DE971878C

DE971878C - Method for measuring current, voltage, power or other electrical quantities in high-voltage networks

Info

Publication number: DE971878C
Application number: DEL18104A
Authority: DE
Inventors: Erich Handrick; Adolf Dipl-Ing Heitmeier
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1954-02-27
Filing date: 1954-02-27
Publication date: 1959-04-09

Description

Verfahren zur Messung von Strom, Spannung, Leistung oder anderen elektrischen Größen in Ho dlsp annungsnetzen Bekanntlich werden Strom und Spannung in Hochspannungsnetzen mittels induktiver Wandler gemessen. Da aber mit steigenden Netzspannungen der Isolationsaufwand erheblich ansteigt, ging man dazu über, statt der induktiven Spannungswandler solche auf kapazitiver Grundlage zu verwenden, wobei die hierzu erforderlichen Kondensateren gleichzeitig als Ankopplungskondensatoren für die Hochfrequenzübertragung bei der EW-Telephonme verwendet werden können. Beim Übergang von induktiven zu kapazitiven Stromwandlern hat sich jedoch gezeigt, daß die notwendigen Kopplungskondensatoren relativ groß werden und deren Verwendung daher unzpaeckmäßig ist.Method of measuring current, voltage, power or other electrical Sizes in high voltage networks It is well known that current and voltage are used in high-voltage networks measured by means of inductive transducers. But as the line voltage increases, so does the insulation effort increases significantly, they went over to it, instead of inductive voltage converters to be used on a capacitive basis, with the necessary condensate at the same time as coupling capacitors for high-frequency transmission in the EW telephones can be used. When changing from inductive to capacitive However, current transformers have been shown to have the necessary coupling capacitors are relatively large and their use is therefore not payable.

Auf dem Gebiet der Fernmessung sind schon verschiedene Verfahren und Methoden bekannt geworden, bei denen im wesentlichen jedoch die elektrische Messung einer nicht elektrischen Größe erfolgt, wobei das Anzeigeinstrument in erheblicher Entfernung vom Meßort angebracht ist. Die Fernmessung hat zur Aufgabe, Meßwerte über möglichst große Entfernung zu übertragen. Various methods have already been used in the field of telemetry and methods have become known in which, however, essentially the electrical Measurement of a non-electrical quantity takes place, with the indicating instrument in considerable Distance from the measurement location is attached. The remote measurement has the task of measuring values to be transmitted over the greatest possible distance.

Dabei spielen jedoch isolationstechnische Gesichtspunkte überhaupt keine Rolle.However, insulation aspects play a role here not matter.

Auch die bereits vorgeschlagene Verwendung von 'Sendern, die unmittelbar mit dem Hochspannungsnetz verbunden sind und auf Hochspannungspotential liegen, ergaben keine befriedigende Lösung, obwohl durch die drahtlose Übermittlung Seines 'Störvor.ganges zn dem am Boden angeordneten Empfänger eine ausreichende Isolation gegeben war. Die Schwierigkeit ergab sich aus der Anzahl der notwendigen Frequenzbereiche, da für jede zu messende Phase ein besonderer Frequenzbereich vorhanden sein mußte, um leine einwandfreie Übertragung des Meßwertes aus jeder Phase zu gewähr leisten. Also the already proposed use of 'transmitters that immediately are connected to the high-voltage network and have high-voltage potential, did not give a satisfactory solution, though through the wireless transmission of His There is sufficient isolation for the receiver located on the floor was given. The difficulty arose from the number of frequency ranges required, since a special frequency range had to be available for each phase to be measured, to ensure perfect transmission of the measured value from each phase.

Es ist auch eine Einrichtung zum Messen des 'Stromes in Hochspannuugsieitungen mit Hilfe eines Licht- oder Wärmestrahlers bekannt. Der Nachteil dieser Anordnung besteht vor allen Dingen darin, daß zwischen der Lichtquelle und dem Empfänger mit dem angeschlossenen Meßgerät eine Sichtverbindung bestehen muß, die leicht durch unvorhergesehene Umstände gestört sein kann. Die Anordnung dieser Meßeinrichtung in einem Hohlisolator, der die gesamte elektrostatische Beanspruchung zwischen Hochspannung und Erde zu übernehmen hat und zudem noch Witterungseinflüssen ausgesetzt ist, bildet einen weitenen Unsicherheitsfaktor dieser Einrichtung. Die gesamte Anordnung dürfte also namentlich für die Verwendung in Netzen höch stSer Spannung infolge ihrer betrieblichen Unsicherheit ungeeignet sein. It is also a device for measuring the current in high-voltage lines known with the help of a light or heat emitter. The disadvantage of this arrangement is above all that between the light source and the receiver with the connected measuring device must have a line of sight that can easily pass through unforeseen circumstances can be disturbed. The arrangement of this measuring device in a hollow insulator that eliminates the entire electrostatic stress between high voltage and earth has to take over and is also exposed to the elements another factor of uncertainty of this facility. The entire arrangement is likely therefore specifically for use in networks with the highest voltage due to their operational nature Uncertainty may be inappropriate.

Bei einer Einrichtung zur Überwachung voll Röntgenanlagen wurde auch schon ein Verfahren angewendet, bei dem der Röntgenstrom über eine nach Art eines Stromzählers wirkende Xrorrichtung gefiihrt wird. die ihrerseits einen Unterbrecher antreibt, der eine akustische Signal vorrichtung in einer von der Stärke des Röhrenstromes abhängigen lmpulsfolge zum Ertönen bringt. Eine solche Einrichtung erlaubt jedoch niemals eine quantitative Messung, sondern lediglich eine rein subjektive, qualitativ grobe Feststellung von Änderungen des Röhrenstromes. Eine exakte Betriebsmessung ist mit Hilfe einer solchen Vorrichtung völlig ausgeschlossen. At a facility for monitoring full x-ray systems was also a method has already been used in which the X-ray current is transmitted via a kind of Electricity meter acting Xrorrichtung is guided. which in turn is an interrupter that drives an acoustic signal device in one of the strength of the tube current dependent pulse train to sound. However, such a facility allows never a quantitative measurement, but only a purely subjective, qualitative one rough determination of changes in the tube current. An exact operational measurement is completely excluded with the help of such a device.

Weiterhin sind schon Einrichtungen bekannt, mit Hilfe deren ein hochgespannter Strom gemessen werden soll und die beispielsweise tein von dem zu messenden Strom erregtes Solenoid besitzen, welches mit Hilfe einer mechanischen, pneumatischen oder hydraulischen Drucküblermittlung einen dem Stromwert proportionalen Druck bildet. Ebenso kann auch ein von dem zu messenden Strom erregter Motor unter Zwischenschaltung einer Isolierwelle ein auf der Niederspannungss!eite sitzendes Organ antreiben. Alle diese Ausführungen haben den Nachteil, daß sie für die Verwendung in Höchstspannungsanlagen entweder zu hohe isolationstechnische Anforderungen stellen oder aber große Betriebsunsicherheiten mit sich bringen, die ihre Verwendung in diesen wichtigen Betnebsleinrichtungen nicht gestattet. Furthermore, facilities are already known with the help of a high tension Current is to be measured and the, for example, tein of the current to be measured have excited solenoid, which with the help of a mechanical, pneumatic or hydraulic pressure detection creates a pressure proportional to the current value. A motor excited by the current to be measured can also be interposed an insulating shaft to drive an organ on the low-voltage side. All of these designs have the disadvantage that they are suitable for use in extra-high voltage systems either set too high insulation requirements or great operational uncertainties bring with them their use in these important sleep facilities not allowed.

Alle diese Nachteile werden bei einem Verfahren zur genauen, fortlaufenden Betriebsmessung von Strom, Spannung, Leistung oder anderen elektrischen Größen in Itochspannungsnetzen. bei dem diese elektrischen Größen über auf Hochspannungspotential liegende Meßwertumformer auf eine auf Erdpotential liegende Empfangseinrichtung übertragen werden, erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß diese elektrischen Größen in amplituden- oder frequenzmodulierte Wechselspannungen oder Weehselspannungsfolgen im Niederfrequenzgebiet oberhalb der Netzfrequenz umgewandelt und sodann direkt auf elektrischem Wege oder nach weiterer Umwandlung in gleichfrequente Schallenergie akustisch übertragen werden. All of these drawbacks are made in an accurate, ongoing process Operational measurement of current, voltage, power or other electrical quantities in High voltage networks. in which these electrical quantities over to high voltage potential transducers lying on a receiving device lying on earth potential are transmitted, avoided according to the invention that these electrical quantities in amplitude or frequency modulated alternating voltages or alternating voltage sequences converted in the low frequency range above the mains frequency and then directly by electrical means or after further conversion into sound energy of the same frequency be transmitted acoustically.

Dies ist nun auf verschiedene Weise möglich, wie aus den in der Zeichnung . schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen zu ersehen und den nachstehenden Erläuterungen zu entnehmen ist. This is now possible in different ways, as shown in the drawing . schematically shown embodiments and the following Explanations can be found.

In Fig. 1 ist mit I das Isoliergehäuse bezeichnet, in dem die Kondensatorenkette -des kapazitiven Spannungsteilers, bestehend aus den Kondensatoren 2, 3 und 4, angeordnet ist. Im Wandlerkopf 5, der Hochspannungspotential besitzt, ist ein Geber 6 sowie ein Umformer 7 untergebracht, wobei der letztere seine BetriebsenerNobie mittels eines Resonanzschwingkreises, bestehend aus dem Kondensator 2, der Drossel 8 und dem Übertrager 9, vom kapazitiven Spannungsteiler bezieht. Der Geber 6, in dem gezeigten Beispiel ein Stromwandler, ist in die Freileitung 10 geschaltet und gibt die Meßwerte in den Umformer 7. Dieser formt die Meßwerte in eine der zu messenden Größe proportionale Tonfrequenz oder Tonfrequenzfolge um, die dann über die Kondensatoren 2, 3, 4 des kapazitiven-Spaniiung5teilers zu dem auf Erdpotential liegenden Gehäuse 1 1 gegeben wird. Neben der als Resonanzschwingkreis 4, I2; I3 ausgebildeten Spannungsmeßeinrichtung befindet sich in dem Gehäuse ein Koppelglied I4, über das die Tonfrequenz oder die Tonfrequenzfolge seinem Gerät zugeführt wird, das diese Frequenz oder Frequenzfolge in eine direkte Anzeige umwandelt bzw. den gewünschten Wert direkt anzeigt. Parallel zum Koppelglied 14 ist noch eine HF-Sperre 15 und als Schutz eine Funkenstrecke I6 angeordnet. In Fig. 1, I denotes the insulating housing in which the capacitor chain -the capacitive voltage divider, consisting of the capacitors 2, 3 and 4, arranged is. In the transducer head 5, which has high voltage potential, there is a transmitter 6 as well a converter 7 housed, the latter being his operating nobility by means of a resonant circuit, consisting of the capacitor 2, the choke 8 and the transformer 9, from the capacitive voltage divider. The encoder 6, in the one shown Example, a current transformer, is connected to the overhead line 10 and gives the measured values into the converter 7. This converts the measured values into a variable that is proportional to the value to be measured Audio frequency or audio frequency sequence, which is then transmitted via the capacitors 2, 3, 4 of the capacitive voltage divider to the housing 1 1 which is at ground potential will. In addition to the resonance circuit 4, I2; I3 trained voltage measuring device there is a coupling element I4 in the housing, via which the audio frequency or the Audio frequency sequence is supplied to his device, which this frequency or frequency sequence converts to a direct display or shows the desired value directly. Parallel to the coupling member 14 is still an RF barrier 15 and a spark gap as protection I6 arranged.

Eine weitere Möglichkeit, eilen Meßwert in der Hochspannungsleitung auf Erdpotential zu übertragen, ist durch die Verwendung von Schall oder Ultraschall gegeben. Ein diesbezügliches Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 2. Hierbei ist in die Freileitung 20 beispielsweise ein Stromwandler 21 gelegt, dessen Sekundärwicklung mit einem normalen und bekannten Zählersystem 22 verbunden ist, das z. B. eine Lochscheibe 23 antreibt. Von einer Beleuchtungseinrichtung 24 fällt durch die Löcher 25 intermittierend ein Lichtstrahl auf die Photozelle 26. Die dadurch entstehenden Stromschwankungen werden in einem Verstärker 27 verstärkt und auf einen Schallgeber 28 gegeben. Der Schall gelangt über hierzu geeignete Medien zu dem erdseitig angebrachten Schallempfänger 29, der die Empfangswerte an ein Empfangsgerät 30 weiterleitet, verstärkt und in frequenzproportionale Stromwerte umwandelt. Die so gewonnenen Werte werden dann mittels eines entsprechend geeichten Instrumentes 3I angezeigt. Als Empfangsgerät 30 kann beispielsweise ein auf dem Frequenzzeigerprinzip beruhen des Gerät verwendet werden. Der besondere Vorteil des Frequenzzeigerverfahrens ist die große Spannungs- und Kurvenformunabhängigkeit, so daß aus beliebig geformten, in elektrische Werte umgewandelten Schallimpulsen - wie sie in Fig. 3 a gezeigt sind Rechteckwerte (vgl. -Fig. 3 b) erzeugt werden. Hierbei werden nur die Nulldurchgänge gezählt, die damit ein Maß für die Drehigeschwindigkeit der Lochscheibe 23 und damit auch für den zu messenden Strom sind. Lediglich der Zähler 22 muß also die verlangte Klassengenauigkeit aufweisen. Another way to rush reading in the high voltage line Transferring to earth potential is through the use of sound or ultrasound given. An exemplary embodiment in this regard is shown in FIG Overhead line 20, for example, a current transformer 21 laid, its secondary winding is connected to a normal and known meter system 22, e.g. B. a perforated disc 23 drives. A lighting device 24 falls intermittently through the holes 25 a light beam on the photocell 26. The resulting fluctuations in current are amplified in an amplifier 27 and sent to a sound generator 28. Of the Sound reaches the sound receiver attached on the earth side via suitable media 29, which forwards the received values to a receiving device 30, amplifies and in converts frequency-proportional current values. The values thus obtained are then by means of an appropriately calibrated instrument 3I is displayed. As a receiving device 30 can For example, a device based on the frequency pointer principle can be used. The particular advantage of the frequency pointer method is the large voltage and Curve shape independence, so that any shape can be converted into electrical values Sound pulses - as shown in Fig. 3 a are rectangular values (cf. -Fig. 3 b) be generated. Only the zero crossings are counted, which is a measure for the rotational speed of the perforated disk 23 and thus also for the one to be measured Electricity are. Only the counter 22 must therefore have the required class accuracy.

Selbstverständlich können auch andere Geberanordnungen verwendet werden. So könnte z. B. der Zähler gemäß Fig. 4 a eine Zahnscheibe 3 5 antreiben, die ihrerseits die Membran 36 der Schallquelle erregt und so Schallimpulse aussendet; deren Häufigkeit von der Drehzahl des Zählers und damit von der zu messenden Größe abhängt. Of course, other encoder arrangements can also be used will. So could z. B. the counter according to FIG. 4 a drive a toothed disk 3 5, which in turn excites the membrane 36 of the sound source and thus emits sound pulses; their frequency on the speed of the counter and thus on the variable to be measured depends.

Nach Fig. 4 b kann das Zählersystem 37 auch einen vielpoligen Generator 38 mit permanentem Magnetfeld antreiben, dessen Frequenz durch eine Schallquelle 39 ausgesendet und, wie beschrieben, durch die an einen Empfänger angeschlossene Anordnung gemessen wird. According to Fig. 4b, the counter system 37 can also be a multi-pole generator 38 drive with a permanent magnetic field, the frequency of which is determined by a sound source 39 and, as described, by the connected to a receiver Arrangement is measured.

Weitere Verfahren sind Anordnungen mit magnetischen, magnetostriktiven oder elektrostatischen Gebern, die von der durch ein Zählersystem angetriebenen Scheibe durch Löcher, Schlitze, Magnetpole usw. direkt gesteuert werden. Insbesondere das elektrostatische Verfahren kann besonders bei kapazitiven Spannungsteilern wegen der leicht zur Verfügung stehenden hohen Spannung interessant sein. Further methods are arrangements with magnetic, magnetostrictive or electrostatic sensors driven by the counter system Disc can be controlled directly through holes, slots, magnetic poles, etc. In particular the electrostatic process can be due to capacitive voltage dividers the easily available high voltage.

Fig. 4 c zeigt das grundsätzliche Prinzip. Das spanmingsabhängige Antriebssystem 40 treibt die SegmSentscheibe 41 an, die mit ihren Zähnen mit meßspannungsproportionaler Drehzahl an der Gegenelektrode 42 vorbeiläuft. Dadurch entstehen Spannungsimpulse an der elektrostatischen Schallqueile 43. Die notwendigen Gleichspannungen werden über einen Gleichrichter 44 mit dem Ladekondensator 45 von Teilkondensatoren des kapazitiven Teilers 46 abgenommen, so daß sich eine praktisch leistungslose Spannungserzeugung ergibt. Auch hierbei ist eine Schwankung der Hilfsspannungen ohne Einfluß auf den Meßwert, da nur das Antriebssystem 40 der gewünschten Genauigkeit entsprechen muß. Die niederspannungsseitige Empfangsanordnung bleibt in allen Fällen bis auf die jeweils passenden Empfänger die gleiche. Fig. 4c shows the basic principle. The spanmings-dependent Drive system 40 drives the SegmSent disk 41, which with its teeth is proportional to the measuring voltage Speed of the counter electrode 42 passes. This creates voltage pulses at the electrostatic sound source 43. The necessary DC voltages are Via a rectifier 44 to the charging capacitor 45 of partial capacitors of the capacitive divider 46 removed, so that a practically powerless voltage generation results. Here, too, a fluctuation in the auxiliary voltages has no effect on the Measured value, since only the drive system 40 has to correspond to the desired accuracy. The low-voltage side receiving arrangement remains in all cases except for each matching recipient the same.

Grundsätzlich kann an Stelle des anzeigenden Instrumentes auf der Empfangsseite auch eine Registriereinrichtung oder beides zusammen verwendet werden. In principle, instead of the indicating instrument, the On the receiving side, a registration device or both can be used together.

Weiter ist es möglich, mehrere Schallkanäle zur gleichzeitigen Übertragung verschiedener Meßwerte in einer Baueinheit vorzusehen Diese kann durch Verwendung von mehreren Loehscbeibengebern mit unterschiedlichen Lochfrequenzbereichen geschehen. It is also possible to have several sound channels for simultaneous transmission to provide different measured values in one unit. This can be done by using done by several hole disc generators with different hole frequency ranges.

Wählt man jedoch eine räumliche Trennung der Schallkanäle, so können die gleichen Impuls- oder Frequenzfolgen ohne gegenseitige Beeinflussung verwendet werden.However, if you choose a spatial separation of the sound channels, you can the same pulse or frequency sequences are used without mutual interference will.

Die Fortleitung der Schallfrequenzen kann mittels fester Medien, wie Isolierstoff-, Glas- oder Kunststoffstäbe ebenso erreicht werden, wie mittels anderer zur Isolation verwendeter Mittel, wie beispielsweise Isolierflüssigkeit oder Isoliergas. The transmission of the sound frequencies can be carried out by means of solid media, such as insulating material, glass or plastic rods can be achieved as well as by means of other means used for isolation, such as isolation fluid or insulating gas.

Die Fig. 5 a bis 5 c, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind, zeigen einige Einbaumöglichkeiten der Meßeinrichtung nach der Erfindung. In Fig. 5 a ist eine Strom messung dargestellt. Der zu messende Strom fließt in bekannter Weise über eine aus Wandler und Zähler bestehende Meßeinrichtung 47, die über die Schallwandlereinrichtungen 48 auf die Schallquelle 49 wirkt. Der Schall geht durch die Olfüllung 50 des Porzellankörpers 51 zum Schallempfänger 52 und wird durch die Meßvorriehtung 53 in einen der zu messenden Größe proportionalen Wert umgewandelt, so daß ein entsprechend geeichtes Instrument 54 den gesuchten Wert direkt anzeigt. 5 a to 5 c, in which the same parts have the same reference numerals are marked, show some installation options for the measuring device according to the Invention. In Fig. 5 a, a current measurement is shown. The current to be measured flows in a known manner via a measuring device consisting of a converter and a counter 47, which acts on the sound source 49 via the sound transducer devices 48. Of the Sound travels through the oil filling 50 of the porcelain body 51 to the sound receiver 52 and is by the measuring device 53 into one of the quantity to be measured proportional Value converted so that a suitably calibrated instrument 54 can find the Displays value directly.

In Fig. 5 b ist schematisch in analoger Weise eine Einrichtung zur Messung von Spannungen dargestellt, wobei die Meßspannung an einem Kondensator 55 der Kandensatorkette 56 abgegriffen wird. In Fig. 5 b is a device for schematically in an analogous manner Measurement of voltages shown, the measurement voltage across a capacitor 55 the censor chain 56 is tapped.

Fig. 5 c zeigt die Kombination beider Messungen als Leistiiiigsmeßeinrichtung. In der Geberanordnung 57 wird hierbei ein Leistungszählersystem verwendet. Fig. 5c shows the combination of both measurements as a performance measuring device. In this case, a performance meter system is used in the transmitter arrangement 57.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Process for precise, continuous drive measurement of current, voltage, power or other electrical quantities in high-voltage networks, in which these electrical quantities are measured via transducers at high voltage potential be transmitted to a receiving device lying at ground potential, thereby characterized in that these electrical quantities are modulated in amplitude or frequency Alternating voltages or alternating voltage follow in the low frequency area above converted to the network frequency and then directly by electrical means or by further Conversion into sound energy of the same frequency can be transmitted acoustically.

2. The method according to claim 1, characterized in that the to The measured variable is converted into an audio frequency or audio frequency sequence proportional to the variable to be measured is converted via capacitive coupling capacitors or capacitive voltage converters transferred to earth potential and evaluated by means of appropriately matched receivers will.

3. Measuring device for performing the method according to claim, characterized in that the sonic or ultrasonic energy via gaseous, Transferring liquid or solid media and using appropriately matched receivers comes to the display.

4. Measuring device according to claim 3, characterized in that as Transducers are used for normal meter systems, whose rotation speed is proportional to the is to be measured, and the appropriate design of the turntable Form the necessary pulse or frequency sequence.

5. Measuring device according to claim 3 and 4, characterized in that that the pulse or frequency sequence on magnetic, magnetosirik. tive or electrostatic Paths is generated.

6. Measuring device according to claim 3 to 5, characterized in that that the pulse or frequency sequence used for isolation from earth Means is transmitted to the receiver located at ground potential.

7. Measuring device according to claim 3 to 6, characterized in that that the measured value transmitted as a pulse or frequency sequence with the help of the ground potential located receiver is converted into proportional current values.

8. Measuring device according to claim 3 to 7, characterized in that that in multi-phase systems through spatial separation of the transmission channels the same Pulse or frequency sequences can be used without influencing one another.

9. Measuring device for performing the method according to claim I. and 2, characterized in that the transducer (7) its operating energy by means of a resonance circuit (2 8) from the capacitive voltage divider.

Publications considered: German Patent Specifications No. 554583, 566 368, 635168, 640335, 834 7I7; Swiss patent specification No. 302 rg7, 302,198; »Archive for techn. Measure «, sheets V 380-r, V 380-2, V 3822-l, V 3822-2, V 384-3.