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Anordnung zur Übertragung einer von einem auf der Hochspannungsseite
fließenden Strom gebildeten Meßgröße von der Hochspannungsauf die Niederspannungsseite
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Übertragung einer von einem auf der Hochspannungsseite
fließenden Strom gebildeten Meßgröße von der Hochspannungs- auf die Niederspannungsseite,
bei der die Meßgröße mittels von einer auf der Hochspannungsseite liegenden Sendeeinrichtung
mit einer Lumineszenzdioden Anordnung ausgesendeter Lichtstrahlen auf eine auf der
Niederspannungsseite angeordnete Empfangseinrichtung übertragen wird.
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Die Anordnung entspricht hinsichtlich ihrer Funktionsweise einem
Stromwandler, da sie ebenso wie die herkömmlichen Stromwandler geeignet ist, die
hohen Ströme in kleine, der Messung zugängliche Werte betrags- und phasengetreu
umzuformen und außerdem die auf Hochspannungspotential liegenden stromführenden
Leiter gegen das auf Erdpotential liegende Meßsystem zu isolieren.
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Der Aufwand für die Isolation, die bei herkömmlichen Stromwandlern
aus festen Stoffen, flüssigen Stoffen oder gasförmigen Stoffen besteht, nimmt bei
herkömmlichen Stromwandlern mit der zu isolierenden Spannung etwa in der dritten
Potenz zu, so daß bei Stromwandlern herkömmlicher Bauart, die in Höchstspannungsnetzen
eingesetzt werden sollen, der wirtschaftliche Aufwand und die Kosten für die Isolation
außerordentlich groß sind.
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Dieser hohe Aufwand für die Isolation ist bei einer bekannten Strommeßanordnung
dadurch vermieden, daß zur Übertragung der Meßwerte von der Hochspannungs- auf die
Niederspannungsseite Lichtstrahlen verwendet werden, wobei die Lichtstrahlen durch
eine sich drehende, gelochte Scheibe, die in verschiedenen Winkelgraden nach einem
bestimmten Schlüssel angeordnete Löcher besitzt, codiert werden.
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Diese bekannte, Lichtstrahlen verwendende Anordnung ist insofern nachteilig,
als sie massebehaftete, bewegliche Teile in Gestalt der gelochten Scheibe besitzt,
wodurch sie sich schnell ändernde Stromvorgänge nicht exakt wiedergeben kann.
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Diesen Nachteil weist eine andere bekannte Strom meßanordnung nicht
auf, bei der eine dem Strom in der Hochspannungsleitung proportionale Spannung mittels
eines Spannungs-Frequenz-Umsetzers mit einer maximalen Pulsfrequenz von 125 kHz
in eine Frequenz umgesetzt und durch Lichtstrahlen auf die Niederspannungsseite
übertragen wird. Beim Strom Null in der Hochspannungsleitung wird an den Umsetzer
bereits eine Eingangsspannung mit einer derartigen Amplitude angelegt, daß am Ausgang
des Umsetzers Impulse mit einer Folgefrequenz von 67,5 kHz entstehen. Dieser (konstanten)
Eingangsspannung wird eine der Meßgröße, d. h. dem Strom in der Hochspannungsleitung
proportionale Spannung überlagert, so daß sich die Folgefrequenz bei der positiven
Halbperiode des Stromes vergrößert und bei der negativen Halbperiode verkleinert.
Der Frequenzhub beträgt beim Scheitelwert des Nennstromes i2,5 kHz und beim Scheitelwertd
es 23f achenNe nnstromes f 57,5kHz, so daß die Folgefrequenz beim Soheitelwert des
Nennstromes 70 bzw. 65 kHz und beim Scheitelwert des 23fachen Nennstromes 125 bzw.
10 kHz beträgt.
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Durch die konstante Eingangsslpannung, d. h. durch die Folgefrequenz
von 67,5 kHz beim Strom Null, ergibt sich bei der bekannten Anordnung ein verhältnismäßig
kleiner Fehlwinkel. Der kleine Frequenzhub hat jedoch einen verhältnismäßig großen
Betragsfehler zur Folge. So ergibt sich durch einen Temperaturfehler von nur 0,5
0/oo des Spannungs-Frequenz-Umsetzers bei 1001o des Nennstrornes nach der Frequenz-Spannungs-Umsetzung
ein Gleichspannungsanteil von etwa 200/,, der in der eigentlichen Meßgröße, nämlich
dem Strom in der Hochspannungsleitung, überhaupt nicht vorhanden ist.
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Ferner kann die bekannte Anordnung bei Verwendung eines Spannungs-Frequenz-Umsetzers
mit einer maximalen Folgefrequenz von 125 Hz bei verlagerten Kurzschlußströmen nur
Ströme bis zum 11flachen des Nennstromes erfassen.
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Um einerseits den Strommeßbereich beliebig groß wählen zu können,
und um andererseits den Meßfehler klein zu halten, wird eine Anordnung vorgeschlagen,
die gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Sendeeinrichtung einen
Taktgeber enthält, dessen Impulse eine ebenfalls in der Sendeeinrichtung angeordnete
digitale Zählein-
richtung in an sich bekannter Weise derart beeinflussen,
daß ihr Zählerstand der jeweiligen Amplitude der Spannung entspricht, die in einer
Meßwerterfassungseinrichtung entsprechend dem zu messenden Strom entsteht, und daß
über die aus mehreren Lumineszenzdioden bestehende Lumineszenzdiodenanordnung mittels
Lichtimpulsen der jeweilige Zählerstand auf der Niederspannungsseite nachgebildet
wird, wo er durch Digital-Analog-Umsetzer in eine analoge Größe umgewandelt wird.
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Zweckmäßigerweise ist der digitalen Zähleinrichtung ein Entscheiderteil
vorgeordnet, der die Impulse des Taktgebers nur dann in der Zähleinrichtung wirksam
werden läßt, wenn eine von der Spannung der Meßwerterfassungseinrichtung abhängige
Spannung von Null verschieden ist. Der Entscheiderteil weist vorzugsweise zwei Ausgänge
auf, die mit der digitalen Zähleinrichtung verbunden sind; an dem einen Ausgang
entsteht jeweils nur dann ein Signal, wenn die von der Spannung der Meßwerterfassungseinrichtung
abhängige Spannung positiv ist, und der andere Ausgang gibt nur dann ein Signal
ab, wenn die abhängige Spannung negativ ist.
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Ausgangsseitig ist an die digitale Zähleinrichtung ein Digital-Analog-Umsetzer
angeschlossen, der an seinem sAusgang eine dem jeweiligen Zählerstand entsprechende
Spannung erzeugt; mit dieser Spannung wird die von der Meßwerterfassungseinrichtung
abgegebene Spannung verglichen und die sich aus dem Vergleich ergebende Differenzspannung
vorzugsweise über einen Verstärker dem Entscheiderteil als die von der Spannung
der Meßwerterfassungseinrichtung abhängige Spannung zugeführt.
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Der zwischen der Meßwerterfassungseinrichtung und dem Entscheiderteil
angeordnete Verstärker ist bei einem auf der Hochspannungsseite fließenden Gleichstrom
als Gleichstromverstärker und bei einem auf der Hochspannungsseite fließenden Wechselstrom
als Gleichstrom- oder Wechselstromverstärker auszubilden.
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Die digitale Zähleinrichtung enthält einen vorwärts und rückwärts
laufenden Zähler und wird durch den Entscheiderteil derart beeinflußt, daß bei Momentanwerten
der Differenzspannung mit der einen Polarität eine Vorwärtszählung und bei Momentanwerten
der anderen Polarität eine Rückwärtszählung erfolgt.
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Die digitale Zähleinrichtung ist mit Zählstufen in einer von dem geforderten
Meßbereich und der verlangten Meßgenauigkeit bestimmten Anzahl ausgerüstet; der
Ausgang jeder ZählstuEe veranlaßt die jeweils an ihn angeschlossene Lumineszenzdiode
entsprechend seinem Schaltzustand zur Abgabe von Licht, das vorzugsweise über eine
aus lichtleitenden Faserbündeln bestehende optische Übertragangs strecke auf die
Niederspannungsseite übertragen wird.
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Die Übertragung der Schaltzustände der einzelnen Zählstufen bzw.
des Zählerstandes der digitalen ZähI; einrichtung kann auf unterschiedliche Weise
erfolgen; beispielsweise kann der Ausgang jeder Zählstufe, vorzugsweise über einen
Verstärker, an jeweils eine Lumineszenzdiode angeschlossen sein, deren Licht über
jeweils eine optische Übertragungsstrecke in der Empfangseinrichtung vorgesehene
Photoelemente beeinflußt.
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Es besteht auch die Möglichkeit, die Ausgänge aller ZählstuEen der
digitalen Zähleinrichtung mit einer Abtasteinrichtung zu verbinden, die die einzelnen
Zählstufen nacheinander mit einer Frequenz
abtastet, die mindestens um die Zahl der
Zählstufen größer ist als die Folgefrequenz des Taktgebers. Über die Abtasteinrichtung
wird entsprechend den Schaltzuständen der Zählstufen, vorzugsweise über einen Verstärker,
eine einzige Lumineszenzdiode zur Abgabe von Lichtimpulsen veranlaßt, die über eine
optische Übertragungsstrecke ein in der Empfangseinrichtung angeordnetes Photoelement
zur Abgabe von elektrischen Impulsen anregen. In der Empfangseinrichtung ist eine
mit der Abtasteinrichtung in der Sendeeinrichtung synchron laufende weitere Abtasteinrichtung,
vorzugsweise über einen Verstärker, an das Photo element angeschlossen; die weitere
Abtasteinrichtung bildet mittels der von dem Photoelement abgegebenen elektrischen
Impulse den Zähler stand am Eingang der Digital-Analog-Umsetzer nach.
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Zweckmäßigerweise ist bei der mit Abtasteinrichtungen versehenen
Ausführung der erfindungsgemäßen Anordnung entweder in der Sende- oder der Empfangseinrichtung
ein weiterer Taktgeber vorgesehen, dessen Impulse den synchronen Lauf der beiden
Abtasteinrichtungen gewährleisten; dabei ist die jeweils eine Abtasteinrichtung
unmittelbar und die jeweils andere Abtasteinrichtung über einen im wesentlichea
aus Lumineszenzdiode, Faserbündel und Photoelement bestehenden Übertragungskanal
mit dem weiteren Taktgeber verbunden.
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Die erfindungsgemäße Anordnung kann auch derart ausgeführt werden,
daß zusätzlich zu der digitalen Zähleinrichtung in der Sendeeinrichtung in der auf
Erdpotential liegenden Empfangseinrichtung eine weitere digitale Zähleinrichtung
vorgesehen ist, die stets den gleichen Zählerstand aufweisen soll wie die Zähleinrichtung
in der Sendeeinrichtung. Zu diesem Zweck sind die Ausgänge des Entscheiderteils
und des Taktgebers vorteilhafterweise über aus jeweils Lumineszenzdiode, Faserbündeln
und Photoelement bestehenden Übertragungskanäle nicht nur mit der digitalen Zähleinrichtung
in der Sendeeinrichtung, sondern auch mit der weiteren Zähleinrichtung in der Empfangseinrichtung
verbunden. Dabei können die Ausgänge des Entscheiderteils und des Taktgebers über
jeweils einen Übertragungskanal mit der weiteren Zähleinrichtung verbunden sein.
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Es ist jedoch auch möglich und wegen Einsparung eines Übertragungskanals
auch vorteilhaft, wenn die Impulse des Taktgebers über die zwischen den Ausgängen
des Entscheiderteils und der weiteren Zähleinrichtung vorhandenen Kanäle übertragen
werden, indem die Impulse des Taktgebers in zwei in der Sendeeinrichtung vorgesehenen
ODER-Gattern mit den Ausgangssignalen des Entscheiderteils gemischt und mittels
eines in der Empfangseinrichtung angeordneten UND-Gatters von - diesen Ausgangssignalen
wieder getrennt werden. Bei dieser Ausführung wertden also die mit den Ausgängen
des Entscheiderteils in Verbindung stehenden Übertragungskanäle gleichzeitig zur
Übertragung der Impulse des Taktgebers verwendet und somit ein Übertragungskanal
eingespart.
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Zweckmäßigerweise ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung mit zwei
digitalen Zähleinrichtungen außer den bereits oben beschriebenen Übertragungskanälen
ein zusätzlicher Übertragungskanal vorgesehen, über den beim Nulldurchgang des Zählerstandes
der digitalen Zähleinrichtung der Zählerstand der weiteren digitalen Zähleinrichtung
überprüft und gegebenenfalls gelöscht (auf Null gestellt) wird.
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An die in der Empfangseinrichtung angeordnete digitale Zähleinrichtung
sind Digital-Analog-Umsetzer angeschlossen, die in ihrem Aufbau dem in der Sendeeinrichtung
vorgesehenen Umsetzer entsprechen können. Die Digital-Analog-Umsetzer sind vorteilhafterweise
mit zwei Ausgängen ausgerüstet, von denen der eine Meßzwecken und der andere Netzschutzzwecken
dienen kann.
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Um den Aufwand in den elektronischen Baugruppen zu verringern, kann
die Frequenz des Taktgebers und damit die Atbeitsgeschwindigkeit aller nachgeschalteten,
elektrischen Baugruppen in vorteilhafter Weise dadurch reduziert werden, daß an
Stelle einer linearen Quantelung, bei der jeder Taktimpuls auf die erste Stufe der
Zähleinrichtung einwirkt und bei entsprechender Vorbereitung der Zähleinrichtung
durch den Entscheiderteil den Zählerstand nur um den Digitalwert »la verändert,
die Impulse des Taktgebers auf verschiedene Zählstufen einwirken, so daß durch jeden
Impuls der Zählerstand um einen digitalen Wert »1« oder größer als >1« verändert
wird. Diese nichtlineare Quantelung erfolgt zweckmäßigerweise in Abhängigkeit von
dem Momentanwert oder der zeitlichen Änderung des Stromes in der Hochspannungsleitung.
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Die Meßwerterfassungseinrichtung kann bei einem auf der Hochspannungsseite
fließenden Wechselstrom beispielsweise aus einem Stromwandler mit Niederspannungsisolation
bestehen, dessen Eisenkern geschlossen oder mit Luftspalten versehen ist; bei einem
auf der Hochspannungsseite fließenden Gleichstrom kann die Meßwerterfassungseinrichtung
einen ohmschen Widerstand, einen Hallgenerator oder einen magnetisch steuerbaren
Widerstand enthalten.
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Die Stromversorgung der Sendeeinrichtung kann vorteilhafterweise
mittels eines an der Hochspannungsleitung angeordneten Sättigungsstromwandlers erfolgen,
der bei verhältnismäßig kleinem Strom in der Hochspannungsleitung in die Sättigung
geht und eine Spannung abgibt, deren Gleichrichterwert konstant ist.
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Die Empfangseinrichtung auf Erdpotential läßt sich zweckmäßigerweise
durch eine externe Spannungsquelle über einen Spannungskonstanthalter mit Betriebsstrom
versorgen.
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Die erfindungsgemäße Anordnung läßt sich vorteilhafterweise in einem
aus Kopfteil, Isolator und Sockelteil bestehenden Meßwandlergehäuse unterbringen,
wobei der Kopfteil die Sendeeinrichtung und der Fußteil die Empfangseinrichtung
aufnimmt.
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In den Fig. 1 bis 4 sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen
Anordnung dargestellt.
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Fig. 1 und 2 geben Ausführungen wieder, bei denen der Zählerstand
einer in der Sendeeinrichtung angeordneten digitalen Zähleinrichtung auf die Niederspannungs
seite übertragen wird, und in den Fig. 3 und 4 sind Ausführungen dargestellt, bei
denen in der Sendeeinrichtung und in der Empfangseinrichtung jeweils eine Zähleinrichtung
vorhanden ist, in denen der Strom in der Hochspannungsleitung in digitaler Form
erhalten wird.
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In der Fig 1 ist in dem auf Hochspannungspotential liegenden Gehäuse
G81 die Sendeeinrichtung S1 untergebracht, die die unmittelbar an der von dem zu
messenden Strom durchflossenen Hochspannungsleitung H angeordnete Meßwerterfassungseinrichtung
M enthält; die Meßwerterfassungseinrichtung M gibt an ihrem Ausgang eine Spannung
ab, die dem Strom in der Hochspannungsleitung H proportional ist
Diese Spannung wird
nach einem Vergleich mit einer über die Verbindungsleitung VLl an den Schaltungspunkt
1 gelieferten Spannung dem Verstärker V81 zugeführt. Dieser Verstärker ist über
die Verbindungsleitung VL2 mit dem in seinem Aufbau an sich bekannten Entscheiderteil
ETl verbunden, der entsprechend dem jeweiligen Momentanwert der Differenzspannung
mit der einen Polarität beispielsweise an seinem Ausgang A 1 ein Signal und-bei
Momentanwerten der anderen Polarität an seinem Ausgang A2 ein Signal erzeugt. Die
beiden Ausgänge Al und A2 des Entscheiderteils ET1 sind über die Verbindungsleitungen
VL8 und VL4 mit der digitalen Zähleinrichtung Zsi verbunden; ebenfalls mit der digitalen
Zähleinrichtung Zsl steht über eine Verbindungsleitung VL5 der Taktgeber Tsl in
Verbindung. Je nachdem, ob am Ausgang Al oder am Ausgang A2 des Entscheiderteils
Etc ein Signal vorhanden ist, zählt die digitale Zähleinrichtung 781 die Impulse
des beispielsweise als astabile Kippstufe ausgebildeten Taktgebers T81 vorwärts
oder rückwärts und zeigt stets einen Zählerstand an, der in digitaler Form demMomentanwert
des Stlomes in der Hochspannungsleitung H entspricht.
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Über die Verbindungsleitung VL6 ist an die digitale Zähleinrichtung
Z81 der Digital-Analog-Umsetzer Usl angeschlossen, der an seinem Ausgang A eine
Spannung erzeugt, die in analoger Form den Zählerstand der Zähleinrichtung ZS1 wiedergibt.
Diese Spannung wird, wie oben bereits bemerkt, am Schaltungspunkt 1 mit der von
der Meßwerterfassungseinrichtung M gelieferten Spannung verglichen. Durch diese
Regelung folgt der Zählerstand der digitalen Zähleinrichtung Zsi stets dem Momentanwert
des in der Hochspannungsleitung H fließenden Stromes.
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Die Ausgänge der einzelnen Zählstufen der Zähleinrichtung 751 sind
vorzugsweise über Verstärker Vs11 ... Vs1-m ... Vsln mit Lumineszenzdiodent ...
L,m ... L1 n verbunden. Entsprechend den Schaltzuständen der Zählstufen geben die
Lumineszenzdioden L11 bis Lln Licht ab, das über vorzugsweise innerhalb des Isolators
Jl verlaufende, lichtleitende Faserbündel B,,... B,nz ... B1 n auf in der Empfangseinrichtung
angeordnete Photoelemente P ... P1m ... P1n übertragen wird.
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Die Photo elemente P11 bis P1 n liegen im Gehäuse G6l, das die gesamte
Empfangs einrichtung E1 aufnimmt. An die Photoelemente P11 bis P1n sind Verstärker
Ven... Ve1 m ... Veln angeschlossen, die die von den Photo elementen P11 bis P1
erzeugten elektrischen Impulse verstärkt dem Digital-Analog-Umsetzer Uei zuführen.
Der Digital-Analog-Umsetzer hat vorzugsweise zwei Ausgänge, von denen der Ausgang
Am1 Meßzwecken und der Ausgang An Netzschutzzwecken dient.
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Zur Betriebsspannungsversorgung der Sendeeinrichtung S1 ist unmittelbar
an der Hochspannungsleitung H eine Speiseeinrichtung Spl vorgesehen, die beispielsweise
aus einem Sättigungsstromwandler bestehen kann. Die Speiseeinrichtung SXl liefert
eine Spannung an die Energieversorgungseinrichtung Esl, die sowohl den Verstärker
Vsl und den Entscheiderteil ET1 als auch den Taktgeber T81, die digitale Zähleinrichtung
Zsl, den Digital-Analog-Umsetzer U81 und die Verstärker V811 bis V81 n mit Betriebsstrom
versorgt.
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Die Empfangseinrichtung E1 wird mittels einer in der Figur nicht
dargestellten externen Spannungsquelle,
die an den Eingang C1 angeschlossen
ist, über einen Spannungskonstanthalter Eei mit Betriebsstrom versorgt.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung ist folgende: Fließt
durch die Hochspannungsleitung H ein Strom, dann bildet die Meßwerterfassungseinrichtung
M an ihrem Ausgang eine Spannung, die dem Strom proportional ist. Diese Spannung
wird mit einer vom Digital-Analog-Umsetzer Usl abgegebenen Spannung verglichen;
die sich aus dem Vergleich ergebende Differenzspannung wird nach Verstärkung in
dem Verstärker V81 dem Entscheiderteil ET1 zugeführt.
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Ist der Momentanwert der Differenzspannung positiv, dann erzeugt
der Entscheiderteil ET1 beispielsweise an seinem Ausgang Al ein Signal. Durch dieses
Signal wird die digitale Zähleinrichtung Zsl derart beeinflußt, daß sie die von
dem Taktgeber T81 abgegebenen Impulse in Vorwärtsrichtung (addierend) zählt.
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Entsprechend dem jeweiligen Zählerstand der digitalen Zähleinrichtung
Zsl wird von dem an die Zähleinrichtung ZS1 mittels der Verbindungsleitung VL6 angeschlossenen
Digital-Analog-Umsetzer Usl eine analoge Spannung erzeugt, die über die Verbindungsleitung
VLl dem Schaltungspunkt 1 zugeführt und dort mit der Spannung der Meßwerterfassungseinrichtung
M verglichen wird. Sind die Spannungen der Meßwerterfassungseinrichtung M und des
Digital-Analog-Umsetzers Usl gleich groß, dann ist die Differenzspannung am Eingang
des Verstärkers y, und damit auch am Eingang des Entscheiderteils -Null. Es entsteht
dann weder am Ausgang A1 noch am Ausgang A2 des Entscheiderteils ET1 ein Signal,
so daß die Impulse des Taktgebers Tsl nicht in der digitalen Zähleinrichtung Zs,
wirksam werden; die digitale Zähleinrichtung Z51 ändert in diesem Fall ihren Zählerstand
nicht.
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Ist der Momentanwert der Differenzspannung negativ, dann entsteht
am Ausgang A2 des Entscheiderteils ET1 ein Signal. Dieses Signal steuert die digitale
Zähleinrichtung Zl derart, daß die Impulse des Taktgebers T81 rückwärts (subtrahierend)
gezählt werden.
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Zur Nachbildung des jeweiligen Zählerstandes der digitalen Zähleinrichtung
81 in der Empfangseinrichtung E1 werden die Lumineszenzdioden Lli bis Lin über an
den Ausgängen der Zählstufen der digitalen Zähleinrichtung Zsl vorgesehene Verstärker
V811 bis Vsl n zur Abgabe von Lichtstrahlen veranlaßt, die über Faserbündel B, bis
B1n Photoelementen P, bis Pln zugeführt werden. Durch die von den Photoelementen
entsprechend den auf sie auftreffenden Lichstrahlen erzeugten elektrischen Impulse,
die in den Verstärkern Vell bis Vel n verstärkt werden, wird an den Eingängen des
Digital-Analog-Umsetzers Ue der Zählerstand der digitalen Zähleinrichtung 781 nachgebildet.
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Ist in der Empfangseinrichtung E1 nur ein einziger Digital-Analog-Umsetzer
vorgesehen, dann ist dieser zweckmäßigerweise mit zwei Ausgängen ausgerüstet.
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Von diesen Ausgängen kann beispielsweise über den Ausgang Aml einer
Meßeinrichtung eine dem Strom in der Hochspannungsleitung H proportionale Meßgröße
in analoger Form und über den Ausgang Anj einer Netzschutzeinrichtung eine weitere
Größe in analoger Form als Eingangssignal zugeführt werden.
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Sind mehrere Digital-Analog-Umsetzer in der Empfangseinrichtung E1
vorhanden, dann braucht beispielsweise der eine Umsetzer lediglich einen Ausgang
für die Meßeinrichtung und der andere Umsetzer nur einen Ausgang zur Speisung der
Netzschutzgeräte aufweisen.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erßndungsgemäßen Anordnung ist
in Fig. 2 dargestellt. In Übereinstimmung mit dem in der F i g. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel
enthält auch diese Anordnung in der in dem Gehäuse G82 untergebrachten Sendeeinrichtung
S2 eine an der Hochspannungsleitung H angeordnete Meßwerterfassungseinrichtung M,
einen daran angeschlossenen Verstärker V82 und ein Entscheiderteil ET2. Dieser Entscheiderteil
beeinflußt die digitale Zähleinrichtung 782 in der gleichen Weise wie im Zusammenhang
mit der F i g. 1 beschrieben; d. b., bei Momentanwerten der am Eingang des Verstärkers
V2 liegenden Differenzspannung mit der einen Polarität werden die Impulse des Taktgebers
T82 vorwärts und bei Momentanwerten der anderen Polarität rückwärts gezählt; der
an die digitale Zähleinrichtung 782 angeschlossene Digital-Analog-Umsetzel U82 liefert
wiederum die zur Bildung der Differenzspannung erforderliche Spannung über die Verbindungsleitung
VL? an den Schaltungspunkt;2.
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Um die Zahl der relativ teueren Übertragungskanäle gegenüber dem
in der Fig 1 dargestellten Ausführungsbeispiel zu verringern, ist bei der Anordnung
gemäß der Fig. 2 an die digitale Zähleinrichtung Zs2 ausgangsseitig eine Abtasteinrichtung
A8 angeschlossen, die die einzelnen Zählstufen der digitalen Zähleinrichtung Zs2
nacheinander mit einer Frequenz abtastet, die mindestens um die Zahl der Zählstufen
größer als die Folgefrequenz des Taktgebers T82 ist.
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An den einzigen Ausgang der Abtasteinrichtung As ist vorzugsweise
über einen Verstärker V821 eine einzige Lumineszenzdiode L2 angeschlossen.
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Die Lumineszenzdiode L2 wird von der Abtasteinrichtung A8 entsprechend
den Schaltzuständen der Zählstufen der digitalen Zähleinrichtung Zs2 zur Abgabe
von Lichtimpulsen veranlaßt, die mittels des in dem Isolator J2 verlaufenden Faserbündels
B2 auf die Niederspannungsseite übertragen werden und ein in dem Gehäuse Ge2 der
Empfangseinrichtung E2 angeordnetes Photoelement P2 zur Abgabe von elektrischen
Impulsen anregen.
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Die elektrischen Impulse werden, vorzugsweise nach Verstärkung in
dem Verstärker Ve2, einer weiteren Abtasteinrichtung Ae zugeführt, die mittels der
elektrischen Impulse den Zählerstand der digitalen Zähleinrichtung Zs2 am Eingang
des Digital-Analog-Umsetzers Ue2 nachbildet. Der Digital-Analog-Umsetzer Ue2 gibt
an seinen Ausgängen Am2 und An2, wie oben bereits beschrieben, elektrische Größen
in analoger Form für Meßeinrichtungen und Netzschutzgeräte ab.
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Wichtig ist bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung,
daß die beiden Abtasteinrichtungen A8 und Ae synchron laufen. Um dies zu erreichen,
ist - vorzugsweise in der Sendeeinrichtung S2 - ein weiterer Taktgeber Tt vorgesehen,
der über die Verbindungsleitung VL8 die Abtasteinrichtung As steuert. Die in der
Empfangseinrichtung E2 angeordnete weitere Abtasteinrichtung Ae wird von den Impulsen
des weiteren Taktgebers Tt über einen von dem Verstärker V822, der Lumineszenzdiode
L2t, dem Faserbündel B2t, dem Photoelement P2s und
dem Verstärker
Ve t bestehenden Übertragungskanal synchron mit der Abtasteinrichtung As gesteuert.
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Die Versorgung der Sendeeinrichtung S2 sowie der Empfangseinrichtung
E2 mit Energie kann in der gleichen Weise wie bei der in F i g. 1 dargestellten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung erfolgen. An der Hochspannungsleitung
H ist dann wiederum eine Speiseeinrichtung Sp2 vorgesehen, die beispielsweise von
einem Sättignngsstromwandler gebildet sein kann; die Speiseeinrichtung 5X2 versorgt
die Energieversorgungseinrichtung E82 mit Energie, von der aus die einzelnen Bauteile
der Sendeeinrichtung S2, wie Verstärker V82, Entscheiderteil ET2, Taktgaber Ts2
usw., mit Betriebsstrom versorgt werden.
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Die Energieversorgung der Empfangseinrichtung E2 wird von einer externen
Spannungsquelle über einen Spannungskonstanthalter Ee2 vorgenommen.
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Ein weiteres Ausführnngsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung,
das ebenfalls mit wenigen Übertragungskanälen auskommt, ist in der F i g. 3 dargestellt.
In der Sendeeinrichtung S3, die in dem Gehäuse G83 untergebracht ist, wird in der
bereits wiederholt beschriebenen Weise mittels der Meßwerterfassungseinrichtung
M, dem Verstärker Vs,, dem Entscheiderteil ET3 und dem Digital-Analog-Umsetzer U83
unter Zuhilfenahme des Taktgebers Ts3 in der digitalen Zähleinrichtung 783 ein Zählerstand
erzeugt, der in digitaler Form die Größe des Stromes in der Hochspannungsleitung
H wiedergibt.
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In Abweichung von den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen
der erfindungsgemäßen Anordnung sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die
beiden Ausgänge A3 und A4 des Entscheiderteils Es8 nicht nur mit dem Eingang der
digitalen Zähleinrichtung 783, sondern über jeweils einen Übertragungskanal auch
mit der Empfangseinrichtung E2 verbunden. Jeder dieser beiden Übertragungskanäle
besteht aus einem Verstärker Vs3l bzw. Es32, einer Lumineszenzdiode L3l bzw. L32,
dem Faserbündel B21 bzw. B32, dem Photoelement P81 bzw. P32 und dem Verstärker Ve3l
bzw. Je32. Uber diese beiden Kanäle werden die gegebenenfalls an dem Ausgang A3
oder A4 des Entscheiderteils ET3 vorhandenen Signale auf die Niederspannungsseite
übertragen und dort zur Beeinflussung einer in der Empfangseinrichtung E3 angeordneten,
weiteren Zähleinrichtung Ze3 verwendet In ähnlicher Weise ist der Taktgeber T83
in diesem Ausführungsbeispiel wirksam, denn sein Ausgang ist sowohl mit der digitalen
Zähleinrichtung 788 in der Sendeeinrichtung S3 als auch über einen aus dem Verstärker
Vs33 der Lumineszenzdiode L33, dem innerhalb des Isolators J3 verlaufenden Faserbündel
B33, dem Photoelement P32 und dem Verstärker Ve33 bestehenden weiteren Übertragungskanal
mit der weiteren Zähleinrichtung 7e 3 verbunden. Bei dieser Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Anordnung werden die Impulse des Taktgebers Ts3 also nicht nur
in der in der Sendeeinrichtung S3 angeordneten digitalen Zähleinrichtung 7e 3, sondern
auch in der auf der Niederspannungsseite liegende weiteren digitalen Zähleinrichtung
Ze3 gezählt.
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An die weitere digitale Zähleinrichtung Ze3 angeschlossen und ebenfalls
in dem Gehäuse Ge8 der Empfangs einrichtung E2 angeordnet, ist ein Digital-Analog-Umsetzer
Ue3. Dieser Umsetzer weist vorteilhafterweise zwei Ausgänge auf, von denen über
den Ausgang Am3 eine Meßeinrichtung und über den Ausgang An3 Netzschutzgeräte mit
einer analogen
elektrischen Größe gespeist werden; die elektrische Größe ist dem
Strom in der Hochspannungsleitung H proportional.
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Um die Übereinstimmung der Zählerstände der Zähleinrichtungen Zs3
und 7e in der Sendeeinrichtung S3 und in der Empfangs einrichtung E3 überprüfen
zu können, ist ein weiterer Übertragungskanal vorgesehen, der aus dem Verstärker
Es34, der Lumineszenzdiode L34, dem Faserbündel B34, dem Photoelement P34 und dem
Verstärker Ve34 besteht. Über diesen Übertragungskanal ist der Ausgang der digitalen
Zähleinrichtung Zs3 mit der weiteren digitalen Zähleinrichtung 7e 3 verbunden, zweckmäßigerweise
jeweils beim Nulldurchgang des Zählerstandes der digitalen Zähleinrichtung 733 werden
die Zählerstände über diesen Übertragungskanal miteinander verglichen. Wird eine
Abweichung des Zählerstandes der weiteren digitalen Zähleinrichtung Ze3 von dem
der Zähleinrichtung Z83 festgestellt, dann wird der Zählerstand der weiteren Zähleinrichtung
7e 3 gelöscht.
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Die Energieversorgung der Sendeeinrichtung 83 wird in der wiederholt
beschriebenen Weise von der durch die Speiseeinrichtung Sps,3 gespeisten Energieversorgungseinrichtung
Es3 sichergestellt. Zur Energieversorgung der Empfangs einrichtung E8 dient eine
externe Spannungsquelle, die über einen Spannungskonstanthalter Ee3 an die Empfangseinrichtung
Es angeschlossen ist.
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Um gegenüber dem zuletzt beschriebenen Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Anordnung noch einen Übertragungskanal einzusparen, ist die in der Fig.4 dargestellte
Anordnung geeignet.
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Auch bei dieser Ausführungsform ist sowohl in der in dem Gehäuse G84
untergebrachten Sendeeinrichtung S4 als auch in der in dem Gehäuse Ge4 angeordneten
Empfangseinrichtung E4 eine digitale Zähleinrichtung volgesehen.
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In der Zähleinrichtung 7e wird mittels der an der Hochspannungsleitung
H angeordneten Meßwerterfassungseinrichtung M, dem Verstärker V84, dem Entscheiderteil
ET4 und des Digital-Analog-Umsetzers U84 unter Verwendung des Taktgebers Ts4 in
der bereits beschriebenen Weise ein Zählerstand hervorgerufen, der der Größe des
Stromes in der Hochspannungsleitung H entspricht. Um auch in der Empfangseinrichtung
E4 diesen Zählerstand zur Verfügung zu haben, sind die Ausgänge A3 und A6 des Entscheiderteils
ET4 sowie der Ausgang des Taktgebers T84 auch mit der in der Empfangseinrichtung
E4 vorgesehenen weiteren digitalen Zähleinrichtung Ze4 über nur zwei Übertragungskanäle
verbunden; diese Übertragungskanäle bestehen aus dem Verstärker Vs4l bzw. V842,
der Lumineszenzdiode L41 bzw. L42, dem in dem Isolator J4 verlaufenden Faserbündel
B41 bzw. B42, dem Photoelement P4l bzw. P42 und den Verstärkern Ve41 bzw. Ve42.
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Um sowohl die Ausgangssignale des Entscheiderteils ET4 als auch die
Impulse des Taktgebers T84 über diese beiden Übertragungskanäle der weiteren digitalen
Zähleinrichtung Ze4 führen zu können, sind in der Sendeeinrichtung 84 zwei ODER-Gatter
Gs vorgesehen, in denen die Ausgangssignale des Entscheiderteils ET4 mit den Impulsen
des Taktgebers Ts4 gemischt werden. Mittels des in der Empfangseinrichtung E4 vorgesehenen
UND-Gatters Ge werden die Impulse wieder von den Ausgangssignalen des Entscheiderteils
ET4 getrennt.
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Zum Überprüfen des Zählerstandes der weiteren digitalen Zähleinrichtung
Ze4 ist auch in diesem Ausführungsbeispiel ein weiterer Übertragungskanal vorgesehen,
der den Verstärker Je43, die Lumineszenzdiode Lot3, das Faserbündel B43, das Photo
element P48 und den Verstärker Ve43 enthält. Über diesen tYberttagungskanal ist
die digitale Zähleinrichtung 7s mit der weiteren digitalen Zähleinrichtung 7e4 verbunden
und wird jeweils beim Nulldurchgang des Zählerstandes der digitalen Zähleinrichtung
ZS4 auf ihren Zählerstand hin überprüft.
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Der Zählerstand der weiteren digitalen Zähleinrichtung 7e4 wird mittels
eines an diese Zähleinrichtung angeschlossenen Digital-Analog-Umsetzers Ue4 in eine
analoge Größe umgewandelt. Diese analoge Größe kann über den Ausgang Am4 beispielsweise
einer Meßeinrichtung und über den Ausgang An4 einer Netzschutzeinrichtung zugeführt
werden.
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Die Energieversorgung der Sendeeinrichtung 84 erfolgt durch die Speiseeinrichtung
Spo in Verbindung mit der Energieversorgungseinrichtung E5 E,,, und die Empfangseinrichtung
Ei wird durch eine externe Spannungsquelle über den Spannungskonstanthalter Ee4
mit Betriebsstrom versorgt.
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Abschließend läßt sich feststellen, daß durch Erfindung eine Strommeßanordnung
geschaffen ist, deren Strommeßbereich beliebig groß gewählt werden kann und nicht
- wie bei der bekannten, mit einem Spannungs-Frequenz-Umsetzer ausgerüsteten Strommeßanordnun,o
- durch die maximale Folgefrequenz des Spannungs-Frequenz-Umsetzers beschränkt ist.
Die erfindungsgemße Anordnung zeichnet sich außerdem durch eine relativ hohe Meßgenauigkeit
aus, da Meß fehler nur von einem einzigen Bauteil, nämlich von dem Digital-Analog-Umsetzer,
abhängig sind; der Meßfehler kann daher relativ klein gehalten werden.
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Ein weiterer Vorteil der eründungsgemäßen Anordnung ist darin zu
sehen, daß der Meßwert auf der Niederspannungsseite in digitaler Form vorhanden
ist, wodurch eine digitale Meßwertverarbeitung für Messung, Zählung und Schutz begünstigt
wird.