DD255214A1 - Verfahren zur beruehrungslosen messung von hochstroemen, insbesondere in elektroenergieanlagen - Google Patents

Abstract

Um bei galvanischer Trennung zwischen Strom- und Messkreis und einfacher Einstellung des Messbereiches hohe Stroeme in weiten Grenzen zwischen kA und mA zu messen, wobei bei universeller Anwendbarkeit der Aufwand gering zu halten ist und darueber hinaus auch die Moeglichkeit geschaffen werden soll, Stroeme von vielen kA mit einer Aufloesung von wenigen mA zu messen, sieht die Erfindung u. a. vor, dass die empfindlichen Achsen von um einen stromdurchflossenen Leiter in einem definierten Abstand konzentrisch angeordneten magnetfeldabhaengigen Elementen einer definierten Anzahl n von einer vom Strom herruehrenden Feldlinie geschnitten werden, wobei die magnetfeldabhaengigen Elemente n verschiedene Magnetfeldempfindlichkeiten aufweisen, die durch n verschiedene Hilfsmagnetfelder erzeugt werden, so dass die magnetfeldabhaengigen Elemente n verschiedene Aussteuerbereiche liefern, die nach Verstaerkung, Digitalisierung und nach Vorabspeicherung in einem Zentralrechner zu einem Gesamtsignal verknuepft werden. Fig. 1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Messung von Hochströmen, insbesondere in Elektroenergieanlagen, wobei die Messung unter Berücksichtigung des vom Strom herrührenden Magnetfeldes und unter Verwendung von magnetfeidabhängigen Elementen erfolgt.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Beim Messen von Hochströmen in Elektroenergieanlagen finden zunehmend berührungslose Meßverfahren Anwendung. So ist gemäß der DE-OS 3130277, G 01 R, 19/00 um den Leiter ein Magnetkern ausweichmagnetischem Material angeordnet, der an seinem inneren Umfang einen Einschnitt zur Aufnahme eines magnetempfindlichen Halbleiterelementes aufweist. Der Nachteil dieses Verfahrens aber auch des Verfahrens nach der DE-PS 3040316, G 01 R, 19/00 besteht darin, daß dieStommessung indirekt durch den im magnetischen Material vorhandenen Fluß erfolgt und demzufolge material· und damit sehr stark frequenzabhängig ist, so daß große Stromsteilheiten nur ungenau meßbar sind. Gemäß der DE-OS 3416244, G 01 R, 15/00 wird die mit der Bewegung von Ladungen verbundene Kraftwirkung ausgenutzt, indem ein piezoresistiver Membranbereich den entstehenden Druck mißt, welcher ein Maß für den Strom darstellt. Als nachteilig hat sich hierbei jedoch herausgestellt, daß ein relativ hoher Aufwand an Feinstmechanik sowie ein großer Aufwandzur Abschirmung der auftretenden elektromagnetischen Störfehler erforderlich ist, da der Signalkreis sich unmittelbar am stromführenden Leiter befindet. Gemäß dem magnetischen Hochspannung-Hochstrom-Meßwandler nach der DE-OS 2543134, G 01 R, 15/07 ist um den stromführenden Leiter ein Lichtleitkabel mit polarisiertem Licht angeordnet. Dabei wird durch das Magnetfeld des Stromes die Polarisationsebene des Lichtes gedreht und die Drehung als ein Maß des Stromes ausgewiesen. Dieses Verfahren ist mit dem Nachteil der Notwendigkeit eines hohen Aufwandes ah Präzisionstechnik wie Laser, Detektor, Koppelstellenlichtleitkabel mit Sender und Empfänger sowie hochempfindlichen Auswerteeinrichtungen verbunden.

Gemäß der CH-PS 414010 ist auch bereits eine Einrichtung zum Messen des Stromes in einen Leiter mit einem dem Leiter zugeordneten magnetfeldempfindlichen Geber bekannt, der beim Messen von Strömen in Hochspannungsleitungen zwischen jeweils drei im Dreieck angeordneten Leitern eines Hochspannungsnetzesso gehalten wird, daß er auf der Verbindungslinie zwischen jeweils zwei benachbarten Hochspannungsleitern in einer derartigen Anordnung liegt, daß das von dem jeweiligen Hochspannungsleiter herrührende Magnetfeld'die zur Erzeugung des elektrischen Signals erforderliche Richtung besitzt, während die von den übrigen Hochspannungsleitern ausgehenden Magnetfelder an den Orten der ihnen nicht zugeordneten Geber höchstens eine vernachlässigere Komponente in der jeweils zur Erzeugung des Signals erforderlichen Richtung besitzen. Da bei dieser Einrichtung die magnetfeldempfindlichen Geber in einem vorgegebenen Abstand von den einzelnen Hochspannungsleitern angeordnet werden müssen, was mit der Verwendung zusätzlicher Haltevorrichtungen verbunden ist, ist nach der DE-OS 3147715, G 01 R, 15/00 auch schon eine Einrichtung zum Messen eines Stromes bekannt, bei derein magnetfeldempfindlicher Geber in einer achsparallelen Bohrung eines den Leiter bildenden Stabes untergebracht ist und das im Leiter befindliche Magnetfeld mißt. Jedoch ist diese Einrichtung mit dem Nachteil behaftet, daß große Stromsteilheiten infolge des Skineffektes nur unvollständig und damit ungenau erfaßt werden.

Schließlich ist nach der DD-PS 228362 —siehe auch DE-OS 3517095, beide G 01 R, 33/06 — auch schon eine Anordnung zum Messen eines Stromflusses durch Messen der vom Strom erzeugten magnetischen Umlaufspannung entlang des Randes einer beliebigen, vom Strom durchfluteten Fläche mittels magnetfeldempfindlicher, den Stromfluß entlang des Randes dieser Fläche umgebender Elemente bekannt, indem eine endliche Anzahl schmaler, streifenförmiger, ferromagnetischer, magnetoresistiver Dünnschichtelemente gleicher Abmessung und parallel gerichteten Längsachsen sich im gleichen, möglichst geringen Abstand entlang dertoandförmigen, parallele den Schichtebenen der Elemente verlaufenden und den Stromfluß vollständig umschließenden Berandung eines Raumes in Form einer beliebig begrenzten parallelen Scheibe befinden, wobei diese Elemente gemäß einer bevorzugten Ausführung in einer Art Stromzange untergebracht sind und den stromdurchflossenen Leiter umgeben. Diese Anordnung weist jedoch den Nachteil auf, daß sie lediglich zum Messen relativ kleiner Ströme geeignet ist.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, bei galvanischer Trennung zwischen Strom- und Meßkreis und einfacher Einstellung des Meßbereiches hohe Ströme in weiten Grenzen zwischen kAund mAzu messen, wobei bei universeller Anwendbarkeit der Aufwand gering gehalten werden soll und darüber hinaus auch die Möglichkeit geschaffen werden soll, Ströme von vielen kÄ mit einer Auflösung von wenigen mA zu messen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur berührungslosen Messung von Hochströmen, insbesondere in Elektroenergieanlagen zu schaffen, das die Erfassung von Hochströmen unter Berücksichtigung des vom Strom herrührenden Magnetfeldes bei Auflösung bis in den Stromnullbereich ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird dieses dadurch erreicht, daß die empfindlichen Achsen von um einen stromdurchflossenen Leiter in einem definierten Abstand konzentrisch angeordneten magnetfeldabhängigen Elementen einer definierten Anzahl η von einer vom Strom herrührenden Magnetfeldlinie geschnitten werden, wobei die magnetfeldabhängigen Elemente η verschiedene Magnetfeldempfindlichkeiten aufweisen, die durch η verschiedene Hilfsmagnetfelder erzeugt werden, so daß die magnetfeldabhängigen Elemente η verschiedene Aussteuerbereiche liefern, die nach Verstärkung, Digitalisierung und nach Vorabspeicherung in einem Zentralrechner zu einem Gesamtsignal verknüpft werden, derart, daß innerhalb bestimmter Empfindlichkeitsbereiche nacheinander die Signalanteile der in der Empfindlichkeit benachbarten magnetfeldabhängigen Elemente benutzt werden, und zwar so, daß das magnetfeldempfindlichste Element den kleinsten Strombereich und das magnetfeldempfindlichste Element den Hochstrombereich erfaßt.

Die erfindungsgemäße Aufgabe kann aber auch durch ein Verfahren gelöst werden, bei dem die empfindlichen Achsen von um einen stromdurchflossenen Leiter in η verschiedenen definierten Abständen X₁ bis X_n angeordneten magnetfeldabhängigen Elementen einer definierten Anzahl η von η verschiedenen iViagnetfeldiinien geschnitten werden, wobei die magnetfeldabhängigen Elemente die gleichen Magnetfeidempfindlichkeiten aufweisen, die durch η gleiche Hilfsmagnetfelder erzeugt werden, so daß die magnetfeldabhängigen Elemente η verschiedene Aussteuerbereiche liefern, die in der Weise erfaßt werden, daß das zum stromdurchflossenen Leiter am nächsten liegende magnetfeldabhängige Element den Signalanteil für den

kleinsten Strombereich (Stromnullbereich), die in der Abstufung der Entfernung folgenden magnetfeldabhängigen Elemente die darauffolgenden Signalanteile und schließlich das zum stromdurchflossenen Leiter am entferntesten liegende magnetfeldabhängige Element den Hochstrombereich (Stromamplitude) erfaßt bzw. liefert, wobei die η verschiedenen Aussteuerbereiche nach Verstärkung, Digitalisierung und Vorabspeicherung in einem Zentralrechner zu einem Gesamtsignal verknüpft werden, welches das Maß für den gemessenen Strom ist.

Während die Verknüpfung der η Aussteuerbereiche im Zentralrechner zu einem Gesamtsignal bei beiden erfindungsgemäßen Verfahren zur berührungslosen Messung von Hochströmen nach einem an sich bekannten, nicht näher erläuterten Verfahren erfolgt, werden die die Magnetfeldempfindlichkeiten hervorrufendenen Hilfsmagnetfelder durch die Anordnung kleiner Permanentmagnete parallel zur Vorzugsachse der magnetfeldabhängigen Elemente erzeugt, wobei die magnetfeldabhängigen Elemente vorteilhaft magnetoresistive Sensoren sind.

Die berührungslose Messung von Hochströmen kann aber auch dann vorgenommen werden, wenn beide Verfahren gemeinsam zur Anwendung kommen. Das bedeutet also, daß diese Messung unter Verwendung von in einem definierten Abstand konzentrisch angeordneten magnetfeldabhängigen Elementen einer definierten Anzahl n, die η verschiedene Magnetfeldempfindlichkeiten aufweisen, bei gleichzeitiger Verwendung von in η verschiedenen definierten Abständen X₁ bis x_n angeordneten magnetfeldabhängigen Elementen einer definierten Anzahl n, die die gleichen Magnetfeldempfindlichkeiten aufweisen, vorgenommen wird.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: eine Anordnung zur berührungslosen Messung von Hochströmen,

Fig. 2: die elektrische Weiterverarbeitung der mit der Anordnung nach Figur 1 gewonnenen η zeitlich verschiedenen

Aussteuerbereiche, Fig. 3: die Verknüpfung der mit der Anordnung nach Figur 1 gewonnenen Aussteuerbereiche zu einem Gesamtsignal.

Gemäß Figur 1 sind konzentrisch zu dem stromdurchflossenen Leiter 1 in einem definierten Abstand χ η — in diesem Fall ist η gleich vier — magnetfeldabhängige Elemente 2 mit η verschiedenen Hilfsmagnetfeldem angeordnet, so daß die magnetfeldabhängigen Elemente 2 η verschiedene Magnetfeldempfindlichkeiten erzeugenden Hilfsmagnetfelder durch die Anordnung kleiner Permanentmagnete 3 parallel zur Vorzugsachse der magnetfeldabhängigen Elemente 2. Die Anordnung der magnetfeldabhängigen Elemente 2 ist vorzugsweise so, daß die empfindliche Achse jedes magnetfeldabhängigen Elementes 2 durch dieselbe Magnetfeldlinie des stromdurchflossenen Leiters geschnitten wird. Dadurch erfahren die magnetfeldabhängigen Elemente 2, die jeweils eine Brückenschaltung von magnetfeldabhängigen Widerständen'darstellen, η verschiedene Auslenkungen in Form von Spannungsänderungen, die dem Strom porportional sind. Jeder Signalverlauf wird gemäß Figur 2 durch einen schnellen Operationsverstärker 4 verstärkt, durch einen schnellen AD-Wandler 5 digitalisiert und einem Zentralrechner 6 zugeführt, der nach einer Vorabspeicherung der einzelnen Signalanteile diese nach einem an sich bekannten Programm verknüpft und zu einer Gesamtkurve fügt. Nach Figur 3 erfolgt diese Verknüpfung der einzelnen Signalanteile in der Weise, daß innerhalb bestimmter Empfindlichkeitsbereiche nacheinander die Signalanteile der in der Empfindlichkeit benachbarten magnetfeldabhängigen Elemente 2 benutzt werden.

Claims (5)

1. Verfahren zur berührungslosen Messung von Hochströmen, insbesondere in Hochleistungsprüfeinrichtungen, wobei die Messung unter Berücksichtigung des vom Strom herrührenden Magnetfeldes und unter Verwendung von magnetfeldabhängigen Elementen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die empfindlichen Achsen von um einen stromdurchflossenen Leiter

(1) in einem definierten Abstand konzentrisch angeordneten magnetfeldabhängigen Elementen (2) einer definierten Anzahl η in einer vom Strom herrührenden Magnetfeldlinie geschnitten werden, wobei die magnetfeldabhängigen Elemente (2) η verschiedene Magnetfeldempfindlichkeiten aufweisen, die durch η verschiedene Hilfsmagnetfelder erzeugt werden, so daß die magnetfeldabhängigen Elemente (2) η verschiedene Aussteuerbereiche liefern, die nach Verstärkung, Digitalisierung und nach Vorabspeicherung in einem Zentralrechner (6) zu einem Gesamtsignal verknüpft werden, derart, daß innerhalb bestimmter Empfindlichkeitsbereiche nacheinander die Signalanteile der in der Empfindlichkeit benachbarten magnetfeldabhängigen Elemente (2) benutzt werden, und zwar so, daß das magnetfeldempfindlichste Element den kleinsten Strombereich und das magnetfeldunempfindlichste Element den Hochstrombereich erfaßt.

2. Verfahren zur berührungslosen Messung von Hochströmen, insbesondere in Hochleistungsprüfeinrichtungen, wobei die Messung unter Berücksichtigung des vom Strom herrührenden Magnetfeldes und unter Verwendung von magnetfeldabhängigen Elementen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die empfindlichen Achsen von um einen stromdurchflossenen Leiter in η verschiedenen definierten Abständen X₁ bis X_n angeordneten magnetfeidabhängigen Elementen einer definierten Anzahl η von η verschiedenen Magnetfeldlinien geschnitten werden, wobei die magnetfeldabhängigen Elemente die gleichen Magnetfeldempfindlichkeiten aufweisen, die durch η gleiche Hilfsmagnetfeldererzeugt werden, so daß die magnetfeldabhängigen Elemente η verschiedene Aussteuerbereiehe liefern, die in der Weise erfaßt werden, daß das zum stromdurchflossenen Leiteram nächsten liegende magnetfeldabhängige Element den kleinsten Strombereich und das zum stromdurchflossenen Leiter am entferntesten liegende magnetfeldabhängige Element den Hochstrombereich erfaßt, wobei die η verschiedenen Aussteuerbereiche nach Verstärkung, Digitalisierung und Vorabspeicherung in einem Zentralrechner zu einem Gesamtsignal verknüpft werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Magnetfeldempfindlichkeiten hervorrufenden Hilfsmagnetfelder durch die Anordnung kleiner Permanentmagnete (3) parallel zur Vorzugsachse der magnetfeldabhängigen Elemente (2) erzeugt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als magnetfeldabhängige Elemente

(2) magnetoresistive Sensoren verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die berührungslose Messung von Hochströmen unter Verwendung von in einem definierten Abstand konzentrisch angeordneten magnetfeldabhängigen Elementen (2) einer definierten Anzahl n, die η verschiedene Magnetfeldempfindlichkeiten aufweisen, bei gleichzeitiger Verwendung von in η verschiedenen definierten Abständen X₁ bis X_n angeordneten magnetfeldabhängigen Elementen einer definierten Anzahl n, die die gleichen Magneifeldempfindlichkeiten aufweisen, vorgenommen wird.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen