DE2845155A1

DE2845155A1 - Einrichtung zur erfassung der leiterstroeme in mehrphasigen mittelspannungsanlagen

Info

Publication number: DE2845155A1
Application number: DE19782845155
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl Ing Waldmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-10-17
Filing date: 1978-10-17
Publication date: 1980-04-30
Also published as: JPS5557152A; DE2845155C2

Description

Einrichtung zur Erfassung der Leiterströme in mehr-
phasigen Mittelspannungsanlagen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erfassung der Leiterströme in mehrphasigen Mittelspannungsanlagen.
Zur Strommessung in Mittelspannungsanlagen werden im Regelfall Stromwandler benutzt. Zur Vereinfachung der Meßanordnung kann eine den Strom führenden Leiter umschließende Rogowski-Spule benutzt werden. Das vom Strom erzeugte Magnetfeld durchsetzt dabei die Spulenfläche der Rogowski-Spule und induziert eine Spannung, welche der Änderungsgeschwindigkeit des Stromes proportional ist. Durch Integration dieser Spannung läßt sich ein dem Stromistwert proportionales Signal bilden.
Da die Rogowski-Spule als geschlossene Wicklung den Leiter umschließt, erzeugen außerhalb der Spule fließende Ströme (Nachbarphasen) keine Meßwertverflschung, Die einzelnen Meßsysteme sind also voneinander entkoppelt.
Eine Überprufung hat ergeben, daß die praktische Realisierung der Rogowski-Spule einige Schwierigkeiten bringt, die einmal durch die Bauform als geschlossener Ring (schwierige Herstellung, spezieller Wickelkörper, schwierige Montage am Schalter) und zum anderen durch die örtliche Unterbringung in der Zelle bzw. am Schalter verursacht werden.
Ausgehend davon wäre eine einfache Anordnung in Form einer offenen Spule wünschenswert.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demgemäß darin, eine einfache Einrichtung zur Erfassung der einzelnen Leiterströme mit offenen Spulen zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im definierten Abstand von Jedem Leiter eine Feldspule angeordnet ist und an die Feldspulen ein Verknüpfungsnetzwerk angeschlossen ist, in dem den Leiterströmen proportionale Signale durch gewichtete Addition der in den Feldspulen induzierten Spannungen erzeugbar sind.
Auf diese Weise läßt sich die einfach herstellbare und einfach montierbare Feldspule verwenden, da sich die Kopplungen durch das Verknüpfungsnetzwerk wieder eliminieren lassen.
Da die in den Feldspulen induzierten Spannungen der Änderungsgeschwindigkeit des Stromes proportional sind, aber meist ein dem Strom selbst proportionales Signal benötigt wird, werden die Spannungen in den Feldspulen vor oder nach dem Verknüpfungsnetzwerk integriert.
Das Verknüpfungsnetzwerk selbst läßt sich relativ einfach aus Umkehrverstärkern und Potentiometern aufbauen.
Die Einstellung der einzelnen Parameter, d.h. die Berücksichtigungder einzelnen Verknüpfungen, braucht nur einmal vorgenommen zu werden, da sie im wesentlichen von den geometrischen Verhältnissen abhängen und sich nach festem Einbau der Anordnung in eine Schaltanlage nicht mehr ändern. Die Parameter selbst können dadurch testimst werden, daß man jeweils die Spannungen bestimmt, die sich ergeben, wenn nur in einem Leiter Strom fließt.
Anhand einer Zeichnung sei die Erfindung näher erläutert; In einer Mittelspannungsschaltanlage von z.B. 20 Kilovolt sind die Ströme iR, iS und iT in den Stromleitern 1, 2 und 3 eines Dreiphasensystems zu erfassen. Die geschnitten gezeigten Stromleiter 1, 2 und 3 können z.B.
Stromschienen oder Schaltstrecken in den Schaltzellen sein.
Zur Messung der Ströme sind im Abstand a von ca. 30 cm von den Leitern drei Feldspulen 5, 6 und 7 hinter einer Isolierstoffplatte 4 in einer Ebene vorgesehen.
Durch die die Stromleiter 1, 2 und 3 umgebenden magnetischen Wechselfelder werden in den drei Feldspulen Spannungen induziert.
In der Feldspule 5 induzierte Spannung eR rührt hauptsächlich vom Strom eR im Leiter 1 her, enthält jedoch durch die magnetische Kopplung auch Anteile, die von den Strömen in den Leitern 2 und 3 herrühren. Mathematisch läßt sich folgende Beziehung angeben: wobei Q die Kopplungsfaktoren (Dimension: Induktivitäten) und di die zeitliche Anderung der Ströme in den Stromleit B n angeben. Entsprechendes gilt für die Spannung e5 in der Feldspule 6 und für die Spannung eT in der Feldspule 7: Aus dem Gleichungssystem 1 bis 3 läßt sich durch Bilden der Kehrmatrix eine Auflösung nach di gewinnen, d.h.
Die Faktoren Q und b hängen u.a. von der räumibhen Anordnung der Feldspulen und der Stromleiter zueinander ab und können bei Schaltanlagen als konstant angesehen werden. Die Q-Werte lassen sich durch Messung der induzierten Spannungen bestimmen, z.3.: und diR die zeitliche Anderung eines bekannten Meßstrodt mes im Stromleiter 1 ist.
Durch Auflösung des Gleichungssystems 1 bis 3 lassen sich aus den Q-Werten die b-Werte der Gleichungen 4 bis 6 berechnen. Für ein Dreiphasensystem können dann durch entsprechende Addition der Anteile der Spannungen ess eR und eT Werte für die zeitlichen Änderungen der Ströme in den Stromleitern 1, 2 und 3 bestimmt werden.
Aus diesen Werten lassen sich dann durch Integration Signale bilden, die den Strömen in den Stromleitern proportional sind.
Zur Bildung des Wertes diR nach Gleichung 4 sind die Feldspulen 5, 6 und 7 dt über gegebenenfalls Umkehrverstärker 9 und entsprechend den b-Werten eingestellten Potentiometer 10 mit einem Summierverstärker 11 verbunden. Der am Ausgang des Summierverstärkers 11 auftretende Wert wird in einem Integrator 12 integriert, dessen Ausgangssignal dann ein Maß für den Strom eR im Stromleiter 1 bildet.
Entsprechend der Bildung des Meßwertes für diR werden die Werte von dis und diT gemäß den Glei- dt dt dt chungen 5 und 6 gebildet und dann aus diesen Werten die Werte i5 und iT durch Integration gebildet.
Im rechten Teil der Zeichnung ist eine kleine Variante der Meßwertbildung dargestellt, und zwar werden hier zunächst die in Feldspulen 5, 6 und 7 induzierten Spannungen in Integratoren 13 integriert und dann über entsprechend gewichtete Potentiometer 14 für jeden Strommeßwert in einem Verstärker 15 kombiniert.
Zur Erhöhung des Signalpegels kann es gegebenenfalls noch von Vorteil sein, an den Feldspulen magnetische Fangbleche 8 und/oder Eisenkerne vorzusehen.
5 Patentansprüche 1 Figur

Claims

PatentansDrüche ) Einrichtung zur Erfassung der Leiterströme in mehrphasigen Mittelspannungsanlagen, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß im definierten Abstand von Jedem Leiter (1, 2, 3) eine Feldspule (5, 6, 7) angeordnet ist und an die Feldspulen ein Verknttpfungsnetzwerk (9, 10, i1) angeschlossen ist, in dem den Leiterströmen (e) proportionale Signale durch gewichtete Addition der in den Feldspulen (5, 6, 7) induzierten Spannungen (e) erzeugbar sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die durch gewichtete Addition gebildeten Signale (3) Integratoren (12) zuführbar sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h ge -k e n n z e i c h n e t, daß die in den Feldspulen (5, 6, 7) induzierten Spannungen über Integratoren (13) dem Verknüpfungsnetzwerk(14, 15) zuführbar sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß das Verknüpfungsnetzwerk aus Verstärkern (9, 11) und Potentiometern (10) aufgebaut ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e nn z e i c h n e t, daß die Feldspulen (5, 6, 7) mit magnetischen Fangblechen (8) versehen sind.