DE29622948U1

DE29622948U1 - Stromerfassungseinrichtung

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Publication number: DE29622948U1
Application number: DE29622948U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1996-05-21
Filing date: 1996-05-21
Publication date: 1997-09-25
Anticipated expiration: 2006-05-22

Description

GR 96 G 4063 DE

Beschreibung
Stromerfassungseinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromerfassungseinrichtung mit einem induktiven Stromwandler mit Eisenkern zum Erfassen von Strömen bis zum Überlastbereich und mit einem mit demselben Primärstrom wie der induktive Stromwandler beaufschlagten weiteren Stromwandler zum Erfassen von Kurzschlußströmen mit einer nachgeschalteten Integrationsanordnung.

Bei einer bekannten Stromerfassungseinrichtung dieser Art (DE - GM 94 21 240.6) ist der weitere Stromwandler als Rogowski-Wandler ausgebildet, also als ein Wandler ausgeführt, bei dem auf einem Toroidkern aus eisenfreiem oder aus niederpermeablem Material mit Luftspalt eine Toroidspule aufgebracht ist. Die bekannte Stromerfassungseinrichtung bildet einen Bestandteil eines Leistungsschalters, dessen Auslöser einerseits mit einer dem Sekundärstrom des induktiven Stromwandlers proportionalen Meßgröße und andererseits mit der Ausgangsgröße einer Integrationsanordnung beaufschlagt ist, die an den Rogowski-Wandler sekundärseitig angeschlossen ist. Die Bemessung des induktiven Stromwandlers ist so vorgenommen, daß er abbildungsgetreu mit guter Linearität Ströme bis zum Überlastbereich erfaßt; der Rogowski-Wandler ist so ausgeführt, daß er Kurzschlußströme in einem weiten Bereich linear überträgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs beschriebene Stromerfassungseinrichtung so fortzuentwickeln, daß sie für Ströme unterhalb des Nennstromes des induktiven Stromwandlers bis zu sehr hohen Kurzschlußströmen ein durchgehend lineares Verhalten ohne Unstetigkeitsstellen aufweist.

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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß an die Sekundärseite des induktiven Stromwandlers und den Ausgang der Integrationsanordnung ein Quotientenbildner angeschlossen, der bei Strömen im Bereich des Nennstroms des induktiven Stromwandlers an seinem Ausgang eine dem Quotienten aus einer dem Sekundärstrom des induktiven Stromwandlers entsprechenden Meßgröße und der Ausgangsgröße der Integrationsanordnung proportionale Korrekturgröße erzeugt, an den Ausgang der Integrationsanordnung und an den Ausgang des Quotientenbildners ist ein Multiplizierer angeschlossen, der ein dem Produkt aus der Ausgangsgröße der Integrationsanordnung und der Korrekturgröße entsprechendes Ausgangssignal erzeugt, und über einen in Abhängigkeit von der Größe des Sekundärstroms des induktiven Stromwandlers gesteuerten Umschalter ist bei Strömen bis zum Nennstrom des induktiven Stromwandlers die dem Sekundärstrom proportionale Meßgröße und bei Kurzschlußströmen das Ausgangsignal des Multiplizierers auf den Ausgang der Stromerfassungseinrichtung geschaltet.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Stromerfassungseinrichtung besteht darin, daß bei Primärströmen in der Größe bis zum Nennstrom des induktiven Stromwandlers nur dieser Stromwandler ausgenutzt wird, um am Ausgang der Stromerfassungseinrichtung ein dem jeweiligen Primärstrom proportionales Meßsignal zu gewinnen; bei Kurzschlußströmen, also bei Primärströmen in einer Größe oberhalb des Nennstromes des induktiven Stromwandlers wird durch den Umschalter dafür gesorgt, daß ein nur mit dem weiteren Stromwandler erzeugtes Meßsignal am Ausgang der Stromerfassungseinrichtung· auftritt.

Dabei ist in vorteilhafter Weise dafür gesorgt, daß das am Ausgang der Stromerfassungseinrichtung auftretende Meßsignal beim Umschalten von dem induktiven Stromwandler auf den weiteren Stromwandler keine sprungartige Änderung erfährt, weil die Korrekturgröße bewirkt, daß der weitere Stromwandler unmittelbar nach dem Umschalten genau das Meßsignal liefert,

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das unmittelbar vor dem Umschalten von dem induktiven Stromwandler bereitgestellt worden ist. Es wird dazu der Umstand ausgenutzt, daß ein induktiver Stromwandler ein wohldefiniertes Verhalten zeigt, daß auch im Dauerbetrieb bei unterschiedlichen Umweltverhältnissen, beispielsweise ändernden Temperaturen, stabil ist. Dies gilt hingegen nicht für den weiteren Stromwandler, der bei der erfindungsgemäßen Stromerfassungseinrichtung sowohl als Rogowski-Stromwandler ohne Eisenkern oder als Rogowski-Wandler mit Eisenkern mit entsprechend großem Luftspalt ausgeführt sein kann. Bei einem solchen Wandler ist nämlich das Übertragungsverhalten nicht nur von Abmessungen des Luftspalts abhängig, sondern auch von Temperaturänderungen, weil sich diese auf die Permiabilität auswirken. Ähnliche Probleme ergeben sich bei anderen Arten von weiteren Stromwandlern, beispielsweise bei Hall-Generatoren.

Bei der erfindungsgemäßen Stromerfassungseinrichtung ist vorteilhafterweise der Steuereingang des Umschalters mit dem Ausgang einer Schwellenwert-Erfassungseinrichtung verbunden, die eingangsseitig mit der dem Sekundärstrom des induktiven Stromwandlers entsprechenden Meßgröße beaufschlagt ist und einen Schwellenwert aufweist, der dem Nennstrom des induktiven Stromwandlers entspricht.

Die erfindungsgemäße Stromerfassungseinrichtung kann in analoger Schaltungstechnik ausgeführt sein. Als besonders vorteilhaft wird es jedoch angesehen, wenn an die Sekundärseite des induktiven Stromwandlers und an die Sekundärseite des weiteren Stromwandlers über jeweils einen Trennverstärker jeweils ein Analog-Digital-Wandler und die Integrationsanordnung, der Quotientenbildner, der Multiplizierer und die Schwellenwert-Erfassungseinrichtung und der Umschalter digitale Bausteine sind.

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Diese Ausgestaltung ist mit verhältnismäßig wenig Aufwand verbunden, was insbesondere dann gilt, wenn die digitalen Bausteine von einem Mikrorechner gebildet sind. 5

Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Stromerfassungseinrichtung in Form eines Blockschaltbildes dargestellt.

Die gezeigte Stromerfassungseinrichtung enthält einen induktiven Stromwandler 1, der eine Primärwicklung 2 und eine Sekundärwicklung 3 aufweist. Die Primärwicklung 2 ist von einem Primärstrom Il durchflossen, der auch einen durch ein Fenster 4 eines weiteren Wandlers 5 geführten Primärleiter 6 durchfließt; der weitere Stromwandler 5 ist also von demselben Strom Il wie der induktive Stromwandler 1 beaufschlagt.

Der weitere Stromwandler 5 ist als Rogowski-Wandler ausgeführt und weist demzufolge auf einem toroidförmigen Kern 7 eine Toroidspule 8 als Sekundärwicklung auf. In dem dargestellten Beispiel ist der toroidförmige Kern 7 von einem Eisenkern aus niederpermeablem Material gebildet, und so ausgebildet, daß er einen Luftspalt 9 aufweist. Der induktive Stromwandler 1 ist beispielsweise so ausgeführt, daß er bis zu einem primären Nennstrom von beispielsweise 50 A den Primär st rom

linear in einen Sekundärstrom 12 abbildet, während der weitere Stromwandler 5 so bemessen ist, daß er insbesondere im Bereich des Primärstromes Il zwischen 50 und 1000 A einen Sekundärstrom 13 abgibt, der dem Primärstrom Il in diesem Strombereich linear proportional ist.

An den induktiven Stromwandler 1 ist über einen Trennverstärker 10 ein Analog-Digital-Wandler 11 angeschlossen, der an seinem Ausgang 12 eine dem Sekundärstrom 12 entsprechende Meßgröße Ml abgibt.

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An den weiteren Stromwandler 5 ist ein Trennverstärker 13 angeschlossen, dem ein weiterer Analog-Digital-Wanlder 14 nachgeordnet ist. Am Ausgang 15 ergibt sich eine weitere Meßgröße M2, die dem Differentialquotienten dll/dt proportional ist.

An den Ausgang 12 des einen Analog-Digital-Wandlers 11 ist mit seinem einen Kontakt 16 ein Umschalter 17 angeschlossen, der über eine in der Figur strichliert angedeutete Verbindung 18 von einer Schwellenwert-Erfassungseinrichtung 19 gesteuert wird. Diese Schwellenwert-Erfassungseinrichtung 19 liegt eingangsseitig ebenfalls am Ausgang 12 des einen Analog-Digital-Wandlers 11 und weist einen Schwellenwert auf, der dem Nennstrom, im vorliegenden Falle 5OA, des induktiven Stromwandlers 1 entspricht. Übersteigt der Primärstrom Il diesen Schwellenwert, dann gibt die Schwellenwert-Erfassungseinrichtung 19 ein Steuersignal an den Umschalter 17 ab, woraufhin die Verbindung des einen Kontaktes 16 zu einem Ausgang 2 0 der Stromerfassungseinrichtung unterbrochen wird, und dieser Ausgang 20 mit einem weiteren Kontakt 21 des Umschalters 17 verbunden wird.

Wie die Figur ferner zeigt, ist an den Ausgang 15 des weiteren Analog-Digital-Wandlers 14 eine Integrationsanordnung 22 angeschlossen, in der die weitere Meßgröße M2 integriert wird; am Ausgang 23 der Integrationsanordnung 22 entsteht dann eine Ausgangsgröße A, die im Kurzschlußbereich, also bei Primärströmen Il zwischen 50 und 1000 A, dem Primärstrom Il linear entspricht. Die Ausgangsgröße A der Integrationsanordnung 22 liegt an einem Eingang 24 eines Quotientenbildners 25, der mit einem weiteren Eingang 26 an den Ausgang 12 des einen Analog-Digital-Wandlers 11 angeschlossen ist und über diesen Eingang 26 also mit der Meßgröße Ml beaufschlagt ist. An einem Ausgang 27 des Quotientenbildners 25 ergibt sich

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dann eine Korrekturgröße K, die dem Quotienten aus der Meßgröße Ml und der Ausgangsgröße A entspricht. Diese Korrekturgröße K wird über einen Eingang 28 einem Multiplizierer 2 9 zugeführt, dem über einen weiteren Eingang 30 auch die Ausgangsgröße A der Integrationsanordnung 22 zugeführt ist. Ein Ausgangssignal S am Ausgang 31 des Multiplizierers 29 stellt dann ein korrigiertes Signal in bezug auf die Ausgangsgröße A der Integrationsanordnung 22 dar, und gewährleistet, daß sich ein unmittelbar nach dem Umschalten des Umschalters 17 am Ausgang 20 der Erfassungseinrichtung ergebendes Meßsignal in seiner Größe nicht von dem Meßsignal MS unterscheidet, das unmittelbar vor dem Umschalten über den Eingang 16 des Umschalters 17 am Ausgang 20 erzeugt worden ist.

Um dies sicherzustellen, wird bei der erfindungsgemäßen Stromerfassungseinrichtung zumindest bei Primärströmen Il im Bereich des Nennstromes des induktiven Wandlers 1 die Korrekturgröße K gebildet und abgespeichert. Mittels der Meßgröße M2 des induktiven Stromwandlers wird also in Form der abgespeicherten Korrekturgröße eine zur Kalibrierung des Stromerfassungsweges mit dem weiteren Stromwandler geeignete Größe gewonnen, so daß das im Kurzschlußfalle erzeugte Meßsignal MS genau dem jeweiligen Kurzschlußstrom entspricht.

Die Bildung der Korrekturgröße K kann auch ständig während der Beaufschlagung mit einem Primärstrom Il kleiner gleich dem Nennstrom des Stromwandlers vorgenommen werden, um daraus einen Mittelwert für die Korrekturgroße zu gewinnen; dieser kann gespeichert werden, um dann im Kurzschlußfalle zur BiI-0 dung des Signals S herangezogen zu werden.

Claims

GR 96 G 4063 DE Schut zansprüche

1.Stromerfassungseinrichtung mit

- einem induktiven Stromwandler mit Eisenkern zum Erfassen von Strömen bis zum Überlastbereich und mit

- einem mit demselben Primärstrom wie der induktive Stromwandler beaufschlagten weiteren Stromwandler zum Erfassen von Kurzschlußströmen mit einer nachgeschalteten Integrationsanordnung,

dadurch gekennzeichnet, daß

- an die Sekundärseite des induktiven Stromwandlers (1) und

den Ausgang (23) der Integrationsanordnung (22) ein Quotientenbildner (25) angeschlossen ist, der bei Strömen (II) im Bereich des Nennstroms des induktiven Stromwandlers (1) an seinem Ausgang (27) eine dem Quotienten aus einer dem Sekundärstrom (12) des induktiven Stromwandlers (1) entsprechenden Meßgröße (M2) und der Ausgangsgröße (A) der Integrationsanordnung (22) proportionale Korrekturgröße (K) erzeugt,

- an den Ausgang (23) der Integrationsanordnung (22) und an den Ausgang (27) des Quotientenbildners (25) ein Multiplizierer (29) angeschlossen ist, der ein dem Produkt aus der Ausgangsgröße (A) der Integrationsanordnung (22) und der Korrekturgröße (K) entsprechendes Ausgangssignal (S) rzeugt, und

- über einen in Abhängigkeit von der Größe des Sekundärstroms

(12) des induktiven Stromwandlers (1) gesteuerten Umschalter (17) bei Primärströmen (II) bis zum Nennstrom des induktiven Stromwandlers (1) die dem Sekundärstrom (12) proportionale Meßgröße (M2) und bei Kurzschlußströmen das Ausgangsignal (S) des Multiplizierers (29) auf den Ausgang (2 0) der Stromerfassungseinrichtung geschaltet ist.

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2. Stromerfassungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- der Steuereingang des Umschalters (17) mit dem Ausgang einer Schwellenwert-Erfassungseinrichtung (19) verbunden ist, die eingangsseitig mit der dem Sekundärstrom' (12) des induktiven Stromwandlers (1) entsprechenden Meßgröße (M2) beaufschlagt ist und einen Schwellenwert aufweist, der dem Nennstrom des induktiven Stromwandlers (1) entspricht.

3. Stromerfassungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

- an die Sekundärseite des induktiven Stromwandlers (1) und an die Sekundärseite des weiteren Stromwandlers (5) über jeweils einen Trennverstärker (10,13) jeweils ein Analog-Digital-Wandler (11,14) und

- die Integrationsanordnung (22), der Quotientenbildner (21), der Multiplizierer (29), die Schwellenwert-Erfassungseinrichtung (19) und der Umschalter (17) digitale Bausteine sind.

4. Stromerfassungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

- die digitalen Bausteine (22,25,29,19,17) von einem Mikrorechner gebildet sind.