DE2432279A1

DE2432279A1 - Anordnung zur selbsttaetigen erkennung der richtung der in einer hochspannungsleitung transportierten elektrischen energie mit uebertragung der richtungsinformation auf die niederspannungsseite

Info

Publication number: DE2432279A1
Application number: DE2432279A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr Ing Braun
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-07-05
Filing date: 1974-07-05
Publication date: 1976-01-22

Description

Anordnung zur selbsttätigen Erkennung der Richtung der in einer Hochspannungsleitung transportierten elektrischen Energie mit Übertragung der Richtungsinformation auf die Niederspannungsseite.
Die Erfindung betrifft eine Anordnung, die einen von der in einer Hochspannungsleitung transportierten elektrischen Energie abgeleiteten Meßwert in Abhängigkeit von der Energietransportrichtung mittels Pulsdauermodulation derart moduliert, daß gleichzeitig mit der Übertragung des Meßwertes auf die Niederspannungsseite die Richtungsinformation übertragen wird.
Bisher wird die auf Hochspannungsleitungen transportierte elektrische Energie mit Hilfe von elektromechanischen oder elektronischen Elektrizitätszählern gemessen, die mittels hochspannungsisolierter Meßtransformatoren (Meßwandler) an die Hoehspannungsleitung angeschlossen werden. Zur Einsparung der für den Einsatz in Hochspannungsnetzen sehr aufwendig isolierten Meßwandler können die Elektrizitätszähler mit Vorteil auf Hochspannungspotential angeordnet werden. Für jede der beiden möglichen Energietransportrichtungen kann ein Elektrizitätszähler vorgesehen werden. Vorteilhafter ist jedoch die Verwendung nur eines Elektrizitätszählers, der die Energie unabhängig von der Transportrichtung ermittelt.
Die vorgeschlagene Anordnung geht von der Verwendung eines elektronischen Elektrizitätszählers für Hochspannungsleitungen aus.
Ein auf Hochspannungspotential angeordneter elektronischer Multiplizierer erzeugt elektrische Impulse, deren Folgefrequenz der auf der Hochspannungsleitung transportierten Energie proportional ist. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anordnung werden die Meßwerte in der Weise moduliert, daß die selbsttätig ermittelte Richtungsinformation gleichzeitig mit auf-die Niederspannungsseite übertragen wird. Die erfindungsgemäße Anordnung vermeidet die Verwendung von zwei getrennten Datenübertragungskanälen für jede Energieflußrichtung dadurch, daß die in ihrer Anzahl pro Zeiteinheit der in der Hochspannungsleitung transportierten Energie proportionalen Impulse Je nach Energieflußrichtung verschieden lang sind. Der Datenübertragungskanal besteht zweckmäßiger Weise aus einer potentialfreien Meßwertübertragung (z.B.
Lichtleiter, dielektrischer Wellenleiter o.ä.).
Die Fig. 1 bis 4 dienen zur Erläuterung eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Anordnung.
Fig. 1 zeigt Phasenbeziehungen zwischen Strom und Spannung in der Hochspannungsleitung.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild für die Gewinnung der Richtungsinformation.
Fig. 3.zeigt ein Blockschaltbild für die Modulation der Richtungsinformation.
Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild der niederspannungsseitigen Demodulationsschaltung.
Die Richtungsinformation wird bei der erfindungsgemäßen Anordnung durch folgende Überlegung gewonnen: Wenn der Strom in der Hochspannungsleitung ( i (t) in Fig. 1) der Spannung u (t) um weniger als 60 ° vor- oder nacheilt, hat die Stromamplitude zwischen 3,3 ms und 6,7 ms (bei einer Netzfrequenz von 50 Hz) nach jedem positiven Nulldurchgang der Spannung einen positiven Wert. Weist der Momentanwert des Stromes dagegen während der angegebenen Zeit einen negativen Wert auf, so beträgt die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung 120 ° bis 240 °. Dem ersten Fall wird die Energieflußrichtung "vorwärts" (V); dem zweiten Fall die Energieflußrichtung 'rUckwärts" ("R") zugeordnet.
Die bei der erfindungsgemäßen Anordnung benutzte Schaltung für die Richtungserkennung zeigt Fig. 2. In der Zeit zwischen 4,5 ms und 5,5 ms nach jedem positiven Nulldurchgang der Spannungsamplitude (entsprechend einer Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung von -81 ° ' Ç - +81 °, bzw. 99 ° I < 261 0)wird die Polarität der Stromamplitude abgefragt. Ein positiver Wert der Stromamplitude während dieser Zeit führt zur Speicherung der Richtungsinformation "V", und eine negative Stromamplitude bewirkt die Speicherung der Richtungsinformation "R". Dazu wird bei jedem positiven Nulldurchgang der Spannung ein monostabiler Multivibrator mit einer Ausgangsimpuledauer von 4,5 ms in den monostabilen Zustand versetzt. Bei Rückkehr dieses Multivibrators in den Ruhestand wird ein zweiter monostabiler Multivibrator mit einer Ausgangsimpuledauer von 1 ms in den monostabilen Zustand versetzt, während welcher Zeit die Abfrage der Strompolarität freigegeben wird.
Die Ausgangsimpulse des Multiplizierers (Fig. 3), deren Folgefrequenz der Größe der in der Hochspannungsleitung transportierten Energie proportional ist, werden entsprechend den Informationen ttV" oder "R" entweder einem monostabilen Multivibrator mit einer Ausgangsimpulsdauer von 0,1 ms oder einem monostabilen Multivibrator mit 0,7 ms Ausgangsimpulsdauer zugeführt.
Am Ausgang einer logischen "ODER-Verknüpfung erzeugt damit jeder der in ihrer Anzahl der Hochspannungsenergie proportionalen Impulse einen Impuls von entweder 0,1 ms oder 0,7 ms Dauer. Diese Impulse werden potentialfrei zur Niederspannungsseite der Anordnung übertragen.
Die auf der Niederspannungsseite empfangenen Impulse werden bei der erfindungsgemäßen Anordnung in einer in Fig. 4 wiedergegebenen Schaltung entsprechend ihrer zeitlichen Dauer sortiert und einem von zwei Impulszählern zugeführt. Jeder Empfangsimpuls versetzt einen monostabilen Multivibrator mit einer Ausgangsimpulsdauer von 0,4 ms in den monostabilen Zustand. Wenn der Empfangsimpuls von kürzerer zeitlicher Dauer als 0,4 ms ist, wird für die Zeit zwischen dem Ende des Empfangsimpulses und der Rückkehr des Multivibrators in seine Ruhelage ein Zihlimpuls für die Energieflußrichtung "V" gezählt. Ist dagegen der Multivibrator in seine Ruhestellung zurückgekehrt, bevor der Empfangsimpuls beendet ist, wird für die restliche Dauer des Empfangsimpulses ein Impuls für die Richtung R" gezählt.
In beiden Fällen entstehen Zählimpulse mit einer zeitlichen Dauer von 0,3 ms.
Abschließend läßt sich feststellen, daß durch die Erfindung eine Anordnung geschaffen ist, die die Übertragung der Information nicht nur über die Größe, sondern auch ü-ber die Richtung der auf einer Hochspannungsleitung transportierten Energie mit Hilfe eines einzigen potentialfreien MeßwertUbertragungskanals gestattet. Die erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich außerdem dadurch aus, daß die Energieflußrichtung während jeder Periode der Netzwechselspannung erneut festgestellt wird und daher auch bei häufigstem Wechsel der Energieflußrichtung die transportierten Energiemengen korrekt registriert werden.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist darin zu sehen, daß die nach Energieflußrichtung aufgeschlüsselte Information in digitaler Form vorliegt. Eine Datenfernübertragung auf derNiederspannungsseite wird dadurch wesentlich erleichtert.

Claims

Patentansprüche:

S Anordnung zur Modulation, Ubertragung und Demodulation eines von der in einer Hochspannungsleitung transportierten elektrischen Energie abgeleiteten Meßwertes, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Transportrichtung der Energie mit einer geeigneten Schaltung (z.B. die in Fig. 2 dargestellte) selbsttätig ermittelt wird, daß die auf der Hochspannungsseite erzeugten Impulse, deren Folgefrequenz proportional der Energie ist, mit einer geeigneten Schaltung (z.B. die in Pig. 3 dargestellte) in der Weise moduliert werden, daß ihre zeitliche Dauer je nach Energieflußrichtung verschieden ist, und daß die Meßwerte nach einer potentialfreien Meßwertübertragung (z.B. lichtemittierende Diode I;ED in Fig. 3, Lichtleiter, Potodiode in Fig. 4) in einer geeigneten Schaltung (z.B. die in Fig. 4 dargestellte) demoduliert werden, damit sie entsprechend ihrer zeitlichen Dauer zur Registrierung der in der jeweiligen Richtung transportierten Energie ausgewertet werden können.
2.) Anordnung nach Anspruch 1, da d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß entsprechend den Fig. 1 und 2 während jeder Periode der Spannung in der Hochspannungsleitung zum Zeitpunkt des positiven Maximalwertes dieser Spannung die Polarität des Augenblickswertes des Stromes in der Hochspannungsleitung ermittelt wird.
3.) Anordnung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß entsprechend Fig. 2 aus einer der Spannung in der Hochspannungsleitung proportionalen sinusförmigen Spannung UO (t) mit Hilfe eines Differenzverstärkers (z.B. V1 in Fig. 2) eine Rechteckepannung U1 (t) gleicher Frequenz gebildet wird, aus der mit Hilfe zweier monostabiler Multivibratoren (z.B. MFF1 und MFF2 in Fig. 2) eine rechteckförmige Spannung U2 (t) geformt wird, die nur für die Zeit, die zwischen dem Zeitpunkt, zu dem UO (t) seinen positiven Maximalwert gerade noch nicht erreicht hat, und dem Zeitpunkt kurz nach dem positiven Maximalwert von u0 (t) einen von Null verschiedenen Wert aufweist.
4.) Anordnung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t , daß entsprechend Fig. 2 aus einer dem Strom in der Hochspannungsleitung proportionalen Spannung Uio (t) mit Hilfe zweier Differenzverstärker (z.B.

V2 und V3 in Pig.2) zwei um 180 ° gegeneinander verschobene Rechteckspannungen Ut1 (t) und Ui2 (t) gebildet werden, von denen Ui1 (t) in Phase mit U10 (t) ist.
5.) Anordnung nach Ansprüchen 2, 3 und 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß entsprechend Fig. 2 aus den Spannungen U2 (t) und Ui1 (t) bzw. Ui2 (t) mit Hilfe zweier logischer "UND"-Verknüpfungen (z.B.

G1 und G2 in Fig. 2) Impulse gebildet werden, die einen bistabilen Multivibrator (z.B. FF1 in Fig. 2) entweder in den stabilen Zustand "vorwärts" oder den stabilen Zustand "Rückwärts" bringen.
6.) Anordnung nach Ansprüchen 1, 2, 3, 4 und 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die entsprechend Pig.9 aus den Augenblickswerten der Spannung U (t) und des Stromes i (t) in der Hochspannungsleitung mit Hilfe eines Leistungs-Frequenz-Wandlers gebildeten Impulse UN (t), deren Frequenz der in der Hochspannungsleitung transportierten Energie proportional ist, durch zwei logische "UND"-Verknüpfungen (z.B. G3 und G4 in Fig. 3) entsprechend der Energieflußrichtung entweder einem monostabilen Multivibrator mit kurzer Ausgangsimpulsdauer (Z.B. MFF3 in Fig. 3, ta = 0,1 ms) oder einem mit längerer Ausgangsimpulsdauer (z.B. MFF4 in Fig. 3, tA = 0,7 ms) zugeführt werden. Die Anordnung nach Anspruch 6 erzeugt am Ausgang einer logischen "ODER"-Verknüpfung (z.B. G5 in Fig. 3) -Impulse, deren zeitliche Dauer die Richtungsinformation enthält und die zur Übertragung auf die Niederspannungsseite der Anordnung nach Anspruch 1 zur Verfügung stehen (z.B. durch die lichtemittierende Diode LED in Fig. 3 und ein Lichtleitfaserbündel).
7.) Anordnung nach Ansprüchen 1 und 6, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t , daß entsprechend Fig. 4 jeder auf der Niederspannungsseite empfangene Impuls einen monostabilen Multivibrator (z.B. MUFF5 in Fig. 4) in den monostabilen Zustand bringt, der von größerer zeitlicher Dauer ist als die Impulse der Richtung 'PV" und von geringerer zeitlicher Dauer als die Impulse der Richtung R". In der Anordnung nach Anspruch 7 werden die Ausgangsimpulse von MFF5 mit den Empfangsimpulsen in der Weise verglichen, daß ein Empfangsimpuls von zeitlich geringerer Dauer als die des Ausgangsimpulses von MFF5 einen Impuls für die Zählrichtung "V" ergibt, während ein Empfangsimpuls von längerer Dauer als die des Ausgangsimpulses von MFF5 einen Impuls für die Zählrichtung R" liefert.
8.) Anordnung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß der Ausgangsimpuls Q des monostabilen Multivibrators MFF5 (Fig. 4) erst nach einer durch ein Verzögerungsglied (z.B. VG1 in Fig. 4, td = 2 ps) bestimmten Verzögerungszeit an einen der beiden Eingänge einer logischen "UED"-VerknUpfung (z.B. G6 in Fig. 4) gelangt, an deren anderen Eingang das invertierte Empfangssignal ohne zeitliche Verzögerung gelangt, so daß erst nach Ende des Empfangssignals für die restliche Zeit bis zur Rückkehr von MFF5 in die Ruhelage ein Zählimpuls in die Zählrichtung "Vorwärts" geleitet wird.
9.) Anordnung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e.k e n nz e i c h n e t, daß der Ausgangsimpuls Q des monostabilen Multivibrators MFF5 (Fig. 4) ohne zeitliche Verzögerung auf einen Eingang einer logischen "UND"-Verknüpfung (z.B. G7 in Fig. 4) gelangt, während das invertierte Empfangssignal den anderen Eingang dieser "UND-Verknüpfung erst nach einer durch ein Verzögerungsglied (z.B. VG2 in Fig. 4, td = 2 ßs) bestimmte Zeit erreicht, wodurch am Ausgang von G7 nur dann ein Zählimpuls entsteht, wenn das Empfangssignal von zeitlich größerer Dauer ist als der Ausgangsimpuls von MUFF 5 10.)Anordnung nach Ansprüchen 8 und 9, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß entsprechend Fig. 4 eine zeitliche Verzögerung mit echter Totzeit nur der Rückflanke eines Rechteckimpulses dadurch zu erzielen ist, daß der Rechteckimpule einmal direkt auf einen Eingang einer logischen "NICHT-ODER"-Verknüpfung gelangt, während der andere Eingang der "NICHT-ODER"-Verknüpfung den Impuls erst nach zeitlicher Verzögerung durch ein Integrationsglied erhält, womit erreicht wird, daß die Vorderflanke des Ausgangsimpulses des Verzögerungsgliedes erst nach einer zeitlichen Verzögerung auf die Rückflanke des Eingangsimpulses folgt, während andererseits die Rückflanke des Ausgangsimpulses gegenüber der Vorderflanke des Eingangsimpulses zeitlich nicht verzögert ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Meßtechnik, Heft 10, 1971, S. 223 Meßtechnik, Heft 4, 1974, S. 98