DE29707379U1 - Device for measuring high voltage on high-voltage lines - Google Patents
Device for measuring high voltage on high-voltage linesInfo
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Description
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{17 770) Gerät zur Messung von Hochspannung an Hochspannungsleitungen {17 770) Device for measuring high voltage on high voltage lines
Die Neuerung betrifft ein Gerät zur Messung von Hochspannung an Hochspannungsleitungen, bestehend aus einem Meßkopf mit zwei Meßelektroden und einem damit lichtleiterverbundenen Meßgeräteteil, wobei im Meßkopf ein Wandler für die Umwandlung der abgegriffenen Spannung in modulierte Lichtsignale und im Meßgeräteteil eine Lichtmeßstelle angeordnet ist.The innovation concerns a device for measuring high voltage on high voltage lines, consisting of a measuring head with two measuring electrodes and a measuring device part connected to it by a light guide, with a converter for converting the tapped voltage into modulated light signals in the measuring head and a light measuring point in the measuring device part.
Derartige zur Hochspannungsmessung verwendete Geräte sind allgemein bekannt und in Benutzung, so daß es diesbezüglich keines besonderen druckschriftlichen Nachweises bedarf. Soweit bekannt, bestehen diese Geräte aus einem Meßkopf, dessen Meßelektroden an die Hochspannungsleitung angeschlossen werden, und aus einer zumeist am Fuß eines Hochspannungsmastes oder zumindest mehrere Meter entfernt vom Meßkopf angeordneten Meßelektronik, wobei es typisch für die bisher verwendeten Geräte ist, daß zur Messung der Hochspannung zwar der Hauptbestandteil der Meßelektronik mittels Lichtleiter galvanisch von der Hochspannung führenden Leitung getrennt ist, daß aber zwischen den Meßelektroden und dem Lichtleiter eine von einer Zusatzstromquelle gespeiste Umsetzelektronik angeordnet sein muß, die die zu messende Hochspannung in ein an den Lichtleiter abzugebenes Lichtsignal umsetzt. Neben der aus sicherheitstechnischen Überlegungen resultierenden Verwendung von Lichtleitern zur Meßsignalübertragung besteht ein weiterer, wichtiger Verwendungsgrund darin, daß lichtleitergeführteSuch devices used for high-voltage measurement are generally known and in use, so that no special written proof is required in this regard. As far as is known, these devices consist of a measuring head, the measuring electrodes of which are connected to the high-voltage line, and of a measuring electronics system, usually located at the foot of a high-voltage mast or at least several meters away from the measuring head. It is typical for the devices used to date that, in order to measure the high voltage, the main component of the measuring electronics is galvanically separated from the high-voltage line by means of a fiber optic cable, but that between the measuring electrodes and the fiber optic cable, a conversion electronics system fed by an additional power source must be located, which converts the high voltage to be measured into a light signal that is sent to the fiber optic cable. In addition to the use of fiber optic cables for measuring signal transmission resulting from safety considerations, another important reason for use is that fiber optic cables guided
Signale durch elektrische und magnetische Felder der Hochspannung führenden Leitungen nicht beeinflußt werden, also die Meßgenauigkeit verbessert wird. Nachteilig an solchen Geräten ist, daß die in unmittelbarer Nähe zu Hochspannung führenden Leitungen angeordnete Umsetzelektronik eine Stromversorgung benötigt, die durch eine dort plazierte Batterie oder Akkumulator erfolgt. Nach deren Verbrauch ist ein aufwendiges, zeitraubendes und nicht gefahrloses Auswechseln oder Nachladen erforderlich.Signals are not influenced by electrical and magnetic fields of the high-voltage cables, so the measurement accuracy is improved. The disadvantage of such devices is that the conversion electronics, which are located in the immediate vicinity of high-voltage cables, require a power supply, which is provided by a battery or accumulator placed there. After these have been used up, they must be replaced or recharged, which is complex, time-consuming and not without risk.
Der Neuerung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein Gerät der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß der Meßkopf des Gerätes, abgesehen von den beiden Meßelektroden zum Spannungsabgriff ausschließlich auf optisch wirkende Elemente reduziert ist und die Meßlichterzeugung im von der Meßstelle entfernt angeordneten Meßgeräteteil erfolgt.The innovation is therefore based on the task of improving a device of the type mentioned at the beginning in such a way that the measuring head of the device, apart from the two measuring electrodes for voltage tapping, is reduced exclusively to optically acting elements and the measuring light is generated in the measuring device part located away from the measuring point.
Diese Aufgabe ist mit einem Gerät der eingangs genannten Art nach der Neuerung dadurch gelöst, daß der Wandler im Meßkopf in Form einer Kerr-Zelle ausgebildet und im Meßgeräteteil eine mit dem mindestens einen Lichtleiter in Verbindung stehende Lichtquelle angeordnet ist.This task is solved with a device of the type mentioned at the beginning according to the innovation in that the converter in the measuring head is designed in the form of a Kerr cell and a light source connected to the at least one light guide is arranged in the measuring device part.
Bezüglich Aufbau und Wirkungsweise einer Kerr-Zelle wird bspw. auf ^Physik für Ingenieure, Hering, Ekbert, VDI-Verlag 1989", Seite 474 verwiesen. Der Hauptvorteil des neuartigen Gerätes besteht darin, daß in der Nähe der Hochspannungsleitungen keine Stromversorgung für den Meßkopf erforderlich und die Meßelektronik dem Einfluß des Hochspannungsfeldes entzogen ist. AberRegarding the structure and operation of a Kerr cell, see, for example, ^Physics for Engineers, Hering, Ekbert, VDI-Verlag 1989", page 474. The main advantage of the new device is that no power supply is required for the measuring head near the high-voltage lines and the measuring electronics are removed from the influence of the high-voltage field. But
auch bezuglich der Meßgenauigkeit ist das Gerät besonders vorteilhaft, da Kerr-Zellen bis zu einer Frequenz von 10*E8 Hz trägheitsfrei arbeiten.The device is also particularly advantageous in terms of measurement accuracy, since Kerr cells operate inertia-free up to a frequency of 10*E8 Hz.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen ergeben sich nach den Unteransprüchen wie folgt.Advantageous further developments and embodiments result according to the subclaims as follows.
Der mindestens eine Lichtleiter ist mit einer lösbaren, lichtdichten Kupplung am Meßgeräteteil angeschlossen, was bedeutet, daß die Meßelektronik vom Kontrollpersonal mitgeführt und für alle an Hochspannungsmasten fest installierten Meßköpfe benutzt werden kann.At least one light guide is connected to the measuring device part with a detachable, light-tight coupling, which means that the measuring electronics can be carried by the control personnel and used for all measuring heads permanently installed on high-voltage pylons.
Die Lichtleiterführung kann in einer Ausführungsform so gestaltet sein, daß von den Enden der Kerr-Zelle je ein Lichtleiter zum Meßgeräteteil geführt ist, wobei die Lichtpolarisatoren der Kerr-Zelle entweder an den Enden der Kerr-Zelle oder an den Meßgeräteanschlußenden der beiden Lichtleiter im Meßgeräteteil angeordnet sind.In one embodiment, the light guide can be designed in such a way that a light guide is guided from each end of the Kerr cell to the measuring device part, with the light polarizers of the Kerr cell being arranged either at the ends of the Kerr cell or at the measuring device connection ends of the two light guides in the measuring device part.
Um extreme Abbiegungen der an der Kerr-Zelle angeschlossenen Lichtleiter zu vermeiden und den Meßkopf so kompakt wie möglich gestalten zu können, ist zwischen dem das Meßlicht zu- oder abführenden Lichtleiter und der Kerr-Zelle ein 180°-Lichtstrahl-Umlenkelement, wie Prisma oder 90°-Doppelspiegel, angeordnet.In order to avoid extreme bends of the light guides connected to the Kerr cell and to make the measuring head as compact as possible, a 180° light beam deflection element, such as a prism or 90° double mirror, is arranged between the light guide supplying or discharging the measuring light and the Kerr cell.
Bevorzugt wird eine Ausführungsform dahingehend, daß vor der Kerr-Zelle ein halbdurchlässiger Spiegel angeordnet ist und diesem das zugeführte Meßlicht zur anderen Seite der Kerr-ZelleA preferred embodiment is that a semi-transparent mirror is arranged in front of the Kerr cell and the supplied measuring light is directed to the other side of the Kerr cell
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lenkende Elemente zugeordnet sind und daß der einzige, Meßkopf und Meßgeräteteil verbindende Lichtleiter in der Lichtstrahlenachse der Kerr-Zelle, gegen den halbdurchlässigen Spiegel gerichtet, am Meßkopf angeschlossen ist und daß zwischen Lichtquelle und meßgeräteseitigem Ende des Lichtleiters ein halbdurchlässiger Spiegel der Lichtmeßzelle zugeordnet ist. Abgesehen von der ebenfalls kompakten Bauweise des Meßkopfes ist für dessen Verbindung mit dem Meßgeräteteil hierbei nur ein Lichtleiter erforderlich.directing elements are assigned and that the only light guide connecting the measuring head and the measuring device part is connected to the measuring head in the light beam axis of the Kerr cell, directed towards the semi-transparent mirror, and that a semi-transparent mirror is assigned to the light measuring cell between the light source and the measuring device end of the light guide. Apart from the compact design of the measuring head, only one light guide is required to connect it to the measuring device part.
Das neuartige Gerät und dessen vorteilhafte Weiterbildungen werden nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The novel device and its advantageous further developments are explained in more detail below using drawings of implementation examples.
Es zeigt schematischIt shows schematically
Fig. 1 eine Ausführungsform des Gerätes mit perspektivisch dargestellter Kerr-Zelle;Fig. 1 shows an embodiment of the device with a perspective view of the Kerr cell;
Fig. 2 eine "Einfachstausführungsform";Fig. 2 a "simple embodiment";
Fig. 3 eine bevorzugte Ausführungsform des Gerätes undFig. 3 a preferred embodiment of the device and
Fig. 4 ein für den Handbetrieb konzipierter Meßkopf.Fig. 4 a measuring head designed for manual operation.
Das Gerät besteht nach wie vor aus einem Meßkopf 1 mit zwei Meßelektroden 2 und einem damit lichtleiterverbundenen Meßgeräteteil 3, wobei im Meßkopf 1 ein Wandler W für die UmwandlungThe device still consists of a measuring head 1 with two measuring electrodes 2 and a measuring device part 3 connected to it by a light guide, whereby a converter W is installed in the measuring head 1 for the conversion
der abgegriffenen Spannung in Lichtsignale und im Meßgeräteteil 3 ein Lichtmeßzelle 4 angeordnet ist.the tapped voltage into light signals and a light measuring cell 4 is arranged in the measuring device part 3.
Für ein solches Gerät ist nun wesentlich, daß der Wandler W im Meßkopf 1 in Form einer Kerr-Zelle 5 ausgebildet und im Meßgeräteteil 3 eine mit dem mindestens einen Lichtleiter 6 in Verbindung stehende Lichtquelle 7 angeordnet ist.For such a device, it is now essential that the converter W in the measuring head 1 is designed in the form of a Kerr cell 5 and that a light source 7 connected to the at least one light guide 6 is arranged in the measuring device part 3.
Egal ob der Meßkopf 1 durch einen oder zwei Lichtleiter 6, 6" mit dem Meßgeräteteil 3 verbunden ist, werden die Lichtleiter 6 vorteilhaft mit einer lösbaren, lichtdichten Kupplung 8 am Meßgeräteteil 3 angeschlossen, was bedeutet, daß für Kontrollmessungen an einer Vielzahl von mit Meßköpfen ausgestatteten Hochspannungsmasten lediglich nur ein Meßgeräteteil 3 erforderlich ist, der unten am Mast an den oder die dort endenden Lichtleiter 6, 6" anzukoppeln ist.Regardless of whether the measuring head 1 is connected to the measuring device part 3 by one or two light guides 6, 6" , the light guides 6 are advantageously connected to the measuring device part 3 with a detachable, light-tight coupling 8, which means that for control measurements on a large number of high-voltage masts equipped with measuring heads, only one measuring device part 3 is required, which is to be coupled to the light guide(s) 6, 6" ending at the bottom of the mast.
Unter Bezug auf Fig. 1 ist von den Enden der Kerr-Zelle 5 je ein Lichtleiter 6, 6" zum Meßgeräteteil 3 geführt, wobei die Lichtpolarisatoren 9 der Kerr-Zelle 5 entweder an den Enden der Kerr-Zelle 5 oder (wie in Fig. 1 gestrichelt gezeichnet) an den Meßgeräteanschlußenden AE der beiden Lichtleiter 6, 6' im Meßgeräteteil 3 angeordnet sind, d.h., für die den Wandler W bildende Kerr-Zelle 5 spielt es keine Rolle, ob sich die Polarisatoren 9 für das vom Meßgeräteteil 3 kommende Meßlicht, wie in Fig. 2 dargestellt, direkt an den Enden der Kerr-Zelle 5 befinden oder eine Zuordnung, wie bspw. in Fig. 1 dargestellt, zur Kerr-Zelle 5 haben, bei der zwischen dem das Meßlicht zu- oder abführenden Lichtleiter 6 und der Kerr-Zelle 5 ein 180°-With reference to Fig. 1, a light guide 6, 6" is guided from each end of the Kerr cell 5 to the measuring device part 3, whereby the light polarizers 9 of the Kerr cell 5 are arranged either at the ends of the Kerr cell 5 or (as shown in dashed lines in Fig. 1) at the measuring device connection ends AE of the two light guides 6, 6' in the measuring device part 3, i.e. for the Kerr cell 5 forming the converter W it does not matter whether the polarizers 9 for the measuring light coming from the measuring device part 3, as shown in Fig. 2, are located directly at the ends of the Kerr cell 5 or have an assignment, as shown in Fig. 1, for example, to the Kerr cell 5, in which a 180°-
Lichtstrahl-Umlenkelement 10, wie Prisma oder 90°- Doppelspiegel, angeordnet ist, was extreme und raumbeanspruchende Biegungen {siehe Fig. 2) der Lichtleiter 6, 6' vermeidet.A light beam deflection element 10, such as a prism or 90° double mirror, is arranged, which avoids extreme and space-consuming bends (see Fig. 2) of the light guides 6, 6'.
Bevorzugt wird die Ausführungsform gemäß Fig. 3, die mit nur einem Lichtleiter 6 zwischen Meßkopf 1 und Meßgeräteteil 3 auskommt. Hierbei ist vor der Kerr-Zelle 5 ein halbdurchlässiger Spiegel 11 angeordnet. Diesem Spiegel 11 sind das zugeführte Meßlicht zur anderen Seite der Kerr-Zelle 5 lenkende Elemente E zugeordnet. Der einzige Meßkopf 1 und MeSgeräteteil 3 verbindende Lichtleiter 6 ist in der Lichtstrahlenachse A der Kerr-Zelle 5, gegen den halbdurchlässigen Spiegel 11 gerichtet, am Meßkopf 1 angeschlossen und zwischen Lichtquelle 7 und meßgeräteseitigem Ende des Lichtleiters 6 ein halbdurchlässiger Spiegel 11" der Lichtmeßzelle 4 zugeordnet.The preferred embodiment is that shown in Fig. 3, which requires only one light guide 6 between the measuring head 1 and the measuring device part 3. In this case, a semi-transparent mirror 11 is arranged in front of the Kerr cell 5. Elements E are assigned to this mirror 11 which direct the supplied measuring light to the other side of the Kerr cell 5. The only light guide 6 connecting the measuring head 1 and the measuring device part 3 is connected to the measuring head 1 in the light beam axis A of the Kerr cell 5, directed towards the semi-transparent mirror 11, and a semi-transparent mirror 11" of the light measuring cell 4 is assigned between the light source 7 and the measuring device-side end of the light guide 6.
Ob der Signallichtstrahl, orientiert an Fig. 3, die Kerr-Zelle 5 von rechts nach links oder umgekehrt durchläuft, spielt für den Meßvorgang keine Rolle und ist nur davon abhängig, auf welcher Seite der unter 45° angeordnete, halbdurchlässige Spiegel 11 bzgl. der Zuordnung von der das Meßlicht erzeugenden Lichtquelle 7 und der Lichtmeßzelle 4 zum ebenfalls unter 45° angeordneten Spiegel 11".Whether the signal light beam, oriented to Fig. 3, passes through the Kerr cell 5 from right to left or vice versa, is irrelevant for the measuring process and only depends on which side the semi-transparent mirror 11, arranged at 45°, is on with regard to the assignment of the light source 7 generating the measuring light and the light measuring cell 4 to the mirror 11", which is also arranged at 45°.
Das von der Lichtquelle 7 erzeugte und gemäß Fig. 3 von links her in die Kerr-Zelle 5 eingeleitete polarisierte Meßlicht erfährt durch das zwischen den Elektrodenplatten 2' bei der Spannungsmessung anliegende Feld eine Phasenverschiebung undThe polarized measuring light generated by the light source 7 and introduced into the Kerr cell 5 from the left as shown in Fig. 3 undergoes a phase shift due to the field present between the electrode plates 2' during the voltage measurement and
kann somit, ohne **mit dem eingegebenen Meßlichtstrahl im Lichtleiter 6 zu kollidieren", vom halbdurchlässigen Spiegel 11" der Lichtmeßzelle 4 zugeleitet werden, die Teil eines Spannungsanzeigers 4'(Elektronikmeßgerat) ist.can thus be guided by the semi-transparent mirror 11" to the light measuring cell 4, which is part of a voltage indicator 4' (electronic measuring device), without **colliding with the measuring light beam entered in the light guide 6".
In Fig. 4 ist ein für den Handbetrieb konzipierter Meßkopf 1 mit Metallschirmung 13 dargestellt, wobei bei dieser Ausführungsform zusätzlich im Meßkopf 1 angeordnete passive (ohne Stromversorgung) elektronische Bauteile 12 dafür sorgen, daß die an den beiden Elektroden 2 anliegende Spannungshöhe zunächst heruntertransformiert wird. Auf diese Weise ist es möglich auch extrem hohe Spannungen zu messen.Fig. 4 shows a measuring head 1 with metal shielding 13 designed for manual operation, whereby in this embodiment passive (without power supply) electronic components 12 arranged in the measuring head 1 ensure that the voltage level applied to the two electrodes 2 is initially transformed down. In this way it is possible to measure extremely high voltages.
Claims (1)
dadurch gekennzeichnet,
daß der Wandler (W) im Meßkopf (1) in Form einer Kerr-Zelle (5) ausgebildet und im Meßgeräteteil (3) eine mit dem mindestens einen Lichtleiter (6) in Verbindung stehende Lichtquelle (7) angeordnet ist.1. Device for measuring high voltage on high voltage lines, comprising a measuring head (1) with two measuring electrodes (2) and a measuring device part (3) connected to it by a light guide, wherein a converter (W) for converting the tapped voltage into modulated light signals is arranged in the measuring head (1) and a light measuring cell (4) is arranged in the measuring device part (3),
characterized,
that the transducer (W) in the measuring head (1) is designed in the form of a Kerr cell (5) and a light source (7) connected to the at least one light guide (6) is arranged in the measuring device part (3).
daß der mindestens eine Lichtleiter (6) mit einer lösbaren, lichtdichten Kupplung (8) am Meßgeräteteil (3) angeschlossen ist.characterized,
that the at least one light guide (6) is connected to the measuring device part (3) with a detachable, light-tight coupling (8).
daß zwischen dem das Meßlicht zu- oder abführenden Lichtleiter (6) und der Kerr-Zelle (5) ein 180°-Lichtstrahl-Umlenkelement (10), wie Prisma oder 90°-Doppelspiegel, angeordnet ist.characterized,
that a 180° light beam deflection element (10), such as a prism or 90° double mirror, is arranged between the light guide (6) supplying or removing the measuring light and the Kerr cell (5).
daß vor der Kerr-Zelle (5) ein halbdurchlässiger Spiegel (11) angeordnet ist und diesem das zugeführte Meßlicht zur anderen Seite der Kerr-Zelle (5) lenkende Elemente (E) zugeordnet sind und daß der einzige, Meßkopf (1) und Meßgeräteteil (3) verbindende Lichtleiter (6) in der Lichtstrahlenachse (A) der Kerr-Zelle (5), gegen den halbdurchlässigen Spiegel (11) gerichtet, am Meßkopf (1) angeschlossen ist und daß zwischen Lichtquelle (7) und meßgerätesei tigern Ende des Lichtleiters (6) ein halbdurchlässiger Spiegel (H") der Lichtmeßzelle (4) zugeordnet ist.characterized,
that a semi-transparent mirror (11) is arranged in front of the Kerr cell (5) and elements (E) are assigned to this which direct the supplied measuring light to the other side of the Kerr cell (5), and that the only light guide (6) connecting the measuring head (1) and the measuring device part (3) is connected to the measuring head (1) in the light beam axis (A) of the Kerr cell (5), directed towards the semi-transparent mirror (11), and that a semi-transparent mirror (H") of the light measuring cell (4) is assigned between the light source (7) and the measuring device-side end of the light guide (6).
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