DE7241689U

DE7241689U - Vorrichtung zur Übertragung des Meß wertes einer periodisch veränderlichen Meßgroße von einem auf Hochspannungspotenüal liegenden Messort zu einem Anzeigeort mittels Lichtstrahlen

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Publication number: DE7241689U
Application number: DE7241689*6U
Authority: DE
Original assignee: BBC AG
Current assignee: BBC AG
Priority date: 1966-02-03
Publication date: 1973-07-05

Description

A 25 339/21e Gbm (Ausscheidung)

Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)

Vorrichtung zur Uebertragung des Messwertes einer periodisch veränderlichen Messgrösse von einem auf Hochspannungspotential liegenden Messort zu einem Anzeigeort mittels Lichtstrahlen

Die Ejf-findüjig beti-iffx eine Vorrichtung zur Uebertragung einer periodisch veränderlichen Messgrösse, insbesondere des Stromes in einer Hochspannungsleitung, von einem auf Hochspannungspotential liegenden Messort zu einem Anzeigeort mittels Lichtstrahlen als Informationsträger.

Bei den üblichen Messwandlern zur Strommessung in Hochspannun^* leitungen liegt ein Hauptproblem in der sicheren Isolierung der Wicklung des Wandlers vom Hochs pannungs potential, welches bei der in den letzten Jahren herrschenden Tendenz zu höheren Betriebsspannungen immer schwerwiegender, wird. Um diese Schwierigkeit zu umgehen, hat man vorgeschlagen, den Stromwandler selbst auf Hochspannungspotential zu belassen und sein Ausgangs-

signal zur Modulation eines am Messort erzeugten LichtbUndels zu verwenden, welches dann am Anzeigeort in einer Empfangseinrichtung mit Photodetektor aufgenommen und demoduliert wird. Eine derartige Einrichtung wird z.B. in dem Artikel von C. K. Moulton "Light pulse system shrinks high-voltage protection device", Electronics, 17. Mai 1965, S. 71 - 75, beschrieben. Diese bekannten Einrichtungen erfordern jedoch die Anordnung

eines relativ komplexen, auf Hochspannung angeordneten Senil

ders mit allen damit verbundenen Schwierigkeiten, z.B. der Erzeugung stabiler Hilfsspannungen und der Störungsbehebung.

Das Ziel der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Messwertübertragung, bei der die Einrichtungen am Messort besonders einfach und robust sind und keine Hilfsspannungen benötigen.

Die neuerungsgemässe Vorrichtung ist gekennzeichnet durch einen den Messwert in eine relative Verschiebung von zwei Messspiegeln umwandelnden Messwertwandler, eine Einrichtung zur Erzeugung eines monochromatischen Lichtbündels am Anzeigeort, ein durch die Verschiebung der Messspiegel die Lichtbündel modulierendes Interferometer, Leitungen" zur Rückführung von mindestens einem modulierten Lichtbündel zum,Anzeigeort und einen Photodetektor zu dessen Empfang und durch eine elektronische Auswerteinrichtung für die durch die den

Photodetektoren zugeführten Lichtbündel erzeugten elektrischen Signale.

Die Neuerung wird anhand der Figuren beispielsweise erläutert.

Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau und das Schaltschema des sich auf Hochspannungspotential befindlichen Messkopfes einer Einrichtung zur Fernmessung des Stromes in einer Hochspannungsleitung. Der Stromleiter 1 wird durch den Stromwandler 2 umschlossen, dessen Ausgang 3, 1 durch einen Spannungsteiler mit dem Potentiometer 5 abgeschlossen ist, von'dem ein Ausgangssignal abgegriffen wird, welches über eine Intei nnsarhal tnnff R Αί ο I.iphtmnHii1atinnfieinriir>htimir 7 ^w —--cj — — — σ -

Ein Stützisolator¹8 trägt den vom Gehäuse 9 umschlossenen Messkopf. Eine nicht gezeigte monochromatische Lichtquelle, z.B. ein Gas-Laser, ist am Fusse des Stützisolators 8 angeordnet und erzeugt ein Lichtbündel, das über die in der Höhlung des Stützisolators verlegte Glasfaserleitung 10 der •Liehtmodulationseinrichtung 7 zugeführt wird. Diese gibt zwei durch Interferenzerscheinungen intensitätsmodulierte Lichtbündel ab, deren zeitliche IntensitätsVerteilungen gegeneinander um 90 phasenverschoben sind, und die über

• 1 . ;

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die Glasfaserleitungen 11 einer nicht gezeigten auf Erdpovential liegenden Empfangseinrichtung mit Photodetektoren zugeführt werden.

Die Figuren 2 und 3 zeigen die Lichtmodulationseinrichtung im Detail. In einem mit dem Deckel 12 luftdicht verschlossenen Gehäuse 13 ist das elektromechanische Wandlersystem und das Interferometer untergebracht. Das Wandiersystejn besteht aus zwei elektrostriktiven Wandlern 14, 15, die je einen Messspiegel 16, 17 tragen und denen je das halbe Eingangssignal in Gegenphase zugeführt wird, so dabS eine gegensinnige Verschiebung der Messspiegel 17, 18 senkrecht zu ihren Oberflächen und proportional zur Eingangsspannung hervorgerufen wird. Die Messspiegel 17, 18 gehören zu einem Inter-

L terometersystem mit Teilerprisma nach Koesters, dessen Wir-

kungsweise in dem Artikel von J.B. Saunders "A High-Sensi-

C tivity Interferometer for Measurement of Phase Shift and Other Applications", Nat. Bur. Stand. 77, Vol. 3, (1961) ; S. 216/51, eingehend beschrieben ist. ' j Die Wirkungsweise der Lichtbündelmodulation im Interfere- j

meter ist folgende: " ■■ j

Ein monochromatisches Lichtbündel tritt über die Glasfaser* leitung IQ und die Eingangsoptik 16 in das Teilerprisaa IS

t ■ ·

ein, an dessen Teilerebene 20 es in zwei Lichtbündel aufgespalten wird, die je auf eine aus einem Messspiegel 16, und dem schräg dazu angeordneten Spiegel 21 gebildete Doppelspiegelanordnung treffen und in sich zurückreflektiert in der Teilerebene 20 wieder vereinigt werden. Jede Doppelspiegelanordnung hat die Wirkung einer virtuellen Spiegelfläche, die senkrecht zu den Bündelachsen 22 steht und deren Verschiebung ein Vielfaches der Verschiebung der Messspiegel beträgt. Diese Doppelspiegelanordnung, deren Wirkungsweise ebenfalls aus dem genannten Artikel von Saunders (siehe Fig. 3) bekannt ist, bewirkt also eine wesentliche Erhöhung der Empfindlichkeit der Anordnung.

Im Strahlengang dee Interferometers zwischen der Teilerebene und dem Messspiegel 16 ist Über einem Teil des BÜndelquer·* schnittes eine Phasenplatte 23 angeordnet, welche bewirkt, dass nach Vereinigung der Teilbündel in der Teilerebene 20 zwei parallele intensitätsmodulierte Lichtbündel entstehen, deren Intensitätsverteilungen gegeneinander um 90° phasenverschoben sind und die über difc Ausgangsoptik 2U, die Blenden 2S und die Glasfaserleit.ungen 11 zu den Photodetektoren der Empfangseinrichtung geleitet werden·

Die Empfangseinrichtung und ihr· Wirkungsweise wird anhand von Fig· *♦ beschrieben. . .

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Die elektrestriktiven Wandler IH, 15 erzeugen eine Verschiebung A % der Messspiegel 16, 17 proportional zu ihren Eingangs Signalen· Wie man zeigen kann» hat jeder Photodetektorstrom die Form ·

wobei

i * i (1 ♦ K cos 6) ο

und 6 proportional zufl3£ist,

Die P_Ahotodetektoren 26, 27 empfangen Lichtbündel, deren zeitliche Intensitätsverteilungen gegeneinander um 90. phasenverschoben sind, und die also Detektorströme liefern, welche nach Abspaltung der Gleichstromkomponente von der Form ' '

i's cos 6 ; i* « sin 6

sind.

Ein Zwischenfrequenzoszillator 28 mit angeschlossenem Phasenschieber 29 erzeugt Trägersignale der Form

g a COS Ut \ g* a sin U) t

ο ο

die in den Modulations stufen 30, 31 mit den Signalen i bzw. i* amplitudenmoduliert werden. In den nachgeschalteten Stufen 32, 33 wird die Oszillatorschwingung von den amplitudenmodulierten Signalen abgetrennt. Die .Ausgangssignale dieser Stufen 32, 33 werden einer additiven Mischstufe 3<t zugeführt,

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deren Ausgangssignal schliesslich die Form G <t) a m cos

- $ si

aufweist, wenn man

sin

setzt, wobei Wt die Kreisfrequenz des Leitungsstromes dar· stellt. f.

Das Signal 6 (t) hat die Form einer phasenmodulierten Schwingung. Zum Emp'fUng von phasenmodulxerten Schwingungen werden in der Praxis jedoch fast ausschliesslich FM-Empfänger verwendet. Da es sich bei der zu übertragenden Messgrösse, nämlich dem Strom I (t), um einen Vorgang mit endlicher Bandbreit» handelt, ist es im Interesse einer getreuen Wiedergabe des Frequenzspektrums erforderlich, die Phasenmodulation in eine Frequenzmodulation umzuwandeln. Dies geschieht in einfacher Weise durch Integration dee Ausgangssignals des Stromwandlers , 2 in der Integrationsschaltung 6 (Fig. 1), die ein integrierendes RO-Glied aufweist, so dass z.B. bei einer Ausgangsspannung des Stromwandlers

cos lot

die Messspiegelverschiebung zu

« _ t q . sin Wt

WRC

wird*

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Die Verwendung eines Integrators führt überdies zu einer wesentlichen Entlastung des Wandlers. Die dynamische Bean-, spruchungsgrenze solcher Wandler wird nämlich durch die festigkeitsbedingte maximale Hubgeschwindigkeit A 36 · W bestimmt. Nach obiger Gleichung ist dieser Betrag jedoch konstant für konstantes Q, woraus folgt, dass ein für die Grundfrequenz dimensionierter Wandler durch Oberwellen mit grosser Amplitude nicht überlastet werden kann.

Das von der additiven Mischstafe 31 abgegebene Signal wird über das Zwischenfrequenzfilter 35, den Verstärker 36 und die Begrenzerschaltung 37 dem Demodulator 38 zugeführt, dessen Ausgangssignal des Messgrösee proportional ist und einem Anzeigegerät 39 oder einem Registriergerät UO zugeführt wird.

Zur Kompensation des Temperaturkoeffizienten der Wandler IU, 15 ist ein bimetallgesteuertes Potentiometer 5 vorgesehen, das in Abhängigkeit von der Temperatur das vom Ausgangsspannungsteiler des .Stromwandlers abgegriffene Signal u entsprechend variiert·

Claims

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Schutzansprüche

1. Vorrichtung zur Uebertragung des Messwertes einer periodisch veränderlichen Messgrösse von einem auf Hochspannungspotential liegenden Messort zu einem Anzeigeort mittels Lichtstrahlen als Informationsträger, gekennzeichnet durch einen den Messwert in eine relative Verschiebung von zwei Messspiegeln umwandelnden Messwentwandler, eine Einrichtung zur Erzeugung eines monochromatischen Lichtbündels am Anzeigeort, ein durch die Verschiebung der Messspiegel die Lichtbündel modulierendes

., Interferometer, Leitungen zur Rückführung von mindesxens einem

modulierten Lichtbündel zum Anzeigeort und einen Photodetektor zu dessen Empfang und durch eine elektronische Auswerteinrichtung für die durch die den Photodetektoren angeführten Lichtbündel erzeugten elektrischen Signale.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Messgrösse der Strom in einer Hochspannungsleitung ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwertwandler einen den Stromleiter (1) umschliessenden Stromwandler (2) aiufweist, dass ein vom Ausgangssignal des Stromwandlers (2) gespeistes elektromechanisches* Wandlersystem (IU, 15) vorgesehen ist, welches die gegensinnige Verschiebung zweier Messsp-.egel (16, 17) in Funktion des Ausgangssignals des Strom-

. .. ·- .... - 10 - Γ,;:.¹ 1Ö766"Z> I Gbra

wandlers (2) bewirkt, dass ein Interferometer vox gesehen ist, in dessen Teilerebene (20) das vom Anzeigeort zugeführte Lichtbündel in zwei Teilbündel aufgespalten wird, die je auf einen der Messspiegel (16, 17) treffen und die in sich zurückreflektiert in der Teilerebene (20) zur Bildung von mindestens einem durch Interferenzerscheinungen intensitätsmodulierten Lichtbündels vereinigt werden, und dass eine " mit Photodetektoren (26, 27) versehene Empfangseinrichtung zur Aufnahme und Demodulation des von den modulierten

Lichtbündeln übertragenen Signals dient.

3. Einrichtung gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,, dass im Strahlengang des Interferometers zwischen der Teilerebene (20) und einem der Messspiegel (16) über einem Teil des Bündelquerschnittes eine ?hasenplatte (23) angeordnet ist, wodurch zwei parallele modulierte Lichtbündel erzeugt werden, deren zeitliche IntensitätsVerteilungen gegeneinander um 90 phasenverschoben sind.

t« Einrichtung g'emäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine vom Ausgangssignal des Stromwandlers gespeiste Integrationsschaltung (6) dem elektromechanischen Wandler vorgeschaltet ist·

'·' *: . : ·".'** '"i'076,5 D I Gbm f

5. Einrichtung gemäss Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Gas-Laser zur Erzeugung des monochromatischen Lichtbündels.

6. Einrichtung gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Führung der Lichtbündel zum und vom Messort Glasfaserleitungen (10, 11) verwendet werden*

/ 7. Einrichtung gemäss Anspruch 2, gekennzeichnet durch elektrostriktive Messwertwandler (IH, 15).

3. Einrichtung gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal des Stromwandlers von einem bimetall gesteuerten Potentiometer (5) abgenommen wird.

9. Einrichtung gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Messspiegel (16, 17) durch einen zugeordneten

Cl zweiten Spiegel (21) zu einer Doppelspiegelanordnung ergänzt ist»

Aktiengesellschaft BROWN, BOVERI & CIE.