WO2008052495A1 - Method and arrangement for measuring the voltage on a conductor - Google Patents

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WO2008052495A1
WO2008052495A1 PCT/DE2006/001922 DE2006001922W WO2008052495A1 WO 2008052495 A1 WO2008052495 A1 WO 2008052495A1 DE 2006001922 W DE2006001922 W DE 2006001922W WO 2008052495 A1 WO2008052495 A1 WO 2008052495A1
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WO
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voltage
measuring
measuring device
transfer function
undervoltage
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PCT/DE2006/001922
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German (de)
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Andreas Jurisch
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Siemens Aktiengesellschaft
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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
    • G01R15/04—Voltage dividers
    • G01R15/06—Voltage dividers having reactive components, e.g. capacitive transformer
    • 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
    • G01R19/25—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
    • G01R19/2513—Arrangements for monitoring electric power systems, e.g. power lines or loads; Logging

Definitions

  • the invention relates to a method having the features according to the preamble of claim 1.
  • a measuring method with a capacitive voltage divider and a suitable measured value correction door is known from German Offenlegungsschrift DE 103 46 356 A1.
  • the voltage on a conductor is measured by means of a measuring arrangement which has a capacitive divider coupled to the conductor and a measuring device.
  • the voltage at the lower voltage terminal of the capacitive divider whose upper voltage terminal is connected to the conductor is measured to form a lower-voltage measured value.
  • the measured undervoltage measurement value is corrected with a correction term which has an inverse transfer function for the transfer function of the measurement arrangement. Using the correct After the undervoltage measured value, a measured value indicative of the voltage at the conductor is then formed.
  • the invention has for its object to further develop a method of the type described in such a way that it is particularly easy to carry out.
  • the invention provides that a time constant of the transfer function of the measuring arrangement is determined based on the voltage at the lower voltage terminal for two different load conditions at the lower voltage terminal and the inverse transfer function is determined taking into account this time constant.
  • a significant advantage of the method according to the invention is the fact that in this phase angle adjustment or a phase angle correction without an additional measurement of the capacitive divider actually applied primary voltage is possible, so that a phase angle adjustment very easily carried out during operation of the measuring device and in particular can be repeated during operation of the measuring arrangement.
  • the method can be used to measure the voltage across a phase conductor of a power transmission line.
  • the amplitude divider ratio of the capacitive divider is taken into account; This approach makes it possible to use the undervoltage value, the time constant and the amplitude divider ratio in the formation of the measured value, which makes possible a correction of the measured value in terms of magnitude and phase.
  • the divider value is preferably determined by measuring the voltage at the upper voltage terminal to form a high-voltage measured value, and using the ratio between the high-voltage measured value and the lower-voltage measured value as a divider value.
  • the determination of the divider value can for example be done once and be determined during the installation of the measuring arrangement.
  • a phase angle correction can be performed more 'simple and therefore advantageous by a high-pass first order is used as the inverse transfer function.
  • the inverse transfer function is formed in accordance with
  • Tl denotes the determined time constant
  • Tk a further freely selectable time constant
  • K the transmission ratio of the measuring arrangement
  • the freely selectable time constant is preferably chosen such that it coincides with the time constant at the current input of the measuring device.
  • the time constant of the measuring device can be included in the phase angle correction.
  • One of the two electrical load states can be formed, for example, by the internal resistance of the measuring device with which the voltage at the low-voltage connection is measured.
  • the other of the two electrical load states can be formed, for example, by adding an additional electrical component to the internal resistance of the measuring device.
  • an additional electrical component an additional resistor or an additional voltage source is preferably added.
  • the additional electrical component is preferably connected to the internal resistance of the measuring device electrically in series or in parallel thereto.
  • the time constant T1 of the transfer function of the measuring arrangement can be determined easily and thus advantageously according to, for example:
  • the invention also relates to a measuring arrangement for measuring the voltage on a conductor, having a capacitive divider whose upper voltage terminal is connected to the conductor, and a measuring device which measures the voltage at the lower voltage terminal of the capacitive divider to form an undervoltage measurement value and the undervoltage measurement value a measured value indicative of the voltage at the conductor is formed, the measured undervoltage measured value being corrected to form the measured value with a correction element which has an inverse transfer function to the transfer function of the measuring arrangement.
  • the object of the invention is to further develop such that a measured value correction can be carried out particularly easily.
  • the measuring device is designed such that it is suitable to determine a time constant of the transfer function of the measuring arrangement based on the voltage at the Ünterwoodsan gleich for two different load conditions at Unterwoodsan- conclusion and the inverse transfer function taking into account this time constant thus determined to build.
  • the measuring arrangement has a switchable electrical component which, when switched on, causes the other of the two electrical load conditions.
  • the measuring device is equipped with an evaluation device for switching the load conditions and for forming the inverse transfer function.
  • the switchable electrical component can for example form part of the measuring device and be controlled by the evaluation device for switching the load conditions.
  • the switchable electrical component form part of a separate, connected to the measuring device calibration device and are controlled by the evaluation device for switching the load conditions.
  • the measuring arrangement has a voltage measuring device for measuring the voltage at the upper voltage terminal in order to also allow a determination of the amplitude divider ratio of the capacitive divider, taking into account the undervoltage measurement value.
  • the voltage measurement value of the voltage at the upper voltage connection is preferably fed into the evaluation device for further processing.
  • the invention also relates to a measuring device for a measuring arrangement for measuring the voltage on a conductor, wherein the measuring device is adapted to measure the voltage at the lower voltage terminal of a capacitive divider to form an undervoltage measurement value and with the undervoltage measured value a measured value indicative of the voltage at the conductor form, wherein it corrected to form the measured value, the measured undervoltage measured value with a correction element having an inverse to the transfer function of the measuring arrangement transfer function.
  • Such a measuring device is also known from the German patent application DE 103 46 356 Al.
  • the object of the invention is to further develop it in such a way that a measured value correction can be carried out particularly easily.
  • the measuring device is suitable for determining a time constant of the transfer function of the measuring arrangement on the basis of the voltage at the under voltage connection for two different load states at the lower voltage terminal and for forming the inverse transfer function taking into account this time constant itself.
  • the invention also relates to a calibration device for a measuring arrangement.
  • the calibration device has a control connection for connection to a measuring device
  • the calibration device has a voltage measuring connection which is suitable for connection to a capacitive divider
  • the calibration device has an output connection which is connected to the voltage measurement connection and to the connection is suitable for an external measuring device
  • the control terminal is a switching element in connection, which is opened or closed in response to a control signal at the control terminal
  • the switch element switchable electrical component for switching a load state between the voltage measuring terminal and the output terminal switchable is.
  • FIG. 2 shows an electrical equivalent circuit diagram of the measuring arrangement for a first switching state of the calibration device according to FIG. 1,
  • FIG. 3 shows an electrical equivalent circuit diagram of the measuring arrangement for a second switching state of the calibration device according to FIG. 1,
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment of a digital filter for an evaluation device of the measuring device according to FIG. 1, FIG.
  • Figure 5 shows a second embodiment of a measuring arrangement according to the invention with an embodiment of a measuring device according to the invention and with an embodiment of a calibration device according to the invention and
  • FIG. 6 shows an electrical equivalent circuit diagram for a switching state of the calibration device according to FIG. 5.
  • FIGS. 1 to 6 the same reference numerals are used for identical or comparable elements for the sake of clarity.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a measuring arrangement 10.
  • the measuring arrangement 10 has a capacitive divider 20, which is formed by a high-voltage capacitance C 0 and an undervoltage capacitance Cm.
  • One of the two terminals of the upper voltage capacitor C 0 forms a high voltage terminal O20 of the capacitive divider 20; the other of the two terminals • the upper voltage capacitance C 0 forms an undervoltage terminal U20 of the ka ⁇ pazitiven divider 20.
  • the lower voltage terminal U20 of the capacitive divider 20 is also connected to a terminal of the undervoltage capacitance Cm in connection, the other terminal, for example, to ground or another Potential lies.
  • the upper voltage terminal O20 of the capacitive divider 20 is connected to a phase conductor 30 of an energy transmission line, not further shown, in order to enable a measurement of the conductor voltage U E at the phase conductor 30.
  • the undervoltage terminal U20 of the capacitive divider 20 is connected to one end of a coaxial cable 40 which forms a capacitance C 02 electrically; this is electrically parallel to the undervoltage capacitance Cm.
  • a calibration device 50 is connected to the other end of the coaxial cable 40, namely with its voltage measuring connection M50.
  • an additional electrical component 60 is connected, which may be, for example, a resistor Rz.
  • the electrical component 60 is also in communication with an output port A50 of the calibration device 50.
  • FIG. 1 also shows a switching element 65 of the calibration device 50 whose switching connections are connected to the voltage measurement connection M50 and the output connection A50 and whose control connection is connected to a control connection S50 of the calibration device 50.
  • the calibration device 50 is followed by a measuring device 70, which may be formed for example by a field or protective device.
  • the measuring device 70 has an internal resistance Rki, to which an inductive converter 80, an A / D converter 90 and an evaluation device 100 are arranged downstream.
  • the evaluation device 100 can be formed, for example, by a programmable microprocessor device in which one or more digital filters are implemented or implementable.
  • the measuring arrangement 10 can be operated, for example, as follows:
  • the switching element 65 of the calibration device 50 is successively offset by the evaluation device 100 in the following switching states Zl and Z2:
  • FIGS. 2 and 3 For the two switching states Z1 and Z2, substitute circuit diagrams are thus produced, as shown in FIGS. 2 and 3; 2 shows the equivalent circuit diagram for the case that the switching element 65 is closed, and Figure 3 shows the equivalent circuit diagram in the event that the switching element 65 is open.
  • R K2 denotes the resistance sum of the resistors Rz and R ⁇ i according to FIG.
  • the sham solution resulting from the solution can be done either by a plausibility test with the solution estimates or by establishing the equation for another pair of calibration resistors R K.
  • the solution that results in both cases is the right solution.
  • the amplitude divider ratio V of the capacitive divider 20 together with the coaxial cable 40 can be determined via a comparison measurement.
  • the current voltage amplitude Ü E at the phase conductor 30 is read by a display device of an additional voltage measuring device, which is at least temporarily present in the measuring arrangement 10 and not shown in FIG. 1 for reasons of clarity, and no further in the figures as reference value at an additional voltage measuring device shown, measured value input of the evaluation device 100 in this example, manually entered.
  • the ⁇ se input can be made once and done, for example, during the initial installation of the measuring arrangement.
  • a digital filter 110 is used, as in the FIG. 4 is shown by way of example.
  • the function of the digital filter 110 consists in correcting the transfer function G of the measuring arrangement 10, which is determined by the capacitive divider 20, the coaxial cable 40, the calibration device 50 and the internal resistance R K i, and with the undervoltage measurement values U A i and U A2 at the output of the A / D converter 90 corrected measured values i (k) to form.
  • the evaluation device 100 uses a correction transfer function G kOrr to be corrected for the transfer function G.
  • the resulting correction transfer function results in a first order high pass with another, freely selectable characteristic time constant. This time constant is expediently adjusted so that it matches the characteristic time constant of the current input M70 of the measuring device 70.
  • the following formula shows the resulting correction transfer function:
  • T ⁇ indicates the selected speed constant
  • K is the ratio of the measurement arrangement.
  • the correction transfer function can be determined in the z-range in the following manner:
  • the digital filter 110 thus has the following transfer function in the z range:
  • FIG. 5 shows a second exemplary embodiment of a measuring arrangement 10, in which a voltage source 200 is used as additional electrical component 60.
  • the resulting electrical equivalent circuit diagram is shown in FIG. 6.
  • the input voltage ü E can be calculated with the following equation:

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Abstract

The invention relates, inter alia, to a method for measuring the voltage (UE) on a conductor (30) by means of a measuring arrangement (10) having a capacitive divider (20) coupled to the conductor and a measuring device (70), wherein, in the method, the voltage (UA) at the low-voltage terminal (U20) of the capacitive divider, the high-voltage terminal (020) of which is connected to the conductor, is measured with the formation of a low-voltage measurement value (UA1, UA2) and a measurement value (ik) indicating the voltage on the conductor is formed with the low-voltage measurement value, wherein in order to form the measurement value, the measured low-voltage measurement value is corrected by means of a correction element (110) having an inverse transfer function (Gcorr) with respect to the transfer function (G) of the measurement arrangement. The invention provides for determining a time constant (Tl) of the transfer function of the measurement arrangement on the basis of the voltage at the low-voltage terminal for two different load states (Zl, Z2) at the low-voltage terminal, and for determining the inverse transfer function taking account of said time constant.

Description

Beschreibungdescription
Verfahren und Anordnung zum Messen der Spannung an einem LeiterMethod and device for measuring the voltage on a conductor
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method having the features according to the preamble of claim 1.
Speziell in der Mittelspannungstechnik kann durch die Nutzung von Durchführungskapazitäten oder Ringelektroden in Stützern ein gegenüber einem induktiven Spannungswandler sehr preiswerter kapazitiver Spannungsteiler realisiert werden, der als so genannter Primärwandler verwendet werden kann. Derartige kapazitive Spannungsteiler werden heute beispielsweise für den Spannungstest eingesetzt. Aufgrund der hohen Toleranzen der Kapazitäten muss jedoch bei kapazitiven Spannungsteilern mit Messfehlern bis zu 25% gerechnet werden, sofern keine ge- eignete Messwertkorrektur erfolgt. Ohne Korrektur ist dieseEspecially in medium-voltage technology, the use of feedthrough capacitances or ring electrodes in supporters makes it possible to realize a capacitive voltage divider which is very inexpensive compared to an inductive voltage converter and which can be used as a so-called primary converter. Such capacitive voltage dividers are used today, for example, for the voltage test. Due to the high tolerances of the capacitances, however, measurement errors of up to 25% must be expected for capacitive voltage dividers, provided that no suitable measured value correction takes place. Without correction, this is
Form von Wandlern für eine Spannungsmessung meist ungeeignet, denn für eine Messanwendung müssen die Messfehler üblicherweise kleiner als 5% sein.Form of transducers for a voltage measurement usually unsuitable, because for a measurement application, the measurement errors usually have to be less than 5%.
Um kapazitive Teiler auch für Messaufgaben einsetzen zu können, ist also ein Abgleich des Teilers bzw. eine Messwertkor- rektur er-forderlich. Ein Messverfahren mit einem kapazitiven Spannungsteiler und einer geeigneten Messwertkorrektür ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 103 46 356 Al bekannt. Bei diesem vorbekannten Verfahren wird die Spannung an einem Leiter mittels einer Messanordnung gemessen, die einen an den Leiter gekoppelten kapazitiven Teiler und eine Messeinrichtung aufweist. Zunächst wird die Spannung am Unter- spannungsanschluss des kapazitiven Teilers, dessen Oberspan- nungsanschluss mit dem Leiter verbunden ist, unter Bildung eines ünterspannungsmesswertes gemessen. Der gemessene Unter- spannungsmesswert wird mit einem Korrekturglied korrigiert, das eine zur Übertragungsfunktion der Messanordnung inverse Übertragungsfunktion aufweist. Unter Heranziehung des korri- gierten Unterspannungsmesswerts wird anschließend ein die Spannung am Leiter angebender Messwert gebildet.In order to be able to use capacitive dividers for measuring tasks, an adjustment of the divider or a measured value correction is therefore necessary. A measuring method with a capacitive voltage divider and a suitable measured value correction door is known from German Offenlegungsschrift DE 103 46 356 A1. In this prior art method, the voltage on a conductor is measured by means of a measuring arrangement which has a capacitive divider coupled to the conductor and a measuring device. First, the voltage at the lower voltage terminal of the capacitive divider whose upper voltage terminal is connected to the conductor is measured to form a lower-voltage measured value. The measured undervoltage measurement value is corrected with a correction term which has an inverse transfer function for the transfer function of the measurement arrangement. Using the correct After the undervoltage measured value, a measured value indicative of the voltage at the conductor is then formed.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der beschriebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass es besonders einfach durchführbar.The invention has for its object to further develop a method of the type described in such a way that it is particularly easy to carry out.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausge- staltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by a method with the features of claim 1. Advantageous embodiments of the method according to the invention are specified in subclaims.
Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine Zeitkonstante der Übertragungsfunktion der Messanordnung anhand der Spannung am Unterspannungsanschluss für zwei unterschiedliche Belastungszustände am Unterspannungsanschluss ermittelt wird und die inverse Übertragungsfunktion unter Berücksichtigung dieser Zeitkonstante ermittelt wird.Thereafter, the invention provides that a time constant of the transfer function of the measuring arrangement is determined based on the voltage at the lower voltage terminal for two different load conditions at the lower voltage terminal and the inverse transfer function is determined taking into account this time constant.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass bei diesem ein Phasenwinkelabgleich bzw. eine Phasenwinkelkorrektur ohne eine zusätzliche Messung der am kapazitiven Teiler tatsächlich anliegenden Primärspannung möglich ist, so dass ein Phasenwinkelabgleich sehr einfach auch während des Betriebs der Messanordnung durchgeführt und insbesondere auch während des Betriebs der Messanordnung beliebig wiederholt werden kann. Dadurch ist es beispielsweise möglich, die durch die inverse Übertragungsfunktion festgelegte Phasenwinkelkorrektur regelmäßig oder kontinuierlich zu überwachen und im Falle etwaiger Drifterscheinungen in derA significant advantage of the method according to the invention is the fact that in this phase angle adjustment or a phase angle correction without an additional measurement of the capacitive divider actually applied primary voltage is possible, so that a phase angle adjustment very easily carried out during operation of the measuring device and in particular can be repeated during operation of the measuring arrangement. As a result, it is possible, for example, to monitor the phase angle correction determined by the inverse transfer function regularly or continuously, and in the case of any drift phenomena in the
Messanordnung an die jeweiligen neuen Bedingungen anzupassen.Adapt measuring arrangement to the respective new conditions.
Mit dem Verfahren kann beispielsweise die Spannung an einem Phasenleiter einer Energieübertragungsleitung gemessen wer- den. Bevorzugt wird auch das Amplitudenteilerverhältnis des kapazitiven Teilers berücksichtigt; diese Vorgehensweise ermöglicht es nämlich, den Unterspannungswert, die Zeitkonstante und das Amplitudenteilerverhältnis bei- der Bildung des Mess- wertes zu verwenden, wodurch eine Messwertkorrektur nach Betrag und Phase ermöglicht wird.For example, the method can be used to measure the voltage across a phase conductor of a power transmission line. Preferably, the amplitude divider ratio of the capacitive divider is taken into account; This approach makes it possible to use the undervoltage value, the time constant and the amplitude divider ratio in the formation of the measured value, which makes possible a correction of the measured value in terms of magnitude and phase.
Der Teilerwert wird vorzugsweise ermittelt, indem die Spannung am Oberspannungsanschluss unter Bildung eines Oberspan- nungsmesswertes gemessen wird und das Verhältnis zwischen dem Oberspannungsmesswert und dem ünterspannungsmesswert als Teilerwert verwendet wird. Das Ermitteln des Teilerwerts kann beispielsweise einmalig erfolgen und bei der Installation der Messanordnung ermittelt werden.The divider value is preferably determined by measuring the voltage at the upper voltage terminal to form a high-voltage measured value, and using the ratio between the high-voltage measured value and the lower-voltage measured value as a divider value. The determination of the divider value can for example be done once and be determined during the installation of the measuring arrangement.
Eine Phasenwinkelkorrektur kann besonders 'einfach und damit vorteilhaft durchgeführt werden, indem als inverse Übertragungsfunktion ein Hochpass erster Ordnung verwendet wird.A phase angle correction can be performed more 'simple and therefore advantageous by a high-pass first order is used as the inverse transfer function.
Vorzugsweise wird mit der ermittelten Zeitkonstante die inverse Übertragungsfunktion gebildet gemäßPreferably, with the determined time constant, the inverse transfer function is formed in accordance with
c _— Kr Tκ κ \+jωTx c _- K r T κ κ \ + jω T x
^Korr T* ' i , . ^, Α l +jωTκ ^ Corr T * 'i,. ^, Α l + jωT κ
wobei Tl die ermittelte Zeitkonstante, Tk eine weitere frei wählbare Zeitkonstante und K das Übersetzungsverhältnis der Messanordnung bezeichnen.where Tl denotes the determined time constant, Tk a further freely selectable time constant and K the transmission ratio of the measuring arrangement.
Die frei wählbare Zeitkonstante wird bevorzugt derart gewählt, dass sie mit der Zeitkonstante am Stromeingang der Messeinrichtung übereinstimmt. In dieser Weise kann die Zeitkonstante der Messeinrichtung in die Phasenwinkelkorrektur miteinbezogen werden. Einer der beiden elektrischen Belastungszustände kann beispielsweise durch den Innenwiderstand der Messeinrichtung gebildet werden, mit der die Spannung am Unterspannungsan- schluss gemessen wird.The freely selectable time constant is preferably chosen such that it coincides with the time constant at the current input of the measuring device. In this way, the time constant of the measuring device can be included in the phase angle correction. One of the two electrical load states can be formed, for example, by the internal resistance of the measuring device with which the voltage at the low-voltage connection is measured.
Der andere der beiden elektrischen Belastungszustände kann beispielsweise dadurch gebildet werden, dass zu dem Innenwiderstand der Messeinrichtung eine zusätzliche elektrische Komponente hinzugeschaltet wird. Als zusätzliche elektrische Komponente wird vorzugsweise ein zusätzlicher Widerstand oder eine zusätzliche Spannungsquelle hinzugeschaltet. Die zusätzliche elektrische Komponente wird vorzugsweise zu dem Innenwiderstand der Messeinrichtung elektrisch in Reihe oder parallel dazu geschaltet.The other of the two electrical load states can be formed, for example, by adding an additional electrical component to the internal resistance of the measuring device. As an additional electrical component, an additional resistor or an additional voltage source is preferably added. The additional electrical component is preferably connected to the internal resistance of the measuring device electrically in series or in parallel thereto.
Im Falle des Einsatzes eines zusätzlichen Widerstands wird es im Hinblick auf einen einfachen und kostengünstigen Aufbau der Messanordnung als vorteilhaft angesehen, wenn der zusätzliche Widerstand zwischen den Unterspannungsanschluss und den Innenwiderstand geschaltet wird.In the case of using an additional resistor, it is considered advantageous in view of a simple and inexpensive construction of the measuring arrangement, when the additional resistance between the undervoltage terminal and the internal resistance is switched.
Die Zeitkonstante Tl der Übertragungsfunktion der Messanordnung lässt sich einfach und damit vorteilhaft beispielsweise ermitteln gemäß :The time constant T1 of the transfer function of the measuring arrangement can be determined easily and thus advantageously according to, for example:
Figure imgf000006_0001
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wobei Rκi den Innenwiderstand der Messeinrichtung, Rκ2 die Widerstandssumme aus dem Innenwiderstand der Messeinrichtung und dem zugeschalteten Widerstand und Δφ die Phasendifferenz der Phasen der Spannung am Unterspannungsanschluss für die zwei unterschiedlichen elektrischen Belastungszustände bezeichnet . Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Messanordnung zum Messen der Spannung an einem Leiter, mit einem kapazitiven Teiler, dessen Oberspannungsanschluss mit dem Leiter verbunden ist, und einer Messeinrichtung, die die Spannung am ünterspannungsanschluss des kapazitiven Teilers unter Bildung eines Unterspannungsmesswertes misst und mit dem Unterspannungsmesswert ein die Spannung am Leiter angebenden Messwert bildet, wobei zur Bildung des Messwertes der gemessene Unterspannungsmesswert mit einem Korrekturglied korrigiert wird, das eine zur Übertragungsfunktion der Messanordnung inverse Übertragungsfunktion aufweist.where Rκi denotes the internal resistance of the measuring device, R κ2 the resistance sum of the internal resistance of the measuring device and the connected resistor and Δφ the phase difference of the phases of the voltage at the lower voltage terminal for the two different electrical load states. The invention also relates to a measuring arrangement for measuring the voltage on a conductor, having a capacitive divider whose upper voltage terminal is connected to the conductor, and a measuring device which measures the voltage at the lower voltage terminal of the capacitive divider to form an undervoltage measurement value and the undervoltage measurement value a measured value indicative of the voltage at the conductor is formed, the measured undervoltage measured value being corrected to form the measured value with a correction element which has an inverse transfer function to the transfer function of the measuring arrangement.
Ein solche Messanordnung ist ebenfalls aus der deutschen Of- fenlegungsschrift DE 103 46 356 Al bekannt.Such a measuring arrangement is likewise known from German Offenlegungsschrift DE 103 46 356 A1.
Der Erfindung liegt bezüglich einer solchen Messanordnung die Aufgabe zugrunde, diese derart weiterzuentwickeln, dass eine Messwertkorrektur besonders einfach durchführbar ist.With regard to such a measuring arrangement, the object of the invention is to further develop such that a measured value correction can be carried out particularly easily.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Messeinrichtung derart ausgestaltet wird, dass sie geeignet ist, eine Zeitkonstante der Übertragungsfunktion der Messanordnung anhand der Spannung am Ünterspannungsanschluss für zwei unterschiedliche Belastungszustände am Unterspannungsan- Schluss zu ermitteln und die inverse Übertragungsfunktion unter Berücksichtigung dieser so ermittelten Zeitkonstante zu bilden.This object is achieved in that the measuring device is designed such that it is suitable to determine a time constant of the transfer function of the measuring arrangement based on the voltage at the Ünterspannungsanschluss for two different load conditions at Unterspannungsan- conclusion and the inverse transfer function taking into account this time constant thus determined to build.
Bezüglich der Vorteile der erfindungsgemäßen Messanordnung und bezüglich vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Messanordnung sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen.With regard to the advantages of the measuring arrangement according to the invention and with regard to advantageous embodiments of the measuring arrangement according to the invention, reference is made to the above statements in connection with the method according to the invention.
Vorzugsweise weist die Messanordnung eine zuschaltbare elekt- rische Komponente auf, die im eingeschalteten Zustand den anderen der beiden elektrischen Belastungszustände hervorruft. Vorzugsweise ist die Messeinrichtung mit einer Auswerteinrichtung zum Umschalten der Belastungszustände und zum Bilden der inversen Übertragungsfunktion ausgestattet.Preferably, the measuring arrangement has a switchable electrical component which, when switched on, causes the other of the two electrical load conditions. Preferably, the measuring device is equipped with an evaluation device for switching the load conditions and for forming the inverse transfer function.
Die zuschaltbare elektrische Komponente kann beispielsweise einen Bestandteil der Messeinrichtung bilden und von der Auswerteinrichtung zum Umschalten der Belastungszustände angesteuert werden.The switchable electrical component can for example form part of the measuring device and be controlled by the evaluation device for switching the load conditions.
Alternativ kann die zuschaltbare elektrische Komponente einen Bestandteil einer separaten, mit der Messeinrichtung in Verbindung stehenden Kalibriereinrichtung bilden und von der Auswerteinrichtung zum Umschalten der Belastungszustände angesteuert werden.Alternatively, the switchable electrical component form part of a separate, connected to the measuring device calibration device and are controlled by the evaluation device for switching the load conditions.
Vorzugsweise weist die Messanordnung eine Spannungsmesseinrichtung zum Messen der Spannung am Oberspannungsanschluss auf, um unter Heranziehung des Unterspannungsmesswertes auch eine Bestimmung des Amplitudenteilerverhältnisses des kapazi- tiven Teilers zu erlauben. Der Spannungsmesswert der Spannung am Oberspannungsanschluss wird vorzugsweise in die Auswerteinrichtung zur Weiterverarbeitung eingespeist.Preferably, the measuring arrangement has a voltage measuring device for measuring the voltage at the upper voltage terminal in order to also allow a determination of the amplitude divider ratio of the capacitive divider, taking into account the undervoltage measurement value. The voltage measurement value of the voltage at the upper voltage connection is preferably fed into the evaluation device for further processing.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Messeinrichtung für eine Messanordnung zum Messen der Spannung an einem Leiter, wobei die Messeinrichtung geeignet ist, die Spannung am Unterspannungsanschluss eines kapazitiven Teilers unter Bildung eines Unterspannungsmesswertes zu messen und mit dem Unterspannungsmesswert ein die Spannung am Leiter angebenden Messwert zu bilden, wobei sie zur Bildung des Messwertes den gemessenen Unterspannungsmesswert mit einem Korrekturglied korrigiert, das eine zur Übertragungsfunktion der Messanordnung inverse Übertragungsfunktion aufweist.The invention also relates to a measuring device for a measuring arrangement for measuring the voltage on a conductor, wherein the measuring device is adapted to measure the voltage at the lower voltage terminal of a capacitive divider to form an undervoltage measurement value and with the undervoltage measured value a measured value indicative of the voltage at the conductor form, wherein it corrected to form the measured value, the measured undervoltage measured value with a correction element having an inverse to the transfer function of the measuring arrangement transfer function.
Ein solche Messeinrichtung ist ebenfalls aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 103 46 356 Al bekannt. Der Erfindung liegt bezüglich einer solchen Messeinrichtung die Aufgabe zugrunde, diese derart weiterzuentwickeln, dass eine Messwertkorrektur besonders einfach durchführbar ist.Such a measuring device is also known from the German patent application DE 103 46 356 Al. With regard to such a measuring device, the object of the invention is to further develop it in such a way that a measured value correction can be carried out particularly easily.
Diese Aufgabe wird erfindungsgernäß dadurch gelöst, dass die Messeinrichtung geeignet ist, eine Zeitkonstante der Übertragungsfunktion der Messanordnung anhand der Spannung am Unter- spannungsanschluss für zwei unterschiedliche Belastungszu- stände am Unterspannungsanschluss zu ermitteln und die inver- se Übertragungsfunktion unter Berücksichtigung dieser Zeitkonstante selbst zu bilden.This object is achieved according to the invention in that the measuring device is suitable for determining a time constant of the transfer function of the measuring arrangement on the basis of the voltage at the under voltage connection for two different load states at the lower voltage terminal and for forming the inverse transfer function taking into account this time constant itself.
Bezüglich der Vorteile der erfindungsgemäßen Messeinrichtung und bezüglich vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsge- mäßen Messeinrichtung sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen.With regard to the advantages of the measuring device according to the invention and with regard to advantageous embodiments of the measuring device according to the invention, reference is made to the above statements in connection with the method according to the invention.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Kalibriereinrichtung für eine Messanordnung. Erfindungsgemäß ist vorgese- hen, dass die Kalibriereinrichtung einen Steueranschluss zum Anschluss an eine Messeinrichtung aufweist, die Kalibriereinrichtung einen Spannungsmessanschluss aufweist, der zum Anschluss an einen kapazitiven Teiler geeignet ist, die Kalibriereinrichtung einen Ausgabeanschluss aufweist, der mit dem Spannungsmessanschluss in Verbindung steht und zum Anschluss an eine externe Messeinrichtung geeignet ist, mit dem Steueranschluss ein Schaltelement in Verbindung steht, das in Abhängigkeit von einem Steuersignal am Steueranschluss geöffnet oder geschlossen wird, und mit dem Schaltelement eine zu- schaltbare elektrische Komponente zum Umschalten eines Belastungszustandes zwischen dem Spannungsmessanschluss und dem Ausgabeanschluss schaltbar ist.The invention also relates to a calibration device for a measuring arrangement. According to the invention, it is provided that the calibration device has a control connection for connection to a measuring device, the calibration device has a voltage measuring connection which is suitable for connection to a capacitive divider, the calibration device has an output connection which is connected to the voltage measurement connection and to the connection is suitable for an external measuring device, with the control terminal is a switching element in connection, which is opened or closed in response to a control signal at the control terminal, and the switch element switchable electrical component for switching a load state between the voltage measuring terminal and the output terminal switchable is.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft: Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messanordnung mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung sowie mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kalibriereinrichtung,The invention will be explained in more detail with reference to embodiments; thereby show exemplarily: 1 shows a first embodiment of a measuring arrangement according to the invention with an embodiment of a measuring device according to the invention and with an embodiment of a calibration device according to the invention,
Figur 2 ein elektrisches Ersatzschaltbild der Messanordnung für einen ersten Schaltzustand der Kalibriereinrichtung gemäß Figur 1,FIG. 2 shows an electrical equivalent circuit diagram of the measuring arrangement for a first switching state of the calibration device according to FIG. 1,
Figur 3 ein elektrisches Ersatzschaltbild der Messanordnung für einen zweiten Schaltzustand der Kalibriereinrichtung gemäß Figur 1,FIG. 3 shows an electrical equivalent circuit diagram of the measuring arrangement for a second switching state of the calibration device according to FIG. 1,
Figur 4 ein Ausführungsbeispiel für ein digitales Filter für eine Auswerteinrichtung der Messeinrichtung gemäß Figur 1,4 shows an exemplary embodiment of a digital filter for an evaluation device of the measuring device according to FIG. 1, FIG.
Figur 5 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messanordnung mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung sowie mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kalibriereinrichtung undFigure 5 shows a second embodiment of a measuring arrangement according to the invention with an embodiment of a measuring device according to the invention and with an embodiment of a calibration device according to the invention and
Figur 6 ein elektrisches Ersatzschaltbild für einen Schaltzustand der Kalibriereinrichtung gemäß Figur 5.FIG. 6 shows an electrical equivalent circuit diagram for a switching state of the calibration device according to FIG. 5.
In den Figuren 1 bis 6 werden für identische oder vergleichbare Elemente der Übersicht halber dieselben Bezugszeichen verwendet .In FIGS. 1 to 6, the same reference numerals are used for identical or comparable elements for the sake of clarity.
In der Figur 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Mess- anordnung 10 dargestellt. Die Messanordnung 10 weist einen kapazitiven Teiler 20 auf, der durch eine Oberspannungskapazität C0 und eine Unterspannungskapazität Cm gebildet ist. Einer der beiden Anschlüsse der Oberspannungskapazität C0 bildet einen Oberspannungsanschluss O20 des kapazitiven Teilers 20; der andere der beiden Anschlüsse • der Oberspannungs- kapazität C0 bildet einen Unterspannungsanschluss U20 des ka¬ pazitiven Teilers 20. Der Unterspannungsanschluss U20 des kapazitiven Teilers 20 steht außerdem mit einem Anschluss der Unterspannungskapazität Cm in Verbindung, deren anderer Anschluss beispielsweise auf Masse oder einem anderen Potential liegt.FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a measuring arrangement 10. The measuring arrangement 10 has a capacitive divider 20, which is formed by a high-voltage capacitance C 0 and an undervoltage capacitance Cm. One of the two terminals of the upper voltage capacitor C 0 forms a high voltage terminal O20 of the capacitive divider 20; the other of the two terminals • the upper voltage capacitance C 0 forms an undervoltage terminal U20 of the ka ¬ pazitiven divider 20. The lower voltage terminal U20 of the capacitive divider 20 is also connected to a terminal of the undervoltage capacitance Cm in connection, the other terminal, for example, to ground or another Potential lies.
Der Oberspannungsanschluss O20 des kapazitiven Teilers 20 ist an einen Phasenleiter 30 einer nicht weiter dargestellten E- nergieübertragungsleitung angeschlossen, um eine Messung der Leiterspannung UE an dem Phasenleiter 30 zu ermöglichen.The upper voltage terminal O20 of the capacitive divider 20 is connected to a phase conductor 30 of an energy transmission line, not further shown, in order to enable a measurement of the conductor voltage U E at the phase conductor 30.
Der Unterspannungsanschluss U20 des kapazitiven Teilers 20 ist an ein Ende eines Koaxialkabels 40 angeschlossen, das e- lektrisch eine Kapazität C02 bildet; diese liegt elektrisch zur Unterspannungskapazität Cm parallel.The undervoltage terminal U20 of the capacitive divider 20 is connected to one end of a coaxial cable 40 which forms a capacitance C 02 electrically; this is electrically parallel to the undervoltage capacitance Cm.
Mit dem anderen Ende des Koaxialkabels 40 steht eine Kalibriereinrichtung 50 in Verbindung, und zwar mit ihrem Span- nungsmessanschluss M50. An den Spannungsmessanschluss M50 ist eine zusätzliche elektrische Komponente 60 angeschlossen, bei der es sich beispielsweise um einen Widerstand Rz handeln kann. Die elektrische Komponente 60 steht außerdem mit einem Ausgabeanschluss A50 der Kalibriereinrichtung 50 in Verbindung.A calibration device 50 is connected to the other end of the coaxial cable 40, namely with its voltage measuring connection M50. To the voltage measuring terminal M50, an additional electrical component 60 is connected, which may be, for example, a resistor Rz. The electrical component 60 is also in communication with an output port A50 of the calibration device 50.
In der Figur 1 lässt sich darüber hinaus ein Schaltelement 65 der Kalibriereinrichtung 50 erkennen, dessen Schaltanschlüsse mit dem Spannungsmessanschluss M50 und dem Ausgabeanschluss A50 verbunden sind und dessen Steueranschluss mit einem Steu- eranschluss S50 der Kalibriereinrichtung 50 in Verbindung steht. Der Kalibriereinrichtung 50 ist eine Messeinrichtung 70 nachgeordnet, die beispielsweise durch ein Feld- oder Schutzgerät gebildet sein kann. Die Messeinrichtung 70 weist einen Innenwiderstand Rki auf, dem ein induktiver Wandler 80, ein A/D- Wandler 90 und eine Auswerteinrichtung 100 nachgeordnet sind. Die Auswerteinrichtung 100 kann beispielsweise durch eine programmierbare Mikroprozessoreinrichtung gebildet sein, in der ein oder mehrere digitale Filter implementiert oder implementierbar sind.FIG. 1 also shows a switching element 65 of the calibration device 50 whose switching connections are connected to the voltage measurement connection M50 and the output connection A50 and whose control connection is connected to a control connection S50 of the calibration device 50. The calibration device 50 is followed by a measuring device 70, which may be formed for example by a field or protective device. The measuring device 70 has an internal resistance Rki, to which an inductive converter 80, an A / D converter 90 and an evaluation device 100 are arranged downstream. The evaluation device 100 can be formed, for example, by a programmable microprocessor device in which one or more digital filters are implemented or implementable.
Die Messanordnung 10 kann beispielsweise wie folgt betrieben werden:The measuring arrangement 10 can be operated, for example, as follows:
Das Schaltelement 65 der Kalibriereinrichtung 50 wird von der Auswerteinrichtung 100 nacheinander in die folgenden Schaltzustände Zl und Z2 versetzt:The switching element 65 of the calibration device 50 is successively offset by the evaluation device 100 in the following switching states Zl and Z2:
Figure imgf000012_0001
Figure imgf000012_0001
Für die beiden Schaltzustände Zl und Z2 entstehen somit Er- satzschaltbilder, wie sie in den Figuren 2 und 3 dargestellt sind; dabei zeigt die Figur 2 das Ersatzschaltbild für den Fall, dass das Schaltelement 65 geschlossen ist, und Figur 3 das Ersatzschaltbild für den Fall, dass das Schaltelement 65 offen ist. RK2 bezeichnet die Widerstandssumme der Widerstän- de Rz und Rκi gemäßFor the two switching states Z1 and Z2, substitute circuit diagrams are thus produced, as shown in FIGS. 2 and 3; 2 shows the equivalent circuit diagram for the case that the switching element 65 is closed, and Figure 3 shows the equivalent circuit diagram in the event that the switching element 65 is open. R K2 denotes the resistance sum of the resistors Rz and R κi according to FIG
Rκ2 = Rz + Rκl R κ2 = Rz + R κl
Anhand der Ersatzschaltbilder kann nun das Spannungsverhält- nis der Spannungen UE und UA in der Auswerteinrichtung 100 berechnet werden:Based on the equivalent circuit diagrams, the voltage ratio of the voltages U E and U A in the evaluation device 100 can now be calculated:
a) Schaltzustand Zl (Schaltelement 65 geschlossen) :
Figure imgf000013_0001
a) switching state Zl (switching element 65 closed):
Figure imgf000013_0001
b) Schaltzustand Z2 (Schaltelement 65 ' of f en)b) switching state Z2 (switching element 65 ' of f en)
UE _ jωRK2(C0 + Cυ )+ ! _ 1 1 + 7VpST2 U E _jωR K2 (C 0 + C υ ) +! _ 1 1 + 7VpST 2
C/ Λ2 jωRK2Co V jωT2 C / Λ2 jωR K2 C o V jωT 2
wobei für die Parameter V, Ti, T2 und C0 gilt :where the parameters V, Ti, T2 and C 0 are:
Figure imgf000013_0002
Figure imgf000013_0002
2^ = ^2 - (Co + Cυ ) Cy - Cy, + Cy2 2 ^ = ^ 2 - ( C o + C υ) C y - C y , + C y2
Unter der Annahme, dass die Eingangsspannung UE während des Abgleichvorgangs konstant bleibt, kann folgende Gleichung aufgestellt werden:Assuming that the input voltage U E remains constant during the adjustment process, the following equation can be established:
Figure imgf000013_0003
Figure imgf000013_0003
Der sich bei der Veränderung des Belastungswiderstandes Rκi bzw. Rκ2 ergebende Winkelsprung Δφ errechnet sich somit zu:The resulting in the change of the load resistance R κ i or Rκ 2 angle jump Δφ is thus calculated to:
Figure imgf000013_0004
Figure imgf000013_0004
Durch Umformung erhält man folgende quadratische Gleichung:
Figure imgf000014_0001
By transformation, the following quadratic equation is obtained:
Figure imgf000014_0001
Damit ergibt sich folgende Formel zur Berechnung der gesuchten Zeitkonstante Tl:This results in the following formula for calculating the searched time constant Tl:
Figure imgf000014_0002
Figure imgf000014_0002
Die sich bei der Lösung ergebende Scheinlösung kann entweder durch einen Plausibilitätstest mit den Schätzwerten für die Lösung oder durch Aufstellen der Gleichung für ein weiteres Paar von Kalibrierwiderständen Rκ erfolgen. Die Lösung, die sich in beiden Fällen ergibt, ist die richtige Lösung.The sham solution resulting from the solution can be done either by a plausibility test with the solution estimates or by establishing the equation for another pair of calibration resistors R K. The solution that results in both cases is the right solution.
Das Amplitudenteilerverhältnis V des kapazitiven Teilers 20 gemeinsam mit dem Koaxialkabel 40 kann über eine Vergleichs- messung bestimmt werden. Dazu wird die aktuelle Spannungsamplitude ÜE am Phasenleiter 30 von einem in der Messanordnung 10 zumindest temporär vorhandenen und in der Figur 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht weiter dargestellten Anzeigegerät einer zusätzlichen Spannungsmesseinrichtung abge- lesen und als Referenzwert an einem zusätzlichen, in den Figuren nicht weiter gezeigten, Messwerteingang der Auswerteinrichtung 100 in diese beispielsweise manuell eingegeben. Die¬ se Eingabe kann einmalig vorgenommen werden und beispielsweise bei der Erstinstallation der Messanordnung erfolgen.The amplitude divider ratio V of the capacitive divider 20 together with the coaxial cable 40 can be determined via a comparison measurement. For this purpose, the current voltage amplitude Ü E at the phase conductor 30 is read by a display device of an additional voltage measuring device, which is at least temporarily present in the measuring arrangement 10 and not shown in FIG. 1 for reasons of clarity, and no further in the figures as reference value at an additional voltage measuring device shown, measured value input of the evaluation device 100 in this example, manually entered. The ¬ se input can be made once and done, for example, during the initial installation of the measuring arrangement.
Für die Korrektur der Spannungsmesswerte, die in der Figur 1 für den Schaltzustand Zl mit dem Bezugszeichen Uai und für den Schaltzustand Z2 mit dem Bezugszeichen UA2 bezeichnet sind, wird in der Auswerteinrichtung 100 beispielsweise ein digitales Filter 110 eingesetzt, wie es in der Figur 4 beispielhaft gezeigt ist. Die Funktion des digitalen Filters 110 besteht darin, die Übertragungsfunktion G der Messanordnung 10, die durch den kapazitiven Teiler 20, das Koaxialkabel 40, die Kalibriereinrichtung 50 sowie den Innenwiderstand Rκi bestimmt wird, zu korrigieren und mit den Unterspannungsmess- werten UAi und ÜA2 am Ausgang des A/D-Wandlers 90 korrigierte Messwerte i(k) zu bilden. Dazu wird in der Auswerteinrichtung 100 eine zu der zu korrigierenden Übertragungsfunktion G in- verse Korrekturübertragungsfunktion GkOrr verwendet.For the correction of the measured voltage values, indicated in the figure 1 for the switching state Zl by the reference numeral U a i and for the switching state Z2 by the reference numeral U A2, in the evaluation device 100, for example, a digital filter 110 is used, as in the FIG. 4 is shown by way of example. The function of the digital filter 110 consists in correcting the transfer function G of the measuring arrangement 10, which is determined by the capacitive divider 20, the coaxial cable 40, the calibration device 50 and the internal resistance R K i, and with the undervoltage measurement values U A i and U A2 at the output of the A / D converter 90 corrected measured values i (k) to form. For this purpose, the evaluation device 100 uses a correction transfer function G kOrr to be corrected for the transfer function G.
Da die inverse Korrekturübertragungsfunktion Gkorr ein PI-Since the inverse correction transfer function G corr is a PI
Glied mit unendlicher Verstärkung für die Frequenz f=0 darstellen würde, ist es empfehlenswert, die inverse Korrekturübertragungsfunktion mit einer zusätzlichen Polstelle zu versehen; auf diese Weise können Offsetprobleme vermieden wer- den. Als resultierende Korrekturübertragungsfunktion entsteht beispielsweise ein Hochpass erster Ordnung mit einer anderen, frei wählbaren charakteristischen Zeitkonstante. Diese Zeitkonstante wird zweckmäßigerweise so eingestellt, dass sie mit der charakteristischen Zeitkonstante des Stromeingangs M70 der Messeinrichtung 70 übereinstimmt. Die folgende Formel zeigt die sich ergebende Korrekturübertragungsfunktion:It would be advisable to provide the inverse correction transfer function with an additional pole, with infinite gain for the frequency f = 0; In this way offset problems can be avoided. The resulting correction transfer function, for example, results in a first order high pass with another, freely selectable characteristic time constant. This time constant is expediently adjusted so that it matches the characteristic time constant of the current input M70 of the measuring device 70. The following formula shows the resulting correction transfer function:
C ° Kon - — ΛK ' Ϊ rpJL ' Λ l + J . ωTιC ° Kon - - Λ K ' Ϊ rpJL' Λ l + J. ωT ι
T1 \ + , jωT rpκ T 1 \ +, jωT rp κ
Tκ bezeichnet die frei gewählte Zeitkonstante und K das Übersetzungsverhältnis der Messanordnung. K entspricht dem Quotienten aus der Spannung UE am Phasenleiter 30 und der Spannung UA am Unterspannungsanschluss U20 des nicht abgeglichenen kapazitiven Teilers und damit betragsmäßig idealerweise dem Amplitudenteilerverhältnis V = Co/ (Co+CD) . Verursacht ein anderes Element der Messanordnung einen Verstärkungsfehler, so wird dieser mit dem Faktor K ebenfalls korrigiert; in diesem Falle sind K und V nicht mehr identisch. Unter Nutzung der Bilineartransformation kann die Korrektur- Übertragungsfunktion in der folgenden Weise im z- Bereich bestimmt werden:T κ indicates the selected speed constant, and K is the ratio of the measurement arrangement. K corresponds to the quotient of the voltage U E at the phase conductor 30 and the voltage U A at the lower voltage terminal U20 of the unbalanced capacitive divider and thus, in terms of magnitude, ideally the amplitude divider ratio V = Co / (Co + C D ). If another element of the measuring arrangement causes a gain error, this is also corrected by the factor K; in this case K and V are no longer identical. Using the bilinear transformation, the correction transfer function can be determined in the z-range in the following manner:
Figure imgf000016_0001
Figure imgf000016_0001
Das digitale Filter 110 hat somit im z-Bereich folgende Übertragungsfunktion:The digital filter 110 thus has the following transfer function in the z range:
-1 G-1 G
1 h I+^"1 1 h I + ^ "1
Zur Berechnung der Koeffizienten der Korrekturübertragungsfunktion ergeben sich also folgende Gleichungen:The following equations therefore result for the calculation of the coefficients of the correction transfer function:
\ - k -Tκ ax = \ + k - T>,\ - k -T κ a x = \ + k - T > ,
Figure imgf000016_0002
Figure imgf000016_0002
T κ _ Kt- T J. v- l + k -Tκ T κ _ Kt- T J. v- l + k -T κ
fa bezeichnet dabei die verwendete Abtastfrequenz.f a denotes the sampling frequency used.
In der Figur 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel für eine Messanordnung 10 dargestellt, bei der als zusätzliche elektrische Komponente 60 eine Spannungsquelle 200 eingesetzt wird. Das resultierende elektrische Ersatzschaltbild zeigt die Figur 6.FIG. 5 shows a second exemplary embodiment of a measuring arrangement 10, in which a voltage source 200 is used as additional electrical component 60. The resulting electrical equivalent circuit diagram is shown in FIG. 6.
Die Eingangsspannung üE lässt sich mit folgender Gleichung berechnen:
Figure imgf000017_0001
The input voltage ü E can be calculated with the following equation:
Figure imgf000017_0001
Unter der Annahme, das der Widerstand R bekannt ist und die Spannung Uκ in zwei Schaltzuständen Zl und Z2 jeweils einen von zwei verschiedenen bekannten Spannungswerten Uκi und UK2 annimmt, kann für beide Schaltzustände Zl und Z2 folgende Gleichung aufgestellt werden:Assuming that the resistor R is known and the voltage U κ in two switching states Zl and Z2 assumes one of two different known voltage values Uκi and U K 2, the following equation can be established for both switching states Zl and Z2:
_J_ J«*(Co+Cg)+l.v __}_.„
Figure imgf000017_0002
jωRC0 κι jωRCo A jωRC0 2 _J_ J «* (C o + C g ) + l. v __} _. "
Figure imgf000017_0002
jωRC 0 κι jωRC o A jωRC 0 2
Hier wird angenommen, dass die Eingangsspannung ÜE für beide Schaltzustände konstant ist. Die dargestellte Gleichung lässt sich mit dem gleichen Verfahren, wie es anhand der Figuren 1 bis 4 oben bereits eingehend beschrieben ist, lösen, so dass in der Auswerteinrichtung 100 eine inverse Korrekturübertragungsfunktion Gκorr ermittelt und weiter verwendet werden kann. Here it is assumed that the input voltage Ü E is constant for both switching states. The illustrated equation can be solved with the same method, as already described in detail above with reference to FIGS. 1 to 4, so that an inverse correction transfer function Gκ orr can be determined in the evaluation device 100 and used further.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Messen der Spannung (UE) an einem Leiter (30) mittels einer Messanordnung (10) , die einen an den Lei- ter gekoppelten kapazitiven Teiler (20) und eine Messeinrichtung (70) aufweist, wobei bei dem Verfahren1. A method for measuring the voltage (U E) of a conductor (30) by means of a measuring arrangement (10) having an input coupled to the conductor capacitive divider (20) and a measuring device (70), in which method
- die Spannung (UÄ) am ünterspannungsanschluss (U20) des kapazitiven Teilers, dessen Oberspannungsanschluss (020) mit dem Leiter verbunden ist, unter Bildung eines Unterspan- nungsmesswertes (UAi, UÄ2) gemessen wird und- The voltage (U Ä ) at the ünterspannungsanschluss (U20) of the capacitive divider whose upper voltage terminal (020) is connected to the conductor, to form a Unterspanungsmesswertes (U A i, U Ä Ä 2) is measured and
- mit dem Unterspannungsmesswert ein die Spannung am Leiter angebender Messwert (ik) gebildet wird, wobei- With the undervoltage measured value, a voltage indicative of the voltage at the conductor (ik) is formed, wherein
- zur Bildung des Messwertes der gemessene Unterspannungsmesswert mit einem Korrekturglied (110) korrigiert wird, das eine zur Übertragungsfunktion (G) der Messanordnung in- verse Übertragungsfunktion (GKorr) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine Zeitkonstante (Tl) der Übertragungsfunktion der Messanordnung anhand der Spannung am Ünterspannungsanschluss für zwei unterschiedliche Belastungszustände (Zl, Z2) am Ünterspannungsanschluss ermittelt wird und- corrected to form the measured value, the measured undervoltage measured value with a correction element (110) having an inverse to the transfer function (G) of the measuring inverse transfer function (G K orr), characterized in that a time constant (Tl) of the transfer function of the measuring arrangement based the voltage at the overvoltage connection is determined for two different load states (Z1, Z2) at the overvoltage connection, and
- die inverse Übertragungsfunktion unter Berücksichtigung dieser Zeitkonstante ermittelt wird.- The inverse transfer function is determined taking into account this time constant.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Spannung an einem Phasenleiter einer Energieübertragungsleitung gemessen wird.2. The method of claim 1, wherein a voltage is measured at a phase conductor of a power transmission line.
3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass als inverse Übertragungsfunktion ein Hochpass erster Ordnung verwendet wird.3. Method according to one of the preceding claims, characterized in that a first-order high pass filter is used as the inverse transfer function.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass mit der Zeitkonstante die inverse Übertragungsfunktion gebildet wird gemäß4. Method according to one of the preceding claims, characterized in that with the time constant, the inverse transfer function is formed according to
_κ Tκ \ + jωTx _ κ T κ \ + jωT x
G KorrG corr
Tx 1 + JmT1 KT x 1 + 1 K JMT
wobei Tl die Zeitkonstante, Tk eine weitere frei wählbare Zeitkonstante und K das Übersetzungsverhältnis der Messanordnung bezeichnen.where Tl denote the time constant, Tk another arbitrary time constant and K the transmission ratio of the measuring arrangement.
5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die frei wählbare Zeitkonstante derart gewählt wird, dass sie mit der Zeitkonstante am Stromeingang der Messeinrichtung übereinstimmt.5. The method according to claim 4, characterized in that the freely selectable time constant is selected such that it coincides with the time constant at the current input of the measuring device.
6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass einer der beiden elektrischen Belastungszustände durch den Innenwiderstand (RRI) der Messeinrichtung gebildet wird, mit der die Spannung am Unterspannungsanschluss gemessen wird.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that one of the two electrical load conditions by the internal resistance (R RI ) of the measuring device is formed, with which the voltage at the lower voltage terminal is measured.
7. Verfahren nach Anspruch β, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der andere der beiden elektrischen Belastungszustände dadurch gebildet wird, dass zu dem Innenwiderstand der Messeinrichtung eine zusätzliche elektrische Komponente (60) hinzugeschaltet wird.7. The method according to claim 3, wherein the other of the two electrical load states is formed by adding an additional electrical component to the internal resistance of the measuring device.
8. Verfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass als zusätzliche elektrische Komponente ein zusätzlicher Widerstand (Rz) oder eine zusätzliche Spannung (Uκ) hinzugeschaltet wird.8. The method according to claim 7, characterized in that as an additional electrical component, an additional resistor (Rz) or an additional voltage (U κ ) is connected.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die zusätzliche elektrische Komponente zu dem Innenwiderstand elektrisch in Reihe oder parallel dazu geschaltet wird.9. The method according to claim 7 or 8, characterized in that the additional electrical component to the internal resistance is electrically connected in series or in parallel thereto.
10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 7-9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein zusätzlicher Widerstand (Rz) zwischen den Unterspannungs- anschluss und den Innenwiderstand geschaltet wird.10. Method according to one of the preceding claims 7-9, characterized in that an additional resistance (Rz) between the undervoltage terminal and the internal resistance is switched.
11. Verfahren nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Zeitkonstante der Übertragungsfunktion der Messanordnung ermittelt wird gemäß :11. The method according to claim 10, characterized in that the time constant of the transfer function of the measuring arrangement is determined according to:
Figure imgf000020_0001
Figure imgf000020_0001
wobei RkI den Innenwiderstand der Messeinrichtung, Rk2 die Widerstandssumme des Innenwiderstands der Messeinrichtung und des zugeschalteten Widerstands, Δφ die Phasendifferenz der Phasen der Spannung am ünterspannungsanschluss für die zwei unterschiedlichen elektrischen Belastungszustände bezeichnet.where RkI denotes the internal resistance of the measuring device, Rk2 the resistance sum of the internal resistance of the measuring device and the connected resistor, Δφ the phase difference of the phases of the voltage at the lower voltage connection for the two different electrical load states.
12. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass — das Amplitudenteilerverhältnis (V) des kapazitiven Teilers ermittelt wird und12. Method according to one of the preceding claims, characterized in that - the amplitude divider ratio (V) of the capacitive divider is determined and
— der Unterspannungsmesswert, die Zeitkonstante und das Amplitudenteilerverhältnis (V) bei der Bildung des Messwertes berücksichtigt werden.- The undervoltage measured value, the time constant and the amplitude divider ratio (V) are taken into account in the formation of the measured value.
13. Verfahren nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Amplitudenteilerverhältnis (V) ermittelt wird, indem die Spannung am Oberspannüngsanschluss unter Bildung eines Ober- Spannungsmesswertes gemessen wird und das Verhältnis zwischen dem Oberspannungsmesswert und dem Unterspannungsmesswert als Amplitudenteilerverhältnis (V) verwendet wird.13. The method according to claim 12, characterized in that the amplitude divider ratio (V) is determined by the voltage at the Oberspannüngsanschluss to form a Ober- Voltage reading is measured and the ratio between the high voltage reading and the undervoltage reading is used as the amplitude divider ratio (V).
14. Messanordnung (10) zum Messen der Spannung (UE) an einem Leiter (30) , mit14. Measuring arrangement (10) for measuring the voltage (U E ) on a conductor (30), with
- einem kapazitiven Teiler (20) , dessen Oberspannungsan- schluss (020) mit dem Leiter verbunden ist, und- A capacitive divider (20) whose Oberspannungsan- connection (020) is connected to the conductor, and
- einer Messeinrichtung (70) , die die Spannung (UA) am Unter- spannungsanschluss (U20) des kapazitiven Teilers unter Bildung eines Unterspannungsmesswertes (UÄi, UA2) misst und mit dem Unterspannungsmesswert ein die Spannung am Leiter angebenden Messwert (i(k)) bildet, wobei zur Bildung des Messwertes der gemessene Unterspannungsmesswert mit einem Kor- rekturglied (110) korrigiert wird, das eine zur Übertragungsfunktion (G) der Messanordnung inverse Übertragungsfunktion (GKorr) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Messeinrichtung geeignet ist, — eine Zeitkonstante (Tl) der Übertragungsfunktion der Messanordnung anhand der Spannung am Unterspannungsanschluss für zwei unterschiedliche Belastungszustände . (Zl, Z2) am Unterspannungsanschluss zu ermitteln und- A measuring device (70) which measures the voltage (U A ) at the lower voltage terminal (U20) of the capacitive divider to form an undervoltage measurement value (U Ä i, U A2 ) and with the undervoltage measured value indicating the voltage at the conductor measured value (i (k)), the measured undervoltage measured value being corrected to form the measured value by a correction element (110) which has an inverse transfer function (G K orr) to the transfer function (G) of the measuring arrangement, characterized in that the measuring device is suitable , - a time constant (Tl) of the transfer function of the measuring arrangement based on the voltage at the lower voltage terminal for two different load conditions. (Zl, Z2) at the undervoltage connection to determine and
- die inverse Übertragungsfunktion unter Berücksichtigung dieser so ermittelten Zeitkonstante zu bilden.- Form the inverse transfer function taking into account the time constant thus determined.
15. Messanordnung nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass einer der beiden elektrischen Belastungszustände durch den Innenwiderstand der Messeinrichtung hervorgerufen wird.15. Measuring arrangement according to claim 14, characterized in that one of the two electrical load states is caused by the internal resistance of the measuring device.
16. Messanordnung nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Messanordnung eine zuschaltbare elektrische Komponente aufweist, die im eingeschalteten Zustand den anderen der beiden elektrischen Belastungszustände hervorruft. 16. Measuring arrangement according to claim 15, characterized in that the measuring arrangement comprises a switchable electrical component, which causes the other of the two electrical load conditions in the on state.
17. Messanordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Messeinrichtung eine Auswerteinrichtung (100) zum Umschalten der Belastungszustände und zum Bilden der inversen Übertragungsfunktion aufweist.17. Measuring arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring device has an evaluation device (100) for switching over the load conditions and for forming the inverse transfer function.
18. Messanordnung nach Anspruch 16 oder 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die zuschaltbare elektrische Komponente einen Bestandteil der Messeinrichtung bildet und von der Auswerteinrichtung zum Umschalten der Belastungszustände angesteuert wird.18. Measuring arrangement according to claim 16 or 17, characterized in that the switchable electrical component forms part of the measuring device and is controlled by the evaluation device for switching over the load conditions.
19. Messanordnung nach Anspruch 16 oder 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die zuschaltbare elektrische Komponente einen Bestandteil einer separaten, mit der Messeinrichtung in Verbindung stehenden Kalibriereinrichtung (50) bildet und von der Auswerteinrichtung zum Umschalten der Belastungszustände angesteuert wird.19. Measuring arrangement according to claim 16 or 17, characterized in that the switchable electrical component forms part of a separate calibration device (50) which is connected to the measuring device and is actuated by the evaluation device for switching the load states.
20. Messanordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche 16- 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die zusätzliche elektrische Komponente durch einen zusätzli- chen Widerstand oder eine zusätzliche Spannungsquelle gebildet ist.20. Measuring arrangement according to one of the preceding claims 16- 19, d a d e r c h e c e n e c e in that the additional electrical component is formed by an additional resistor or an additional voltage source.
21. Messanordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche 16- 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die zusätzliche elektrische Komponente zu dem Innenwiderstand der Messeinrichtung elektrisch in Reihe oder parallel dazu schaltbar ist.21. The measuring arrangement according to claim 16, wherein the additional electrical component is electrically switchable to the internal resistance of the measuring device in series or in parallel thereto.
22. Messanordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche 16- 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die zuschaltbare elektrische Komponente durch einen zusätzlichen Widerstand gebildet ist, der zwischen den Unterspan- nungsanschluss und den Innenwiderstand schaltbar ist.22. Measuring arrangement according to one of the preceding claims 16-21, characterized in that the switchable electrical component is formed by an additional resistor which is switchable between the lower voltage connection and the internal resistance.
23. Messanordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Messanordnung eine Spannungsmesseinrichtung zum Messen der Spannung am Oberspannungsanschluss aufweist.23. Measuring arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring arrangement has a voltage measuring device for measuring the voltage at the upper voltage terminal.
24. Messeinrichtung (70) für eine Messanordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche 14-23 zum Messen der Spannung an einem Leiter, wobei die Messeinrichtung geeignet ist, die Spannung am Unterspannungsanschluss eines kapazitiven Teilers unter Bildung eines Unterspannungsmesswertes zu messen und mit dem Unterspannungsmesswert ein die Spannung am Leiter angebenden Messwert zu bilden, wobei sie zur Bildung des Messwertes den gemessenen Unterspannungsmesswert mit einem Korrekturglied korrigiert, das eine zur Übertragungsfunktion der Messanordnung inverse Übertragungsfunktion aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Messeinrichtung geeignet ist, eine Zeitkonstante der Übertragungsfunktion der Messanordnung anhand der Spannung am Unterspannungsanschluss für zwei unterschiedliche Belastungs- zustände am Unterspannungsanschluss zu ermitteln und die inverse Übertragungsfunktion unter Berücksichtigung dieser Zeitkonstante zu bilden.24. Measuring device (70) for a measuring arrangement according to one of the preceding claims 14-23 for measuring the voltage across a conductor, wherein the measuring device is adapted to measure the voltage at the lower voltage terminal of a capacitive divider to form an undervoltage measurement value and with the undervoltage measured value In order to form the measured value, the measured undervoltage measured value is corrected by a correction element which has an inverse transfer function to the transfer function of the measuring arrangement, characterized in that the measuring device is suitable for determining a time constant of the transfer function of the measuring arrangement on the basis of the voltage at Undervoltage connection for two different load states at the undervoltage terminal to determine and to form the inverse transfer function taking into account this time constant.
25. Messeinrichtung nach Anspruch 24, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Messeinrichtung eine Auswerteinrichtung zum Umschalten der Belastungszustände und zum Bilden der inversen Übertragungsfunktion aufweist.25. Measuring device according to claim 24, characterized in that the measuring device has an evaluation device for switching the load states and for forming the inverse transfer function.
26. Messeinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche 24-25, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass einer der beiden elektrischen Belastungszustände durch den26. Measuring device according to one of the preceding claims 24-25, characterized in that one of the two electrical load conditions by the
Innenwiderstand der Messeinrichtung hervorgerufen wird.Internal resistance of the measuring device is caused.
27. Messeinrichtung nach Anspruch 26, da d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,27. Measuring device according to claim 26, characterized in that:
- dass die Messeinrichtung eine zuschaltbare elektrische Komponente aufweist, die im eingeschalteten Zustand den anderen der beiden elektrischen Belastungszustände hervorruft, und- That the measuring device comprises a switchable electrical component, which causes the other of the two electrical load conditions in the on state, and
- dass die zuschaltbare elektrische Komponente von der Auswerteinrichtung zum Umschalten der Belastungszustände angesteuert wird.- That the switchable electrical component is controlled by the evaluation device for switching the load conditions.
28. Messeinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche 25-27, da d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,28. Measuring device according to one of the preceding claims 25-27, in that there are at least one of the following:
- dass die Auswerteinrichtung einen Steueranschluss zum An- schluss an eine zuschaltbare elektrische Komponente auf- weist, die im eingeschalteten Zustand den anderen der beiden elektrischen Belastungszustände hervorruft, und- That the evaluation device has a control terminal for connection to a switchable electrical component that causes the other of the two electrical load conditions in the on state, and
- dass die zuschaltbare elektrische Komponente von der Auswerteinrichtung zum Umschalten der Belastungszustände angesteuert wird.- That the switchable electrical component is controlled by the evaluation device for switching the load conditions.
29. Kalibriereinrichtung (50) für eine Messanordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche 14-23, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass29 calibration device (50) for a measuring arrangement according to one of the preceding claims 14-23, d a d u c h e c e n e c i n e t that
- die Kalibriereinrichtung einen Steueranschluss (S50) zum Anschluss an eine Messeinrichtung aufweist,the calibration device has a control connection (S50) for connection to a measuring device,
- die Kalibriereinrichtung einen Spannungsmessanschluss (M50) aufweist, der zum Anschluss an einen kapazitiven Teiler geeignet ist,the calibration device has a voltage measuring connection (M50) which is suitable for connection to a capacitive divider,
- die Kalibriereinrichtung einen Ausgabeanschluss (A50) auf- weist, der mit dem Spannungsmessanschluss in Verbindung steht und zum Anschluss an eine externe Messeinrichtung geeignet ist, mit dem Steueranschluss ein Schaltelement (65) in Verbindung steht, das in Abhängigkeit von einem Steuersignal am Steueranschluss geöffnet oder geschlossen wird, und mit dem Schaltelement eine zuschaltbare elektrische Komponente (Rz) zum Umschalten eines Belastungszustandes zwischen den Spannungsmessanschluss und den Ausgabeanschluss schaltbar ist. the calibration device has an output connection (A50), which is connected to the voltage measuring connection and is suitable for connection to an external measuring device, to the control terminal is a switching element (65) is in communication, which is opened or closed in response to a control signal at the control terminal, and with the switching element a switchable electrical component (Rz) for switching a load condition between the voltage measuring terminal and the output terminal is switchable.
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