WO2000060366A1 - Strommessaufnehmer - Google Patents

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WO2000060366A1
WO2000060366A1 PCT/EP2000/000395 EP0000395W WO0060366A1 WO 2000060366 A1 WO2000060366 A1 WO 2000060366A1 EP 0000395 W EP0000395 W EP 0000395W WO 0060366 A1 WO0060366 A1 WO 0060366A1
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WO
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hall sensors
conductor
current
hall
current sensor
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PCT/EP2000/000395
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Pniok
Gerd Jodehl
Heinz Wollny
Original Assignee
Aeg Niederspannungstechnik Gmbh & Co. Kg
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Publication date
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Priority to EP00902617A priority patent/EP1166131A1/de
Priority to AU24387/00A priority patent/AU2438700A/en
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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
    • G01R15/20—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices
    • G01R15/202—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices using Hall-effect devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/32—Compensating for temperature change

Definitions

  • the invention relates to a current measuring transducer for the potential-separated measurement of high direct currents in power distribution systems with nominal voltages up to several kV.
  • this sensor can be used with an overcurrent relay for DC high-speed switches.
  • the current to be measured is passed through a measuring resistor and the voltage drop caused by the current is measured.
  • This form of measurement unnecessarily consumes energy that contributes to heating the switch environment.
  • this current measuring device is necessarily integrated in the circuit to be measured, as a result of which the current to be measured itself is influenced, which is why the measurement is more or less falsified depending on the size of the shunt resistor.
  • a floating measurement at high voltages is not possible in this way.
  • a ferrite core is arranged around a conductor whose current flow is to be measured.
  • a second coil is arranged around this ferrite core, through which a
  • Hall sensor Using a Hall sensor, a magnetic field can be measured relatively well using the Hall effect.
  • a Hall sensor generates a voltage that is proportional to the magnetic field that acts on the Hall sensor. This Hall effect occurs to different extents depending on the material used, Hall sensors made of a semiconductor are the most advantageous.
  • the Hall sensor can thus measure a magnetic field which is induced by a current flowing through a conductor. In this way, the measurement of the current is electrically isolated.
  • the devices according to the prior art have the disadvantages that a non-linearity occurs due to the saturation behavior, the devices only have a limited dielectric strength, the devices cause relatively high costs and also have a high level of self-consumption.
  • the invention has for its object to provide an inexpensive current sensor that detects the current value isolated, has sufficient accuracy and has extensive immunity to interference.
  • the current sensor according to the invention has at least two Hall sensors arranged on a conductor.
  • the Hall sensors are arranged such that they detect the same amount of a magnetic field generated by a current flowing through the conductor and the same amount of an interference field and detect either the magnetic field or the interference field with different signs.
  • the current sensor according to the invention advantageously achieves that the current value acquisition can be carried out inexpensively, since no additional ferrite cores are required. Extensive immunity to interference and a high insulation voltage can be achieved.
  • a current sensor for a simple electronic trigger in the direct current range can be obtained in this way, which detects the current value with potential isolation for direct voltages up to 4 kV.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an overcurrent relay with a current sensor attached to a line according to a first embodiment
  • FIG. 2 is an enlarged partial view of the illustration of FIG. 1, showing the current sensor in more detail
  • Fig. 4 is a block diagram of an evaluation circuit for a current sensor according to the first or second embodiment.
  • FIG. 5 shows a block diagram of an evaluation circuit for a current sensor with four Hall sensors according to a third exemplary embodiment.
  • the overcurrent relay has a base switch BS and
  • Arc extinguishing system LS the exact function of which, however, is not important for this exemplary embodiment, which is why their detailed description is omitted.
  • a current sensor SMA is attached to a line 2. This SMA current sensor is based on the principle of surface field measurement or the Hall effect.
  • the current sensor SMA according to the first exemplary embodiment is shown in more detail in FIG. 2.
  • two Hall sensors la and lb arranged opposite each other.
  • Two Hall sensors la and lb are used since the magnetic field is relatively weak and due to interference from the environment, i.e. an interference field is disturbed. To eliminate these external interferences, the two Hall sensors 1 a and 1 b are arranged such that both Hall sensors measure the magnitude of the magnetic field generated by the current flow equally, but each measure the magnetic field with opposite signs. If the amount of the magnetic field generated by the current flowing through the conductor 2 is B, the Hall sensor la measures, for example, a magnetic field + B, whereas the Hall sensor 1b measures a magnetic field -B.
  • the output signals from the two Hall sensors la and lb are subtracted. This eliminates the interference field from the output signals and amplifies the measured value of the magnetic field. It is therefore not necessary to amplify the magnetic field itself with the aid of, for example, ferrite cores, as according to the prior art, since the interference field is largely eliminated by subtracting the signals and a strong measurement signal of the magnetic field to be measured is generated.
  • the measured value of the Hall sensor la is denoted by MWla and the measured value of the Hall sensor lb is denoted by MWlb. If the two Hall sensors are arranged close enough to one another, the interference field can be assumed to be the same on both Hall sensors. This results in the following for the measured values:
  • REPLACEMENT SHEET RULE 26 S here denotes the interference field. The subtraction of the two measured values thus leads to the total measured value MW:
  • the two Hall sensors can also be arranged such that they each measure the entire measured magnetic field with different signs, i.e. So the useful field B with the same sign and the interference field S with different signs. In this case, the interference field is canceled by adding:
  • Hall sensors to ensure that the probes are as short as possible from one another so that the interference field at the positions of the Hall sensors 1 is as equal as possible. It is also important that the field strength is not affected by current displacement influences.
  • the arrangement of the Hall sensors on round conductors is advantageous. 2, for example, the conductor 2 in the Hall sensors is designed as a round conductor.
  • both Hall sensors should be arranged at the same distance from the conductor 2.
  • the Hall sensors 1 can be arranged such that the conductor 2 runs between the two Hall sensors 1, as shown in FIG. 2. This arrangement is one way of arranging the Hall sensors in such a way that they detect the magnetic field in the same amount, but with opposite signs. However, other arrangements are of course also conceivable, for example an arrangement in which the two Hall sensors 1 are arranged directly next to one another on one side of the conductor 2.
  • the current measuring transducer consisting of the Hall sensors 1 is installed in a predetermined conductor configuration, such as, for example, according to FIG. 1 with an overcurrent relay with the conductor 2 and the return conductor 4.
  • Hall sensors 1 a and 1 b can therefore be arranged and calibrated in such a way that the influence of return conductor 4 is taken into account, thereby reducing known interference effects due to the conductor configuration.
  • the current sensor according to the first embodiment can thus preferably be used in a known and rigid conductor configuration.
  • a current sensor according to a second embodiment is described below, which can also be used with an unknown conductor configuration.
  • This current sensor is shown in Fig. 3.
  • the two Hall sensors are surrounded by a tubular shield 3. This measure shields the external interference, which is why a more precise measurement is possible.
  • two Hall sensors i.e. use a pair of Hall sensors
  • REPLACEMENT BLADE (RULE 26) det.
  • any number of Hall sensor pairs can be used as long as they are connected in such a way that the interference field is eliminated and the measured value signals are added.
  • the distance between the resulting measured value MW and the interference field can be increased by increasing the number of Hall sensors, since the interference field is eliminated in each pair of Hall sensors while the measured signal is doubled. This means that a 2n-fold magnetic field is measured with n Hall sensor pairs.
  • Two Hall sensors 11 and 21 are arranged opposite one another on a tubular conductor L. These Hall sensors are arranged opposite each other in such a way that the interference field is eliminated by subtracting the output signals from the two Hall sensors.
  • the output signal from the Hall sensor 11 is first passed to a temperature compensation sensor 12.
  • the temperature influence on the measurement is eliminated by this temperature compensation sensor 12.
  • the compensated signal is amplified by an amplifier 13, the amplified signal being fed to an offset compensation device 14, in which an offset of the signal is compensated.
  • the output signal from the Hall sensor 21 becomes a temperature compensation sensor 22, an amplifier 23 and an offset compensation device 24 fed.
  • the signals are compared with one another by the offset matching devices 14 and 24 so that they can be fed to a subtractor 5.
  • the subtractor 5 subtracts the two measurement signals from one another and outputs a resulting signal in which the interference field is eliminated as described above.
  • the output signal from the subtractor 5 is amplified by an amplifier 6 and output to corresponding further processing units.
  • An overcurrent release 8 and a signal converter interface 7 are shown here as an example.
  • the overcurrent release can be a release as described in the first embodiment.
  • the signal converter interface 7 outputs, for example, a current that is proportional to the measurement signal and varies, for example, between 4 and 20 mA.
  • further interfaces can be connected, as indicated by dashed lines with reference number 9.
  • the number of Hall sensors of a current measuring transducer is not limited to two, but any number of pairs of Hall sensors is possible.
  • REPLACEMENT SHEET RULE 26 The output signals of these two branches are subtracted from one another by a subtractor 51, as a result of which the interference field is canceled.
  • the output signal from the subtractor 51 is amplified by an amplifier 61 before being fed to an adder 15.
  • two further Hall sensors 31 and 41 are arranged on the conductor, which are spatially shifted, for example, by 90 ° with respect to the arrangement of Hall sensors 11 and 21.
  • the output signal from the Hall sensor 31 is fed to a temperature compensation sensor 32, the temperature-compensated signal is amplified by an amplifier 33 and an offset or offset compensation is carried out by the offset compensation device 34.
  • the output signal from the Hall sensor 41 is fed to a temperature compensation sensor 42, the temperature-compensated signal is amplified by an amplifier 43 and an offset or offset compensation is carried out by the offset compensation device 44.
  • Offset adjustment devices 34 and 44 are then subtracted from one another by a subtractor 52, the output signal from the subtractor 52 being amplified by an amplifier 62 before it is fed to the adder 15.
  • the adder 15 adds the resulting measurement signals from the two Hall sensor pairs 11 and 21 and 31 and 41.
  • the sum signal is amplified by an amplifier 16 and then fed to the further units 7, 8 and 9 as in the evaluation circuit according to FIG. 4.
  • SPARE BLADE (RULE 26) pairs can be used.
  • the evaluation circuit for such an arrangement can be constructed similarly to that shown in FIG. 5, in which case a plurality of signals are fed to the adder 15.
  • an arrangement can be selected for the Hall sensors in which, as mentioned in the description of the first exemplary embodiment, the interference field is eliminated by adding the output signals.
  • the Hall sensors must be arranged in such a way that they detect the magnetic field generated by the conductor with the same sign in each case, but the interference field with different signs.
  • the subtractor 5 must then be replaced by an adder according to the third embodiment.
  • the subtractors 51 and 52 according to the fourth exemplary embodiment must each be replaced by adders.
  • a current sensor based on the principle of surface field measurement has been specified above.
  • the current sensor has at least two Hall sensors 1 a and 1 b arranged on a conductor 2.
  • the Hall sensors are arranged such that they detect the same amount of a magnetic field generated by a current flowing through the conductor and the same amount of an interference field and detect either the magnetic field or the interference field with different signs. Accordingly, either the addition or subtraction amplifies the measured current value, but eliminates external interference caused by an interference field.

Abstract

Es wird ein Strommessaufnehmer angegeben, der auf dem Prinzip der Oberflächenfeldmessung beruht. Dabei werden Hallsensoren (1) verwendet, die derart angeordnet sind, dass sie von einem dem Strom proportionalen Magnetfeld erregt werden. Es sind zwei Hallsensoren derart angeordnet, dass diese das zu messende Feld betragsmässig gleich, aber mit entgegengesetzten Vorzeichen erfassen. Durch Subtraktion der Ausgangssignale aus den Hallsensoren wird der Strommesswert verstärkt, äussere Störeinflüsse jedoch eliminiert.

Description

STROMMESSAUFNEHMER
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft einen Strommeßaufnehmer zur poteπ- tialgetrennten Messung hoher Gleichströme in Energiever- teilungsanlagen mit Nennspannungen bis zu mehreren kV. Beispielsweise kann dieser Meßaufnehmer bei einem Über- stromrelais für Gleichstromschnellschalter eingesetzt werden.
Bisher wurden zur Messung von Strömen Shunt-Trenn- verstärker, Meßvorrichtungen mit Ferritkernen und Hallsensoren sowie LEM-Wandler verwendet. Diese bekannten Vorrichtungen weisen jedoch erhebliche Nachteile auf.
Beispielsweise wird bei einer Strommessung mittels eines Shunt-Widerstands der zu messende Strom durch einen Meßwiderstand geleitet und der durch den Strom verursachte Spannungsabfall gemessen. Durch diese Form der Messung wird unnötig Energie verbraucht, die zur Erwärmung der Schalterumgebung beiträgt. Weiterhin ist diese Strommeßvorrichtung notwendigerweise in den zu messenden Stromkreis integriert, wodurch der zu messende Strom selbst beeinflußt wird, weshalb die Messung je nach Größe des Shunt-Widerstands mehr oder weniger verfälscht wird. Wei- terhin ist auf diese Weise keine potentialgetrennte Messung bei hohen Spannungen möglich.
Bei LEM-Wandlern ist ein Ferritkern um einen Leiter angeordnet, dessen Stromfluß zu messen ist. Um diesen Ferrit- kern ist eine zweite Spule angeordnet, durch die ein
Strom derart gesteuert wird, daß das resultierende Magnetfeld zu Null abgeglichen wird. Auf diese Weise ist zwar eine potentialgetrennte Messung möglich, jedoch sind die Kosten für diese Art der Messung hoch. Mittels eines Hallsensors kann unter Ausnutzung des Halleffekts ein Magnetfeld relativ gut gemessen werden. Ein Hallsensor erzeugt eine Spannung, die proportional zu dem Magnetfeld ist, das auf den Hallsensor einwirkt. Dieser Halleffekt tritt in Abhängigkeit von dem verwendeten Material unterschiedlich stark auf, am vorteilhaftesten sind Hallsensoren aus einem Halbleiter. Durch den Hallsensor kann somit ein Magnetfeld gemessen werden, das durch einen durch einen Leiter fließenden Strom induziert wird. Auf diese Weise erfolgt die Messung des Stromes potentialgetrennt .
Da die durch den Hallsensor bei der Messung erzeugte Spannung jedoch gering ist und unter normalen Bedingungen das Magnetfeld externen Einflüssen ausgesetzt ist, ist eine Verstärkung des Magnetfeldes erforderlich, die in der Regel durch Ferritkerne erreicht wird. Bei dieser Vorrichtung tritt jedoch aufgrund des Sättigungsverhaltens der verwendeten Magnetkerne eine Nichtlinearität auf. Diese führt zu dem Nachteil, daß der Strom nur in einem bestimmten begrenzten Bereich genügend genau gemessen werden kann, aber der gemessene Strom außerhalb dieses Bereichs aufgrund des Sättigungsverhaltens stark von dem tatsächlichen Strom abweicht. Weiterhin sind die Ko- sten für diese Meßvorrichtung aufgrund des Ferritkerns relativ hoch.
Zusammengefaßt weisen die Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik die Nachteile auf, daß aufgrund des Sätti- gungsverhaltens eine Nichtlinearität auftritt, die Vorrichtungen nur eine bedingte Spannungsfestigkeit aufweisen, die Vorrichtungen relativ hohe Kosten verursachen und außerdem einen hohen Eigenverbrauch aufweisen.
ERSÄTZBLATT REGEL 26 Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen preiswerten Strommeßaufnehmer zu schaffen, der den Stromwert potentialgetrennt erfaßt, eine genügende Genauigkeit besitzt und eine weitgehende Störsicherheit aufweist.
Diese Aufgabe wird durch einen Strommeßaufnehmer gelöst, wie er in dem beiliegenden Patentanspruch 1 dargelegt ist. Das heißt, daß der erfindungsgemäße Strommeßaufnehmer zumindest zwei an einem Leiter angeordnete Hallsenso- ren aufweist. Die Hallsensoren sind derart angeordnet, daß sie ein durch einen durch den Leiter fließenden Strom erzeugtes Magnetfeld betragsmäßig gleich sowie ein Störfeld betragsmäßig gleich erfassen und entweder das Magnetfeld oder das Störfeld mit jeweils unterschiedlichem Vorzeichen erfassen.
Weitere Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen dargelegt.
Dementsprechend wird entweder durch eine Addition oder eine Subtraktion der Strommeßwert verstärkt, ein Störfeld aufgrund äußerer Störeinflüsse jedoch eliminiert.
Durch den erfindungsgemäßen Strommeßaufnehmer wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß die Stromwerterfassung kostengünstig durchgeführt werden kann, da keine zusätzlichen Ferritkerne erforderlich sind. Dabei kann eine weitgehende Störunempfindlichkeit sowie eine hohe Isolationsspannung erreicht werden.
Erfindungsgemäß kann auf diese Weise ein Strommeßaufnehmer für einen einfachen elektronischen Auslöser im Gleichstrombereich erhalten werden, der den Stromwert potentialgetrennt für Gleichspannungen bis zu 4 kV erfaßt.
ERSÄTZBLATT REGE Die Erfindung ist nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Überstromre- lais mit einem an einer Leitung angebrachten Strommeßaufnehmer gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 eine vergrößerte Teilansicht der Darstellung gemäß Fig. 1, die den Strommeßaufnehmer näher zeigt,
Fig. 3 einen Strommeßaufnehmer gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Auswertschaltung für einen Strommeßaufnehmer gemäß dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel, und
Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Auswertschaltung für ei- nen Strommeßaufnehmer mit vier Hallsensoren gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Über- stromrelais gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Das Überstromrelais weist einen Basisschalter BS und ein
Lichtbogenlöschsystem LS auf, deren genaue Funktion jedoch für dieses Ausführungsbeispiel nicht wichtig sind, weshalb deren genauere Beschreibung entfällt.
An einer Leitung 2 ist ein Strommeßaufnehmer SMA angebracht. Dieser Strommeßaufnehmer SMA basiert auf dem Prinzip der Oberflächenfeldmessung bzw. dem Halleffekt.
Der Strommeßaufnehmer SMA gemäß dem ersten Ausführungs- beispiel ist in Fig. 2 näher dargestellt. Dabei sind an einem Teil eines Leiters 2 zwei Hallsensoren la und lb einander gegenüberliegend angeordnet.
Es werden zwei Hallsensoren la und lb verwendet, da das Magnetfeld relativ schwach ist und .durch Störeinflüsse aus der Umgebung, d.h. ein Störfeld gestört wird. Zur Eliminierung dieser äußeren Störeinflüsse sind die beiden Hallsensoren la und lb derart angeordnet, daß beide Hallsensoren den Betrag des durch den Stromfluß erzeugten Ma- gnetfeldes gleich messen, jedoch jeweils das Magnetfeld mit zueinander entgegengesetzten Vorzeichen messen. Wenn der Betrag des von dem durch den Leiter 2 fließenden Stroms erzeugten Magnetfelds B ist, mißt der Hallsensor la beispielsweise ein Magnetfeld +B, wohingegen der Hall- sensor lb ein Magnetfeld -B mißt.
Die Ausgangssignale aus den beiden Hallsensoren la und lb werden subtrahiert. Dadurch wird das Störfeld aus den Ausgangssignalen eliminiert und der Meßwert des Magnet- feldes verstärkt. Daher ist es nicht nötig, das Magnetfeld selbst mit Hilfe von beispielsweise Ferritkernen wie gemäß dem Stand der Technik zu verstärken, da durch die Subtraktion der Signale das Störfeld weitestgehend eliminiert wird und ein starkes Meßsignal des zu messenden Ma- gnetfeldes erzeugt wird.
Der Meßwert des Hallsensors la sei mit MWla und der Meßwert des Hallsensors lb sei mit MWlb bezeichnet. Wenn die beiden Hallsensoren nahe genug aneinander angeordnet sind, kann das Störfeld als an beiden Hallsensoren gleich angenommen werden. Somit ergeben sich für die Meßwerte:
MWla = +B + S MWlb = -B + S
ERSÄTZBLATT REGEL26 Mit S wird hier das Störfeld bezeichnet. Die Subtraktion der beiden Meßwerte führt somit zu dem Gesamtmeßwert MW:
MW = MWla - MWlb = +B -(-B) + S - S = 2B
Somit wird das Störfeld ausgelöscht und der Nutzmeßwert, also das gemessene Magnetfeld, verdoppelt.
Alternativ dazu können die beiden Hallsensoren auch der- art angeordnet werden, daß diese jeweils das gesamte gemessene Magnetfeld mit unterschiedlichen Vorzeichen messen, d.h. also das Nutzfeld B mit gleichem Vorzeichen und das Störfeld S mit unterschiedlichen Vorzeichen. In diesem Fall wird das Störfeld durch Addition ausgelöscht:
MWla = B + S MWlb = B - S MW = MWla + MWlb = 2B
Wie vorstehend beschrieben ist bei der Anordnung der
Hallsensoren zu beachten, daß die Sonden einen möglichst kurzen Abstand zueinander aufweisen, damit das Störfeld an den Positionen der Hallsensoren 1 möglichst gleich ist. Weiterhin ist es wichtig, daß die Feldstärke durch Stromverdrängungseinflüsse nicht beeinflußt wird. Dabei ist die Anordnung der Hallsensoren an Rundleitern vorteilhaft. Gemäß Fig. 2 ist beispielsweise der Leiter 2 bei den Hallsensoren als Rundleiter ausgeführt.
Damit die beiden Hallsensoren das durch den im Leiter 2 fließenden Strom erzeugte Magnetfeld .betragsmäßig gleich messen, sollten beide Hallsensoren im gleichen Abstand von dem Leiter 2 angeordnet sein.
ERSÄTZBLATT REGEL 26 Außerdem können die Hallsensoren 1 derart angeordnet werden, daß der Leiter 2 zwischen beiden Hallsensoren 1 verläuft, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Diese Anordnung ist eine Möglichkeit, die Hallsensoren derart anzuordnen, daß sie das Magnetfeld betragsmäßig gleich, aber mit entgegengesetzten Vorzeichen erfassen. Selbstverständlich sind jedoch auch andere Anordnungen denkbar, beispielsweise eine Anordnung, bei der beide Hallsensoren 1 direkt nebeneinander auf einer Seite des Leiters 2 angeordnet sind.
Gemäß Fig. 1 ist der aus den Hallsensoren 1 bestehende Strommeßaufnehmer in eine vorgegebene Leiterkonfiguration, wie beispielsweise gemäß Fig. 1 bei einem Überstrom- relais mit dem Leiter 2 und dem Rückleiter 4 eingebaut.
Daher können die Hallsensoren la und lb derart angeordnet und kalibriert werden, daß der Einfluß des Rückleiters 4 berücksichtigt wird, wodurch zumindest bekannte Störeinflüsse aufgrund der Leiterkonfiguration verringert wer- den. Der Strommeßaufnehmer gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel kann somit vorzugsweise bei einer bekannten und starren Leiterkonfiguration verwendet werden.
Nachstehend ist ein Strommeßaufnehmer gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben, der auch bei einer unbekannten Leiterkonfiguration verwendet werden kann.
Dieser Strommeßaufnehmer ist in Fig. 3 dargestellt. Gemäß Fig. 3 sind die beiden Hallsensoren von einer rohrförmi- gen Abschirmung 3 umgeben. Durch diese Maßnahme werden die äußeren Störeinflüsse abgeschirmt, weshalb eine genauere Messung möglich ist.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen werden zwei Hallsensoren, d.h. ein Hallsensorpaar verwen-
ERSÄTZBLATT (REGEL 26) det . Es kann jedoch eine beliebige Anzahl von Hallsensorpaaren verwendet werden, solange diese derart verschaltet sind, daß das Störfeld eliminiert wird und die Meßwertsignale addiert werden.
Durch eine Erhöhung der Anzahl der Hallsensoren kann der Abstand des resultierenden Meßwerts MW zu dem Störfeld vergrößert werden, da in jedem Hallsensorpaar das Störfeld eliminiert wird, während das gemessene Signal ver- doppelt wird. Das heißt, daß bei n Hallsensorpaaren ein 2n-faches Magnetfeld gemessen wird.
Nachstehend ist eine Auswertschaltung für einen Strommeßaufnehmer gemäß dem ersten oder zweiten Ausführungsbei- spiel mit zwei Hallsensoren unter Bezug auf Fig. 4 beschrieben.
An einem rohrförmigen Leiter L sind einander gegenüberliegend zwei Hallsensoren 11 und 21 angeordnet. Diese Hallsensoren sind derart zueinander entgegengesetzt angeordnet, daß das Störfeld durch Subraktion der Ausgangssignale aus den beiden Hallsensoren beseitigt wird.
Das Ausgangssignal aus dem Hallsensor 11 wird zunächst zu einem Temperaturkompensationssensor 12 geleitet. Durch diesen Temperaturkompensationssensor 12 wird der Temperatureinfluß auf die Messung beseitigt. Das kompensierte Signal wird durch einen Verstärker 13 verstärkt, wobei das verstärkte Signal einer Offset-Abgleichseinrichtung 14 zugeführt wird, in der ein Versatz (Offset) des Signals abgeglichen wird.
In gleicher Weise wird das Ausgangssignal aus dem Hallsensor 21 einem Temperaturkompensationssensor 22, einem Verstärker 23 und einer Offset-Abgleichseinrichtung 24 zugeführt. Durch die Offset-Abgleichseinrichtungen 14 und 24 werden die Signale zueinander abgeglichen, so daß sie einem Subtrahierer 5 zugeführt werden können.
Der Subtrahierer 5 subtrahiert die beiden Meßsignale voneinander und gibt ein resultierendes Signal aus, in dem wie vorstehend beschrieben das Störfeld beseitigt ist. Das Ausgangssignal aus dem Subtrahierer 5 wird durch einen Verstärker 6 verstärkt und an entsprechende weitere Verarbeitungseinheiten ausgegeben. Als Beispiel sind hier ein Überstromauslöser 8 und eine Signalwandlerschnittstelle 7 dargestellt. Der Überstromauslöser kann ein Auslöser wie im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben sein. Die Signalwandlerschnittstelle 7 gibt beispielsweise ei- nen Strom aus, der proportional zu dem Meßsignal ist und beispielsweise zwischen 4 und 20 mA variiert. Darüber hinaus können weitere Schnittstellen angeschlossen werden, wie gestrichelt durch das Bezugszeichen 9 angedeutet ist.
Wie vorstehend bereits beschrieben, ist die Anzahl der Hallsensoren eines Strommeßaufnehmers nicht auf zwei beschränkt, sondern es ist eine beliebige Anzahl von Hallsensorpaaren möglich.
Nachstehend ist unter Bezug auf Fig. 5 eine Auswertschaltung für einen Strommeßaufnehmer mit vier Hallsensoren gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel beschrieben.
In der Darstellung entsprechen gleiche Bezugszahlen gleichen Komponenten wie in Fig. 4. Das heißt, daß die beiden in der oberen Hälfte der Darstellung gezeigten Zweige mit den Temperaturkompensationssensoren 12 und 22, den Verstärkern 13 und 23 und den Offset-Abgleichseinrichtungen 14 und 24 der Anordnung gemäß Fig. 4 entspricht. Die Aus-
ERSÄTZBLATT REGEL 26 gangssignale dieser beiden Zweige werden durch einen Subtrahierer 51 voneinander subtrahiert, wodurch das Störfeld ausgelöscht wird. Das Ausgangssignal aus dem Subtrahierer 51 wird durch einen Verstärker 61 verstärkt, bevor es einem Addierer 15 zugeführt wird.
Zusätzlich zu dieser Anordnung sind zwei weitere Hallsensoren 31 und 41 an dem Leiter angeordnet, die beispielsweise gegenüber der Anordnung der Hallsensoren 11 und 21 räumlich um 90° verschoben sind. Ähnlich wie vorstehend beschrieben wird das Ausgangssignal aus dem Hallsensor 31 einem Temperaturkompensationssensor 32 zugeführt, das temperaturkompensierte Signal durch einen Verstärker 33 verstärkt und durch die Offset-Abgleichseinrichtung 34 ein Offset- bzw. Versatzabgleich durchgeführt. Das Ausgangssignal aus dem Hallsensor 41 wird einem Temperaturkompensationssensor 42 zugeführt, das temperaturkompensierte Signal durch einen Verstärker 43 verstärkt und durch die Offset-Abgleichseinrichtung 44 ein Offset- bzw. Versatzabgleich durchgeführt. Die Ausgangssignale der
Offset-Abgleichseinrichtung 34 und 44 werden dann durch einen Subtrahierer 52 voneinander subtrahiert, wobei das Ausgangssignal aus dem Subtrahierer 52 durch einen Verstärker 62 verstärkt wird, bevor es dem Addierer 15 zuge- führt wird.
Der Addierer 15 addiert die resultierenden Meßsignale aus den beiden Hallsensorpaaren 11 und 21 sowie 31 und 41. Das Summensignal wird durch einen Verstärker 16 verstärkt und dann wie bei der Auswertschaltung gemäß Fig. 4 den weiteren Einheiten 7, 8 und 9 zugeführt.
Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel sind zwei Hallsensorpaare verwendet worden. Wie vorstehend bereits be- schrieben, kann auch eine höhere Anzahl von Hallsensor-
ERSÄTZBLATT(REGEL26) paaren verwendet werden. Die Auswertschaltung für eine derartige Anordnung kann ähnlich wie gemäß Fig. 5 aufgebaut werden, wobei dann dem Addierer 15 mehrere Signale zugeführt werden.
Bei einer Abänderung der Auswertschaltungen gemäß Fig. 4 und 5 kann für die Hallsensoren eine Anordnung gewählt werden, bei der das Störfeld wie bei der Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels erwähnt durch eine Addition der Ausgangssignale beseitigt wird. Das heißt, daß in diesem Fall die Hallsensoren derart angeordnet werden müssen, daß sie das durch den Leiter erzeugte Magnetfeld mit jeweils gleichem Vorzeichen, das Störfeld jedoch mit unterschiedlichen Vorzeichen erfassen. In der Auswert Schaltung muß dann der Subtrahierer 5 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel durch einen Addierer ersetzt werden. Bei der Variante der Auswertschaltung mit zwei Hallsensorpaaren müssen die Subtrahierer 51 und 52 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel jeweils durch Addierer er- setzt werden.
Vorstehend wurde ein Strommeßaufnehmer angegeben, der auf dem Prinzip der Oberflächenfeldmessung beruht. Der Strommeßaufnehmer weist zumindest zwei an einem Leiter 2 ange- ordneten Hallsensoren la und lb auf. Die Hallsensoren sind derart angeordnet, daß sie ein durch einen durch den Leiter fließenden Strom erzeugtes Magnetfeld betragsmäßig gleich sowie ein Störfeld betragsmäßig gleich erfassen und entweder das Magnetfeld oder das Störfeld mit jeweils unterschiedlichem Vorzeichen erfassen. Dementsprechend wird entweder durch eine Addition oder eine Subtraktion der Strommeßwert verstärkt, äußere Störeinflüsse durch ein Störfeld jedoch eliminiert.
ERSÄTZBLATT REGEL 26

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Strommeßaufnehmer mit zumindest zwei an einem Leiter (2) angeordneten Hallsensoren (la, lb) , wobei die Hallsensoren (la, lb) derart angeordnet sind, daß sie ein durch einen durch den Leiter (2) fließenden Strom erzeugtes Magnetfeld betragsmäßig gleich sowie ein Störfeld betragsmäßig gleich erfassen und entweder das Magnetfeld oder das Störfeld mit jeweils unterschiedlichem Vorzeichen erfassen.
2. Strommeßaufnehmer nach Anspruch 1, wobei die Hallsensoren (la, lb) derart angeordnet sind, daß das durch den durch den Leiter (2) fließenden Strom erzeugte Magnetfeld von beiden Hallsensoren mit jeweils unterschiedlichem Vorzeichen erfaßt wird, und die Ausgangssignale der Hallsensoren (la, lb) voneinander subtrahiert werden.
ERSÄTZBLATT REGEL26
3. Strommeßaufnehmer nach Anspruch 1, wobei die Hallsensoren (la, lb) derart angeordnet sind, daß das durch den durch den Leiter (2) fließenden Strom erzeugte Magnetfeld von beiden Hallsensoren mit gleichen Vorzeichen erfaßt wird, und die Ausgangssignale der Hallsensoren (la, lb) addiert werden.
4. Strommeßaufnehmer nach einem der vorangehenden An- sprüche, wobei zwei Hallsensoren (la, lb) derart angeordnet sind, daß der Leiter (2) zwischen den beiden Hallsensoren verläuft.
5. Strommeßaufnehmer nach einem der vorangehenden An- sprüche mit einer Abschirmung (3) , die um die Hallsensoren (la, lb) und den Leiter (2) angebracht ist.
6. Strommeßaufnehmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem Leiter (2) um einen Rund- leiter handelt.
7. Strommeßaufnehmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Hallsensoren (la, lb) einen möglichst geringen Abstand zueinander aufweisen.
8. Strommeßaufnehmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Hallsensoren (la, lb) jeweils denselben Abstand zu dem Leiter (2) aufweisen.
9. Strommeßaufnehmer nach Anspruch 2, wobei eine Vielzahl von Hallsensorpaaren (11 und 21, 31 und 41) vorgesehen sind, wobei bei jedem Paar die Ausgangssignale durch einen Subtrahierer (5, 51, 52) voneinander subtrahiert werden und die resultierenden Ausgangssignale aus den
ERSÄTZBLATT REGEL26 Hallsensorpaaren durch einen Addierer (15) addiert werden.
10. Strommeßaufnehmer nach Anspruch 3, wobei eine Vielzahl von Hallsensorpaaren (11 und 21, 31 und 41) vorgesehen sind, wobei bei jedem Paar die Ausgangssignale durch einen Addierer addiert werden und die resultierenden Ausgangssignale aus den Hallsensorpaaren durch einen Addierer (15) addiert werden.
11. Strommeßaufnehmer nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Ausgangssignal eines Hallsensors (11, 21, 31, 41) einem Temperaturkompensationssensor (12, 22, 32, 42) zugeführt wird.
ERSÄTZBLATT(REGEL 26)
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