DE659061C

DE659061C - Device for the remote display of measured values for direct current networks with even high voltage or endangered by high external voltage

Info

Publication number: DE659061C
Application number: DES102302D
Authority: DE
Inventors: Ernst Schulze
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens Corp
Priority date: 1931-12-09
Filing date: 1931-12-09
Publication date: 1938-04-23

Description

Einrichtung zur Fernanzeige von Meßwerten für selbst hohe Spannung aufweisende oder durch hohe Fremdspannung gefährdete Gleichstromnetze Bei der Übertragung von Gleichstrommeßwerten für Gleichstromnetze, die selbst an hoher Spannung liegen oder aber durch fremde Leitungen mit hoher Spannung gefährdet sind, ist es oft erwünscht, die in den Meßleitungen bei Störungen auftretende Spannung auf bestimmte Werte zu beschränken. Diese Aufgabe tritt insbesondere dann auf, wenn man mit niedrig isolierten Fernmeldeleitungen für beispielsweise 6o Volt Höchst-: spannung 1bleßwerte eines GleichstroVnbahnnetzes mit goo Volt Betriebsspannung übertragen muß.Device for remote display of measured values for even high voltage Direct current networks that have or are endangered by high external voltage During transmission of measured direct current values for direct current networks that are themselves at high voltage or are endangered by third-party high-voltage lines, it is often desirable the voltage occurring in the measuring lines in the event of interference increases to certain values restrict. This task occurs especially when dealing with low isolation Telecommunication lines for, for example, 60 volts maximum: voltage 1 bleßwerte one DC train network with goo volt operating voltage must be transmitted.

Bei Wechselstrommessungen kann man zu demx einfachen Mittel der Isoliertransformatoren greifen. Bei Gleichstrommessungen könnten Spannungsteiler verwendet werden. Bei einer Unterbrechung des an die Meßleitung angeschlossenen Teils des Spannungsteilers würden dann aber die Meßleitungen sofort die volle Spannung erhalten. Ein etwaiger Überspannungsschutz wird häufig erst zu spät wirksam werden, so daß inzwischen das Kabel beschädigt ist. Bei Fernmessungen über längere Strecken ist dies, da man die Fehlerstelle nicht kennt, besonders nachteilig.With AC measurements one can use the simple means of isolating transformers to grab. Voltage dividers could be used for DC measurements. at an interruption of the part of the voltage divider connected to the measuring line but then the measuring lines would immediately receive full voltage. Any Overvoltage protection will often only take effect too late, so that in the meantime the Cable is damaged. In the case of remote measurements over longer distances, this is because the Does not know the point of failure, particularly disadvantageous.

Es ist bereits bekannt, Gleichstrommeßwerte in Wechselstrommeßwerte dadurch umzuwandeln, daß der Gleichstrom zur Magnetisierung eines dritten Schenkels in einem Transformator benutzt wird; dieser Transformator muß jedoch für eine beträchtliche Leistung bemessen sein, wenn man ausreichende Wechselstrommeßwerte erhalten und mit Meßgeräten ohne allzu große Empfindlichkeit auskommen will. Außerdem sind bei derartigen Einrichtungen die folgenden Fehler nicht zu beherrschen und auszugleichen: Es treten Hysteresisverluste bei den verschiedensten Meßwerten auf, insbesondere bei plötzlichem Spannungsschwankungen im zu messenden Netz.It is already known to convert direct current measured values into alternating current measured values by converting the direct current to magnetize a third leg used in a transformer; However, this transformer has to be used for a considerable amount of time Performance should be gauged when one can get adequate ac readings and wants to get along with measuring instruments without being too sensitive. Also are at such facilities are unable to control and compensate for the following errors: Hysteresis losses occur in the most varied of measured values, in particular in the event of sudden voltage fluctuations in the network to be measured.

Ähnliches gilt auch für bekannte Einrichtungen, in denen die Umwandlung der Gleichstrommeßwerte in Wechselstrommeßwerte dadurch erfolgt, daß der Gleichstrom die Temperatur und damit den Ohmwert eines Widerstandes verändert, de1 über den Wechselstrom sperrende Vorrichtungen (Drosseln) an die Gleichstromquelle und über Kondensatoren an einen Transformator angeschlossen ist, dessen andere Wicklung an einer Wechselstromquelle mit konstanter Spannung und Frequenz liegt.The same applies to well-known institutions in which the conversion the direct current measured values in alternating current measured values takes place in that the direct current changes the temperature and thus the ohmic value of a resistor, de1 via the Alternating current blocking devices (chokes) to the direct current source and via Capacitors connected to a transformer whose other winding is connected to an alternating current source with constant voltage and frequency.

Auch hierbei werden, wie bei den vorerwähnten bekannten Einrichtungen, die etwaigen Schwankungen des Wechselstromes selbst bei beträchtlichen Änderungen des zu überwachenden Gleichstromes nur verhältnismäßig klein und deshalb zu befriedigenden Messungen kaum ausreichend sein.Here too, as in the case of the aforementioned known devices, the possible fluctuations in the alternating current even with considerable ones Changes in the direct current to be monitored are only relatively small and therefore satisfactory measurements will hardly be sufficient.

Die Erfindung zeigt einen grundsätzlich.: anderen Weg zur Gewinnung von Meßwerten' für Gleichstromnetze durch den unmittelbaren'.' Vergleich einer Wechselspannung mit der zu messenden Gleichspannung bzw. dem zu messenden Gleichstrom unter Zwischenschaltung von den Vergleichswechselstrom in pulsieren-. den Gleichstrom umwandelnden Gleichrichtern.The invention shows a fundamentally: different way of extraction of measured values' for direct current networks through the immediate '.' Comparison of an alternating voltage with the direct voltage to be measured or the direct current to be measured with the interposition of the comparison alternating current in pulsating-. rectifiers converting direct current.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Fernanzeige von Meßwerten für selbst hohe Spannung aufweisende oder durch hohe Fremdspannung gefährdete Gleichstromnetze, bei der ebenfalls, wie bekannt, dem zu messenden Gleichstromkreis ein Wechselstrommeßkreis parallel geschaltet wird; der Gleichstromkreis wird aber bei einer solchen Anordnung erfindungsgemäß nach Maßgabe seiner Spannung mit dem Wechselstrommeßkreis entnommenem Strom über Gleichrichter b°-liefert, die zwischen die zu messende Gleich-. s2annungsquelle und einen Teilwiderstand eines an konstanter Wechselspannung liegenden Spannungsteilers derart geschalt--t sind, daß die Gleichspannungsquelle den Meßkreis nicht zu speisen vermag und die eingeführte Wechselspannung in ihrem Scheitelwert größer ist als die höchste zu messende Spannung.The invention relates to a device for the remote display of measured values for direct current networks with high voltage or endangered by high external voltage, in which also, as is known, the direct current circuit to be measured is an alternating current measuring circuit is connected in parallel; the direct current circuit is however with such an arrangement according to the invention taken according to its voltage with the AC measuring circuit Current via rectifier b ° -supplies, which between the direct to be measured. source of voltage and a partial resistance of a voltage divider connected to a constant alternating voltage are switched in such a way that the DC voltage source does not feed the measuring circuit capable and the introduced alternating voltage is greater than in its peak value the highest voltage to be measured.

Bei dieser Meßeinrithtung ist der Einfluß von Belastungsänderungen in dem Gleichstromnetz, dessen Spannung oder Strom gemessen werden soll, auf das Meßergebnis äußerst geringfügig; denn es handelt sich hier im allgemeinen um die Messung der Spannung von Gleichstromnetzen verhältnismäßig großer Leistung, bei denen also der innere Widerstand der Spannungsduelle an sich und im Vergleich zu den Spannungsteilerwiderständen vernachlässigbar klein ist, und außerdem können im Verhältnis zum inneren Widerstand -der Spannungsquelle Spannungsteilerwiderstände verwendet werden, von denen der eine als Vorschaltwiderstand wirkt, wenn diese stets groß genug gewählt werden.With this measuring device the influence of load changes is in the direct current network, the voltage or current of which is to be measured, to the Measurement result extremely slight; because it is generally about the Measurement of the voltage of direct current networks with relatively high power which is the inner resistance of the tension duels per se and in comparison to the voltage divider resistances is negligibly small, and also can in relation to the internal resistance of the voltage source voltage divider resistors can be used, one of which acts as a series resistor, if this is always be chosen large enough.

In den Abbildungen sind Ausführungsformen der Erfindung angegeben. Sie sind verschieden, je nachdem ob Ströme oder Spannungen gemessen werden sollen.Embodiments of the invention are indicated in the figures. They are different depending on whether currents or voltages are to be measured.

Nach Abb. i soll die Spannung des Gleichstromnetzes i an dem Voltmeter 2 abgelesen werden, das mit dem Gleichstromnetz über Meßleitungen 3, die nur eine niedrige Spannung erhalten dürfen, verbunden ist. An der Wechselspannung q. liegt ein Spannungsteiler 5. Seine Anzapfungen 6 sind über Gleichrichter 8, z. B. Trockengleichrichter, mit dem Gleichstromnetz verbunden. An die Anzapfungen 6 ist ferner der Isoliertransformator 7 gelegt, über den der Meßwert dem Voltmeter 2, und zwar unter Zwischenschaltung der Gleichrichtergruppe 9, zugeführt wird.According to Fig. I, the voltage of the direct current network i should be applied to the voltmeter 2 can be read, which is connected to the direct current network via measuring lines 3, which have only one low voltage is connected. At the alternating voltage q. lies a voltage divider 5. Its taps 6 are via rectifier 8, z. B. dry rectifier, connected to the direct current network. The isolation transformer is also attached to the taps 6 7 placed, over which the measured value of the voltmeter 2, with the interposition the rectifier group 9 is supplied.

Die Gleichrichter 8 sind so geschaltet, daß .'oder an den Anzapfungen 6 liegende Teil des Spannungsteilers vom Gleichstromnetz i aus, '--dessen Polarität festliegt, nicht gespeist werden kann. Andererseits kann der Spannungsteiler Strom in das Gleichstromnetz i liefern.The rectifiers 8 are connected so that .'Or at the taps 6 lying part of the voltage divider from the direct current network i, '- its polarity is fixed, cannot be fed. On the other hand, the voltage divider can generate current deliver into the direct current network i.

Der Spannungsteiler, dessen Anzapfungen zweckmäßig verstellbar sein können, ist so bemessen, daß bei Abschaltung vom Gleichstromnetz an den Punkten 6 eine Wechselspannung herrscht, die bei Vernachlässigung des Spannungsabfalls in den Gleichrichtern gleich der größten im Betriebe vorkommenden Spannung des Gleichspannungsnetzes ist und tatsächlich am Meßgerät 2 abgelesen werden könnte. Der Spannungsteiler besitzt hohen Widerstand, so daß er nach Ausschaltung des Gleichstromnetzes keine erheblichen Leistungen in das Gleichstromnetz liefern kann. Bei höchster Betriebsspannung im Gleichstromnetz liefert er gar keine Leistung in letzteres, so daß das Meßgerät - den höchsten Meßwert anzeigt. Sinkt die, Spannung im Gleichstromnetz, so wird Energie vom Wechselstromnet/ in das Gleichstromnetz gegeben, der Spannungsabfall in dem an die Gleichrichter angeschlossenen Teil des Spannungsteilers fällt, und eine entsprechend niedrigere Spannung ist am Meßgerät a ablesbar. Bei entsprechender Eichung kann sie ohne weiteres zur Bestimmung der Gleichstromspannung benutzt werden.The voltage divider, the taps of which can be adjusted appropriately is dimensioned in such a way that when the DC network is switched off at the points 6 there is an alternating voltage which, if the voltage drop in the rectifiers equal to the highest voltage occurring in the company in the DC voltage network and could actually be read on the measuring device 2. The voltage divider has high resistance, so that it is no significant after switching off the direct current network Can deliver services in the direct current network. At the highest operating voltage in Direct current network he delivers no power in the latter, so that the measuring device - shows the highest measured value. If the voltage drops in the direct current network, then Energy from the alternating current network / given into the direct current network, the voltage drop falls in the part of the voltage divider connected to the rectifier, and a correspondingly lower voltage can be read on the measuring device a. With the appropriate Calibration, it can easily be used to determine the DC voltage.

Die sekundäre Spannung am Isoliertransformator 7 kann man unmittelbar durch ein _Wechselstrominstrument messen. Bei vorhandenen Anlagen mit Gleichstrominstrumenten kann man eine Gleichrichterschaltung zwischen Isoliertransformator und Gleichrichter einfügen. Die Gleichrichtung vergrößert gleichzeitig die Empfindlichkeit der Messung; bei längeren Kabelleitungen hat die Übertragung von Wechselströmen eine Verzerrung des Meßwertes durch den Ein fluß der Induktanzen des Kabels zur Folge.The secondary voltage at the isolation transformer 7 can be seen directly Measure with an AC instrument. For existing systems with direct current instruments you can use a rectifier circuit between the isolating transformer and rectifier insert. The rectification increases the sensitivity of the measurement at the same time; with longer cable lines the transmission of alternating currents has a distortion of the measured value due to the influence of the inductance of the cable.

Auch der im oberen Zweig des Spannungsteilers 5 fließende Strom ist ein Maß für die Spannung im Gleichstromnetz i. Ein in diesen Stromkreis eingeschaltetes Amperemeter io kann man also so eichen, daß es ebenfalls die Spannung des Netzes i anzeigt. Daraus ergibt sich sofort, daß man die Primärwicklung des Wandlers 7 auch in den Stromkreis des Spannungsteilers 5 schalten kann, Abb.2 zeigt eine Schaltung zur Übertragung von Stromwerten. In dem Gleichstromnetz i liegt der Nebenschlußwiderstand i i, zu dem die Gleichrichter 8, und zwar in Graetzscher Schaltung, parallel geschaltet sind. (Auch in Abb. i können die Gleichrichter 8 selbstverständlich in Graetzscher Schaltung liegen.) Die Gleichrichterschaltung 8 ist ferner wieder mit den Anzapfungen 6 des Spannungsteilers 5 verbunden. Die Messung des Stromes im Gleichstromnetz kann durch das Voltmeter oder das Amperemeter io vorgenommen werden.Also the current flowing in the upper branch of the voltage divider 5 is a measure of the voltage in the direct current network i. One switched on in this circuit Ammeter io can therefore be calibrated in such a way that it also measures the voltage of the network i indicates. It follows immediately that the primary winding of the converter 7 can also switch into the circuit of the voltage divider 5, Figure 2 shows a circuit for the transmission of current values. The shunt resistance is in the direct current network i i i, too to which the rectifier 8, namely in Graetzsch circuit, are connected in parallel. (Also in Fig. I, the rectifiers 8 can of course are in Graetzsch circuit.) The rectifier circuit 8 is also again connected to the taps 6 of the voltage divider 5. The measurement of the current in the direct current network can be made by the voltmeter or the ammeter io will.

Die Schaltungen (Abb. i und 2) sind für den Fall bestimmt, daß an der Geberstelle des Meßwertes Wechselspannung zur Verfügung steht. Ist dies nicht der Fall, so kann man die Wechselspannung in den Meßkreis auch an der Empfangsstelle einführen, ohne die Spannungssicherheit der Messung zu verringern. Ein Ausführungsbeispiel hierfür zeigt Abb. 3. In Abb-. 3 liegt an dem Gleichstromnetz i der Spannungsteiler 12, der über Gleichrichter 8 mit den Anzapfungen 6 des Spannungsteilers 5 verbunden ist. Die Gleichrichter sind so geschaltet, daß das Gleichstromnetz i den Spannungsteiler 5 nicht zu speisen vermag. Die Wechselspannung 4 ist über die Leitungen 3 und den Isoliertransformator 13 mit dem Spannungsteiler 5 verbunden.The circuits (Fig. I and 2) are intended for the event that on the source of the measured value AC voltage is available. Is not this the case, you can put the alternating voltage in the measuring circuit at the receiving point without reducing the voltage reliability of the measurement. An embodiment this is shown in Fig. 3. In Fig-. 3 is connected to the direct current network i of the voltage divider 12, which is connected to the taps 6 of the voltage divider 5 via rectifier 8 is. The rectifiers are connected so that the direct current network i the voltage divider 5 unable to feed. The alternating voltage 4 is on the lines 3 and the Isolation transformer 13 connected to voltage divider 5.

Statt der Spannungsteiler 5 könnte man in den verschiedenen Ausführungsbeispielen auch Transformatoren mit wenig Eisen, z. B. kurzschlußsichere Klingeltransformatoren mit entsprechender Isolierung, verwenden.Instead of the voltage divider 5, one could use the various exemplary embodiments also transformers with little iron, e.g. B. short-circuit-proof bell transformers with appropriate insulation.

Abb. ,4 zeigt dieselbe Grundschaltung wie Abb. 3, nur ist das Meßgerät io statt in der Spanungsleitung -(Abb. 3) in der Stromleitung angeordnet unter Verwendung entsprechender Isoliertransformatoren. An dem Gleichstromnetz i liegt wieder ein Spannungsteiler 12, der über Gleichrichter 8 und Transformator 13 aus dein Wechselstromnetz 4 gespeist wird. Wie in den vorhergehenden Schaltungen sind in Abb. 4 die Gleichrichter 8 so geschaltet, daß das Gleichstromnetz i keinen Strom in die Transforrnatorwicklung zu liefern, vermag. Durch die Ventile 8 wird jeweils eine Halbwelle des vom Transformator 13 gelieferten Wechselstromes unterdrückt, die andere Halbwelle hingegen wird eine EMK erzeugen, die am Spannungsteiler i2 parallel zur Gleichspannung im Netz i sein wird, Strom könnte jedoch vom Transformator 13 in das Gleichstromnetz i über den Spannungsteiler 12 nur dann geliefert werden, wenn die Gleichspannung im Netz i kleiner wäre, als die ohne Vorhandensein des Gleichstromnetzes am Spannungsteiler i2 durch den Transformator 13 erzeugte Gleichspannung sein würde. Der vom Transformator 13 über die Primärwicklung des Wandlers 7 geschickte pulsierende Gleichstrom ist also ein Maß dafür, wie weit die Amplitude der Wechselspannung die Größe der Gleichspannung übersteigt. An dem Amperemeter io wird die Wechselstromkornponente des pulsierenden Gleichstromes, die .bei konstanter Wechselspannung ein Maß für die Spannung des Netzes i ist, abgelesen. Die Sekundärspannung des Transformators 13 muß offenbar größer sein als die zu erwartende größte Spannung des Netzes i bzw. größer als der am Spannungsteiler 12 abgenommene Gleichspannunganteil.Fig. 4 shows the same basic circuit as Fig. 3, only the measuring device is io instead of using in the power line - (Fig. 3) placed in the power line corresponding isolation transformers. At the direct current network i there is again a Voltage divider 12, the rectifier 8 and transformer 13 from your AC network 4 is fed. As in the previous circuits, in Fig. 4 are the rectifiers 8 switched so that the direct current network i no current in the transformer winding able to deliver. Through the valves 8 a half-wave of the transformer is generated 13 supplied alternating current is suppressed, the other half-wave, however, becomes a Generate EMF, which be parallel to the DC voltage in the network i at the voltage divider i2 is, electricity could, however, from the transformer 13 into the direct current network i via the Voltage divider 12 are only supplied when the DC voltage in the network i would be smaller than that without the presence of the direct current network at the voltage divider i2 would be DC voltage generated by transformer 13. The one from the transformer 13 via the primary winding of the converter 7 is pulsating direct current thus a measure of how far the amplitude of the alternating voltage corresponds to the magnitude of the direct voltage exceeds. At the ammeter io the alternating current component of the pulsating Direct current, which, with constant alternating voltage, is a measure of the voltage of the Network i is read. The secondary voltage of the transformer 13 must obviously be greater than the expected maximum voltage of the network i or greater than the at the voltage divider 12 taken DC voltage component.

Der in der Abb.4 vorgesehene Kondensator 14 dient zum Glätten des pulsierenden Gleichstromes.The capacitor 14 provided in Figure 4 is used to smooth the pulsating direct current.

Die Schaltung nach Abb.4 ist auch zur Strommessung geeignet. An die Stelle des Spannungsteilers 12 tritt dann wieder ein im Belastungsstromkreis des Gleichstromnetzes liegender N ebenschlußwiderstand, ähnlich wie in Abb. 2.The circuit according to Fig. 4 is also suitable for current measurement. To the Place of the voltage divider 12 then occurs again in the load circuit of the Shunt resistance in the direct current network, similar to Fig. 2.

Die Arbeitsweise solcher Meßeinrichtungen sei an Hand des Diagramms (Abb. 5) erläutert.The mode of operation of such measuring devices is based on the diagram (Fig. 5).

Fließt z. B. in dem zu messenden Stromkreis i (Abb. 2) kein Strom, so wird die ganze Vergleichswechselspannung an dem als Vorschaltwiderstand wirkenden Teilwiderstand des Spannungsteilers 5 verbraucht.Flows z. B. in the circuit to be measured i (Fig. 2) no current, so the entire comparison alternating voltage is applied to the one acting as a series resistor Partial resistance of the voltage divider 5 consumed.

_ Durch den Isoliertransformator an den Klemmen 6 wird infolge des praktisch als Kurzschluß wirkenden Widerstandes i i kein merklicher Strom fließen._ The isolating transformer at terminals 6 causes the practically acting as a short-circuit resistor i i no noticeable current flow.

Je nach der Höhe der zu messenden Gleichstromstärke im Verbraucherkreis werden nun die Gleichrichterventile vorgespannt, so daß der Widerstand i i innerhalb einer Halbperiode der Vergleichswechselspannung nur dann den Kurzschluß bildet, sobald der Augenblickswert der Vergleichswechselspannung den Vorspannungswert überschreitet. Es ergeben sich dann Spannungskurven an den Klemmen der Primärwicklung des Isoliertransformato,rs, wie sie aus dem Diagramm (Abb. 5) ersichtlich sind.Depending on the level of the direct current to be measured in the consumer circuit the rectifier valves are now biased so that the resistance i i within a half cycle of the comparison AC voltage only forms the short circuit, as soon as the instantaneous value of the comparison AC voltage exceeds the bias value. There are then voltage curves at the terminals of the primary winding of the isolating transformer, rs, as can be seen from the diagram (Fig. 5).

Claims

CLAIMS: i. Device for remote display of measured values for DC networks that are even high voltage or endangered by high external voltage with parallel connection of the direct current circuit to be measured with an alternating current measuring circuit, characterized in that the DC circuit according to its voltage with The current taken from the AC measuring circuit is supplied via rectifier (8), between the DC voltage source (i) to be eroded and a partial resistance one at constant AC voltage lying voltage divider (5) are connected in such a way that the DC voltage source does not feed the measuring circuit able and the introduced 'alternating voltage is greater than in its peak value the highest voltage to be measured. z. Device according to claim i, characterized in that that the measuring devices (2, io) via isolating transformers (7) in the circuit of the Tension stirrers are placed (Fig. Z and 4). 3. Device according to claim i for Current measurement in direct current networks, characterized in that the circuits according to claims i and 2 to a shunt resistor in the direct current circuit (i i) are connected (Fig. 2). 4. Device according to claim 1 to 3, characterized in that that the rectifiers are in Graetzsch circuit (Fig. 2). 5. Set up after Claims i to 4, characterized in that the alternating voltage at the reading point is inserted into the measuring circuit (Fig. 3). 6. Device according to claim i to 5, characterized characterized in that a transformer is used as a voltage divider whose Secondary voltage decreases proportionally to the load (short-circuit-proof bell transformer). 7. Device according to claim i to 6, characterized in that the alternating voltage is supplied by a transformer, the voltage of which depends on the load practically is independent. B. Device according to claim 1 to 7, characterized by parallel capacitors connected to the DC voltage connections.