DE2261151C3 - Meßeinrichtung - Google Patents

Description

22. Meßeinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter (168) des Meßfühlers in einer Durchführungsanordnung (161) mit eingebetteten Steuerelektroden (166, 167) an den Steuerelektroden entlang und zwischen jeweils benachbarten Steuerelektroden hindurchgeführt ist (Fig. 9).

23 Meßeinrichtung nach Anspruch 22, dadurch

gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter des Meßfühlers unter Bildung mehrerer zusammenhängender Toroidspulen um die einzelnen Steuerelektroden gewickelt ist.

24. Meßeinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter des Meßfühlers bei einer Durchführungsanordnung mit gewickelten Kondensatoren als spannungssteuernde Elemente in die Kondensatoren mitetngewickelt ist.

25. Meßeinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter des Meßfühlers bei einer Durchführungsanordnung mit Platten- oder Tellerkondensatoren als spannungssteuernde Elemente zwischen den Elektroden der Kondensatoren angeordnet ist.

26. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem ein Kopfteil bildenden Gehäuse mit einer leitenden ringförmigen Schale (196) zur Aufnahme des Strommeßtesls und einem diese Schale (196) umfassenden Kopfgehäose (197) der Lichtwellenleiter (195) des Meßfühlers zwischen der Schale (196) und dem Kopfgehäuse (197) angeordnet und so geführt ist, daß er von den elektrischen Feldlinien transversal durchsetzt ist (Fig. 10).

27. Meßeinrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter (195) des Meßfühlers eine auf die ringförmige Schale

(196) aufgewickelte Toroidspule bildet (Fig. 10).

28. Meßeinrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß in der ringförmigen Schale

(197) mindestens eine Spule (181) aus einem Lichtwellenleiter untergebracht ist, in dem polarisiertes Licht in seiner Polarisationsebene in Abhängigkeit von der Größe des Stromes im Pnmärleiter (175) in seiner Polarisationsebene gedreht wird (Fig. 9).

29. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 25, dadurch gekennzeichnet, da« das Strommeßteil im Kopfteil aus einer Wicklung aus einem Lichtwellenleiter (200) besteht und daß durch die Wicklung der Primarleiter (202) gefuhrt ist (Fig. 11).

30. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem ein Topfteil bildenden Gehäuse mit einer den Primarleiter darstellenden oder enthaltenden Schale und einem diese Schale umfassenden Topfgehäuse der Lichtwellenleiter des Meßfühlers zwischen der Schale und dem Topfgehäuse angeordnet und so geführt ist, daß er von den elektrischen Feldlinien transversal durchsetzt ist.

31 Meßeinrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale mit einem Lichtwellenleiter so umgeben ist, daß ihn durchsetzendes polarisiertes Licht in seiner Polarisationsebene in Abhängigkeit von der Größe des Stromes im Primärleiter in seiner Polarisationsebene gedreht

wird.

32. Meßeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dab die Licht abgebende Lichtquelle und/oder die Auswerteeinrichtung auf Niederspannungspotential angeordnet sind.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßeinrichtung zum Erfassen von Strömen und Spannungen auf Hochspannungspotential mit einem einzigen Lichtwellenleiter, der sich zwischen Nieder- und Hochspannungspotential erstreckt und eine Wicklung bildet und in den polarisiertes Licht eingespeist und von dem meßwertentsprechend in seiner Polarisation verändertes Licht einer Auswerteeinrichtung zugeführt

Bei einer bekannten Meßeinrichtung dieser Art USA.-Patentschrift 3 605013) zur Messung eines Stromes in einem Hochspannungsleiter ist der Meßfühler aus einer Spule aus einem Lichtwellenleiter gebildet; die Enden der Spule bilden einen Lichtwellenleiter zur Einspeisung des polarisierten Lichts in den Meßfühler sowie einen weiteren Lichtwellenleiter zur

Zuführung des dem Meßwert entsprechend in seiner Polarisation veränderten Lichts zur Auswerteeinrichtung auf Niederspannungspotential.

Die bekannte Meßeinrichtung hat den Nachteil, daß sie einen Lichtwellenleitcr mit verhältnismäßig großer Länge benötigt; von dem Lichtwellenleiter ist nämlich nicht nur der Meßfühler gebildet, sondern von dem Lichtwellenleiter wird auch die Strecke zwischen Hoch- und Niederspannungspotential zweimal überbrückt. Lichtwellenleiter in der erforderlichen Länge sind schwer herstellbar. Außerdem sind Lichtwellenleiter sehr teuer, was sich bei der großen Länge stark auf die Herstellungskosten der Meßeinrichtung auswirkt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinrichtung zu schaffen, die mit einem Lichtwellenleiter halber Länge auskommt und daher relativ kostengünstig herstellbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Meßeinrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß an dem einen Ende der Wicklung aus dem Lichtwellenleiter eine reflektierende Fläche angeordnet ist, so daß für den Hintransport des unmodulierten Lichts und den Rücktransport des modulierten Lichts derselbe Abschnitt des nicht zur Modulation herangezogenen Lichtwellenleiters dient, und daß dem anderen Ende dem einzigen Lichtwellenleiter eine an sich bekannte optische Einrichtung vorgeordnet ist, mittels der das Licht in den einzigen Lichtwellenleiter eingespeist und das in seiner Polarisation meßwertentsprechend veränderte Licht aus dem einzigen Lichtwellenleiter auf die Auswerteeinrichtung gelenkt wird. Bei der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung ist also zwischen der Wicklung und der das polarisierte Licht abgebenden Lichtquelle und der Auswerteeinrichtung nur ein einziger Lichtwellenleiter angeordnet, wodurch die Länge des Lichtwellenleiters im Vergleich zu der bekannten Meßeinrichtung halbiert wird.

Es ist zwar bereits eine Meßeinrichtung mit einem zum Erfassen von elektrischen Strömen auf Hochspannungspotential geeigneten Meßfühler aus magneto-optischem Material bekannt (deutsche Offenlegungsschrift 1918730), bei der der Meßfühler an den Stirnseiten verspiegelt ist, um ein mehrmaliges Durchlaufen des Lichtstrahles zu erzielen, jedoch erfolgt bei dieser Einrichtung die Zuleitung des Lichts von der niederspannungsseitigen Lichtquelle und die Wegleitung des modulierten Lichts zur niederspannungsseitigen Auswerteeinrichtung über je einen Lichtleiter; dies bedeutet insbesondere dann einen hohen Aufwand, wenn es sich bei den Lichtleitern um Lichtwellenleiter handeln muß.

Ferner ist eine Anordnung zur Messung von hochgespannten Strömen bekannt (USÄ.-Patentschrift 3581202), bei der einem auf Hochspannungspotential angeordneten Faraday-Dreher ein Spiegel nachgeordnet ist, von dem das Licht nach nochmaligem Durchlaufen des Faraday-Drehers zu einer niederspannungsseitigen Auswerteeinrichtung reflektiert wird. Die Lichtübertragung zwischen Hoch- und Niederspannungspotential erfolgt hierbei jedoch durch Luft, so daß ohne besondere Vorkehrungen (z.B. ein großer Isolator) Störungen durch atmosphärische Störungen, wie Nebel, auftreten können. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung ergibt sich bei dieser bekannten Anordnung überhaupt nicht.

Bei der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung kann die reflektierende Fläche am Meßfühler in unterschiedlicher Weise gebildet sein. Vorteilhaft erscheint es. wenn die reflektierende Fläche von einer verspiegelten Fläche des Meßfühlers gebildet ist.

Gegebenenfalls kann es auch vorteilhaft sein, wenn die reflektierende Fläche von einem Spiegel gebildet ist, der auf der von dem Lichtwellenleiter abgewendeten Seile des Meßfühlers angebracht ist.

Auch bei einer Einrichtung zur Messung von Spannungen an Hochspannungsleiter (deutsches Patent 213004ft) kann die Erfindung angewendet werden, um eine in einem von der zu messenden Spannung hervorgerufenen elektrischen Feld angeordnete Spule aus einem Lichtwellenleiter, die vom Hochspannungsleiter durchsetzt ist, aus einem verhältnismäßig kurzen Lichtwellenleiter etwa halber Lange herstellen zu können.

Bei beiden vorgeschlagenen Meßeinrichtungen ist die von dem Lichtwellenleitcr gebildete Spule vorteil-

ao hafterweise so ausgeführt, daß ihr Ende bis zu der Auswerteschallung auf Niederspannungspotential reicht.

Die Auswerteschaltung der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung kann einen magneto-optischen Mo-

2j dulator und eine Verstärkerschaltung enthalten; der Modulator besteht dabei vorteilhafterweise aus einer Spule aus einem Lichtwellenleiter und einer auf die Spule aufgebrachten, von der Verstärkerschaltung mit einem Strom gespeisten elektrischen Wicklung. Durch eine derartige Ausbildung des magneto-optischen Modulators in der Auswerteschaltung ergibt sich eine Verbilligung der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung. Um Temperatureinflüsse auf das Meßergebnis auszuschalten, ist in der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung eine mit einer Abschirmung versehene Referenzwicklung aus einem Lichtwellenleiter vorgesehen, die von polarisiertem Licht durchsetzt wird; zur Zuführung des Lichts zur Referenzwicklung und zur Ausleitung dient ein zusätzlicher Lichtwellenleiter.

Die Referenzwicklung ist an dem von dem zusätzlichen Lichtwellenleiter abgewendeten Ende mit einer reflektierenden Fläche versehen. Der Referenzwicklung ist in der Auswerteeinrichtung ein Auswerteteil zugeordnet, in dem die in der Referenzwicklung aufgetretene Drehung der Polarisationsebene in eine elektrische Referenzgröße umgesetzt wird. Die Referenzwicklung wird nicht von dem den zu messenden Strom führenden Leiter durchsetzt, sondern ist vorzugsweise so angeordnet, daß sie den gleichen Temperatureinflüssen wie der als eigentlicher Meßfühler dienende magneto-optische Modulator ausgesetzt ist. Auf diese Weise läßt sich der Temperaturgang in diesem magneto-optischen Modulator kompensieren. Die Referenzwicklung kann sowohl auf Hochspannungsals auch auf Niederspannungspotential angeordnet sein. Wichtig ist, daß sie stets der etwa gleicher Temperatur wie der magneto-optischen Modulatoi beispielsweise auf Hochspannungspotential ausgesetzt ist.

Der Auswerteteil der Auswerteeinrichtung enthäl vorteilhafterweise einen zusätzlichen magneto-opti sehen Modulator, der aus einer Spule aus einem Licht wellenleiter und aus einer auf die Spule aufgebrachtei elektrischen Wicklung besteht. Dieser zusätzlich« Modulator ist der Referenzwicklung zugeordnet un< bewirkt eine Rückdrehung der Polarisationsebene de in der Referenzwicklung gedrehten Lichts.

Wird bei der erfindungsgemäßen MeBeinrichtun

neben dem magneto-optischen Modulator als eigent- In Abweichung von der eben behandelten Einrich-

lichem Meßfühler eine Referenzwicklung zur Korn- tung ist gemäß der Erfindung auch eine Ausbildung

pensation von Temperatureinflüssen verwendet, dann möglich und auch vorteilhaft, bei der der Lichtwellen-

isi der das polarisierte Licht abgebenden Lichtquelle leiter des Meßfühlers in einem Hochspannungsisola-

vorteilhafterweise ein Strahlungsteiler in der opti- ₅ tor mit eingebetteten Steuerelektroden an den Steu-

schen Einrichtung nachgeordnet, von dem zu der als erelektroden entlang und zwischen jeweils benach-

Meßfühler wirkenden Spule aus dem Lichtwellenleiter harten Steuerelektroden hindurchgeführt ist. Bei

und zu der Referenzwicklung führende Lichtwellen- einer derartigen Führung des Lichtwellenleiters ent-

leiter abgehen. hält dieser also Teile, die sich parallel zur Langsachse

Mit Vorteil ist die Erfindung auch bei einer Meß- io des Hochspannungsisolators erstrecken und so angeeinrichtung zur Messung von Strömen in Hochspan- ordnet sind, daß der Lichtwellenleiter von elektrinungsleitern von vollisolierten, metallgekapselten sehen Felr"L„en transversal durchsetzt ist. Es ergibt Hochspannungsschaltanlagen anwendbar. In diesem sich in diesem Falle eine mäanderähnliche Führung Falle sind die Windungen der Spule aus einem Licht- des Lichtwellenleiters im Hochspannungsisolator, wellenleiter an der Innenfläche des Außenrohres der i₅ Bei einem Material des Lichtwellenleiters, das eine Anlage in Umfangsrichtung angeordnet, und die Spule nur geringe Drehung der Polarisationsebene in Abist auf ihrer dem Hochspannungsleiter zugewendeten hängigkeit von der zu messenden Spannung ergibt. Innenfläche mit einem Abschirmring versehen, damit erscheint es vorteilhaft, den Lichtwellenleiter des die elektrische Feldsterke innerhalb des Rohres der Meßfühlers unter Bildung mehrerer zusammenhän-Hochspannungsschaltanlage keinen Einfluß auf die *₀ gender Toroidspulen um die einzelnen Steuerelektro-Drehung der Polarisationsebene nehmen kann. den zu wickeln. Es ist dann eine erheblich größere

Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung läßt sich Länge des Lichtwellenleiters dem elektrischen Feld

mit besonderem Vorteil zur Messung von Spannungen ausgesetzt, und es wird eine größere Drehung der Po

in vollisolierten, metallgekapselten Hochspannungs- larisationsebene erreicht, was zur Erzielung einer hö-

Schaltanlagen einsetzen, indem die Toroidspule in ei- 35 heren Meßgenauigkeit vorteilhaft ist.

ner ringförmigen Erweiterung des Außenrohres der Die obigen Ausführungen lassen schon erkennen,

Anlage angeordnet ist. daß die Erfindung bei vielen Ausführungsformen von

Die ringförmige Erweiterung des Außenrohres ist Hochspannungsisolatoren anwendbar ist. Dies gilt

innen vorteilhafterweise zum Teil durch Metallringe auch für einen Hochspannungsisolator mit gewickel-

abgedeckt,r*ie Abschirmringe für die stirnseitigen Be- 30 ten Kondensatoren als spannungssteuernde EIe-

reiche der Toroidspule bilden. Eine Beeinflussung mente; bei einem derartigen Isolator werden die

durch Magnetfelder kann dann nicht mehr auftreten. Lichtwellenleiter des Meßfühlers vorzugsweise in die

Die eingangs beschriebenen Vorteile treten auch Kondensatoren miteingewickelt. Bei einem Hoch-

dann ein, wenn die Erfindung bei einer bereits vorge- spannungsisoiator mit Platten- oder Tellerkondensa-

schlagenen Einrichtung (deutsche Offenlegungsschrift _J5 toren ist der Lichtwellenleiter zwischen den Elektro-

2131224) 7ur Messung von Spannungen an Hoch- den der Kondensatoren angeordnet.

Spannungsleitern angewendet wird, bei der die Spule Ferner ist die Erfindung bei einem vorgeschlage-

aus dem Ltchtwcllcnleiter in einem ungesteuerten nen. aus Stromwandler- und Spannungswandlerein-

Hochspannungsisolator derart untergebracht ist, daß heit bestehenden kombinierten Meßwandier (deut-

ihre Längsachse in Achsrichtung des Hochspan- ₄₀ sches Patent 2 131 225) anwendbar, bei dem die Spule

nungsisolators verläuft. aus dem Lichtwcllenlciter in einem von der Spannung

Unter Hochspannungsisolatoren sind dabei sowohl hervorgerufenen elektrischen Feld im Gehäuse und'

stützartige als auch durchführungsartige Isolieranord- oder in der Durchführungsanordnung so unterge-

nungenzu verstehen, z.B. auch die Durchführung ei- bracht ist. daß den Lichtwellenleiter durchsetzendes

nes Leistungstransformators oder der Stützerteil eines ₄₅ polarisiertes Licht eine von der Höhe der Spannung

Leistungs- oder Trennschalters. abhängige Drehung seiner Polarisationsebene erfährt.

In vielen Fällen wird man einer Ausbildung der er- Durch eine derartige Ausführung eines kombinierfindungsgemäßen Einrichtung den Vorzug geben, bei ten Meßwandlers läßt sich beispielsweise ein herder die Spule aus dem Lichtwellenleiter in einem kommlicher Stromwandler ohne wesentliche kon-Hochspannungsisoiator mit eingebetteten Steuer- _s, struktive Änderungen zu einem kombinierten Meßelektroden untergebracht ist; in einem solchen Isola- wandler ausgestalten, da der als Meßfühler wirkende tor ist die Spule vorteilhafterweise zwischen benach- Lichtwellenleiter in Bereichen des Wandlers angeordharten Steucrelektroden angeordnet. Um bei einer net werden kann, die aus Isolationsgründen ungenutzi derartigen Ausführung den Hochspannungsisolator in bleiben müssen oder die zur Bildung eines Dielektri der üblichen Weise bemessen zu können, erscheint _5J kums dienen. Da ein Lichtwellenleiter aus Isolations es vorteilhaft, die Lagen der Spule aus dem Lichtwel- material besteht, kann er in diesen Bereichen untcrge lenleiter zwischen den einzelnen Steuerelektroden bracht werden, ohne daß sich Störungen de unterzubringen, also die Spule in einzelne Lagen auf- Funktionsweise ergeben.

zuteilen, die dann entsprechend der Anordnung der Die Spule aus dem Lichtwellenleiter ist in einer un Steuerelektroden gegeneinander versetzt im Isolator c* gesteuerten Durchführungsanordnung vorzugsweise liegen. Die einzelnen Lagen sind untereinander durch derart untergebracht, daß ihre Längsachse in Achs

einen Lichtwellenleiter verbunden, zweckmäßiger- richtung der Durchführungsanordnung verläuft. E

weise aus einem durchgehenden Lichtwellcnleiter ge- werden dann zur Drehung der Polarisationsebene de

wickelt. Bei einer derartigen Ausführung der erfin- Lichts die elektrischen Feldlinien ausgenutzt, die zwi

dungsgemäßen Einrichtung liegen die einzelnen «5 sehender an Hochspannung liegenden Elektrode un

Lagen der Spulen aus dem Lichtwellenleiter also in Erdpotential verlaufen. Dies setzt aber voraus, da

der Regel konzentrisch um die Achse des Hochspan- die jeweilige Spule aus dem Lichtwellenlciter keine

nunesisolators. Fremdfeldeinflüssen ausgesetzt ist. Diese Voraussei

ίο

zung wird in Höchstspannungsanlagen im allgemeinen erfüllt sein, da dort die Phasenabstände verhältnismäßig groß sind.

In vielen Fällen wird man einer Ausbildung des erfindungsgemäßen Wandlers den Vorzug geben, bei der die Spule aus dem Lichtwellenleiter in einer Durchführungsanordnung mit eingebetteten Steuerelektroden untergebracht ist; in einer solchen Durchführungsanordnung ist die Spule vorteilhafterweise zwischen benachbarten Steuerelektroden angeordnet. Um bei einer derartigen Ausführung die Durchführungsanordnung in üblicher Weise bemessen zu können, erscheint es vorteilhaft, die Lagen der Spule aus dem Lichtwellenleiter zwischen den einzelnen Steuerelektroden unterzubringen, also die Spulen in einzelne Lagen aufzuteilen, die dann entsprechend der Anordnung der Steuerelektroden gegeneinander versetzt in der Durchführungsanordnung liegen. Die einzelnen Lagen sind untereinander durch einen Lichtwellenleiter verbunden, zweckmäßigerweise aus einem durchgehenden Lichtwellenleiter gewickelt. Bei einer derartigen Ausführung des erfindungsgemäßen MeIiwandlers liegen die einzelnen Lagen der Spulen aus dem Lichtwellenleiter also in der Regel konzentrisch um die Achse der Durchführungsanordnung.

In Abweichung von der eben behandelten Ausführung und Anordnung des Lichtwellenleiters in der Durchführungsanordnung ist es auch möglich und kann auch vorteilhaft sein, den Lichtwellenleiter des Meßfühlers in der Durchführungsanordnung mit eingebetteten Steuerelektroden an diesen Elektroden entlang und zwischen jeweils zwei benachbarten Steuerelektroden hindurchzuführen. Bei einer derartigen Führung des Lichtwellenleiters enthält dieser also Teile, die sich parallel zur Längsachse der Durchführungsanordnung erstrecken und so angeordnet sind, daß der Lichtwellenleiter von elektrischen Feldlinien transversal durchsetzt ist. Es ergibt sich in diesem Falle eine mäanderähnliche Führung des Lichtwellenleiters in der Durchführungsanordnung.

Bei einem Material des Lichtwellenleiters, das eine nur geringe Drehung der Polarisationsebene des Lichts in Abhängigkeit von der zu messenden Spannung ergibt, erscheint es vorteilhaft, den Lichtwellenleiter des Meßfühlers unter Bildung mehrerer zusammenhängender Toroidspulen um die einzelnen Steuerelektroden /u wickeln. Es ist dann eine erheblich größere Länge des Lichtwellenleiters dem elektrischen Feld ausgesetzt, und es wird eine größere Drehung der Polarisationsebene erreicht, was zur Erzielung einer höheren Meßgenauigkeit vorteilhaft ist. Die Erfindung läßt sich also bei kombinierten Wandlern mit sehr unterschiedlich ausgebildeten Durchführungsanordnungen anwenden. Dies gilt auch des Lichtwellenleiters zum Zwecke der Spannungsmessung verwenden. Bei einem Kopfteil mit einer leitenden, ringförmigen Schale zur Aufnahme des Strommeßteilers und einem diese Schale umfassenden Kopfgehäuse läßt sich dies so durchführen, daß /.wischen der Schale und dem Kopf gehäuse der Lichtwellenletter des Meßfühlers angeordnet und so geführt ist, daß er von den elektrischen Feldlinien transversal durchsetzt ist. Der Lichtwellenleiter kann dabei in unterschiedlicher Weise geführt sein, beispielsweise kannerdie ringförmige Schale an ihrem äußeren Umfang umfassen. Vorteilhafter erscheint es jedoch, wenn der Lichtwellenleiter unter Bildung einer Toroidspulc um die ringförmige Schale gewickelt ist. Das im Gehäuse eines Kopf- oder Topfteils untergebrachte Strommeßteii kann ebenfalls in unterschiedlicher Weise angeordnet und ausgebildet sein; beispielsweise kann bei einem Wandler in Kopfbauweise in der ringförmigen Schale in bekannter Weise ao eine übliche Sekundärwicklung mit Eisenkern untergebracht sein. Mittels eines solchen Strommeßteils lassen sich dann Strommessungen für Verrechnungszwecke durchführen.

Besonders vorteilhaft erscheint es. wenn in der

»5 ringförmigen Schale des Kopfteils mindestens eine

Spule aus einem Lichtwellenleiter untergebracht ist,

in dem polarisiertes Licht in seiner Polarisationsebene

in Abhängigkeit von der Größe des Stromes im Pri-

märleiter in seiner Polarisationsebene gedreht wird.

Auf diese Weise läßt sich nämlich eine Information über den Netzstrom gewinnen, und zwar sowohl für

sehr niedrige Betriebsströme als auch für höchste Kurzschlußströme, ohne daß - wie bei klassischen Stromwandlern mit Eisenkern - eventuelle Sättigungserscheinungen zu nichtlinearen Verzerrungen

führen.

Kann auf die Möglichkeit der konventionellen Strommessung mittels Eisenkern für Verrechnungszwecke verzichtet werden, dann besteht die Möglichkeit. das Strommeßteii aus einer oder mehreren Wicklungen aus einem Lichtwellenleiter zu bilden und durch die Wicklungen den Primarleiter zu führen, so daß den Lichtwellenleiter durchsetzendes polarisiertes Licht in seiner Polarisationsebene 111 Abhängigkeit vom Strom im Primarleiter gedieht wird. Bei mehreren Lichtwellenleitcr-Wicklungen lassen sieh mehrere gegebenenfalls sich überlappende Strommeßbereiche mit hoher Genauigkeit erzielen, wobei im Betriebs-Ntrommeßbereich die Messung für Verrechnungs-/wecke und im Kurzschlußstrombereich die Messung für Schutzzwecke wichtig ist. Sind die Wicklungen aus dem Lichtwellenleiter vergossen und mit einem leitenden Außenbelag versehen, dann wird der Licht

wellenleiter elektrisch völlig abgeschirmt und ist aus

für eine Durchführungsanordnung mit gewickelten ₅₅ schließlich dem Magnetfeld ausgesetzt, das von den Kondensatoren als spannungssteuernde Elemente; Strom im Primärleiter erzeugt wird. Die Drehung dei bei einer derartigen Durchführungsanordnung wer- Polarisationseltene des Lichts in diesen Wicklungei

den die I ichtwellenleiter des Meßfühlers vorzugsweise in die Kondensatoren miteingcwickelt Bei einer Durchführungsanordnung mit Platten- oder lellerkondensatorcn ist der Lichtwellenleiter des MeMühlerszwischen den Elektroden der Kondensatoren angeordnet.

Zur Erzielung eines kombinierten Meßwandlers nach der Erfindung ist nicht nur die Anordnung des I iehtwellenleiters innerhalb der Durchführungsan Ordnung möglich, sondern es läßt sich auch das Toptotlcr Kopfgehiiuse des Wandlers zur l'Mirbringung ist dann ausschließlich ein Maß für den Strom durcl den Primarleiter.

Bei einer Ausfuhrung des erfindungsgemäße! kombinierten Mcßwandlers mit einer oder mehrerei Wicklungen aus einem Lichtwellenleiter zur Strom messung ist auf Niederspannungspotential eine zu s;il7li(.he Auswertceinrichtung vorhanden, in der dii

Drehung der Polarisationsebene des Lichts in der Strom im Primarleiter proportionale elektrische, digi Ute -'der analoge Meßgroßen umgeformt wird, /in i^:t läuterung der Erfindung ist in der Fig I ei

Ausführungsbeispiel einer Meßeinrichtung mit einem Meßfühler aus einem Lichtwellenleiter dargestellt;

in der Fig. 2 ist eine Strom-Meßeinrichtung in ihrem Grundaufbau wiedergegeben;

in der Fig. 3 ist eine Ausführungsform eines Modulators in der Auswerteeinrichtung dargestellt;

in der Fig. 4 ist eine Strom-Meßeinrichtung mit Tempraturkompensation gezeigt;

in der Fig. 5 ist eine Ausführung des Modulators für eine Hochspannungsschaltanlage wiedergegeben;

in der Fig. 6 ist eine Spannungs-Meßeinrichtung in ihrem Grundaufbau gezeigt;

in der Fig. 7 ist eine in einem Hochspannungsisolator untergebrachte Spule an einem Lichtwellenleiter zur Spannungsmessung dargestellt;

in der Fig. 8 ist eine weitere Spannungs-Meßeinrichtung in einem Hochspannungsisolator wiedergegeben und

in den Fig. 9 bis 11 sind Ausführungsbeispiele eines kombinierten Meßwandlers mit Spulen aus einem _ϊ0 Lichtwellenleiter gezeigt.

Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird von einer Lichtquelle 1 Licht durch einen Polarisator 2 auf eine optische Einrichtung gelenkt, die aus einer halbdurchlässigen Platte 3 besteht. Von der Platte 3 gelangt das polarisierte Licht in einen Lichtwellenleiter 4, der in eine Spule 5 übergeht. Die Spule 5 ist von einem Hiochspannungsleiter 6 durchsetzt, der von einem zu messenden Strom J durchflossen ist. Die Spule 5 ist an ihrem Ende 7 mit einer verspiegelten Fläche 8 versehen. An Stelle einer Verspiegelung des Spulenendes kann am Spulenende - wie strichliert dargestellt - ein Spiegel 9 angeordnet sein.

Das polarisierte Licht durchläuft den Lichtwellenleiter 4 und die Spule 5, in der eine Drehung der Polarisationsebene in Abhängigkeit vom Strom J erfolgt. Am Ende 7 der Spule 5 wird der Lichtstrahl reflektiert und durchläuft noch einmal die Spule 5. wobei eine weitere Drehung der Polarisationsebene eintritt.

Das in seiner Polarisationsebene gedrehte Licht tritt aus dem Lichtwellenleiter 4 aus, durchsetzt die halbdurchlässige Platte 3 und gelangt in die Auswerteeinrichtung 10, die in bekannter Weise ausgebildet sein kann, beispielsweise nach dem bekannten Kompensationsverfahren arbeiten kann.

Bei der in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung wird von einer auf Niederspannungspotential angeordneten Lichtquelle 30. die ein Laser sein kann, linear polarisiertes Licht über eine halbdurchlässige Platte 31 und einen Lichtwellenleiter 32 zu einer Spule 33 aus einem Lichtwellenleiter gesandt. Die Spule aus dem Lichtwellenleiter ist so ausgebildet, daß ihr eines Ende den Lichtwellenleiter 32 bildet; das andere Ende der Spule 33 trägt eine verspiegelte Fläche 34. Die Drehung der Polarisationsebene des I .ichts erfolgt in der Spule 33 in Abhängigkeit von der Größe des Stromes, der beispielsweise einen Hochspannungsleiter 35 durchfließt; dieser Hochspannungsleiter 35 durchsetzt die Spule 33, so daß in dem I «chtwellcnleiter der Spule eine in longitudinal Richtung wirkende magnetische Feldstärkekomponente wirksam wird. Diese magnetische Fcldstärkeknmpnncntc bewirkt eine Drehung der Polarisationsebene des Lichts, die der Große des zu messenden Stromes im Hochspannungsleiter 35 proportional ist.

In einer Auswerteeinrichtunj: 36 ist ein in der Fig. 2 schematisch dargestellter magneto-optischer Modulator 37 vorgesehen, in dem eine Rückdrehung der Polarisationsebene des Lichts erfolgt. Zu diesem Zwecke ist dem Modulator 37 ein Analysatorprisma 38 nachgeordnet, in dem das von dem Modulator 37 kommende Licht ii. zwei Teillichtstrahlen aufgespalten wird, deren Polarisationsebenen senkrecht aufeinander stehen und die ihre Intensität proportional zum Drehwinkel der Polarisationsebene des einfallenden Strahls zueinander gegenläufig ändern. Beide Teillichtstrahlen werden jeweils einer Photodiode 39 und 40 zugeführt, denen ein Differenzverstärker 41 nachgeordnet ist. An den Differenzverstärkern 41 ist ein Leistungsverstärker 42 angeschlossen, der über eine Bürde 43 den magneto-optischen Modulator 37 jeweils mit einem solchen Strom speist, daß die in der Spule 33 auf Hochspannungspotential erfolgte Drehung der Polarisationsebene im magneto-optischen Modulator 37 der Auswerteschaltung 36 wieder rückgängig gemacht wird. Die Bürde 43 ist mit der üblichen Bürde von Stromwandlern vergleichbar, kann also von einem Meßinstrument oder von einer Netzschutzeinrichtung gebildet sein.

Der magneto-optische Modulator 37 nach Fig. 2 kann in einer Weise ausgestaltet sein, wie dies in der Fig. 3 dargestellt ist. Dort ist zu erkennen, daß ein Lichtwellenleiter 50 zu einer Wicklung gewickelt ist, die von einer weiteren Wicklung 51 aus einem elektrischen Leiter umgeben ist. An die Wicklungsenden 52 und 53 der Wicklung 51 ist beispielsweise ein Anschluß der Bürde 43 und ein Ausgang des Verstärkers 42 nach Fig. 3 angeschlossen. Durch den von dem Verstärker 42 abgegebenen Strom, der durch die Wicklung 51 fließt, wird in der von dem Lichtwellenleiter 50 gebildeten Wicklung ein magnetisches Feld erzeugt, das auf Grund der Ausbildung der Auswerteschaltung 36 die Drehung der Polarisationsebene in der Spule 33 auf Hochspannungspotential rückgängig macht. Der durch die Wicklung 51 bzw. durch die Bürde 43 fließende Strom ist dann dem zu messenden Strom im Hochspannungsleiter 35 proportional. Die Wicklung aus dem Lichtwellenleiter 50 ist an ihrem Ende 54 mit einer verspiegelten Fläche 55 versehen, an der der Lichtstrahl reflektiert wird. Dem anderen Ende der Wicklung ist eine halbdurchlässige Platte 56 vorgeordnet.

Bei der in der Fig. 4 dargestellten Ausführung der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung wird linear polarisiertes Licht von einer Laserdiode 60 abgegeben, die von einem Impulsgenerator 61 gesteuert wird. Der Laserdiode 60 ist ein Strahlungsteiler 62 nachgcordnet, von dem über eine halbdurchlässige Platte 63 Licht zu einem Lichtwellenleiter und über eine weitere halbdurchlässige Platte 65 Licht zu einem weiterer Lichtwellenleiter 66 gelangt. Über den Lichtwellenleiter 66 wird polarisiertes Licht in Form von Lichtim pulsen zu einer schematisch dargestellten Spule über· tragen, die in ihrem Aufbau mit der Spule 33 nacl· Fig. 2 identisch ist. In Abhängigkeit von der Groß« des zu messenden Stromes wird in der Spule 67 dit Polarisationsebene des ihm zugeführten I ichts ge dreht und das solchermaßen modulierte Liebt nacl Reflexion am Spulenende über den weiteren I ieht wellenleiter 66 über den Umlenkspiegel 68 /ur Aus Werteeinrichtung 69 geführt.

Inder Auswerteeinrichtung69ist das ankommend Licht einem magneto-optischen Modulator 70 züge fuhrt, der so ausgeführt sein kann, wie es in der Fi u

dargestellt ist. Dem magneto-optiichen Modulator 70 ist ein AnaHysatorprisma 71 nachgeordnet, an das -wie bereits in der Fig. 2 dargestellt - Photodioden 72 und 73 angeschlossen sind; diese Photodioden 72 und 73 speisen einen Differenzverstärker 74.

Um Einflüsse von Temperaturen auf das Meßergebnis auszuschalten, enthält die Einrichtung eine aus einem Lichtwellenleiter bestehende geschirmte Referenzwicklung 75, der über den LichtweHenleiier 64 polarisiertes Licht von der Laserdiode 60 zugeführt wird. In der Referenzwicklung 75, die zweckmäßigerweise jeweils den gleichen Temperaturen wie die Spule 67 ausgesetzt ist, erfährt das polarisierte Licht eine von der Temperatur abhängige Drehung seiner Polarisationsebene. Das solchermaßen modulierte Licht wird über den Lichtwellenleiter 64 nach Reflexion am Ende der Referenzwicklung 75 zu einem zusätzlichen magneto-optischen Modulator 76 in der Auswerteeinrichtung 69 übertragen. Dem zusätzlichen magneto-optischen Modulator 76 ist ein weiteres ao Analysatorprisma 77 nachgeordnet, in dem das ihm zugeführte Licht in zwei Lichtstrahlen aufgespalten wird, die auf Photodioden 78 und 79 fallen. An die Photodioden 78 und 79 ist ein weiterer Differenzverstärker 80 angeschlossen. as

Zur Kompensation von Temperatureinflüssen sind beide Differenzverstärker 74 und 80 an einen zusätzlichen Differenzverstärker 81 angeschlossen, dem ein Synchrondemodulator 82 nachgeordnet ist. Dieser Synchrondemodulator ist über einen Phasenschieber 83 an den Impulsgenerator 61 angeschlossen, so daß im Synchrondemodulator 82 eine Demodulation der Meßgröße vorgenommen werden kann.

An den Synchrondemodulator 82 ist ein Leistungsverstärker 84 angeschlossen, der über eine Bürde 85 die magneto-optischen Modulatoren 70 und 76 mit einem derartigen Strom speist, daß in den Modulatoren eine Rückdrehung der Polarisationsebene des auf der Hochspannungsseite modulierten Lichts erfolgt. Der durch die Bürde 85 fließende Strom ist dann unabhängig von irgendwelchen Temperaturgängen dem zu messenden Strom proportional.

In der Fig. 5 ist die Ausgestaltung der erfindungsgemaßen Meßeinrichtung für den Fall teilweise wiedergegeben, daß Ströme in Hochspannungsleitern von vollisolierten, metallgekapselten Hochspannungsschaltanlagen gemessen werden sollen. Um Wiederholungen zu vermeiden, ist in der Fig. 5 nur die Ausbildung der Spule aus dem Lichtwellenleiter in der Schaltanlage wiedergegeben; auf eine Darstellung und je Beschreibung der übrigen Teile der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung, die beispielsweise so ausgeführt sein können, wie es in den Fig. 2 bis 4 dargestellt ist, wird also verzichtet.

Wie die Fig. 5 erkennen läßt, sind die einzelnen Windungen 90 der Spule 91 an der Innenfläche des Außenrohres 92 der Hochspannungsschaltanlage 93 in Umfangsrkhtung angeordnet. Auf ihrer dem Hochspannungsleiter 94 zugewandten Innenseite ist die Wicklung aus dem Lichtwellenleiter mit einer Ab- βο schirmung 95 versehen, die zur Vermeidung einer Kurzschlußwindung mit einem Schlitz 96 versehen ist. Durch die Abschirmung 95 ist sichergestellt, daß die elektrische Feldkomponentc in der Hochspannungsschaltanlage 93 keinen Einfluß auf das Licht in den (_} Windungen 90 nehmen kann, sondern dsß nur die magnetische Feldkomponente in longitudinaler Richtung aul den Lichtwellenleiter einwirkt und dabei das in diesem LichtweHenleiier geführte linear polarisierte Licht in Abhängigkeit von der Größe nies Stromes im Hochspannungsleite.' 94 in seiner Polarisationsebene dreht. Die Spule 91 ist an einem Ende mit einer verspiegelten Fläche 97 versehen.

In Auswerteschaltungen, wie sie im Zusammenhang mit der Beschreibung der Fig. 2 bis 4 bereits ausführlich erläutert worden sind, wird die Drehung der Polarisationsebene in einen Strom umgesetzt, der dem zu messenden Strom im Hochspannungsleiter 94 proportional ist. Zur Beseitigung von Temperatureinflüssen kann auch bei einer Meßeinrichtung nach Fig. 5 eine Referenzwicklung vorgesehen sein, der in der Auswerteeinrichtung Schaltungsteile zugeordnet sind, wie in Fig. 4 dargestellt.

Bei der in der Fig. 6 dargestellten erfiindungsgemäßen Einrichtung zum Messen von Spannungen an Hochspannungsleitern wird linear polarisiertes Licht von einer Lichtquelle 100 abgegeben, die von einem Laser gebildet sein kann. Über eine halbdurchlässige Platte 101 und einen Lichtwellenleiteir 102 wird das polarisierte Licht zu beispielsweise einer Toroidspule 103 übertragen, die aus einem Lichtwellenleiter 104 gewickelt ist.

Die Toroidspule 103 befindet sich bei der dargestellten Meßeinrichtung in einer ringförmigen Erweiterung 105 eines Außenrohres 106 eimer Hochspannungsschaltanlage 107. Im Innern des Außenrohres

106 ist ein Hochspannungsleiter 108 geführt, dessen Strom ein rotationsförmiges Magnetfeld innerhalb des Außenrohres 106 der Hochspannungsschaltanlage

107 erzeugt. Um eine Beeinflussung des Lichtwellenleiters 104 der Toroidspule 103 durch die magneti sehen Feldlinien zu vermeiden, ist die ringförmige Erweiterung 105 an ihren beiden stirnseitigen Enden durch Abschirmringe 109 und 110 teilweise abgedeckt. Auf den Lichtwellenleiter 104 der Toroidspule 103 kann jedoch die elektrische Feldstärke einwirken, und zwar in transversaler Richtung. Dies führt dazu, daß das durch den Lichtwellenleiter KIWI hindurchtretende, linear polarisierte Licht in seineir Polarisationsebene in Abhängigkeit von der elektrischen Feldstärke und damit auch in Abhängigkeit von dei Spannung zwischen dem Hochspannungsleiter 108 und dem geerdeten Außenrohr 106 gedreht wird.

Das Licht wird nach Durchgang durch die Toroidspule 103 am Spulenende an der verspiegelten Flache 111 reflektiert und durchläuft danach die Toroidspule nochmals. Über Lichtwellenleiter 102 wird das in seiner Polarisationsebene gedrehte Licht einer Auswerteeinrichtung 112 auf Niederspariniungspotential zugeführt, die einen Modulator 113 zur Rückdrehung der Polarisationsebene des Lichts enthalt.

Dem Modulator 113 ist ein Analysiilioiprisma 114 nachgeordnet, das den einfallenden Lichtstrahl in zwe Teillichtstrahlen aufspaltet, deren Polanisationsebenen senkrecht aufeinander stehen und die ihre Intensität proportional zum ürehwinkel der Polarisations ebene des einfallenden Strahles zueinander gegenläu fig ändern. In zwei Photodioden 115 und 116 werdei die Teillichtstrahlen in elektrische Größen umgeform und einem Differenzverstärker 117 zugeführt. Den Differenzverstärker 117 ist ein Leislungsverstärkei 118 nachgeordnet, der einen derartigen Strom durcl eine Bürde 119 und den beispielsweise als magneto optischen Modulator ausgebildeten Modulator 11; treibt, daß die in der Toroidspule 103 ei'folgte Dre hung der Polarisationsebene des Licht:» wieder aufge

15 16

hoben wird. An der Bürde 119 fällt dann eine Span- weise die Auswerteeinrichtung untergebracht, und es

nung an, die der zu messenden Spannung proportional befinden sich dort auch die Sekundäranschlußklem-

ist. men, wie sie von klassischen Spannungswandlern her

Mit Vorteil ist die Toroidspule 103 so ausgeführt, bekannt sind.

daß ihr nach außen geführte¹= Ende so lang ist, daß s Innerhalb des Isolators 140 ist ebenso wie bei dem

es den Lichtwellenieiter 102 bildet. Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 eine Spannungs-

Der magneto-optische Modulator 113 nach Fig. 6 steuerung 145 untergebracht, die in dem dargestellten

kann in einer Weise ausgestaltet sein, wie dies in der Ausführungsbeispiel drei Steuerelektroden 146, 147

Fig. 3 dargestellt ist. und 148 enthält. Die Steuerelektroden 146 bis 148

Um Einflüsse von Temperaturen auf das Meßer- «> sind metallische Zylinder.

gebnis auszuschalten, enthält die Einrichtung eine ge- Wie die F i g. 8 erkennen läßt, ist ein Lichtwellenlei-

schirmte Referenzwicklung, wie sie in der Fig. 4 dar- ter 149 von Niederspannungspotential herkommend

gestellt ist, sowie eine Auswerteeinrichtung, wie sie zunächst in Achsrichtung der Spannungssteuerung

in der Fig. 4 gezeigt ist. 145 an der Innenseite der Steuerelektrode 148 vor-

Die in der Fig. 7 dargestellte Einrichtung weist ei- »5 beigeführt, wobei er von elektrischen Feldlinien

nen Isolator 120 auf, der an seinem oberen Ende mit transversal durchsetzt ist. Um das obere Ende 150

einem flachen Deckel 121 abgeschlossen ist. Dieser der Steuerelektrode 148 ist der Lichtwellenleiter 149

Deckel 121 trägt eine Anschlußklemme 122 für die herumgeführt und in entgegengesetzter Richtung zwi-

Verbindung mit einem nicht dargestellten Hochspan- sehen den Steuerelektroden 147 und 148 hindurchge-

nungsleiter, dessen Spannung gemessen werden soll, ao führt, und zwar bis zum unteren Ende der Steuerelek-

Der Isolator 120 steht auf einem Sockel 123, der einen trode 147. Von dort ist der Lichtwellenleiter 149

Klemmenkasten 124 trägt; in dem Klemmenkasten wiederum in entgegengesetzter Richtung geführt, so

kann eine nicht dargestellte Auswerteeinrichtung un- daß er nunmehr zunächst außen an der Steuerelek-

tergebracht sein. In dem Klemmenkasten 124 befin- trode 147 entlang und danach zwischen dieser Steuer-

den sich auch die Sekundäranschlüsse der Einrich- »5 elektrode und der Steuerelektrode 146 verläuft,

tung. Der Lächtwellenleiter 149 ist beispielsweise an sei-

Innerhalb des Isolators 120 ist bei dem dargestell- nem Ende 151 mit einer verspiegelten Fläche 152 ver-

ten Ausführungsbeispiel eine Spannungssteuerung sehen, von wo der Lichtstrahl reflektiert wird und den

125 untergebracht, in die Steuerelektroden 126,127 Lichtwellenleiter nochmals in entgegengesetzter und 128 in Form von metallischen Zylindern einge- 30 Richtung durchläuft.

bettet sind. Zwischen jeweils den Steuerelektroden In Abhängigkeit von der zu messenden Spannung

126 und 127 sowie 127 und 128 ist eine Lage 129 wird das Licht dabei in seiner Polarisationsebene gesowie 130 aus einem Lichtwellenleiter angeordnet. dreht.

Die Lagen 129 und 130, von denen gegebenenfalls Der in der Fig. 9 dargestellte kombinierte Meßnoch weitere vorhanden sein können, wenn entspre- 35 wandler besteht im wesentlichen aus einem Kopfteil chend mehrere Steuerelektroden vorgesehen sind, 160, einer Durchführungsanordnung 161 und einem sind vorteilhafterweise aus einem durchgehenden Sockelteil 162. Innerhalb der Durchführungsanord-Lichtwellenleiter gewickelt, der außerdem noch die nung 161 ist innerhalb eines Isolators 163 eine Span-Lichtführungsleitung 131 von einer in der F ig. 7 nicht nungssteuerung 164 untergebracht. Die Spannungsdargestellten Lichtquelle mit nachgeordneter halb- 40 steuerung 164 enthält mehrere Steuerelektroden 165, durchlässiger Platte zu den Lagen 129 und 130 sowie 166 und 167, die metallische Zylinder darstellen. Wie die Zuführungsleitung zu der Auswerteeinrichtung die in der Fig. 10, linke Darstellung der Durchfühbildet. Die Lage 130 ist an ihrem Ende mit einer ver- rungsanordnung 161, erkennen läßt, ist ein Lichtwelspiegelten Fläche 132 versehen, an der das Licht re- lenleiter 168 aus dem Sockelteil 162 kommend in flektiert wird. 45 Achsrichtung der Durchführungsanordnung 161 zu-

Wie die Fig. 7 erkennen läßt, sind die einzelnen nächst innen an der Steuerelektrode 167 vorbeige-Windungen der Lagen 129 und 130 aus dem Lichtwel- führt. Dann ist der Lichtwellenleiter 168 um das obere lenleiter so angeordnet, daß die elektrischen Feldli- Ende 1<69 der Steuerelektrode 167 herumgelegt und nien zwischen jeweils benachbarten Steuerelektroden zwischen der Steuerelektrode 16t und 167 bis zum 126,127 und 128 senkrecht zu dem Lichtwellenleiter 5° unteren Ende 170 der Steuerelektrode 167 geführt, verlaufen. Linear polarisiertes Licht, das den Licht- Von dort ist der Lichtwellenleiter 168 zunächst außen wellenleiter durchläuft, wird daher in seiner Polarisa- an der S teuerelektrode 166 vorbei- und dann zwischen tionsebene in Abhängigkeit von der elektrischen der Steuerelektrode 165 und Steuerelektrode 166 Feldstärke gedreht. Da diese elektrische Feldstärke hindurchgeführt. Am oberen Ende ist der Lichtwelder zu messenden Spannung proportional ist, ist die 55 lenleiter 168 mit einer verspiegelten Fläche 171 ver-Drehung der Polarisationsebene dem Quadrat der zu sehen, an der das Licht reflektiert wird und den Lichtmessenden Spannung proportional. Daraus läßt sich wellenleiter 168 nochmals von hinten nach vorne mittels einer Auswerteeinrichtung, wie sie in Fig. 2 durchläuft

näher beschrieben ist, eine elektrische Größe gewin- Ein Lichtwellenleiter 172 kann innerhalb der

nen, die der zu messenden Spannung proportional ist. 60 Durchführungsanordnung 161 auch so angeordnet

Bei dem in der Fig. 8 dargestellten Ausführungs- sein, daß er einzelne Windungen 173 bildet, die kon-

beispiel einer erfindungsgetnäß ausgeführten Einrich- zentrisch um die Längsachse der Durchführungsan-

tung ist wiederum ein Isolator 140 vorgesehen, der Ordnung 161 angeordnet sind. Die Windungen 173

oben mit einem flachen Deckel 141 abgeschlossen ist. des Lichtwellenleiters 172 bilden mehrere Lagen, die

Der Deckel 141 weist einen Anschluß 142 für die zu 65 so angeordnet sind, daß sie jeweils zwischen zwei

messende Spannung auf. Der Isolator 140 ruht auf Steuerelektroden 165 und 166 sowie 166 und 167 He-

einem Sockel 143, der einen Klemmenkasten 144 auf- gen. Am oberen Ende trägt der Lichtwellenleiter 172

weist In diesem Klemmenkasten 144 ist beispiels- eine verspiegelte Fläche 174.

Bei beiden Anordnungen des Lichtwellenleiters 168 bzw. 172 in der Durchführungsanordnung 161 ist dafür gesorgt, daß der Lichtwellenieiter von elektrischen Feldlinien transversal durchsetzt ist, so daß linear polarisiertes Licht, das vom Sockelteil 162 her den Lichtwellenleiter durchläuft, eine Drehung seiner Polarisationsebene erfährt, die von der elektrischen Feldstärke und damit von der Spannung am Primärleiter 175 abhängig ist

In der Durchführungsanordnung 161 ist außerdem noch eine Ausleitung 176 für das Strommeßteil 177 im Kopfgehäuse 160 vorgesehen.

Das Kopfteil 160 des in der Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Meßwandlers weist ein Kopfgehäuse 178 auf, das auf die Durchführungsanordnung 161 aufgesetzt ist Das Kopfgehäuse 178 wird von dem Prirnärleiter 175 durchsetzt. Innerhalb des Kopfgehfiuses 178 befindet sich eine leitende, ringförmige Schale 179, die auf Niederspannungspotential liegt. Innerhalb dieser ringförmigen Schale 179 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Sekundärwicklung 180 mit Eisenkern sowie eine Wicklung 181 aus einem Lichtwellenleiter untergebracht.

Sowohl die Enden der Sekundärwicklung 180 als ein Ende der Wicklung 181 aus dem Lichtweilenleiter sind durch die Durchführungsanordnung 161 nach Niederspannungspotential geführt; das andere Ende der Wicklung 181 ist verspiegelt.

Der in der Fig. 9 dargestellte kombinierte Meßwandler gestattet eine Messung des Stromes durch den Primärleiter 175 in einem sehr großen Strombereich, da durch die Verwendung einer Wicklung 181 aus einem Lichtwellenleiter Sättigungserscheinungen, die bei klassischen Stromwandlern zu nichtlinearen Ver-Zerrungen führen können, nicht auftreten können. Mit Hilfe der Sekundärwicklung 180 mit Eisenkern lassen sich außerdem Strommessungen für Verrechfcungszwecke durchführen. Außerdem kann durch den ■Lichtwellenleiter 168 bzw. 172 innerhalb der Durchführungsanordnung 161 eine Messung der Spannung am Primärleiter 175 vorgenommen werden. Die das linear polarisierte Licht erzeugende Lichtquelle sowie die Auswerteeinrichtungen zur Umsetzung der Polarisationsebenendrehungen des Lichts in elektrische Meßgrößen sind bei dem erfindungsgemäßen kombinierten Wandler vorzugsweise in einem Schaltkasten 182 am Sockelteil 162 untergebracht. Die Auswerteeinrichtungen können dabei beispielsweise in einer Weise ausgeführt sein, wie dies in der Fig. 2 beschrie- so ben ist.

Das in der F i m. 10 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgebildeten Meßwandlers besteht wiederum aus einem Kopfteil 190, einer Durchfuhrungsanordnung 191 und einem Sockelteil 192. Die Durchführungsanordnung 191 weist einen Porzellan-Isolator 193 auf, in dem eine Spannungssteuerung 194 untergebracht ist.

Das Kopfteil 190 ist bis auf die Anordnung eines Lichtwellenleiters 195 genauso aufgebaut wie das Kopfteil 160 bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 9. Während bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 der lichtwellenieiter 168 bzw. 172 zur Spannungsmessung innerhalb der Durchführungsanordnung 161 untergebracht ist, ist der Lichtwellenieiter 195 zum Zwecke der Spannungsmessung bei dem Ausf Uhrungsbeispiel nach Fig. 10 unter Bildung einer Toroidspule um eine ringförmige Schale 196 angeordnet. Am Ende 199 ist der Lichtwellenieiter 195 verspiegelt. Da die Schale 196 geerdet ist, liegt zwischen dieser Schale 196 und einem Gehäuse 197 die Spannung an dem das Kopfteil 190 durchsetzenden Primärleiter 198, und es herrscht in dem Raum zwischen der Schale 196 und dem Kopfgehäuse 197 eine entsprechende elektrische Feldstärke. Demzufolge *vird linear polarisiertes Licht in dem Lichtwellenieiter 195 in Abhängigkeit von dieser Spannung in seiner Polarisationsebene gedreht, in einer Auswerteeinrichtung in einem nicht dargestellten Schaltkasten am Sockelteil 192 kann daraus eine elektrische Größe gewonnen werden, die der zu messenden Spannung proportional ist. Das Strommeßteil kann genauso aufgebaut sein, wie es im Zusammenhang mit der Beschreibung der Fig. 9 erläutert worden ist.

Bei dem in der Fig. 11 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Lichtwellenieiter 200 ähnlich wie in der Fig. 9 bereits dargestellt innerhalb einer Spannungssteueiung 201 derart geführt, daß den Lichtwellenieiter 200 durchsetzendes, linear polarisiertes Licht eine Drehung seiner Polarisationsebene erfährt, die dem Quadrat der Spannung am Primärleiter 202 proportional ist. In einer nicht dargestellten Auswerteeinrichtung kann aus dem an einer verspiegelten Fläche 203 reflektierten und im Lichtwellenieiter 200 zurückgeführten Licht eine Sekundärgröße gewonnen werden, die der Spannung am Primärleiter 202 proportional ist.

Die Strommessung erfolgt bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 11 mittels einer Wicklung 204 aus einem Lichtwellenieiter 205; die Wicklung 204 wird von dem Primärleiter 202 durchsetzt, so daß der Lichtwellenieiter 205 in longitudinal Richtung von einem Magnetfeld durchsetzt ist, das dem Strom im Primärleiter 202 proportional ist. Die Wicklung 204 ist vorzugsweise vergossen, beispielsweise mit Silikongummi, und mit einem leitenden Außenbelag 206 versehen. Durch diesen Außenbelag 206 ist sichergestellt, daß die Wicklung 204 elektrisch völlig abgeschirmt ist und nur vom Mangetfeld beeinflußt wird. Linear polarisiertes Licht, das den Lichtwellenieiter 205 der Wicklung 204 durchsetzt, wird daher in seiner Polarisationsebene nur in Abhängigkeit vom Magnetfeld gedreht, das von dem Strom durch den Primärleiter 202 erzeugt wird. An einem Ende trägt die Wicklung eine verspiegelte Fläche.

Sowohl der Lichtwellenieiter 200 zur Spannungsmessung als auch der Lichtwellenieiter 205 zur Strommessung sind zu einem Sockelteil 207 geführt, in dem sich nicht dargestellte Auswerteeinrichtungen befinden.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims (21)

1. 22 81

   Patentansprüche:

   i. Meßeinrichtung zum Erfassen von Strömen und Spannungen auf Hocbspannungspotential mit einem einzigen Lichtwellenleiter, der sich zwischen Nieder- und Hochspannungspotential erstreckt und eine Wicklung bildet und in den polarisiertes Licht eingespeist und von dem meßwertentsprechend in seine Polarisation verändertes Licht einer Auswerteeinrichtung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß an dem einen Ende (7) der Wicklung (5) aus dem Lichtwellenleiter (4) eine reflektierende Fläche (8) angeordnet ist, so daß für den Hintransport des unmodulierten Lichts und den Rücktransport des modulierten Lichts derselbe Abschnitt des nicht zur Modulation herangezogenen Lichtwellenleiters (4) dient, und daß dem anderen Ende dem einzigen Lichtwellenleiter (4) eine an sich bekannte optische Einrichtung (3) vorgeordnet ist, mittels der das Licht in den einzigen Lichtwellenleiter (4) eingespeist und das in seiner Polarisation meßwertentsprechend veränderte Licht aus dem einzigen Lichtwellenleiter (4) auf die Auswerteeinrichtung (IQ) gelenkt wird (Fig. 1).
2. 2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Fläche von einer verspiegelten Fläche (2) der Wicklung (5) gebildet ist (Fig. 1).
3. 3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Fläche von einem Spiegel (9) gebildet ist, der auf der von dem Licbtwellenleiter (4) abgewendeten Seite der Wicklung (5) angebracht ist (Fig. 1).
4. 4. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung von Spannungen in Hochspannungsleitern in einem von der zu messenden Spannung hervorgerufenen elektrischen Feld eine Toroidspule (103) aus einem Lichtwellenleiter angeordnet ist, die vom Hochspunnungsleiter (108) durchsetzt ist (I ig 6).
5. 5. Meßeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung (112) in an sich bekannter Weise einen magnetooptischen Modulator (113) und eine Verstärkerschaltung (117. 118) enthält und daß der Modulator (113) aus einer Spule (51) aus einem Lichtwf llenleiter und aus einer auf die Spule aufgebrachten, von der Verstärkerschaltung mit einem Strom gespeisten elektrischen Wicklung (51) besteht (Fig. 16).
6. f>. Meßeinrichtung nach Anspruch 4 oder .S, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit einer Abschirmung versehene Referen/wicklungaus einem Lichtwellenleiter vorhanden ist, die von polarisiertem Licht durchsetzt ist. daß zur Zuführung des Lichts zur Referenzwicklung und zur Ausleitung ein zusätzlicher Lichtwellenleiter dient und die Referenzwicklung an dem von dem zusätzlichen Lichtwellenlciter abgewendeten Ende mit einer reflektierenden Fläche versehen ist, und daß der Referenzwicklung in der Auswerteeinrichtung ein Auswertetet! zugeordnet ist, in dem die in der Refereuzwicklung aufgetretene Drehung der Polarisationsebene in eine elektrische Referenzgröße umeeset/t wird.
7. 7. Meßeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswerteteil (69) einen zusätzlichen magneto-optischen Modulator (70) enthält, der aus einer Spule aus einem Lkhtwellenleiter (50) und aus einer auf die Spule aufgebrachten elektrischen Wicklung (Sl) besteht (Fig. 3/4).
8. 8. Meßeinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Einrichtung einen Strahlungsteiler (62) enthält, von dem zu der Spule (67) aus dem Lichtwellenleiter auf Hochspannungspotential und zu der Referenzwickiung (75) jeweils ein Lichtwellenleiter abgehen (Fig. 4).
9. 9. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche I bis 3 für Ströme in Hochspannungsleitern von vollisolierten, metaligekapselten Hochspannungsschaltanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen (90) der Wicklung (91) aus einem Lichtwelienleiter an der Innenfläche des Außenrohres (92) der Anlage (93) in Umfangsrichtung angeordnet sind und daß die Wicklung (91) auf ihrer dem Hochspannungsleiter zugewendeten Innenfläche mit einem Abschirmring (95) versehen ist (Fig. 5).
10. 10. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8 iiir Messung von Spannungen in vollisolierten, metallgekapselten Hochspannungsschaltanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß die Toroidspule (103) in einer ringförmigen Erweiterung (105) des Außenrohres (106) der Anlage (107) angeordnet ist (Fig. 6).
11. 11. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung von Spannungen an Hochspannungsleitern die Spule aus dem Lichtwellenleiter in einem ungesteuerten Hochspannungsisolator derart untergebracht ist, daß ihre Längsachse in Achsrichtung des Hochspannungsisolators verläuft.
12. 12. Meßeinrichtung nach einem d»r Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (129, 130) aus dem Lichtwellenleiter in einem Hochspannungsisolator (120) mit eingebetteten Steuerelektrode (126, 127, 128) zwischen benachbarten Steuerelektroden angeordnet ist (Fig. 7).
13. 13. Meßeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen (129, 130) der Spule aus dem Lichtwellenleiter zwischen den einzelnen Steuerelektroden untergebracht sind (F.g. 7).
14. 14. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung von Spannungen an Hochspannungsleitern der Lichtwellenleiter (149) des Meßfühlers in einem Hochspannungsisolator (140) mit eingebetteten Steuerelektroden (146, 147, 148) an den Steuerelektroden entlang und zwischen jeweils benachbarten Steuerelektroden hindurchgeführt ist (Fig. 8).
15. 15. Meßeinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenlciter des Meßfühlers unter Bildung mehrerer zusammenhängender Toroidspulen um die einzelnen Steuerelektroden gewickelt ist.
16. 16. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung von Spannungen an Hochspannungsleitern

    ler Lichtwellenleiter des Meßfühlers bei einem Hochspannungsisolator mit gewickelten Kondensatoren als spannungssteuernde Elemente in die Kondensatoren miteingewickelt ist.
17. 17. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüehe 1 bis3,dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung von Spannungen an Hochspannungsleitern der Lieh twellenleiter des Meßfühlers zwischen den Elektroden von Platten- oder Tellerkondensatoren eines Hochspannungsisolaiors angeordnet ist. ;o
18. 18. Heßeinrichtung nach einem der Ansprüche L bis 3 für einen aus Stromwandler- und Spannungswandlereinheit bestehenden kombinierten Meßwandler mit einem einen Primärleiter aufnehmenden und ein Strommeßteil enthaltenden Gehäuse, das sich über oder unter einer Durchführungsanordnung befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (195) aus dem Lichtwellenleiter in einem von der Spannung hervorgerufenen elektrischen Feld im Gehäuse (197) und/oder in der Durchführungsanordnung so untergebracht ist, daß den Lichtwellenleiter durchsetzendes polarisiertes Licht eine von der Höhe der Spannung abhängige Drehungseiner Polarisationsebene erfährt (Fig. K)).
19. 19. Meßeinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule aus dem Lichtwclfenleiter in einer ungesteuerten Durchführungsanordnung derart untergebracht ist, daß ihre Längsachse in Achsrichtung der Durchfuhmngsanordnung verläuft.
20. 20. Meßeinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule aus dem Lichtwellenleiter (173) in einer Durchführungsanordnung (161) mit eingebetteten Steuerelektroden (166, 167) zwischen benachbarten Steuerelektroden angeordnet ist (Fig. 9).
21. 21 Meßeinrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen der Spule aus dem Lichtwellenleiter (173) zwischen den einzelnen Steuerelektroden (166, 167) untergebracht sind