Anordnung zur Messung von Strömen in Hochspannungsleitungen
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Messen der in einzelneil Leitern einer mehrere Leiter enthaltenden Hochspannungsleitung fliessenden Ströme.
Bekannt t ist es, eine Induktionsspule in vorbe- stinmter Stellung bezüglich einer ¯bertragungsleitung anzuord : mn, deren Windungen durch die an der Leitung erzeugten magnetischen Kraftlinien geschnitten werden und in denen ein Signal erzeugt wird, dessen Amplitude eine Funktion des Leitungsstromes ist.
Dieses Signal wird dann für irgendeinen Zweck, bei s7 eXsweise zur überwachung, Fehleranzeige oder Messung, herangezogen. Eine entsprechende Einrich t ne zur Befestigung einer Induktionsspule in einer vorbestimmten n Me-, sstellung bezüglich einer Uber- tragungsleitung ist in ¸Electrical World¯ vom 22. 8. 1960, Seite 92, dargestellt. Die elektrische und mathematische Theorie einer derartigen Einrichtung ist in dem Aufsatz A New Current Sensing Device) y von L. W. Stein jr., vorgetragen auf der A. I. E. E.
W ntersitzung New York vom 28. Januar bis 2. Februir 1962 (Paper No. CP 62-239), entwickelt wordei.
Bei der bekannten Einrichtung und dem Gebrauch der erwähnten Geberspule hat es sich jedoch qls unmöglich erwiesen, eine genaue Anzeige des Stromes in einem ausgewählten Leiter einer dreiphasi- gen Ubertragungsleitung zu erhalten, die normale Ab stände zwischen den Leitern hat, da die magnetischen Felder von anderen Leitern der Leitung in der Geberspule ebenso wie das Feld des gewünschten Leiters Signale erzeugen. Es hat sich als unpraktisch oder unmöglich erwiesen, das von anderen Leitern in einer übliche Abstände aufweisenden Leitung herrührende Gebersignal zu eliminieren.
Diesen Nachte. l bekannter Anordnungen vermei- det die Erfindung. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass erfindungsgemäss jedem Leiter, dessen Strom zu messen ist, ein zur Strommessung dienender Geber zugeordnet ist, der ein von Stärke und Richtung des vom Strom an seinem Ort erzeugten magnetischen Feldes abhÏngiges S'goal erzeugt, wobei die Geber und die Leiter relativ zueinander derart ausgerichtet und angeordnet sind, dass das von dem jeweiligen Leiter herrührende Magnetfeld am Ort des zugeordneten Gebers die zur Erzeugung des Signals er forderliche Richtung besitzt, während die von den übrigen Leitern herrührenden Magnetfelder an den Orten der ihnen nicht zugeordneten Geber.
höchstens eine vernachlässigbare Komponente in der jeweils zur Erzeugung des Signals erforderlichen Richtung besitzen, und dass die von den Gebern erzeugten Si gnale auswertende Einrichtungen vorgesehen sind.
In der folgenden Beschreibung werden im Zusammenhang mit den Figuren Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. In den Figu. ren zeigt
Figur 1 die bekannte Verwendungvon Induktionseinrichtungen zur Messung oder Richtungsbestimmung von Strömen in Ubertragungsleitungen ;
Figur 2 eine schematische Schaltung eines Aus- führungsbeispiels der erfindungsgemässen Einrichtung :
Figur 3 eine Ansicht der Mittel zur r Befestigung der in Figur 2 gezeigten Geberspulen in den ge wünschten Stollungen relativ zu den Leitern der Leitung ;
Figur 4 und Figur 5 Ansichten geeigneter Geberspulen für die Einrichtung nach Figur 2 ;
Figur 6 eine schematische Ansicht eines Ausfüh- rungsbeispieles der Erfindung unter Verwendung von Hallgeneratoren ;
Figur 7 ein schematisches Schaltbilld eines für den Einsatz in dem Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Figur 2 geeigneten Integrationsverstärkers ;
Figur 8 eine schematische Darstellung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung ; und
Figur 9 eine weitere Ansicht der Einrichtung nach Figur 8, die Mittel zum Schutz der Geberspulen oder Hallgeneratoren gegen Signale zeigt, die andernfaals durch Blitzentladungen zu den Erdleitern eines Uber- tragungsleitungssystems induziert werden würden.
In allen Figuren sind dieselben Teile mit denselben Bezugszeichen versehen. Mit 10, 11 und 12 sind in F ; igur 1 drei Leiter einer Hochspannungs-Uber- tragungsleitung bezeichnet, in deren jeweiliger Nach barschaft induktive Geberspulen 13, 14 bzw. 15 angeordnet sind, deren Ausgangssignale mittels der Leitungen 16, 17 bzw. 18 zu den drei Verstärkereinrichtungen 21, 22 bzw. 23, die verständlicherweise auch nicht gezeigte stromanzeigende Instrumente enthalten können, geführt werden. Die Spulenanordnung nach Figur 1 ist eine typische bekannte Anordnung.
Es ist leicht einzusehen, dass eine getrennte Anzeige von Leiterströmen mittels der bekannten Einrichtung nur annäherungsweise durch geeignete Ausrichtung der Spulen und durch Verringerung des Verhältnisses r'/a von Geberspulenabstand zu Leiterabstand erreicht werden kann. Bei Luft mit Atmosphärendruck als Isolation kann r'/a nicht viel kleiner als 1 sein, falls die Geberspulen zwecks Schutzes des Benutzers der Einrichtung auf Erdpotential liegen, und demge- mäss kann eine hinlängliche Trennung der Stromanzeigen nur dann gewährleistet werden, wenn die Lei terabstände in für die praktische Ausführung einer Hochspannungsleitung sehr nachteiliger Weise gross gemacht werden.
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, durch das eine vollkommene Trennung der Stromanzeigen mit relativ entfernt angeordneten Ge bereinrichtungen für das magnetische Feld erzielt werden kann, wobei allein die Richtungseigenschaften der schleifenförmigen Geberspulen ausgenutzt werden. Wie einzusehen, ist das Nutzsignal solcher Gebereinrichtungen nicht der Grosse der magnetischen Flussdichte in ihrer Umgebung, sondern dem wirksamen Fluss, der durch sie hindurchgeht, propor tional dem Integral der senkrecht zur Spulenebene gerichteten Komponente des Flusses über die von der Spule umschlossene ebene Fläche.
In Figur 2 ist die Achse jeder Spule derart ausgerichtet, dass der von dem Strom in den nicht interessierenden Leitern her vorgerufene Fluss hochant durch die Ebene der Ge borspule hindurchgeht, oder in anderen Worten : dass er sich der Spule im wesentlichen in deren Ebene nähert und so keine wirksamen Flusskopplungen und demgemäss kein wirksames resultierendes Signal erzeugt. In Figur 2 sind die drei Leiter mit t 31, 32 bzw.
33 und ihre jeweiligen Geberspulen mit 41, 42 bzw.
43 bezeichnet ; die Leiter 44, 45 bzw. 46 führen zu Integrationsverstärkern 47, die ihr Ausgangssignal an eine oder mehrere stromanzeigende Einrichtungen 48 abgeben können.
Im Sinne der hier gebrauchten Bezeichnungswei- se soll beispielsweise bezüglich der Spule 41 der Ausdruck ((benachbarte Leiter) y für die Leiter 32 und 35 und der Ausdruck gegenüberliegender Leiter für den Leiter 31 verwendet werden.
Figur 4 zeigt eine detaillierte Ansicht einer für die Telle 41, 42 bzw. 43 geeigneten Spulenkonstruktion.
Die Drahtwindungen 51 sind in ein schleifenförmiges Isoliergehäuse 52 eingeschlossen, das in nicht dargestellter Weise durch Metall abgeschirmt sein kann, um die Spulen gegenüber atmosphärischen Einflüssen zu schützen. Das Metall muss verständlicher- weise nichtmagnetisch und derart angeordnet sein, dass es den Durchtritt der magnetischen Kraftlinien von den Leitern zu den Drahtwindungen der Spule nicht stört. In Figur 4 verläuft die Achse)) der Spule vertikal, die Ebener der Spule horizontal.
Figur 5 zeigt eine zweite detaillierte Ansicht einer für den Gebrauch in der Anordnung nach Figur 2 geeigneten Spulenkonstruktion. In der Spule nach Fi- gur 5 sind der Draht 51'und das Gehäuse 52'in der ringförmigen Ausnehmung 54 in dem aus magnetischen Material bestehenden Teil 55 angeordnet. Das flusssammelnde Kernteil 55 dient dazu, als Kern mit hoher Permeabilität die Flussdichte in der Spule 51' und damit die Ausgangsgrösse der Spule bei einer gegebenen Stärke des dieser zugeführten Magnetfeldes zu vergrössern. Der Kern 55 kann verständli cherweise aus jedem geeigneten magnetischen Material bestehen, muss aber lamelliert sein oder eine niedrige Leitfähigkeit besitzen, damit er keine geschlossenen leitenden Wege parallel zur Spulenwicklung hervorruft.
Figur 3 zeigt ein zum Halten der Spulen in ihrer bezüglich der Übertragungsleitung dreieckförmigen Anordnung dienendes Konstruktionselement. Ein Ständer, der aus nichtmetallischem Material bestehen oder aus geeignet angeordnetem nichtmagnetischen Metall zusammengesetzt sein kann, ist mit 58 bezeichnet und trägt die mittels der Träger 63, 62 und 61 gehaltenen Spulen 43, 42 und 41. Die Träger kön- nen in irgendeiner geeigneten Weise mit dem Ständer 58 und den Armen 59 und 60, beispielsweise indem sie in nicht gezeigter Weise in Löcher in diesen hin einragen, verbunden sein. Wie ersichtl, ich, sind die Spulen bezüglich des in Fig. 3 mit C bezeichneten zentralen Punktes symmetrisch angeordnet.
Wie dem Fachmann verständlich, ist es bei Flussmessungen zwecks Gewinnung einer direkten Anzeige der Flussdichte wünschenswert, e'nen Kreis zu verwenden, in dem die Spannung der Flussspule einem hohen Widerstand in Reihe mit einer grossen Ka pazität aufgeprägt wird, wobei R und C derart ge wählte Werte besitzen, dass praktisch die gesamte Spulenspannung an dem Widerstand und nur ein vernachlässigbarer Teil an dem Reihenkondensator steht.
Dann ist der fliessende Strom proportional der Spannung an der Spule, aber dieser Strom erzeugt an dem Kondensator eine dem Integral des Stromes proportionale Spannung, d. h. eine dem Integral der Spannung an der Flussspule proportionale Spannung.
Dieses Spannungsintegral ist, wie sich zeigen lässt, proportional dem mit der Geberspule verkoppelten Fluss. Die Kondensatorspannung wird verstärkt und kann an einem Oszillographen wiedergegeben oder einem geeigneten Indikator zugeführt werden, der eine direkte Aufzeichnung, Messung oder Anzeige des Flusses oder der Flussdichte liefert.
In Figur 7 ist ein Verstärker in einem üblichen Rückkopplungskreis verwendet, um sicherzustellen, dass die Spannung an den Eingangsklemmen klein im Vergleich zur Spannung an der Wicklung und der Spannung an dem Widerstand 75 ist. Die Geberspule 70, die für die Teile 41, 42 und 43 in Figur 2 Verwendung finden kann, ist mit einer Anschlussklemme über die Leitung 71 mit der einen Eingangsklemme 72 des Gleichstromverstärkers 73 mit grosser Verstärkung verbunden, während die andere Klemme der Geberspule 70 mittels der Leitung 74, des Widerstan- des 75 und der Leitung 76 mit der anderen Eingangsklemme 77 des Gleichstromverstärkers 73 verbunden ist.
Dieser hat zwei Ausgangsklemmen 78 und 79, und man erkennt, dass der Kondensator 80 zwischen Ausgangsklemme 78 und Eingangsklemme 77 geschaltet ist, während die Klemme 79 mit der Klemme 72 verbunden ist. Der Ausgang an den Klemmen 78 und 79 kann auch mittels der Leitungen 81 und 82 mit einem weiteren Verstärker und Indikator 83 jeder für die Anzeige einer Flussdichte geeigneten Art zu sammengeschaltet sein, und die Anzeigeeinrichtung in Teil 83 kann verständlicherweise auch so geeicht sein, dass sie d'irekt die Werte des das Signal in der Spule 70 induzierenden Stromes in dem Hochspannungsleiter abzulesen gestattet.
Bisweilen werden zur Wiedergabe des von Strömen in Hochspannungs- Übertragungsleitungen herrührenden Flusses oszillo- graphische Einrichtungen verwendet, und demgemäss ist ein üblicher Oszillograph 84 gezeigt, der über den Widerstand 85 mit den Ausgangsklemmen 78 und 79 in Verbindung steht. Verständlicherweise kann auf diesen Oszillographen dann verzichtet werden, wenn eine derartige Anzeige oder Wiedergabe nicht erwünscht ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 kann eine praktisch vollkommene Trennung der Stromanzeigen mit bezüglich der Leiterabstände relativ entfernten, auf das magnetische Feld ansprechenden Ge bereinrichtungen allein unter Benutzung der Rich tungseigenschaften der Gebereinrichtungen erzielt werden. Die wirksame Anregung derartiger Einrichtungen ist proportional nicht der Grosse der magnetischen Flussdichte in ihrer Umgebung, sondern dem wirksamen, sie durchsetzenden Fluss.
Die Spule spricht nicht auf die in ihrer Ebene liegenden Kraftlinien an ; ihre Ausgangsgrösse wächst mit wachsen- dem Winkel der Flusslinien gegenüber ihrer Ebene, bis die maximale Ausgangsgrösse dann erreicht ist, wenn die Linien senkrecht zur Ebene der Spule ste- hen. Im Falle der Hallgenerator-Anordnung nach Fig. 6, die noch beschrieben wird, ist die Anregung proportional dem Fluss und dem Cosinus des Winkels, unter dem er auftrifft ; die maximale Anregung ist proportional dem die flache Waffel des Hallge- nerators durchsetzenden Fluss, der durch die senkrecht zu derjenigen Ebene verlaufenden Kraftlinien gegeben ist, die zwischen den beiden breiten Oberflächen liegt und parallel zu diesen verläuft.
Ordnet man in Fig. 2 die Achse der Spule 41 beispielsweise in der Ebene relativ langer gestreckter Leiter 32 und 33 an, so wird der durch den Strom in diesen Lei tern erzeugte Fluss in der Ebene des Gebers 41 verlaufen und keine wirksame Kopplung mit diesem haben, so dass er keinerlei wirksame Spannung in dem Geber induziert.
Die symmetrische dreieckige Anordnung der drei Phasenleiter einer Dreiphasen-Ubertragungsleitung gemäss Figur 2 kann als im wesentlichen gestreckt und parallel über eine im Vergleich zu den Leiterab- ständen grosse Strecke angesehen werden. Etwa in der Mitte dieser Strecke sind die dargestellten Geberspulen angeordnet, und zwar in der Mitte zwischen den Leitern auf vorzugsweise senkrechten Linien, die Paare benachbarter Leiter verbinden, mit ihren Ebenen senkrecht zu diesen Linien, oder in anderen Worten : mit ihren Achsen in durch die benachbarten Leiter definierten Ebenen liegend.
In dieser Stellung wird keine Spule einen wirksamen verkoppelten Fluss von irgendeinem benachbarten Leiter erhalten, wird aber andererseits mit dem gesamten, durch den Strom in dem in einer Entfernung r gegenüberliegenden Leiter erzeugten Fluss verkoppelt sein, der in der Ebene der Spule liegt. Sogar ohne vollkommene Symmetrie kann die gegenseitige Induktion Null zwischen jedem Geber und den benachbarten Leitern erzielt werden, wenn seine Achse mit den benachbarten Leitern in einer Ebene liegt.
Falls die Leiter nur angenähert gestreckt und in einer Ebene liegend sind, kann jede Geberspule durch Versuche mit in den benachbarten Leitern fliessendem Strom in ihrer Stellung justiert werden, bis keine Anzeige dieser Ströme erfolgt, oder, bei symmetri- trischem Dreiphasenstrom, bis die Anzeige phasen mässig mit dem Strom in dem gegenüberliegenden Leiter übereinstimmt.
Die Gebereinrichtungen können, wie bereits bemerkt, durch irgendeine geeignete auf Erdpotential befindliche Anordnung getragen werden, beispiels- weise durch den vertikalen Ständer 58, der einen Verzweigungspunkt nahe der Mittellinie der dreieckigen Leiteranordnung aufweist, wobei alle elektrischen Lei- tungen in eine erdnahe Anordnung durch den Träger gebracht werden.
Wie oben bemerkt, darf der Träger keinen magnetischen Schirm aufweisen, der auf die von den Leitern herrührenden magnetischen Felder einwirken würde, sei es durch induzierten Magnetismus oder Wirbalströme ; aber der Träger kann eine elektrostatische Abschirmung vorsehen, die infolge hohen Widerstandes oder Fehlens geschlossener, mit dem Fluss verkoppelter Pfade auf die zu ermittelnden magnetischen Felder nicht einwirkt. Der Leiterabstand muss ausreichend sein, um eine sichere elektrische Isolierung zwischen den Hochspannungsleitern und den Gebereinrichtungen zu gewährleisten, aber dies wird nur geringfügig grössere Phasenabstände als den üblichen Minimalwert für die Phasenisolation erfor- dern.
Unter der Voraussetzung symmetrischer Dreiphasenspannungen ist das Verhältnis der minimalen Phasenabstände S von Leiter zu Leiter mit geerdeten Gebern gegenüber den normalen Abständen S"ohne derartige Geber unter Vernachlässigung der Abmes- sungen der Geber durch die Formel
2 S/S"= 1/3 ¯ 1, 15 gegeben.
Falls die Geberdurchmesser 1/, 2 des Phasenabstandes nicht überschreiten, dürfte eine totale Vergrösserung des Phasenabstandes von 25% zur Er zielung eines Sicherheitsbereiches genügen.
Die Mittel zur Vergrösserung der von den Gebereinrichtungen abgegebenen Spannung oder Leistung enthalten, wie bemerkt, lamellierte Eisenkerne oder solche aus weichen Ferriten oder aber aus diesen Materialien bestehenden Polteile, beispielsweise eine Einrichtung ähnlich der in Figur 5 gezeigten, sowie Verstärker, die vorzugsweise Festkörperelemente, wie Transistoren, oder magnetische Verstärker ver wsnden. Die Leistungsfähigkeit der Verstärker ist den Anforderungen der zu speisenden Instrumente, Messeinrichtungen oder Relais angepasst, und die Verstärker haben Eingangsempfindlichkeiten, die für eine genaue und zuverlässige Aussteuerung durch die Ge bereinrichtungen ausreichen.
Als Beispiel für möglicherweise in der Praxis auftretende Verhältnisse sei zur Veranschaulichung angenommen, dass in einer 345 kV-Leitung ein Phasenabstand S von 6 m erforderlich ist und die Geberspule einen wirksamen Bereich von 0, 05 m2 (ungefahr 0, 25 m im Durchmesser) besitzt.
Dann kann die folgende Formel zur Berechnung der gegenseitigen Induktion d enen :
M = 2nA. 10-l Henry r Und für die iinduzierte elektromotorische Kraft : e =2nfMIVolt, worin n = Windungszahl der Spule a = Spulenbsreich = 0, 05 m2 r = Spulenabstand = (@3/2) S = 3. 3m = 5, 2m f = Frequenz = 60 Hz
I = Strom in Ampere
Diese Formeln liefern als Endbeziehung : e = Mn A. 10-'I = 7, 26. 10-7 nI.
S 1/3
Um bei einem Leiterstrom von 2000 A eine Ausgangsspannung an der Spule von 1 Volt zu erhalten, sind n = 10'= 688 Windungen erforder (7, 26. 2000) lich. Da ein Widerstand in dem Spulenkreis für die Integration benötigt wird, kann die Spule selbst zweckmässigerweise aus Widerstandsmaterial, wie Constanta, mit einem kleinen Temperaturkoeffizienten zwecks Vermeidung der Beeinflussung der Anzeigegenauigkeit durch Temperaturänderungen gewickelt sein.
Falls gewünscht, können die stromführenden Leiter in ein Mittel wie Isolieröl oder Druckgas eingeschlossen sein ; alle Abmessungen können dann bei vorgegebener Spannung umgekehrt proportional dem Verhältnis zwischen der Dielektrizitätskonstante dieses Mediums und derjenigen der Luft bei Atmosphärendruck vermindert werden. In derartigen Fällen könnte dasselbe Prinzip der Anordnung der Gebereinrichtungen angewendet werden, aber mit entsprechender Verringerung der Spulendurchmasser ; die Anzahl der Spulenwindungen würde im umgekehrten Verhältnis zur Verringerung der Dimensionen zu vergrössern sein. Falls beispielsweise die Spannungsgradienten um den Faktor 10 vergrössert würden, be trüge der Leiterabstand 0, 6 m, der Spulendurchmesser wäre 2, 5 cm, und die Zahl der Windungen wäre 6880.
Figur 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Verwendung von Hallgeneratoren. Die Leiter 91, 92 und 93 sind vorzugsweise in Form eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet. Ihnen sind die Hallgeneratoren 101, 102 und 103 zugeordnet, die sorgfältig in der Weise angeordnet sind, dass das von dem Leiter 91 ausgehende Feld den Hallgenerator 101 derart trifft, dass es in diesem in Übereinstimmung mit den bekannten Arbeitsprinzipien der Hallgeneratoren e : n Signal erzeugt, während das von den Leitern 92 und 93 ausgehende Feld den Hallgenerator 101 derart trifft, dass es kein merkliches Signal verursacht.
Wie aus Figur 6 ersichtlich, besitzt jeder Hallgenerator 101, 102 und 103 vier Leitungen, wobei zwei dieser Leitungen von entgegengesetzten Seiten kommen und zwecks Zuführung emcr Errcgergleichspan- nung zu dem Hallgenerator von der Quelle 89 gespeist werden, und die von entgegengesetzten Enden kommenden beiden anderen Leitungen zur Abnahme des Nutzsignals dienen. Die Leitungen 107 und 108 vom Generator 101, die Leitungen 109 und 110 vom Generator 102 sowie die Leitungen 111 und 112 vom Generator 103 sind an Verstärker-und Anzeigeeinrichtungen angeschlossen, die getrennt für die Hallge neratoren vorhanden und figürlich nicht dargestellt wird, um die Zeichnung nicht zu überlasten.
Im Falle der Verwendung von Hallgeneratoren braucht es nicht notwendig oder w nschenswert zu sein, einen Integrationsvorstärker zu verwenden ; li neare Signalverstärker, die zeichnerisch nicht dargestellt sind, geben ihre Ausgangssignale an Anzeige e weiter, die so geeicht sein können, dass sie entweder die Flussstärke am Hallgenerator oder unmittelbar Stromwerte in den entsprechenden Leitern abzulesen gestatten.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Figur 8 sind die drei parallelen Leiter 94, 95 und 96 in derselben horizontalen Ebene angeordnet, wie man dies häufig in der Technik der Hochspannungs-Übertragungsleitungen findet. Jeder der Leiter 94, 95 bzw. 96 besitzt einen halbsohleifen- förmigen Bereich 104, 105 bzw. 106. In einer Linie mit den entsprechenden Leitern sind drei Geberspulen 114, 115 bzw. 116 angeordnet.
Wie ersichtlich, ist die Geberspule des mittleren Leiters in einem bestimmten Abstand von der Geberspule des benachbarten Leiters auf der einen Seite angeordnet, wobei diese Entfernung in der durch die drei Leiter geformten Ebene und in einer Richtung parallel zu den Leitern gemessen wird ; die Spule des mittleren Leiters ist um S 82 von der Geberspule des Leiters an der einen Seite und in einem ähnlichen Abstand S v2 in der entgegengesetzten Richtung von der Spule des auf der anderen Seite liegenden Leiters angeordnet, wobei der Abstand S dem Zwischenraum zwi- schen benachbarten Hochspannungsleitern entspricht.
Wie Figur 8 zeigt, sind die Geber, die flache Spulen aus Draht sein können, mit ihren Mitten in der Ebene der Leiter der Leitung und mit ihren Achsen in dieser Ebene liegend senkrecht zu den Leitern angeordnet. In dieser Stellung besteht keine wirksame Flusskopplung zwischen irgendeiner der Spulen und den geraden Teilen irgendeines der Leiter der Leitung oder in anderen Worten :
Die gegenseitigen Induktionen zwischen den Wicklungen und den Leitern der Leitung sind in jedem Falle Null. Um die gewünschte Kopplung hervorzu- rufen, sind, wie in Figur 8 gezeigt, Halbschleifen konzentrisch zu den Gebern in den Leitern der Leitung vorgesehen. Die Halbschleifen liegen in Ebenen senkrecht zu der gemeinsamen Ebene der Leiter, in dem gezeigten Beispiel in vertikalen Ebenen.
In dieser Stellung ist die gegenseitige Induktion zwischen jeder Geberspule und der zugehörigen Halbschleife des Leiters der Leitung bei gegenüber dem Radius der Geberspule sehr grossem Schleifenradius in sehr guter Annäherung durch folgende Formel gegeben :
M = nA7 :. 10-t Henry r" Hierin ist n = Windungszahl der Spule a = mittlerer Bereich der Spulenwindungen in m2 und r"= Radius der Halbschleife in Metern.
Da die Spulen und die Halbschleifen in Annähe- rung als magnetische Dipole bei Entfernungen viel grösser als ihre Radien wirken und die Stärke des Feldes eines solchen Dipoles umgekehrt proportional der dritten Potenz der Entfernung von den Mittelpunkten abfällt, kann die gegenseitige Induktion zwischen den Gebern und den Halbschleifen in benachbarten Leitern der Leitung dadurch vernachlässigbar klein gemacht werden, dass die Kopplungsschleifen in benachbarten Leitern nur ein gringes Vielfaches des Radius der Halbschleifen betragen.
Beispielsweise wird die Kreuzkopplung mit der Gebereinrichtung eines benachbarten Leiters auf weniger als 1% derjenigen mit seinem eigenen Geber reduziert werden, wenn die Halbschleife in einem benachbarten Leiter um mehr als den fünffachen Schleifenradius längs der Leitung versetzt ist. Dieser Abstand längs der Leitung kann verringert und die Kreuzkopplung bis auf Null reduziert werden, wenn man die Abstandsanordnung gemäss Figur 8 trifft, worin der Abstand S. 1/2 entspricht. Dabei ist S der Abstand zwischen benachbarten Leitern der Leitung.
Die gegenseitige Induktion zwischen jeder Geberspule und jeder ihr nicht zugeordneten Halbschleife wird in der Tat so lange Null sein, wie die Orte der Geber auf der in Figur 8 unterbrochen gezeichneten Linie liegen, die ihrerseits in der Ebene der Leiter liegt und den Winkel = arc tan'i/2 N 35
2 mit der Leitungsrichtung einschliesst. Dies trifft für jede Anzahl in einer Ebene liegender Leiter zu, und so kann die Erfindung bei einer Anordnung mit jeder beliebigen Anzahl paralleler, in einer Ebene liegender Kreise Anwendung finden, wie sie in einer grossen Unterstation oder einer Schaltstation erfo°derlich [sein mag.
Die erläuterten Prinzipien gelten für jeder. chtungsabhängige magnetische Gebereinrichtung und auch für Schleifen oder Halbschleifen in Leitern, die nicht streng kreisförmig gestaltet sind. Es besteht nur die Bedingung, dass der kleinste Schleifenradius einen solchen Abstand zu der Gebereinrichtung, die auf Erdpotential ist, wahrt, dass das Leiterpotential keinen Funkenüberschlag bewirkt, und dass der mitt- lere Schleifenradius wesentlich kleiner als der längs der Leitung gemessene Abstand zwischen Schleifen in benachbarten Leitern ist.
Solche durch die Strange eines Hängeisolators gehaltenen Halbschleifen werden gewohnlich an Stützpunkten von Hochspannungslei- tungs-Konstruktionen verwendet. Um die Kopplung der Geber aussohliesslich mit dem jeweils zugeordneten Leiter der Leitung zustande zu bringen, ist der tragende Mast am Kopplungspunkt mit seinem Querglied gegen die Leitung besser unter dem Winkel von 35 als unter dem Winkel von 90 angeordnet.
So werden die Kopplungseinrichtungen durch einen Mast getragen, der ein Querglied besitzt, das 73% länger als normal ist und unter einem Winkel von 35 gegen die Leitung geneigt ist.
In Figur 8 ist der Ausgang jeder der Geberspulen 114, 115 und 116 zu einem Integrationsverstärker geführt, der ähnlich dem in Figur 7 dargestellten sein kann und zwecks Vermeidung einer Ubarlastung der Zeichnung nicht dargestellt ist. Der Ausgang des Integrationsverstärkers ist mit einer nicht gezeigten An zeigeeinrichtung verbunden, die im Hinblick auf die Ablesung des Flusses in der Spule oder die direkte Ablesung von Werten des Leiterstromes geeicht sein kann. Die Indikatoren können den Strom in den zugeordneten Leitern der Leitung phasen-, amplituden- und wellenformgetreu wiedergeben, wobei Ausgleichsvorgänge angemessener Dauer eingeschlossen sind.
Das Ausführungsbeispiel nach Figur 8 enthält den Gebrauch von Hallgenerator-Einrichtungen, die in denselben Stellungen wie die Spulen 114, 115 und 116 angeordnet sind und die Geberspulen ersetzen. Die Ebene des Hallgenerators fällt mit der Ebene der Halbschleife zusammen. Jede der Hallgenerator-Einrichtungen hat vier Anschlussleitungen, wobei zwei dieser Leitungen dazu dienen, ein Gleichstrom-Erre gerpotential der Einrichtung zuzuführen und zwei der Leitungen dazu benutzt werden, ein Ausgangssignal von der Einrichtung zu erhalten. Die in Verbindung mit Figur 8 verwendeten Verstärker haben Verstär- kungen, die den Eingangserfordernissen von Relais oder Messinstrumenten je nach Wunsch entsprechen.
Ein bei derÜberwachung von übertragungsleitun- gen auftretendes Problem besteht verständlicherweise in Störungen durch kurzzeitige Ströme in geerdeten Schutzleitern, wenn diese benutzt werden. In Weiterbildung der Erfindung wird die Anordnung nach Figur 8 in der Weise abgeändert, dass die Leiter in einer vertikalen Anordnung oder Leiterebene angeordnet sind, wobei der-Erdleiter sich ebenfalls in derselben Ebene, aber an der Spitze der Anordnung, be f. indet. Die Halbschleifen der Leiter würden dann in horizontalen Ebenen gehalten werden, die Achsen der Geber verliefen vertikal. Die gegenseitige Kopplung zwischen den Gebern und dem Erddraht wäre dann Null.
Figur 9 zeigt die Einrichtung nach Figur 8 in Verbindung mit einem oder mehreren geerdeten Schutzdrähten. In Figur 9 befinden sich die drei Hochspannungsleiter in einer der Figur 8 ähn, lichen hori zontalen Anordnung. Zwei Haupterdleiter 97 und 98 sind an den Aussenseiten der Ebene der Leiter angeordnet. Oberhalb der Leitung sind ein oder mehrere zusätzliche Erdleiter 99 angeordnet, der bzw. die in relativ kurze Bereiche durch einteilige Spannisolatoren 110 unterteilt sind. Jeder so isolierte kurze Bereich des Erdleiters 99 ist mit einem oder beiden an den Aussenseiten angeordneten Erdleitern durch einen oder mehrere Querleiter, wie in Fig. 9 dargestellt, verbunden.
Eine derartige Anordnung von Erdlei, tern gibt einen vollkommeneren Schutz gegen Blitze als die üblichen Überkopf-Erdleitungen allein.
Die Anordnung ist natürl ; ich nur in der Umgebung der Magnetfeldgeber erforderlich ; ausserhalb dieses Bereiches kann die übliche Uberkopf-Erdleitungsanord- nung verwendet werden.
Die Erfindung ist auch auf Zweiphasensysteme mit einem beiden Phasen gemeinsamen Rückleiter anwendbar, ebenso bei phasenverschobenen Wechsel- strömen in den Leitern.
Die beschriebenen Anordnungen sind insbesondere für den Betrieb von Schutzrelais nützlich, die das Arbeiten von Hochspannungsschaltern kontrollieren und nicht mit Stromwandlern ausgerüstet sind.
Während die Leiter in den Figuren 2 und 6 als in Form eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet gezeigt und beschrieben sind, sei darauf hingewiesen, dass diese Anordnung nur die grösste von dem gewünschten oder gegenüberliegenden Leiter herrührende Feldstärke in allen magnetfeldempfindlichen Einrichtungen ergibt. Das Dreieck braucht nicht gleichseitig zu sein, solange nur jede Spule ihre Achse in der Ebene der benachbarten Leiter und vorzugsweise senkrecht zu diesen hat, um eine Auslöschung sicherzustellen.
Falls der gewünschte oder gegenüberliegender Leiter nicht in der Ebene seiner Spule liegt, tritt ein gewisser Empfindlichkeitsverlust ein.