DE1939514B2

DE1939514B2 - Messeinrichtung fuer wechselstroeme in hochspannungsleitern

Info

Publication number: DE1939514B2
Application number: DE19691939514
Authority: DE
Inventors: Wolf gang Dr.-Ing.; Möllenbeck Klaus Dipl.-Ing.; Gericke Gerhard; 1000 Berlin Hermstein
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-07-31
Filing date: 1969-07-31
Publication date: 1976-12-02
Also published as: FR2053340B1; FR2053340A1; CH519721A; ZA704858B; DE1939514A1; JPS5017872B1; US3681688A

Description

Bei einer anderen Ausführung der bekannten Meßeinrichtung wird ein von einer niederspannungsseitigen Sendee'nrichtung ausgehender Mikrowellenstrahl nach Polarisation zu einem kreisförmigen Wellenleiter auf Hochspannungspotential geschickt, der in dem von dem zu messenden Strom erzeugten Magnetfeld angeordnet ist. Im Wellenleiter wird mittels eines Ferntstabes die Polarisationsebene in Abhängigkeit vom zu messenden Strom gedieht und danach wird der solchermaßen modulierte Mikrowellenstrah! wieder /ur Niederspannungssseite reflektiert und dort dernodulien.

Diese bekannte Meßeinrichtung hat ebenfalls den Machteil, daß die Einrichtungen auf Hoch- und Niederspannungspotential einander räumlich fest zugeordnet sein müssen, also beispielsweise in einem gemeinsamen Isolator unterzubringen sind.

Es ist auch eine Anordnung zum Messen eines elektrischen Stromes in Hochspannungsleitungen bekannt (DT-AS 12 68 735), bei der auf Hochspannungspotential fließende Ströme unter Verwendung einer optischen Übertragungseinrichtung auf Niederspan nungspotential gemessen werden. Zu diesem Zweck wird von einer Lichtquelle über ci.i Glasfaserbündel Licht zur Hochspannungsseite übertragen, wo es auf einen Spiegel fällt, der um seine Achse dem jeweils zu messenden Strom entsprechend mehr oder weniger weit gedreht wird. Der von dem Spiegel reflektierte Lichtstrahl fällt auf weitere Glasfaserbündel, durch die einzelne Lichtimpulse zur Niederspannungsseite über tragen werden. Am niederspannungsseitigen Ende der weiteren Glasfaserbündel ist ei.ie Empfangseinrichtung angeordnet, welche die Lichtstrahlung in verwendbare bzw. anzuzeigende Meßwerte umwandelt.

Schwierigkeiten bereitet di° Herstellung dieser bekannten Anordnung hinsichtlich des verhältnismäßig kompliziert aufgebauten weiteren Glasfaserbündel und auch wegen der erforderlichen festen räumlichen Zuordnung von Spiegel, Glasfaserbündeln und Empfangseinrichtung.

Schließlich ist auch eine Einrichtung zum Messen eines Stromes in Hochspannungsleitungen bekannt (DT PS 6 40 335), die einen Licht- oder Wärmestrahler auf Niederspannungspotential aufweist. Auf Hochspannungspotential befindet sich ein Spiegel, der mit einer von der Größe des zu messenden Stromes abhängigen Drehzahl rotiert. Die von dem Spiegel auf eine niederspannungsseitige Photozelle reflektierten Strahlen des Licht- oder Wärmestrahles stellen ein Maß für die Größe des zu messenden Stromes dar.

Diese bekannte Einrichtung weist zwar einen vorteilhaft einfachen Aufbau auf, ist jedoch wegen des erforderlichen mechanischen Antriebes für den Spiegel nicht ausreichend betriebssicher.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit Licht- oder Mikrowellenstrahlen arbeitende Meßein-

richtung für Wechselströme in Hochspannungsleitern zu schaffen, bei der eine genaue Ausrichtung der einzelnen, an der Leitung der Licht- oder Mikrowellenstrahlen mitwirkenden Bauteile nicht erforderlich ist.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einer Meßeinrichtung S der eingangs beschriebenen Art gemäß der Erfindung dadurch, daß die Empfangseinrichtung eine frequenzdemodulierende Einrichtung ist.

Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung macht sich also dit bekannte Tatsache des Doppler-Effektes zunutze, um auf Hochspannungspotential eine Frequenzmodulation der Licht- oder Mikrowellenstrahlen in Abhängigkeit vom zu messenden Strom zu erreichen.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung besteht darin, daß ihre an der Leitung der Strahlen beteiligten Bauteile nicht genau zueinander ausgerichtet werden müssen, da der Reflektor ohne Schwierigkeiten relativ groß ausgelegt werden kann, L*nd die reflektierten modulierten Strahlen in einfacher Weise unter Verwendung einer Linsenanordnung der Empfangseinrichtung zugeführt werden können. Die Schwingungsamplitude des Reflektors sollte dabei mindestens in der Größenordnung der Wellenlänge der verwendeten Strahlen liegen. Ein weiterer Vorteil ist in der verhältnismäßig einfachen Ausführung der Modukitionseinrichtung auf Hochspannungspotential zu sehen.

Es ist /war bereits bekannt (Proceedings of the IEEK 54. S. 424 bis 425), unter Ausnutzung des Doppler-Effektes eine Geschwindigkeitsmessung von Strömungen durchzuführen, jedoch wird dabei die Streuung b/v>. Ablenkung eines Laser-Strahles an Partikeln in der Strömung ausgenutzt.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in der I 1 g. 1 cm Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung in seiner Grundaiisluhrung dargestellt; in der F1 p. 2 ist eine vor allem im Hinblick uuf die Demodulation in der Empfangseinrichtung vorteilhaft ausgestaltete Ausführungsform der erfindungsgcirmßen Meßeinrichtung gezeigt, und die F i g. 3 gibt ein Ausführungsbeispiel wieder, bei dem zur Erzielung eines großen Meßbereiches mehrere Reflektoren bzw. Schwinger eingesetzt sind. In der Fig.4 ist ein Ausführungsbeispiel nur eines Reflektors dargestellt.

Wendet man sich zunächst der F i g. I zu,, dann erkennt man eine beispielsweise von einem Laser 1 gebildete Sendeeinrichtung auf Niederspannungspotenlial, von der ein Laserstrahl 2 auf eine reflektierende Fläche 3 einer Modulationseinrichtung 4 gesendet wird, die auf Hochspannungspotential angeordnet ist. Die Modulationseinrichtung ist an einem Hochspannungsleiter 5 angeordnet, der von dem zu messenden Strom /1 durchflossen wird.

In einer aus der Fig. 1 nicht näher ersichtlichen Weise wird die reflektierende Fläche 3 in Abhängigkeit vom zu messenden Strom /1 in Schwingungen versetzt, wodurch der auf die reflektierende Fläche 3 auf treffende Laserstrahl 2 aufgrund des Doppler-Effektes in seiner Frequenz moduliert wird und als frequenzmodulierter Strahl 6 zur Niederspannungsseite reflektiert wird. Dort trifft er auf eine Empfangseinrichtung 7. in der eine Demodulation erfolgt; an den Klemmen Kl und K2 der Empfangseinrichtung 7 entsteht demzufolge eine Meßgröße, die dem Strom /1 in der Hochspannungsleitung 5 proportional ist.

Bei dem in der Fig. 2 dargestellten Auführungsbeispie! ist wiederum als Sendeeinrichtung ein Laser 8 vorgesehen, dessen Strahl 9 zunächst auf einen auf Niederspannungspotential angeordneten Strahlenteiler 10 trifft. In diesem Strahlenteiler 10 wird der Laserstrahl 9 in einen auf die reflektierende Fläche 11 einer Modulationseinrichtung 12 auf Hochspannungspotcntiai gerichteten Strahl 13 und einen weiteren Strahl 14 aufgespalten, der direkt zur Empfangseinrichtung 15 läuft. Der zur Hochspannungsseile laufende eine Laserstrahl 13 wird dort durch die reflektierende, in Abhängigkeit vom zu messenden Strom /2 im Hochspannungsleiter 16 schwingende Fläche frequenzmoduliert. Auf die Empfangseinrichtung 15 trifft also der unmodulierte Strahl 14 und der frequen/modulierte Strahl 17, so daß durch Mischung eine Demodulation in der Empfangseinrichtung 15 erfolgt und an den Ausgangsklemmen /C3 und AC4 eine Meßgröße abgegeben wird, die dem zu messenden Strom /2 im Hochspannungsleiter 16 proportional ist.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung mit einem verhältnismäßig großen Meßbereich isi in der Fi?. 3 dargestellt. In diesem Ausfuhrungsbeispiel ist wiederum eine beispielsweise von einem Laser 18 gebildete Sendeeinrichtung vorgesehen, deren Laserstrahl 19 in einem nachgeordneten Strahlenteiler 20 in einen auf eine reflektierende Fläche 21 einer ersten Modulationseinrichtung 22 gerichteten Strahl 24 und einen weiteren Strahl 25 aufgespalten wird, der zunächst auf einen Spiegel 26 fällt und von dort auf eine reflektierende Flache 27 einer weiteren Modulationseinrichtung 28 unterworfen wird. Von den reflektierenden Flächen 21 und 27 werden je nach der Größe des durch die Hochspannungsleitung 29 fließenden Stromes /3 frequen/modulierte Strahlen 30 bzw. 31 zur Empfangseinrichtung 32 reflektiert, in der jedem Modulator 22 bzw. 28 auf Hochspannungspolen· tial ein gesondertes Empfangsteil 33 bzw. 34 zugeordnet ist. Beiden Empfangsteilen 33 und 34 ist ein Demodulator 35 nachgeordnet, der an seinen Ausgangsklemmen K5 und Kb eine dem jeweiligen Strom /3 in der Hochspannungsleitung 29 proportionale Meßgröße, d. h. einen Strom /3. abgibt.

In der Fig.4 ist eine Ausführungsform eines als magnelosiriktiver Schwinger ausgebildeten Reflektors dargestellt Man erkennt einen als eine Schiene mit Rechtcckquerschnitt ausgebildeten Hochspannungsleiter 36, der ein Rohr 37 aus magnetostriktion Werkstoff durchset/i. An der der Sende- b/w. Empfangseinrichtung (beide sind in der Figur nicht dargestellt) zugewendeten Seite 38 des Rohres 37 ist eine reflektierende Fläche 39 vorgesehen, an der ein von der Sendeeinrichtung ausgesandter Strahl 40 reflektiert wird. Die reflektierende Fläche 39 ist fest mit dem Rohr 37 aus magnetostriktivem Werkstoff verbunden und schwingt demzufolge mit dem Rohr 37 mit. Da diese Schwingungen in Abhängigkeit von der Feldstärke des Magnetfeldes erfolgen, das von derp durch den Leiter 36 fließenden Strom /4 erzeugt wird, tritt infolge des Doppler-Effektes eine Frequenzmodulation des Strahles 40 an der reflektierenden Fläche 39 cm.

Durch die Erfindung ist eine Meßeinrichtung geschaffen, die zur Messung von Wechselströmen bei hohen Netzspannungen geeignet ist, und bei der der Aufwand für die Modulation auf Hochspannungspotential in vorteilhafter Weise sehr gering ist. Außerdem werden hinsichtlich der Wartung der auf Hochspannungspotential angeordneten Modulationseinrichtung keinerlei Anforderungen gestellt. Ferner benotigt die erfindungsgemäße Meßeinrichtung keinen Isolator, wodurch eine erhebliche Kostenersparnis eintritt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Meßeinrichtung für Wechselströme in Hochspannungsleitern mit einer auf Niederspannungspotential angeordneten Sendeeinrichtung für Licht- oder Mikrowellenstrahlen, einer auf Hochspannungspotential liegenden Modulationseinrichtung mit einem in Richtung der Licht- oder Mikrowellenstrahlen schwingenden Reflektor zur Modulation der reflektierten Strahlen entsprechend dem zu messenden Strom sowie einer auf Niederspannungspotential angeordneten Empfangseinrichtung für die modulierten Strahlen, die einen Umsetzer zur Erzeugung einer dem zu messenden Strom entsorechenden Größe enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangseinrichtung eine frequenzdemodulierende Einrichtung ist

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Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung für Wechselströme in Hochspannungsleitern mit einer auf Niederspannungspotential angeordneten Sendeeinrichtung für Licht- oder Mikrowellenstrahlen, einer auf Hochspannungspotential liegenden Modulationseinrichtung mit einem in Richtung der Licht- oder Mikrowellenstrahlen schwingenden Reflektor zur Modulation der reflektierten Strahlen ensprechend dem zu messenden Strom sowie einer auf Niederspannungspotential angeordneten Cinpiangseinrichtung für die modulierten Strahlen, die einen Umsetzer zur Erzeugung einer dem zu messendenStror.i entsprechenden Größe enthält.

Bei einer bekannten Meßeinrichtung dieser Art (FR-PS 15 68 941) besteht die Modulationseinrichtung aus einem Interferometer mit z\sei Reflektoren, von denen der eine nach der Lehre der genannten Patentschrift in Richtung der Lichtstrahlen in Abhängigkeit von der Größe des zu messenden Stromes schwingt, während der andere Reflt-ktor räumlich fest angebracht ist. Die von den beiden Reflektoren beeinflußten Lichtsirahlen verursachen Interferenzstreifen in Abhängigkeit von der Differenz der von ihnen zurückgelegten Weglängen und damit auch in Abhängigkeit vom zu messenden Strom.

Ein Nachteil dieser bekannten Meßeinrichtung besteht in der verhältnismäßig kompliziert aufgebauten Modulationseinrichtung in Form eines Interferometers. Außerdem ergeben sich bei dieser bekannten Meßeinrichtung Schwierigkeiten insofern, als die an der Modulation und Demodulation dei Lichtstrahlen beteiligten Baugruppen einander räumlich fest zugeordnet sein müssen Dazu bedarf es einer mechanischen Stabilisierung, die beispielsweise durch einen alle Baugruppen der der bekannten Meßeinrichtung aufnehmenden Isolator erreicht werden kann. Ein solcher Isolator muß beim Einsatz der Meßeinrichtung in Höchstspannungsnetzen erhebliche Abmessungen zur Erzielung der notwendigen Schlagweite aufweisen, wodurch seine Herstellung verhältnismäßig aufwendig wird.

Ferner ist eine Meßeinrichtung für Ströme in Hochspannungsleitern bekannt (GB-PS 11 19 410), bei der die auf Hochspannungspotential angeordnete S5 Modulationseinrichtung eine dem von dem zu messenden Strom herrührenden Magnetfeld ausgesetzte, dünne Scheibe aus ferromagnetischem Material enthält, in der beim Durchlaufen des Lichtstrahles eine Drehung der Polarisationsebene bewirkt wird. Das Ausmaß der Drehung der Polarisationsebene ist dabei abhängig von der Feldstärke des Magnetfeldes und daher auch von dem zu messenden Strom. Der Lichtstrahl, der nach Durchgang durch die dünne Schicht an einem Spiegel reflektiert wird und danach vorzugsweise noch einmal durch die ferromagnetische Schicht rundurehtrm. wird in einer Empfangseinrichtung auf Niederspannungspotential demoduliert so daß am Ausgang niederspannungsseitig eine Meßgröße auftritt die dem zu messenden Strom im Hochspannungsleiter proportional