung in Hochspannungsfreileitungen
auf einen Hochfrequenzgenerator auf Niederspannungspotential und auf einen zusätzlichen
Modulator auf Hochspannungspotential verzichtet werden kann, weil auf Hochspannungspotential
ein Spannungs-Prequenzumsetzer vorgesehen ist. Der am niederspannungsseitigen Meßwert-Abnahmewiderstand
abnehmbare Meßwert, dessen Frequenz jeweils ein Maß für den zu messenden Strom ist,
ist zur digitalen Weiterverarbeitung sowie zur Fernübertragung besonders gut geeignet,
ohne daß eine weitere Umsetzung erforderlich ist. Soll eine analoge Meßgröße gewonnen
werdenn, dann kann dies unter der Verwendung eines handelsüblichen Frequenz-Spannungsumsetzers
ohne Schwierigkeiten mit verhältnismäßig geringem Aufwand erfolgen.
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Als besonders vorteilhaft wird die erfindungsgemäße Meßeinrichtung
erachtet, wenn die eine Kondensator-Anordnung als kapazitiver Spannungsteiler ausgeführt
ist und den Spannungsteiler zur Betriebsspannungsversorgung auf der Hochspannungsseite.
bildet. Es braucht dann kein zusätzlicher Spannungsteiler zur Betriebsspannungsversorgung
verwendet werden, was sich besonders vorteilhaft auf die Herstellungskosten der
erfindungsgemäßen Meßeinrichtung auswirkt.
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Die Ausnutzung des kapazitiven Spannungsteilers zur Betriebsspannungsversorgung
auf der Hochspannungsseite läßt sich in vorteilhafter Weise dadurch bewerkstelligen,
daß der Abgriff des kapazitiven Spannungsteilers über einen Gleichrichter mit dem
einen Versorgungseingang des Spannungs-Brequenzumsetzers verbunden ist, dessen anderer
Eingang an den Hochspannungsleiter angeschlossen ist.
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Mit der bisher beschriebenen Einrichtung zur Betriebsspannungsversorgung
ist eine Versorgung auf der Hochspannungsseite nur dann sichergestellt, wenn eine
Spannung an dem Hochspannungsleiter anliegt. Ist die Spannung Null, dann ist auch
die Spannung am Oberspannungskondensator des kapazitiven Spannungsteilers Null und
der Spannungs-Brequenzumsetzer auf Hochspannungspotential ist nicht mit Betriebsspannung
versorgt. Am Meßwert-Abnahmewiderstand auf Niederspannungspotential tritt dann kein
Meßwert auf, was fälschlicher Weise als ein Strom Null im Hochspannungsleiter gewertet
würde.
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Um diese Unzulänglichkeit der erfindungsgemäßen -Meßeinrichtung bezüglich
der Betriebsspannungsversorgung auf der Hochspannungsseite zu beseitigen, ist in
vorteilhafter Weise im Zuge des Hochspannungsleiters zusätzlich ein Widerstand oder
ein Sättigungsstromwandler angeordnet, an den über einen Gleichrichter die Versorgungseingänge
des Spannungs-Frequenzumsetzers
angeschlossen sind. Die insofern
vervollständigte Betriebsspannungsversorgung auf der Hochs pannungsseite stellt
sicher, daß auch bei einer Spannung mit dem Werte Null am Hochspannungsleiter bei
einem diesen durchfließenden Strom noch eine ordnungsgemäße Meßwertübertragung zu
dem niederspannungsseitigenMeßwert-Abnahmewiderstand erfolgt. Entsprechendes gilt
für den Fall, daß der Strom den Wert Null aufweist, die Hochspannung am Hochspannungsleiter
jedoch einen endlichen Wert besitzt.
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Konstruktiv kann die erfindungsgemäße Meßeinrichtung in vorteilhafter
Weise derart ausgebildet sein, daß der Meßwert-Abnahmewiderstand in einem Fußteil
untergebracht ist, auf dem ein Stützer mit dem kapazitiven Spannungsteiler und der
innerhalb des Stützers untergebrachten anderen Kondensator-Anordnung angebracht
ist; der Stützer trägt ein Kopfgehäuse, in dem der Spannungs-Frequenzumsetzer, die
Meßwert-Erfassungseinrichtung und der Widerstand oder der Sättigungsstromwandler
angeordnet sind.
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Zur Erläuterung, der Erfindung ist in Figur 1 der schaltungsmäß ige
Aufbau der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung wiedergegeben, wahrend in Figur 2 eine
konstruktive Ausführungsform der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung angedeutet ist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist im Zuge eines Hochspannungsleiters
1 eine Meßwert-Erfassungseinrichtung 2 angeordnet, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
von einem ohmschen Widerstand gebildet ist. Die an der Meßwert-Erfassungseinrichtung
2 abfallende Spannung U1 ist einem Spannungs-Frequenzumsetzer 3 zugefihrt, dessen
Ausgangskreis von einer Kondensator-Anordnung 4, einem niederspannungsseitigenMeßwert-Abnahmewiderstand
5 und einer anderen Kondensator-Anordnung 6 besteht. Die Kondensator
-Anordnungen
4 und 6 sind demzufolge zwischen dem Hochspannungsleiter 1 und Niederspannungspotential
angeordnet. Die Kondensator-Anordnung 4 ist dabei von einemkapazitiven Spannungsteiler
gebildet, der einen Oberspannungskondensator 7 und einen Unterspannungskondensator
8 aufweist.
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Die Ausbildung der einen Kondensator-Anordnung 4 als ka,pazitiver
Spannungsteiler dient zur Betriebsversorgung des Spannungs-Frequenzumsetzers 3 auf
Hochspannungspotential, indem an dem Abgriff 9 des kapazitiven Spannungsteilers
ein Gleichrichter 10 angeschlossen ist, der mit einem Versorgungseingang 11 des
Spannungs-Frequenzumsetzers 3 verbunden ist. Der andere Versorgungseingang 12 des
Spannungs-Frequenzumsetzers 3 ist unmittelbar mit dem Hochspannungsleiter 1 bzw.
mit dem hochspannungsseitigen Ende des kapazitiven Spannungsteilers 4 verbunden.
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Um eine Betriebsspannungsversorgung des Spannungs-Frequenzumsetzers
3 auch bei einer Spannung Null am Hochspannungsleiter sicherzustellen, die allein
mit dem kapazitiven Spannungsteiler 4 und dem Gleichrichter 10 nicht erreichbar
ist, liegt im Zuge des Hochspannungsleiters 1 ein Widerstand 13, der mit seinem
einen Anschlußende über einen weiteren Gleichrichter 14 mit dem einen Vrsorgungseingang
11 des Spannungs-Frequenzumsetzers 3 und mit seinem anderen Anschlußende direkt
mit dem anderen Versorgungseingang 12 verbunden ist. Auf diese Weise ist erreicht,
daß bei einem Strom durch den Hochspannungsleiter 1 die Betriebsspannungsversorgung
a'uch bei einer Spannung Null am Hochspannungsleiter 1 sichergestellt ist.
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Die Meßwert-Erfassungseinrichtung 2 kann anstelle des in der Figur
1 dargestellten ohmschen Widerstandes auch von einer iuftspule gebildet sein. Der
Widerstand 13 zur Betriebsspannungsversorgung kann auch durch einen Sättigungsstromwandler
ersetzt werden.
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Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung nach Figur 1 arbeitet in der Weise,
daß die an der Meßwert-Erfassungseinrichtung 2 abfallende Spannung Ul in dem Spannungs-Frequenzumsetzer
3 in eine Spannung mit einer entsprechenden Frequenz umgesetzt wird. Ein demzufolge
im hochfrequenten Übetragungskreis mit der einen Kondensator-Anordnung 4, dem niederspannungsseitigen
Meßwert-Abnahmewiderstand 5 und der anderen Kondensator-Anordnung 6 fließender Strom
erzeugt an dem Meßwert-Abnahmewiderstand 5 auf Niederspannungspotential eine Spannung
U2, die hinsichtlich ihrer Frequenz ein Maß für den Strom J im Hochspannungsleiter
1 darstellt. Die Spannung U2 kann direkt ausgewertet werden; soll eine analoge Meßgröße
erzeugt werden, dann. läßt sich dies unter Verwendung eines üblichen Frequenz-Spannungsumsetzers
bewerkstelligen.
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Das in der Figur 2 dargestellte AusfuhrungsbeisPiel der erfindungsgemäßen
Meßeinrichtung stimmt hinsichtlich seines schaltungsmäßigen Aufbaues mit dem nach
Figur 1 überein. Die gezeigte Meßeinrichtung enthält einen Fußteil 20 mit dem Meßwert-Abnahmewiderstand
21 und einen auf das Nußteil aufgesetzten Stützer 22. In dem Stützer ist die als
kapazitiver Spannungsteiler ausgebildete eine Kondensator-Anordnung 23 sowie ein
Gleichrichter 24 untergebracht. Außerdem ist innerhalb des Stützers 22 die andere
Kondensatoranordnung 25 angeordnet.
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Oberhalb des Stützers 22 befindet sich ein Kopfgehäuse 26, das nicht
nur den Spannungs-Frequenzumsetzer 27, sondern auch die Meßwert-Erfassungseinrichtung
28 und den Widerstand 29 zur Betriebsspannungsversorgung einschließlich des zweiten
Gleichrichters 30 enthält.
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Mit der Erfindung wird eine Meßeinrichtung zur Messung von Strömen
in Hochspannungsleitern vorgeschlagen, die
sich mit vergleichsweise
geringem Aufwand herstellen läßt und die in vorteilhafter Weise auf Niederspannungspotential
einen Meßwert in digitaler Form liefert, der in entsprechend ausgelegten Schutzeinrichtungen
günstig verarbeitet werden kann.
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2 Figuren 5 Patentansprüche