WO1999047936A1 - Stromsensor - Google Patents

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WO1999047936A1
WO1999047936A1 PCT/EP1999/000870 EP9900870W WO9947936A1 WO 1999047936 A1 WO1999047936 A1 WO 1999047936A1 EP 9900870 W EP9900870 W EP 9900870W WO 9947936 A1 WO9947936 A1 WO 9947936A1
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current
sensor housing
sensor
rogowski coil
current sensor
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PCT/EP1999/000870
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English (en)
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Inventor
Rupprecht Gabriel
Original Assignee
Moeller Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/18—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers
    • G01R15/181—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers using coils without a magnetic core, e.g. Rogowski coils

Definitions

  • the invention relates to a current sensor with a sensor housing and at least one Rogowski coil that can be looped around the respective current-carrying conductor whose current is to be determined.
  • Rogowski coils are known, for example, from DE 42 29 678 A1 and are used in particular for controlling circuit breakers.
  • the advantage of these current sensors is that, due to the lack of a metal core within the ring coil, no saturation phenomena occur and the ring coils can be made very flexible.
  • the known Rogowski coils are usually arranged fixed within a sensor housing through which the current-carrying conductor (for example a conductor rail) is passed.
  • These known current sensors have the disadvantage that attaching and / or replacing the current sensor is extremely time-consuming, especially when the currents are to be determined in a plurality of busbars, for example a three-phase network.
  • the sensor housings of the known current sensors are mechanically adapted to the contour of the respective current-carrying conductor or to the contour of a conductor system and, as a rule, cannot be used in systems with different conductor rail dimensions.
  • a current sensor with a Rogowski coil arranged on an annular carrier is also known, which is connected via a coaxial cable to an evaluation unit containing an integrator.
  • the ring-shaped carrier has a closable interruption through which the current-carrying conductor can be pushed.
  • a disadvantage of this known current sensor is, inter alia, that the production of the Rogowski coil is relatively time-consuming and the additionally required coaxial connection between the Rogowski coil and the evaluation unit is associated with a weakening of the signal values to be transmitted.
  • a combination circuit for measuring current and / or voltage on tube-sheathed conductors is known, the converter consisting of only one converter element, which consists of a Rogowski coil, which is surrounded by a metallic, non-magnetic shield .
  • the transducer element is arranged within the pipeline surrounding the current-carrying conductor, insulated from the inner wall of the pipeline in a radial plane to the conductor in a groove.
  • a current sensor with a Rogowski coil is known from WO 96 24 855 A1, in which an electrically insulating ring body is provided as a carrier for the coil.
  • the invention is based on the object of specifying a current sensor of the type mentioned at the outset, which is of compact construction and which also allows subsequent assembly and / or disassembly on a conductor or a conductor system in a simple manner. This object is achieved by the features of claim 1. Further, particularly advantageous configurations of the invention are disclosed in the subclaims.
  • the invention is essentially based on the idea that in one
  • Plug connection is connected to at least one terminal arranged inside the sensor housing.
  • the sensor housing is advantageously fastened to the current-carrying conductor (s) with a Velcro strip. This allows the current sensor, which is relatively light due to the use of Rogowski coils, to be quickly and safely connected to a fully wired conductor system. This also enables the current sensor to be attached to parts subject to high levels of vibration.
  • Rogowski coils are relatively insensitive and only supply voltages in the mV range at low currents, it has also proven to be advantageous to arrange an electronic circuit device in the sensor housing for amplifying and / or data preprocessing the signal values measured with the Rogowski coils.
  • Figure 1 a plan view of an existing of three busbars
  • FIG. 2 is a block diagram to explain the operation of the current sensor according to the invention.
  • reference number 1 denotes three busbars, the respective currents of which are measured with the aid of a current sensor 2 according to the invention and e.g. can be used to control a protective device, not shown.
  • the current sensor 2 has a sensor housing 3 made of an electrically insulating material, which consists of two opposing hood-shaped halves (only one half of which is shown in FIG. 1), which are held together by means of screws 5.
  • the current sensor comprises three Rogowski coils labeled 6. Each of these ring coils 6 is guided around a busbar 1 and lies closely against it. The ends 7, 8 of the respective toroidal coil 6 (FIG.
  • the current sensor 2 is fastened to the busbars 1 by means of a Velcro strip 16 (textile strip with Velcro fastener) arranged on the outside of the sensor housing 3 (FIG. 1).
  • a Velcro strip 16 textile strip with Velcro fastener
  • the Rogowski coils 6 are connected to an electronic circuit device 30, which consists of a signal amplifier 17 assigned to the respective ring coil 6 and an analog-digital converter 18 and a microprocessor 19 assigned to all the ring coils 6 consists.
  • the digitized sensor signals can be preprocessed (for example, determining and storing the maximum values within a predeterminable period of time, performing data compression, etc.). The digital data obtained in this way are then made available to the subsequent structural units of a protective device at a multipole socket 20.
  • the current sensor does not necessarily have to be attached to the busbars itself, but can also be arranged on separate structural units near the busbars.
  • the Velcro allows very flexible attachment and, on the other hand, the Rogowski coils are flexible and can largely be guided around the conductor rails as desired. By rotating the current sensor by 90 °, it can also be mounted lengthways on flexible cables.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stromsensor (2) mit einem Sensorgehäuse (3) und mindestens einer schleifenförmig um den jeweiligen stromführenden Leiter (1), dessen Strom ermittelt werden soll, herumführbaren Ringspule (Rogowski-Spule) (6). Um zu erreichen, daß der Stromsensor (2) kompakt aufgebaut ist und auf einfache Weise auch eine nachträgliche Montage und/oder Demontage an einem Leiter (1) oder einem Leitersystem möglich ist, schlägt die Erfindung vor, daß die jeweilige Rogowski-Spule (6) den stromführenden Leiter (1) außerhalb des Sensorgehäuses (3) umschließt und hierzu mindestens mit einem ihrer beiden Enden (7, 8) lösbar, vorzugsweise mittels einer verrastbaren Steckverbindung (15), mit mindestens einer innerhalb des Sensorgehäuses (3) angeordneten Anschlußklemme (13, 14) verbunden ist.

Description

B e s c h r e i b u n g
Stromsensor
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Stromsensor mit einem Sensorgehäuse und minde- stens einer schleifenförmig um den jeweiligen stromführenden Leiter, dessen Strom ermittelt werden soll, herumführbaren Rogowski-Spule.
Stand der Technik
Rogowski-Spulen enthaltende Stromsensoren sind beispielsweise aus der DE 42 29 678 A1 bekannt und werden insbesondere zur Steuerung von Leistungsschaltern verwendet. Der Vorteil dieser Stromsensoren besteht darin, daß aufgrund des Fehlens eines Metallkernes innerhalb der Ringspule keine Sättigungserscheinungen auftreten und die Ringspulen sehr flexibel gestaltet werden können. Die bekannten Rogowski-Spulen sind üblicherweise fest innerhalb eines Sensorgehäuses angeordnet, durch welches der stromführende Leiter (z.B. eine Leiterschiene) hindurchgeführt ist. Diese bekannten Stromsensoren weisen den Nachteil auf, daß eine Befestigung und/oder ein Austausch des Stromsensors außerordentlich zeitaufwendig ist, insbesondere dann, wenn die Ströme in mehreren Stromschienen, z.B. eines Drehstromnetzes, ermittelt werden sollen. Außerdem sind die Sensorgehäuse der bekannten Stromsensoren mechanisch an die Kontur des jeweiligen stromführenden Leiters bzw. an die Kontur eines Leitersystems angepaßt und kön- nen bei Systemen mit abweichenden Stromschienenabmessungen in der Regel nicht eingesetzt werden. Aus der GB 22 59 150 A ist ferner ein Stromsensor mit einer auf einem ringförmigen Träger angeordneten Rogowski-Spule bekannt, die über ein Koaxialkabel mit einer einen Integrator enthaltenden Auswerteeinheit verbunden ist. Um die Rogowski-Spule um den jeweiligen stromführenden Leiter herumzu- führen, weist der ringförmige Träger eine verschließbare Unterbrechung auf, durch welche der stromführende Leiter hindurchgeschoben werden kann. Nachteilig ist bei diesem bekannten Stromsensor unter anderem, daß die Herstellung der Rogowski-Spule relativ zeitaufwendig und die zusätzlich erforderliche Koaxialverbindung zwischen der Rogowski-Spule und der Auswerte- einheit mit einer Schwächung der zu übertragenden Signalwerte verbunden ist.
Aus der DE 35 44 508 A1 ist eine Kombinationsschaltung zur Messung von Strom und bzw. oder Spannung an rohrummantelten Leitern bekannt, wobei der Wandler aus nur einem Wandlereiement, welches aus einer Rogowski- Spule, die von einer metallischen, nichtmagnetischen Abschirmung umgeben ist, besteht. Das Wandlerelement ist innerhalb der den stromführenden Leiter umgebenden Rohrleitung isoliert gegen die Innenwand der Rohrleitung in radialer Ebene zum Leiter in einer Nut angeordnet.
Schließlich ist aus der WO 96 24 855 A1 ein Stromsensor mit einer Rogowski Spule bekannt, bei dem ein elektrisch isolierender Ringkörper als Träger für die Spule vorgesehen ist.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stromsensor der eingangs erwähnten Art anzugeben, der kompakt aufgebaut ist und der auf einfache Weise auch eine nachträgliche Montage und/oder Demontage an einem Leiter oder einem Leitersystem erlaubt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.
Die Erfindung beruht im wesentlichen auf dem Gedanken, daß bei einem
Stromsensor mit Sensorgehäuse der jeweilige stromführende Leiter nicht wie bei bekannten vergleichbaren Stromsensoren durch das Sensorgehäuse hindurchgeführt wird, sondern daß die Rogowski-Spule den stromführenden Leiter außerhalb des Sensorgehäuses umschließt und hierzu mit mindestens einem ihrer beiden Enden lösbar, vorzugsweise mittels einer verrastbaren
Steckverbindung, mit mindestens einer innerhalb des Sensorgehäuses angeordneten Anschlußklemme verbunden ist.
Vorteilhafterweise wird das Sensorgehäuse mit einem Klettband an dem oder den stromführenden Leiter(n) befestigt. Dadurch kann man den aufgrund der Verwendung von Rogowski-Spulen relativ leichten Stromsensor schnell und sicher an einem fertig verdrahteten Leitersystem anschließen. Außerdem ist hierdurch auch eine Befestigung des Stromsensors an stark schwingungs- belasteten Teilen möglich.
Da Rogowski-Spulen relativ unempfindlich sind und bei kleinen Strömen nur Spannungen im mV Bereich liefern, hat es sich ferner als vorteilhaft erwiesen, in dem Sensorgehäuse eine elektronische Schaltungsvorrichtung zur Verstärkung und/oder zur Datenvorverarbeitung der mit den Rogowski-Spulen gemessenen Signalwerten anzuordnen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden, anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispiel. Es zeigen Figur 1 : eine Draufsicht auf ein aus drei Stromschienen bestehendes
Sammelschienensystem, auf dem ein erfindungsgemäßer Stromsensor mit drei Rogowski-Spulen befestigt ist und
Figur 2: ein Blockschaltbild zur Erläuterung der Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Stromsensors.
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
In Fig.1 sind mit dem Bezugszeichen 1 drei Sammelschienen bezeichnet, deren jeweilige Ströme mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Stromsensors 2 gemessen werden und z.B. zur Ansteuerung einer nicht dargestellten Schutzeinrichtung dienen können. Der Stromsensor 2 weist ein aus einem elektrisch isolierenden Material bestehendes Sensorgehäuse 3 auf, welches aus zwei gegenüberliegenden haubenförmigen Hälften besteht (von denen in Fig.1 nur eine mit 4 bezeichnete Hälfte zu sehen ist), die mittels Schrauben 5 zusammengehalten werden. Außerdem umfaßt der Stromsensor drei mit 6 bezeichnete Rogowski-Spulen. Jede dieser Ringspulen 6 ist um jeweils eine Strom- schiene 1 herumgeführt und liegt eng an dieser an. Die Enden 7, 8 der jeweiligen Ringspule 6 (Fig.2) sind durch Öffnungen 9, 10 in gegenüberliegenden Außenwänden 11 , 12 des Sensorgehäuses 3 in das Innere des Gehäuses geführt und dort mit Anschlußklemmen 13, 14 verbunden. Dabei ist das erste Ende 7 fest und das zweite Ende 8 der jeweiligen Rogowski-Spule 6 über eine verrastbare Steckverbindung 15 mit den entsprechenden Anschlußklemmen 13, 14 verbunden. Die Befestigung des Stromsensors 2 erfolgt mittels eines an der Außenseite des Sensorgehäuses 3 angeordneten Klettbandes 16 (Textilband mit Klettverschluß) an den Sammelschienen 1 (Fig.1 ).
Wie Fig.2 entnehmbar ist, sind die Rogowski-Spulen 6 mit einer elektronischen Schaltungsvorrichtung 30 verbunden, die aus einem der jeweiligen Ringspule 6 zugeordneten Signalverstärker 17 und einem Analog-Digital-Wandler 18 sowie einem allen Ringspulen 6 gemeinsam zugeordneten Mikroprozessor 19 besteht. Mit Hilfe des Mikroprozessors kann eine Vorverarbeitung der digitalisierten Sensorsignale (z.B. Ermittlung und Speicherung der Maximalwerte innerhalb eines vorgebbaren Zeitraumes, Durchführung einer Datenkompression etc.) erfolgen. Die derart gewonnenen digitalen Daten werden dann an einer mehrpoligen Buchse 20 den nachfolgenden Baueinheiten einer Schutzvorrichtung zur Verfügung gestellt.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So muß der Stromsensor nicht zwingend auf den Strom- schienen selbst befestigt werden, sondern kann auch an separaten Baueinheiten in der Nähe der Stromschienen angeordnet werden. Denn einerseits erlaubt das Klettband eine sehr flexible Befestigung und andererseits sind die Rogowski-Spulen biegsam und können weitgehend beliebig um die Leiterschienen herumgeführt werden. Durch Drehung des Stromsensors um 90° kann er auch längs an flexiblen Kabeln montiert werden.

Claims

A n s p r ü c h e
1. Stromsensor mit einem Sensorgehäuse (3) und mindestens einer schlei- fenförmig um den jeweiligen stromführenden Leiter (1 ), dessen Strom ermittelt werden soll, herumführbaren Rogowski-Spule (6) mit den Merkmalen: a) das Sensorgehäuse (3) und die Rogowski-Spule (6) sind derart angeordnet, daß der stromführende Leiter (1 ) von der Rogowski-Spule (6) außerhalb des Sensorgehäuses (3) umschließbar ist; b) das Sensorgehäuse (3) weist in seiner Außenwand zwei Öffnungen (9, 10) auf, durch welche die beiden Enden (7, 8) der Rogowski-Spule (6) in das Sensorgehäuse (3) hineingeführt sind; c) die beiden Enden (7, 8) der Rogowski-Spule (6) im Inneren des Sensorgehäuses (3) mit Anschlußklemmen (13, 14) verbunden; d) mindestens eines der beiden Enden (8) der Rogowski-Spule (6) ist lösbar mit der diesem Ende zugeordneten Anschlußklemme (14) verbunden; e) das Sensorgehäuse (3) besteht aus einem elektrisch nichtleitenden Material.
2. Stromsensor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Rogowski-Spule (6) mit ihrem lösbaren Ende (8) über eine verrastbare Steckverbindung (15) mit einer innerhalb des Sensorgehäuses (3) ange- ordneten Anschlußklemme (14) verbunden ist.
3. Stromsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenseite des Sensorgehäuses (3) zur Befestigung des Stromsensors (2) an entsprechenden stromführenden Leitern (1 ) oder an Bau- einheiten im näheren Bereich dieser Leiter mindestens ein Klettband (16) angeordnet ist.
4. Stromsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Sensorgehäuses (3) eine elektronische Schaltungsvorrichtung (30) zur Verstärkung und/oder zur Datenvorverarbeitung der mit den jeweiligen Rogowski-Spulen (6) gemessenen Signalwerte angeordnet ist.
5. Stromsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (9,10) zur Hindurchführung der entsprechenden Rogowski-Spule (6) in das Sensorgehäuse (3) in gegenüberliegenden Außenwänden (11 ,12) des Sensorgehäuses (3) angeordnet sind.
PCT/EP1999/000870 1998-03-16 1999-02-10 Stromsensor WO1999047936A1 (de)

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