DE2546694A1

DE2546694A1 - Mess-sendegeraet fuer hochspannungsleitungen

Info

Publication number: DE2546694A1
Application number: DE19752546694
Authority: DE
Inventors: Silvin M Dr Ing Leskovar
Original assignee: Leskovar silvin M dr-Ing
Current assignee: Leskovar silvin M dr-Ing
Priority date: 1974-10-21
Filing date: 1975-10-17
Publication date: 1976-04-29
Also published as: YU281174A; YU39528B

Description

MESS-SENDEGERÄT FÜR HOCHSPANNUNGSLEITUNGEN Priorität: 21. Okt. 1975 - Jugoslawien Gegenstand der Erfindung ist ein Mess-Sendgerät für Iiochspannungsleitungen, welches diskrete Masswerte dem Strom in Hochspannungsleitung, nötigenfalls aber auch den nderen Betriebszustandgrössen der Hochspannungsleitung, wie z.B. der Temperatur des Leiters, der Spannung am Leiter und anderen Grössen, zuordnet und in Form von Hochfrequenzsignal ausstrahlt, wobei das Gerät am Potential der Hochspannungsleitung betrieben wird.
Die auf den Hochspannungsleitungen meistens gemessenen Grössen sind Stroms Spannung, Leistung, Leistungsfaktor =cos ), in Frage kommen aber auch die teitertemperatur und die Ionisation in der teiterumgebung. Die übliche Nessungaweise dieser Grössen fordert mit Ausnahme von der Temperatur und Ionisation die Benutzung von Messwaneiern, die entweder den Strom oder die Spannung in den 6Te eigneten Messbereich auf das Erdungspotential umsetzen. Mit wachsender Betriebsspannung wird derartige Messwandlung und insbesondere die StromLesswandlung wegen der nötigen Isolation technisch anspruchsvoller und kostspieliger, wobei sich mit wachsenden Streufeldern wegen der Isolation auch die Umwandlungskennlinien verschlechtern. Das führt zu Amplituden- und Phasenverzerrungen der gemessenen Grösse.
Der übliche Einsatz von Strommeaswandlern fordert dazu noch die physische Leiterunterbrechung.
Ziel der Erfindung ist ein Gerät für die digitale Erfassung und Hochfrequenzübermittlung von elektrischen und nichtelektrischen Betriebsmessgrössen der Hochspannungsleitung unmittelbar an ihrem Betriebspotential.
Die rufgabe ist mit einem Mess-Sendegerät für Hochspannungsleitungen gelöst, das aus dem Umwandlungs-Digitalisierungsteil, dem Hochfrequenzsendeteil und dem Netzteil zusammengesetzt ist und das mit der aus Hochspannungsleitung entnommenen Energie und am Hochspannungsleiter-Betriebspotential betrieben wird.
Der Umwandlungs-Digitalisierungsteil dient zur TJmwandlung und Digltalisierung der Meßwerte. Die gewonnenen Digitalwerte werden in Hochfrequenzsendeteil geführt, wo sie in Xochfrequenzsignal überführt mit geeigneter Antenne gerichtet oder ungerichtet oder entlang der Hochspannungsleitung ausgestrahlt werden. Die für den Betrieb nötige Energie wird vom Netzteil geliefert, welcher vom Strom im Hochspannungsleiter versorgt wird.
Als Messgrössen, die in Digitalwerte umgesetzt werden, kommen alle Messgrössen in Betracht, die sich auf Betriebszustände der Hochspannungsleitung beziehen, wie z.B. der zeitliche Amplitudenverlauf des Stromes, der Spannung, ihre Dffe8stivwerte, die Temperatur des Gleiters, die Lufttemperatur um die Hochspannungsleitung, die IJuftbewegung in der Umgebung der Hochspannungsleitung, die Lonisationszustände usw.
Der Netzteil des Geräts enthält einen Umfass-Ringkerntransformator, so dass der Leiter der Hochspannungsleitung als primäre Wicklung wirkt und die in der sekundären Wicklung induzierte Spannung mit geeigneten Gleichrichterkreisen in Gleichspannung mit dem Hochspannungsleiter-Betriebspotential als Nullpotential umgewandelt wird. Die Konstanthaltung der Spannung sichert ein entsprechender, an die gleichgerichtete Spannung angeschlossener Akkumulator, der immer dann aufgeladen wird, wenn der Strom in dem Hochspannungsleiter genug gross wird.
Die Ausführungsarten des Geräts richten sich nach der Art der Messungen. FUr welche Art der Messungen das Gerät ausgeführt ist, hängt von dem Umwandlungs-Digitalieierungsteil ab. Im Falle, wo die Messgrösse der Strom im Hochspannungs leiter wird, ist der Umwandlungs-Digitalisierungsteil von einem Umfass-Ringkernstromwandler und und AD Umsetzungskreisen zusammengesetzt. Der Umfass-Ringkernstromwandler mit richtig abgeschlossener Mess*-icklung ordnet dem Strom im Hochspannungsleiter entsprechende Spannung am Betriebspotential der Hochspsnnungsleitung zu, die im Digitalisierungsteil in determinierten Zeitabschnitten oder ununterbrochen in eine Xeihenfolge elektrisch interpretierter Digitalwerte umgewandelt wird, welche, wenn nötig, umgeformt dem Hochfrequenzsendeteil zugeführt werden.
In zweiter Ausführungsart ist der TJmwandlungs-Digitalisierungsteil so aufgebaut, dass die Messung bzw. Telemetrierung der Stromeffektivwerte im Leiter ermöglicht wird. Der Umfass-Ringkernstromwandler sorgt ähnlich wie in erster Ausführung für die geeignete Mess-Spannung, welche nach der Umwandlun3 in eine Spannung, die dem Effektivwert des Stromes entspricht, abgetastet und digitalisiert wird.
In dritter Ausführungsart ist der Umw-andlungs-Digitalisierungsteil so aufgebaut, dass zugleich der Verlauf des Stromes und sein Effektivwert telemetrisch gemessen werden. In diesem Fall wird die Abtastung beider Messgrössen und ihre AD Umwandlung von einem Steuerwerk im Digitalisierungsteil so gesteuert, dass sich eine im voraus bestimmte Zusammensetzung in der Reihenfolge von Digitalwerten ergibt.
Die Abwandlungen der ersten, zweiten und dritten Ausführung besitzen anstatt des Umfass-Ringkernstromwandlers ein anderes U:nwandlungselement, wie etwa die Hall-Sonde in geeigneter Ausführung oder den Spannungsabtaster für die Spannung, welche der Strom an bestimmter Länge des Leiters verursacht.
Im Falle, dass die gemessene Grösse die Temperatur des Leiters ist, wird der Umwandlungs-Digitalisierungteil aus einem Temperaturumwandler und Digitalisierungsteil zusammengesetzt. Der Temperaturumwandler, der auf den Leiter befestigt ist, vermittelt dem Digitalisierungsteil eine der Temperatur proportionelle Spannung oder elektrisch interpretierte numerische Temperaturwerte.
Der Umwandlungs-Digitalisierungsteil, welcher für gleichzeitige telemetrische Verfolgungen bzw. Messungen von mehreren Grössen, wie etwa zeitlichem Verlauf des Stromes, der Spannung, denen entsprechenden Effektivwerten, der Temperatur des Leiters, vom Ionisationsgrad usw., ausgebaut ist, enthält für jede gemessene Grundgrösse einen entsprechenden Umwandler. Dieser wandelt die gelnessene Giösse in entsprechende elektrische Grösse um, die sich weiter, wenn das die Messung verlangt, in neue Grösse umwandelt. Das geschieht mit zusätzlichem Umwandlungskreis, was z.B. im Falle der Bildung der Effektivwerte des Stromes oder der Spannung ein entsprechender Gleichrichterkreis ist. Die mit Umwandlern und entsprechenden Zusatzteilen gewonnenen Messgrössen - die Grundgrössen und ausgeführte Grössen - werden in den Digitalisierungsteil geführt, wo sie in voraus bestimmter Reihenfolge abgetastet und in digitale Form umgesetzt werden, wofür ein geeignetes Steuerwerk in der Digitalisierun£seimheit sorgt, wobei den analogen Mesegrössen mit einem oder mehreren AD Umsetzern, die nach Bedarf mit Spannungs-Probehaltern (sample holder) und multiplexen Eingangsschaltungen vervollständig werden, digitalisierte Werte zugeordnet werden, wonach die digitalisierten Probewerte, wenn sie sich im parallelen Zustand befinden, in Reihenwerte umgewandelt werden, die nach Bedarf mit entsprechender logischer Schaltung oder mit einem Endautomaten z.B. in einen NRZ Code kodiert oder komprimiert und dann zum Hochfrequenzsender geführt werden.
Der Gegenstand der Erfindung wird in einigen AusSührungsarten anhand der beigefügten Zeichnungen dargestellt und beschrieben. Darin zeigen: Fig. 1 eine schematische Grunddarstellung des Geräts; Fig. 2 eine schematische Darstellung des Geräts für die Messung des Amplitudenverlaufes des Stromes; Fig. 3 eie schematische Darstellung des Geräts für die Messung der Temperatur des Leiters; Fig. 4 eine schematische Darstellung des Geräts für gleichzeitige Messung mehrerer bzw. verschiedener Betriebsgrössen; Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel des Digitalisierungsteiles.
Fig. 1 zeigt die schematische G:unddarstellung des Geräts Darin ist mit 1 der Leiter der Hochspannungsleitung, mit 2 der Umwandlungs-Digitalisierungsteil, mit 3 der Hochfrequenzsendeteil mit Antenne und mit 4 der Netzteil mit dem Umfass-Ringkernstromwandler bezeichnet.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung des Geräts für den Fall, dass die essgrösse der Stromverlauf im Leiter ist. In der Figur ist der Umwandlungs-Digitalisierungsteil mit 5, der zugehörige Umfass-Ringkernstromwandler mit 5.2 und der AD Umwandler mit 5.1 bezeichnet. Zudem zeigt Pig. 2 noch den Entwurf des Netzteiles, der mit 4 bezeichnet wird, worin der entsprechende Umfass-Ringkernstromwandler mit 4.1 bezeichnet wird, die Gleichrichterkreise mit 4.2 und die nach Bedarf enthaltene Akku-Batterie mit 4.3.
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung des Geräts für den Fall, dass die gemessene Grösse die Temperatur des Leiters ist, obei mit 6 der Umwandlungs-Digitalisierungsteil, welches den auf den Leiter 1 befestigten Temperaturumwandler 6.1 enthält, der die Viesagrösse dem Digitalisierungsteil 6.2 zuführt, bezeichnet ist.
Fig. 4 stellt eine schematische Darsteliung des Geräts für den Fall dar, dass mehrere bzw. verschiedene Betriebsgrössen gemessen werden sollen. Das Gerät ist so aUSgeführt, dass das für jede gemessene Grösse entsprechende Umwandlungselement 7i i 1, 2, ..., i4 benutzt wird, welches der gemessenen Grösse die nötige Messgrösse zuordnet, wie etwa 7.1 dem Strom im Leiter 1 die entsprechende Spannung, 7.2 der Temperatur des Leiters die entsprechende Spannung, 7.3 dem Ionisationsgrad in bestimmter Entfernung vom Leiter die entsprechende pannung, 7.4 der Phasenspannung die entsprechende Spannung usw.
zuordnet. Jede so gewonnene Grösse wird als Gruadmessgrösse betrachtet, welche, wenn nötig, mit 3usatzkreisen in eine eeusgeführte Messgrösse, z.B. mit 7A1 die Messspannung, die dem Stronverlauf im Leiter entspricht, in die Spannung, die dem Effektivwert des Stromes im Leiter entspricht, umgewandelt wird. Alle Messgrössen werden im Digitalisierungsteil 7A abgetastet und in Digitalwerte, welche in geeigneter Form und geeigneter Reihenfolge dem Hochfrequenz Sender 3 zugeführt werden, umgewandelt.
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Digitalisierungsteiles 7A. Die Messgrössen, die mit Unwandlungslementen 7.1, 7.2, ..., 7.rl gewonnen werden bzw. die aus ihnen ausgeführten Messgrössen, wie z.B. die aus dem Signal von 7.1 mit Hilfe von 7A1 ausgeführte Messgrösse, werden dem Eingang des Multiplexers 7h2 zugeführt, von wo die Nessgrössen, jeweils nur eine, wenn nötig, über die Abtastelektronik (sample holder) 7A3 zum AD Umwandler 7A4 geführt werden, was durch die Steuereinheit 7A7 gesteuert wird. Lus dem Analog-Digitalumwandler 7A4 werden die Didigitalwerte dem Hochfrequenzsendeteil 3 zugeführt, wenn nötig, über Zwischenkreise 7A5 für parallel-serienmässige Umwandlung und logische Schaltkreise 7i6 für Kodierung.
für ein richtiges und synchrones Arbeiten aller Einheiten 7A1 bis 7A6 sorgt die Steuereinheit 7A7, die aus Taktgenerator, Fehlern und logischen Schaltkreisen zusammengesetzt ist.
Die ausführungsbeispiele des Umwandlungs-Di~italisierunzsteiles nach Fig. 4 und 5 enthalten verschiedene Kombinationen von Elementen aus beiden Figuren und nach Bedarf zusätzliche logische Schaltungen.
Die Erfindung stützt sich auf bekannte Tatsachen, die sich auf die Abtastung und Digitalumwandlung beziehen. Wie bekannt, kann jedes Analogsignal in entsprechende Zeitreihe von Digitalwerten umgewandelt werden. Da die Digitalwerte elektrisch inierpretiert sein können, ist es möglich, diese werte in ein Hochfrequenzsignal zu überführen, um sie auf diese -Veise zu übertragen. Dazu wird die Tatsache beachtet, dass man den Wechselstrom im Leiter in Spannung umwandeln kann und so die für den Betrieb verschiedener Kreise nötige Spannung versichert. weiter können alle Elemente bzw. alle Unwandlungs- und Schaltkreise einschliesslich Hochfreouenzkreise auf dem Betriebspotential des Leiters der Hochspannungsleitung betrieben werden, da eventuelle schädliche Streufelder mit Hilfe einer Abschirmung mit Metallgehäuse eliminiert sein können, wobei diese auch klimatisch geschützt werden.
Der Vorteil des erfindungagemässen Geräts liegt in Bezug zu Standard-Masswandlern für die Messungen von Betriebsgrössen von Hochspannungsleitungen darin, dass das beschriebene Gerät auf einer Seite viel genauere Messungen ernöglicht, da die Fehler der Umwandlungs- und der Abtastteile im Gerat auch für mehrere Grössenordnungen niedriger als bei bekannten G e rfiten sein können, da die Fehler einiger Unwandlungslemente damit aufs Minimum gebracht werden können, dass die Isolationsprobleme beseitigt werden, und damit, dass für digitale Abtastung unabhängig von deren Präzision niedrige Leistungen im VergleiCh mit bekannten Instrumenten gebraucht werden.
Auf der anderen Seite erlaubt das Gerät eine ganze Reihe von Messungen bei wesentlich niedrigeren Kosten als mit bekannten Messwandlern. Dabei kann des Gerät auch die nötigen Angaben liefern, die für die Steuerung des Schutzes nötig sind, und ermöglicht neue Ausführungen des Schutzes.
Nicht zuletzt ist ein Vorteil auch darin zu sehen, dass der Leiter bei Inbetriebsetzung des Geräts nicht unterbrocher werden muss.

Claims

PATENTANSPRUCHE

1. Mess-Sendgerät für Hochspannungsleitungen, dadurch gekennzeichnet, dass einer oder mehreren elektrischen oder nichtelektrischen Grössen der Hochspannungsleitung der Umwandlungs-Digitalisierungsteil (rv auf dem Betriebspotential des Leiters (1) der hochspannungsleitung digitale Werte zuordnet, welche im Hochfrequenzsendeteil (3), der auch auf dem Betriebspotential des Leiters (1) der Hochspannungsleitung betrieben wird, zugeführt werden, wo sie in Hochfrequenzsignal überführt werden, welches mit geeigneter Antenne gerichtet oder ungerichtet oder entlang der Hochspannungsleitung Cusgestrahlt wird, wobei die für den Betrieb nötige Energie dem Umwandlungs-Digitalisierungsteil =2) und dem Hochfrequenzsendeteil (3) mit geeigneter Antenne von Netzteil (4), welcher energetisch von Strom im Leiter (1) der aochspannungsleitun versorgt wird, geliefert wird.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Netzteil (4) den Umfass-Ringkernstromwandler (4.1) enthält, so dass der Leiter (1) der Hochspannungsleitung die primäre Wicklung bildet und sich die auf der sekundären Wicklung induzierte Spannung auf dem Betrieb potential des Leiters (1) der Hochspannungsleitung mit Gleichrichterkreis (4.2) in Gleichspannung umwandelt, welche nach Bedarf mit der an die gleichgerichtete Spannung angeschlossenen Akku-Batterie konstant gehalten wird.

3. Gerät nach Anspruch 1 und 2 im Falle, dass die Massgrösse der Strom im Leiter der Hochspannungsleitung ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Umwandlungs-Di'italumset zungsteil (5) aus Umfass-Ringkernstromwandler (5.2) als Umwandungselement und aus Digitalisierungs-Abtastungsteil und Analog-Digitalumsetzer (5.1) zusammengesetzt ist und ss der Umfass-Ringkernwandler (5.2) mit geeignet abgeschlossener sekundärer Wicklung eine dem Strom i t Leiter (1) der Hochspannungsleitung gerechte Wsspcnnung auf das Betriebspotential des Leiters der Hockspanrlungsleitung zuordnet und die so gewonnene Spannung, wenn nötig, über zusätzliches Unwanlungselement weiter zum Dngitalisierur£s-Abtastteil und zum Analog-Digitalumsetzer (5.1) geführt wird, so diese Spannung zu bestimmten Zeitabschnitte oder unterbrochen in determinierte Reihenfolge von elektrisch interpretieren Digitalwerten, welche, wenn nötig, umgeformt in den Hochfrequenzsendeteil (3) geführt werden, umgesetzt wird.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dss anstatt des Umfass-Ringkernstromwandlers als Umwandlungselements die Hall-Sonde in entsprechender Ausführung oder auch Spannungsabtaster für die Spannung, welche der Strom an gewisser Länge des Leiters (1) erzeugt, benutzt wird.

5. Gerät nach Anspruch 1 und 2 im Falle, dass die Messgrösse die Leitertemperatur ist, dadurcn gekennzeichnet, dass der Temperaturnwandler (6.1), der auf den Leiter (1) der Hochspannungsleitung. befestigt ist, eine der Temperatur proportionelle Spannung erzeugt, die im Digitalisierungsteil (6.2, mit Analog-Digitalumsetzer in elektrisch interpretierte Digitalwerte umgesetzt wird.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturumwandler der Temperatur entsprechende eektrisch interpretierte numerische Werte zuordnet, welche im Digitalisierungsteil mit entsprechend gesteuerten logischen Kreisen ohne den Analog-Digitalumsetzer abgetastet werden.

7. Gerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Umwandlungs-Digitalumsetzungsteil für simultanes Messen oder Telemetrierung mehrer und verschiedener Betriebsmessgrossen der Hochspannungsleitung, wie das u.a. der zeitliche Verlauf des Stromes im Leiter (1), der Rffektivwert des Stromes im Leiter, die Phasen- oder Interphasenspannung, die Temperatur des Leiters, die LufttemperEtur, die Luftbewegung in der Umgebung des Leiters, Grösse, die sich auf die Ionisation der Leiterumgebung beziehen, sind, ausgebaut ist, auf solche weise, dass das für jede Messgrösse entsprechende Diessumwandlungselement 7i, 2£ 1, 2, ..., n eingesetzt wird, welches der gemessenen Grösse die entsprechende Grundmessgrösse zuordnet, aus welcher, wenn nötig, mit zusätzlicher Umwandlungseinheit eine ausgeführte Messgrösse, welche die Messung erfordert, gebildet wird, die im Falle der Messung des Effektivwertes des Stromes mit zusätzlichem Umwandlungsteil (7A1) erhaltene spannung ist, und dass die dem Digitalisierungsteil (7A) zugeführten Messgrössen dort abgetastet und in digiale Werte umgewandelt werden, welche nach Bedarf kodiert und entsprechend umgeformt in determinierter Zeitfolge dem Hochfrequenzsendeteil (3) zugeführt werden.

L e e r s e i t e