DE2850737A1 - Schaltungsanordnung zur strommessung mittels magnetischen spannungsmessers - Google Patents

Description

Schaltungsanordnung zur Strommessung mittels magnetischen Spannungsmessers

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Strommessung mittels eines magnetischen Spannungsmessers und eines nachgeschalteten Integriergliedes· Die beschriebene Lösung ist für die Strommessung in elektrischen Netzen oder Schaltungen bestimmt, wo eine Abbildung des zu messenden Stromes durch eine ihm proportionale Spannung erwünscht oder möglich ist·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Zur Messung von Strömen in elektrischen Netzen und Schaltungen werden Stromwandler benötigt· Diese Stromwandler trennen den Meßkreis von dem Potential des Hochspannungskreises und/oder verkleinern die Meßgröße in einem Maße, daß sie für die verwendeten Meßinstrumente und Beiais geeignet ist·

In der klassischen Ausführung besteht der Stromwandler aus einem geschlossenen Eisenkern und einer Primärwicklung sowie einer Sekundärwicklung, deren Windungszahlverhältnis das Übersetzungsverhältnis darstellt und ein Maß für die Verkleinerung der Meßgröße ist·

Zur Verringerung des Aufwandes bei derartigen Meßanordnungen sowie zur Beseitigung anderer Probleme, die beim Einsatz der klassischen Stromwandler auftreten, wie die sichere Erfassung der Kurzschlußströme, die Erfassung der Gleichstromkomponente im Kurzschlußfall und die Beherrschung der Stromkräfte ist es bekannt, magnetische Spannungsmesser zur Wandlung der Meßgröße und zur Potentialtrennung einzusetzen (DT-PS 609 486)·

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Die Anwendung solcher magnetischer Spannungsmesser bietet sich im zunehmenden MaBe vor allem deshalb an, weil immer mehr nur leistungsarme Meßgrößen und Meßsignale von den Anwendern gefordert werden·

Da inzwischen die konstruktive Gestaltung von magnetischen Spannungsmessern mit kleinen Fehlern fortgeschritten ist (z. B. QIr-IS 40 036 und ETZ Ausgabe A (1962) Bd 83 H 11 S· 349 ff), besteht nunmehr das Eniblem darin, das vom magnetischen Spannungsmesser erhaltene Signal in einfacher Weise zu verarbeiten·

Da aber die vom magnetischen Spannungsmesser abgegebene Spannung der zeitlichen Ableitung di/dt proportional ist, weisen die bekannten Meßanordnungen am Ausgang des Spannungsmessers zunächst ein Integrierglied auf, welches an seinem Ausgang wieder eine, den Meßstrom abbildende Spannung liefert·

Diese Integrierglieder bestehen dabei stets aus einem netzwerk von Kapazitäten und Widerständen (SZ-ES 350 710; DT-K 1 281 5*5; Wissenschaftliche Zeitschrift der Hochschule für Elektrotechnik Ilmenau (1965) Bd 11 H 2 S. 119 ff), oder aus integrierenden Meßverstärkern (ETZ-Ausgabe A (1962) Bd 83 H 11 S. 355)·

Die Anwendung von Netzwerken mit Kapazitäten haben folgenden Nachteil· Da der magnetische Spannungsmesser die Größe

di

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dt

streng genommen nur im Leerlauf liefert, muß das nachgeschaltete Integrierglied diese Bedingung weitgehend erfüllen, daß heißt hochohmig sein bzw· zum Ausgleich der bei Abweichung vom Leerlauf fall entstehenden Phasenfehler aus mehreren Stufen bestehen· Die Ausgangsspannung derartiger Integrierglieder ist auch meist sehr klein· Demzufolge ist eine direkte Verarbeitung der Meßsignale kaum

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möglich. Deshalb verwendet man auch anstelle passiver Integrierglieder elektronische Integrierverstärker, die in bekannter Weise als Millerintegrator ausgebildet sind· Hier tritt der Nachteil ein, daß im Überstromfall bzw· bei großen Stromänderungen die Ausgangsspannung des magnetischen Spannungsmessers derart groß wird, daß der Eingang des elektronischen Integrierverstärkers gefährdet ist. Für den Eingangswiderstand gelten die Aussagen, wie beim Integrierglied mit passiven Bauelementen·

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, die von einem magnetischen Spannungsmesser erhaltene Meßgröße in einfacher Weise zu verarbeiten·

Darlegung des Wesens der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Integrierglied mit passiven Bauelementen zu schaffen, welches es gestattet, einen Stromfluß durch den magnetischen Spannungsmesser zuzulassen, ohne daß die aus dem Integrierglied erhaltene Größe gegenüber der primären Größe verfälscht ist·

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß am Ausgang des magnetischen Spannungsmessers eine Reihenschaltung aus einer Drossel und einem ohmschen Widerstand bzw· dem Eingang eines Verstärkers, vorzugsweise eines Operationsverstärkers, vorgesehen ist·

Ausführungsbeispiel

Anhand einer Zeichnung wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel beschrieben·
In der Zeichnung zeigt

Fig· 1: eine Schaltungsanordnung zur Strommessung mittels eines magnetischen Spannungsmessers im Prinzip, Fig. 2: eine Schaltungsanordnung wie in Fig. 1, aber mit nachgeschaltetem Operationsverstärker«

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Der in einem Leiter 1 fließende Strom i,- ruft am magnetischen Spannungsmesser 2 eine Spannung hervor, die der ersten Ableitung des Stromes i^ proportional ist· Dabei sind unter einem magnetischen Spannungsmesser sowohl die bekannte Rogowski-Spule als auch im Leerlauf betriebene Stromwandleranordnungen mit oder ohne gescherten Magnetkern zu verstehen·

Am Ausgang des magnetischen Spannungsmessers liegen in Reihe eine Drossel 3 Kit einem Magnetkern 4, der unterhalb der Sättigung betrieben wird,und ein Meßwiderstand Die Größe des Meßwiderstandes wird dabei so bemessen, daß die Zeitkonstante des Kreises möglich groß bleibt. Der Spannungsabfall über der Drossel entspricht dem Differential des Erimärstromes um so genauer, je kleiner der Meßwiderstand 5 ist. Demzufolge muß der Strom durch die Drossel 3 dem Integral über der Zeit der Ausgangsspannung des magnetischen Spannungsmessers entsprechen· Über dem Meßwiderstand 5 liegt folglich eine Spannung an, die ein Abbild des Stromes i^ ist·

Die Phasenlage des Spannungsabfalles über dem Meßwiderstand 5 bezogen auf den Strom I^ wird maßgeblich durch die Zeitkonstante des Kreises bestimmt, die sich aus den Induktivitäten des magnetischen Spannungsmessers und der Drossel einerseits und dem Gesamtwiderstand des Kreises ergibt·

Die Forderung nach kleiner Blasenverschiebung kann dabei durch Dimensionierung nach einer hohen Zeitkonstante durch eine große Gesamtinduktivität und kleinem ohmschen Widerstand erfüllt werden· Dieser Forderung wird am ehesten entsprochen, wenn der Meßwiderstand zu ο gemacht wird· Dies erfolgt, wie in fig. 2 gezeigt, durch den Einsatz eines Operationsverstärkers 6· Bei einem idealen Operationsverstärker ist die Spannung zwischen invertierenden und aichtinvertierenden Eingang als ο anzusetzen· Damit

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muß der Strom In einem Bückkopplungswiderstand 7 unter Berücksichtigung der !Tatsache, daß der Eingangsstrom eines Operationsverstärkers auch als ο anzusetzen ist, dem Strom durch die Drossel 3 entsprechen· Somit ergibt sich als Ausgangsspannung U₀ am Operationsverstärker 6 ein Wert, der dem Strom durch den Rückkopplungswiderstand 7 proportional ist und damit dem Strom i,. entspricht·

Durch die Änderung des Betrages des Rückkopplungswiderstandes 7 ist eine Änderung des Übertragungsverhaltens der Gesamtanordnung möglich, wobei neben der Anstellung des Amplitudenverhältnisses auch durch Schaltung von Blindwiderständen in den Kreis die Phasenverschiebung zwischen Ausgangsspannung U_a und dem Strom I^ einfach beeinflußt werden kann·

Da im Summenpunkt des Operationsverstärkers unabhängig vom Strom i^j stets die Spannung ο gegenüber dem nicht invertierenden Eingang anliegt, ist eine Gefährdung des Operationsverstärkers 6 durch Überspannungen an den Eingängen ausgeschlossen·

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Claims (1)

1. Erfindungsanspruch

   Schaltungsanordnung zur Strommessung mittels magnetischen Spannungsmessers und nachgeschalteten Integriergliedes, gekennzeichnet dadurch, daß am Ausgang des magnetischen Spannungsmessers (2) eine Reihenschaltung aus einer Drossel (3) und einem ohmschen Widerstand (5) bzw· dem Eingang eines Verstärkers (6), vorzugsweise eines Operationsverstärkers (6), vorgesehen ist·

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