DK176907B1 - Strømmåleshunt med indbygget elektronik - Google Patents

Description

DK 176907 B1 i

StrømmåSeshyat med iocibyggef elektronik, 5 Den foreliggende opfindelse, ’’Strømmåieshunt med indbygget elektronik” er tiltænkt, men ikke begrænset til, elektriske fordelingsanlæg for både jævn- og vekselstrøm, og til et vilkårligt spændingsniveau i forhold til neutral jord.

Det er almindelig kendt, at elektronik kan afskærmes mod omgivende felter ved 10 indkapsling i en lukket elektrisk/magnetisk ledende montagebox. Den foreliggende opfindelsen angår, med henvisning til fig.l og billederne 1-4, en strømmåieshunt med indbygget måle-, kommunikations- og beregningselektronik, og hvor denne elektronik er placeret i det feltfrie centrum i midterlederen på en kendt impedans, med en coaxial udformning bestående af 2 elektrisk ledende rør, der er placeret 15 koncentrisk med det ene rør inden i det andet, og hvor rørene er sammensvejst i den ene ende. En iysledertilkobling gør det muligt for elektronikken at sende og modtage signaler til/fra andet udstyr, placeret på andet spændingspotentiai end enheden. En specialudførelse vil være anvendelse af berøringsfri signaltransmission. Det nye i opfindelsen er at placere elektronik, afskærmet mod 20 elektriske- og magnetiske felter, i centrum af en sådan strømmåieshunt

Den relevante kendte teknik er beskrevet i følgende dokumenter: 1) US 5420504 Al (Berkcan) 30. maj 1995 25 Noninductive shunt current sensor based on concentric-pipe geometry.

2) US5461307A1 (Berkcan) 24. oktober 1995

Electro-optical current sensing system and method for sensing and avoiding thermally induced measurement error therein.

30 3) EP 1028321 A2 (Heilman etal.) 3. februar 2000

Stromteiler fur Messwandler, , 1 i DK 176907 B1 4} US 5416408 Al (Berkcan et al.) 16. maj 1995

Current sensor employing a mutually inductive current sensing scheme with a magnetic field substantially uniform in angular 5 direction.

5) GB 2056182 A (Ferranti Limited) 11. marts 1981

Electrical resistance 10 Den foreliggende opfindelse adskiller sig fra 1) ved at alt elektronik er placeret i centrum af det inderste rør, hvorimod det fremgår af 1) fig. 5, at det kun er måleiedningeme og en temperaturføler (210) der er placeret her, den tilhørende måle-, kommunikations- og heregningselektromk er placeret udenfor shunten og dermed på et andet potentiale end den målte spænding.

15

Dokument 2) viser i fig. 2 en tilsvarende konstruktion, men igen foregår al maling, kommunikation og beregning udenfor shunten på et andet potentiale.

I dokument 3) er der tale om placering af elektronik på samme potential, men blot 20 placering af elektronik i det yderste rør, og ikke i det inderste rør.

Dokument 4) beskriver i fig. 9 en strømshunt med en sensor (28) indbygget i en udfræsning i den midterste leder. Igen er måle- kommunikations- og beregningselektronikken ikke en integreret del af shunten.

25

Dokument 5) beskriver princippet om sammensvejsning af 2 koncentriske rør som udgør en induktansfri shunt. 1 modsætning ti! den foreliggende opfindelse findes der ingen elektronik i centrum af det inderste rør, og denne må derfor fonnodes placeret udenfor shunten og på andet potential.

Den foreliggende opfindelse adskiller sig således fra ovenstående kendte teknik ved, at måle-, kommunikations- og beregningselektronikken er placeret I

30 2 DK 176907 B1 inderste rare centrum af strønamåleshnnien,, mrøteret på det spændkgspoteistiate, hver stremmen ønskes målt, beregnet eg viderefransmsiteret fra.

3 DK 176907 B1

Beskrivelse

Figwreversigt

Fig. 1 viser en skitse af den coaxiale strømmåleshunt, omfattende de elektrisk 5 ledende og koncentrisk placerede rør (A) og (B), svejsningen (C), måle-, kommunikations' og beregningselektronikken (D), lyslederen (G) med tilkoblingen (H), samt måSeledningeme (JE) og (FK).

Billede 1 viser et eksempel på en udførelse af strømmåleshunten rned tilslutningspunkteme (A) og (B), men uden lysledertilslutning ved (C), og derfor 10 vist i en version for berøringsfri signaloverførsel.

Billede 2 viser samme eksempel på udførelse som billede 1, blot vist med måleledning og låg i modsatte ende af (C). Måleledmng og låg er ikke endeligt sammensvejst til rør (A).

Billede 3 viser det samme som billede 2 men blot den modsatte ende. Elektronikken 15 er skitseret ved et rektangulært stykke pap, men kan antage andre udførelsesformer.

Billede 4 viser måleledning og låg ved svejsningen (C)s samt et eksempel på en isolerende lysleder til kommunikationsformål.

Detaljeret gennemgang 20 Ordet induktansfri strømmåleshunt anvendes ofte, og også i ovennævnte dokumenter, når koncentrisk placerede ledere anvendes. Der er dog altid tale om, at den gensidige induktans er så lille at den er negligibel, men egeninduktansen over målerøret kan blive betydelig, hvis den resistans man ønsker at måle spændingen over, er overordentlig lille. Såfremt det viser sig nødvendigt kan egeninduktansen 25 for målerøret i en coaxial udformet strømmåleshunt, beregnes ud fra Ampere's lov, og korrigeres for af beregningseiektronikken, i det følgende anvendes derfor den almindelige talemåde ’’coaxial udformet resistiv strømmåleshunt”, vel vidende, at der afhængig af materialevalg måske skal korrigeres for målerørets egeninduktans.

30 Med henvisning til fig. 1 og billederne 1-4 vælges rør (A) med en kendt impedans.

Efter anbringelse af elektronikken inden i rør A), sammensvejses begge ender af før A med låg ved C) og ligeledes i modsatte ende af (C). Den skitserede konstruktion, 4 DK 176907 B1 skaber et feltfrit centrum i det inderste rør, hvorfor der her kan placeres et digitalt og/eller analogt måle-, kommunikations- og beregningselektronisk kredsløb (D), der med kendskab til rør A's impedans kan beregne strømmen gennem rørene ud fra den målte spænding i måletilslutningspunkterne (J) og (K). Den elektriske og 5 magnetiske afskærmning til elektronikken kan etableres af rør (Å) og (B) ved valg af materiale, der både er elektrisk og magnetisk ledende, heks. my-metal.

Alternativt vi! det også være muligt at lade rør (A) og (B) udgøre afskærmningen mod elektriske felter, og så afskærme elektronikken alene mod magnetfelter. Måle-, kommunikations- og beregningselektronikken kan, udover at gøre strømværdien 10 tilgængelig for intern brag, omforme den beregnede strømværdi til et lyssignal i punktet (F). Ved punktet (F) kan måle-, kommunikations- og bcregningselekironikken både sende og modtage lys, hvilket gør kommunikation med omverdenen mulig.

Måleledningeme, der henholdsvis går ffa (J) til (Έ) og fra (F) til (K), anbringes i 15 rørenes centrum, og føres til måle-, kommunikations- og beregningselektronikken som cirkulære ledere, og således at strækningen fra (F) til (K) udføres med en lysleder i centrum af måleledningen. Herved er måle-, kommunikations- og 1 beregningselektronikken så forbundet lysmæssigt med tilkoblingsstedet (H).

Tilkoblingen (H) forbinder måle-, kommunikations« og beregningselektronikkens 20 afgivne/modtagne lys ti! lyslederkablet (G), som er dimensioneret tilstrækkelig elektrisk isolerende, til det spændingsniveau som strømmåleshunten er monteret på.

Signalet, dier signalerne, kan nu anvendes væk fa det spændingsniveau, hvor strømmen er målt. Udover at være isolator skal lyslederen (G) også, via lys/spændingsomsættere i begge ender, virke som evt. spændingsforsyning til måle-25 , kommunikations- og beregningselektronikken, hvis det er nødvendigt. En tredje opgave for lyslederkablet (G), er at sende andre målte værdier, f. eks. spændingen på det anlæg, hvor strømmåleshunten er placeret, fa omverdenen til måle-, kommunikations- og beregningselektronikken. Med måle-, kommunikations- og beregningselektronikkens kendskab til både strøm og spænding ti! et og samme 30 tidspunkt, kan næsten alle elektriske størrelser nu beregnes, og anvendes ti! både intern og/eller ekstern brug. En speciel udførelse er at udelade lyslederen ved anvendelse af berøringsfri signaliransmission.

5 DK 176907 B1

Problemer der løses.

1 elektriske fordelingsanlæg til produktion, transmission og distribution af elektrisk energi, anvendes der til strømmåling såkaldte strømtransformere som omsætter en 5 høj strøm - primærstrømmen - til en væsentlig lavere strøm - sekundærstrømmen.

S ekundærstrømmen sendes videre til andet udstyr, som kan omfatte relæbeskyttelse, alarmering, imtrumentvisnmg, afregningsmåling etc., der typisk er placeret i et dertil indrettet apparaihus, container eller lignende. Denne måde at styre, regulere og overvåge anlægget på er anvendt i årtier, men byder på visse 10 uhensigtsmæssigheder. Magnetfelter, og dermed induktansen, i strømtransformere gør at målenøjagtigheden er begrænset. Samtidig er der personrisiko ved ’’åben sekundærkreds”, idet livsfarlige spændinger kan induceres her, der overalt er placeret, hvor vedligeholdspersonale har direkte adgang.

Strømmåling udføres ikke kun på fordelingsanlæg til produktion, transmission og 15 distribution af elektrisk energi, men også i højspændingslaboratorier. Her måles høje-, transiente- og nøjagtige strømme ved hjælp af en coaxial strømmåleshunt, hvor shunten pga. den coaxial« udformning er induktansfri, og strømmen måles som en spænding over en kendt resistans. En sådan måling foregår normalt med den ene ende af resistansen jordforbundet, f.eks. punkt (B) i fig, 1, hvilket gør at 20 målespændingen altid er ’’bundet” til jordpotential. En coaxial strømmåleshunt anvendes derfor, såvidt vides, ikke på elektriske fordelingsanlæg, fordi måleledningeme vil forårsage en jordslutning. Skulle det være muligt at finde lignende strømmåleshunte, vil det være sandsynligt, at de er fremstillet til jævnstrømsformål (DC), men ikke til vekseistrømsformåi (AC) som denne 25 måleshunt.

Formålet med den foreliggende opfindelse er, at tilvejebringe en mere nøjagtig- og formålstjenlig løsning til strømmåling og bearbejdning af signaler til elektriske fordelingsanlæg end anvendelse af konventionelle strømtransformere med 30 tilhørende elektronik.

6 DK 176907 B1

Ved erstatning af konventionelle strømtransformere med nævnte coaxiale strømmåleshunt forbedres målenøjagtighcden ved fjernelse af mætningsproblemer hidrørende fra induktansens indflydelse på målingen. Samtidig fjernes personrisikoen ved vediigeholdsarbejder med sekundære strømkredse, 5

Da måle-, kommunikations- og beregningselektronikken kan få tilført andre signalværdier ffa omverdenen, feks, spændingen på det anlæg, hvor shunten er placeret som nævnt ovenfor, kan relæbeskyttelse, transientrecorder og afire gningsmåler ligeledes flyttes fra en placering i et apparathus, container eller 10 lignende, til en placering i centrum af den coaxiale strømmåleshunt. Også det elektriske fordelingsanlægs koblingstilstand kan tilføres måle-, kommunikations- og beregningselekironikken. Herved er det muligt at foretage aflåsninger i anlægget.

7

Claims (3)

15 Coaxial udformet resistiv strømmåleshunt med måle-, kommunikations- og beregningselektronik ifølge krav 1, kendetegnet ved, at relæbeskyttelse af det elektriske anlæg er en integreret del af elektronikken. Krav 3

20 Coaxial udformet resistiv strømmåleshunt med måle-, kommunikations- og beregmngselektronik ifølge krav 1, kendetegnet ved, at transientrecorder er en integreret del af elektronikken,

25 Krav 4 Coaxial udformet resistiv strømmåleshunt med måle-, kommunikations- og beregningselektronik ifølge krav 1,kendetegnet ved, at affegningsmåler til afregning af elektrisk energi er en integreret del af elektronikken, 8 DK 176907 B1 Krav 5 Coaxial udformet resisfiv strømmåieshunt med måle-, kommunikations- og beregningselektronik ifølge krav l,kendetegnet ved, at styring af et elektrisk fordelingsanlæg er en integreret del af elektronikken, 5 9