DE3701779A1

DE3701779A1 - Als stromwandler anwendbarer, linear uebertragender messgeber

Info

Publication number: DE3701779A1
Application number: DE19873701779
Authority: DE
Inventors: Laszlo Dipl Ing Dr Koller; Imre Dipl Ing Stefanyi
Original assignee: BUDAPESTI MUESZAKI EGYETEM
Current assignee: KOLLER, LASZLO, DIPL.-ING. DR. STEFANYI, IMRE, DIP
Priority date: 1987-02-13
Filing date: 1987-01-22
Publication date: 1988-08-04
Also published as: GB2201249A; GB8703386D0

Description

die Erfindung betrifft einen linear übertragenden, als Stromwandler anwendbaren Meßgeber, beruhend auf magnetischer Spannungsmessung, der mindestens eine ringförmige, oder ringartig geschlossene magnetische Meßspule aufweist, von welcher der den zu messenden Strom führende Leiter einmal oder mehrmals umschlossen wird, wobei an die Spulenanschlüsse der Meßspule ein Meßwiderstand zum Abfühlen eines zu dem Differentialquotienten des zu messenden Stromes proportionalen Meßsignals und/oder ein Kondensator mit parallelgeschaltetem Verlustwiderstand zum Abfühlen eines zu dem zu messenden Strom proportionalen integrierten Meßsignals angeschlossen ist.

Der erfindungsgemäße Meßgeber ist geeignet, die üblichen Stromwandler mit Eisenkern, die in der Starkstrom-Elektrotechnik zur Zeit allgemein gebräuchlich sind, zu ersetzen. Der erfindungsgemäße Stromwandler-Meßgeber kann weiterhin als Strommesser in einem breiten Stromstärkebereich angewendet werden.

Meßgeber, von denen die Messung eines elektrischen Stromes aufgrund der Messung einer magnetischen Spannung durchgeführt wird, sind aus der Fachliteratur bekannt.

Nach dem Prinzip der magnetischen Spannungsmessung - s. z. B. Chattok, A. P.: "On a magnetic potentiometer", Phil. Mag. and I. of Science, 24/1887/94-96 - ist die Induktionsspannung u _i zwischen zwei räumlichen Endpunkten P₁ und P₂ der Achse einer biegsamen Meßspule zu der magnetischen Spannung U _m proportional.

Bildet die Längsachse der Meßspule eine geschlossene Kurve, in welchem Fall die räumlichen Endpunkte P₁ und P₂ koinzident sind, ist die Induktionsspannung u _i zu der ersten Ableitung der Erregung ϑ₁ nach der Zeit proportional:

worin:

ϑ₁=N₁ · i₁, und i₁den zu messenden Strom, N₁die Anzahl der Durchgänge des zu messenden Stromes i₁ durch die geschlossene Achse der Meßspule und Mdie gegenseitige Induktivität zwischen der Meßspule und dem Leiter, in dem der zu messende Strom i₁ fließt,

bedeuten.

Der prinzipielle Aufbau des Meßgebers wird anhand der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1a und 1b eine Ausführungsform einer als Stromwandler anwendbaren ringförmigen Meßspule, durch welche ein Leiter, in dem der zu messende Strom fließt, einmal (Fig. 1a) bzw. mehrmals (Fig. 1b) hindurchgeführt ist;

Fig. 2a und 2b eine Ausführungsform einer als Stromwandler anwendbaren, aus geraden Spulenabschnitten bestehenden, ringartig geschlossenen Meßspule, durch welche ein Leiter, in dem der zu messende Strom fließt, einmal (Fig. 2a) bzw. mehrmals (Fig. 2b) hindurchgeführt ist;

Fig. 3 das Ersatzschaltbild eines als Stromwandler anwendbaren Meßgebers;

Fig. 4 ein Vektordiagramm der dynamischen Funktion des Meßgebers nach Fig. 3.

Wie aus Fig. 1a, 1b, 2a und 2b ersichtlich, ist ein Leiter V, in welchem ein zu messender Strom i₁ fließt, durch eine ringartig geschlossene Meßspule T hindurchgeführt. Zwischen Spulenanschlüssen K₁ und K₂ ist eine Induktionsspannung u _i zu messen, die zu der ersten Ableitung des zu messenden Stromes i₁ nach der Zeit proportional ist.

Hinsichtlich der Genauigkeit der Messung ist es am zweckmäßigsten, die Meßspule T, die den zu messenden Strom i₁ - oder Ströme i₁ - umschließt, gem. Fig. 1a und 1b als gleichmäßig gewickelte, ringförmige Meßspule T zu gestalten.

Um eine einfache und ohne Trennung des den zu messenden Strom i₁ führenden Leiters V montierbare Ausführungsform zu schaffen, ist es zweckmäßig, die Meßspule T nach Fig. 2a aus in Reihe geschalteten geraden Spulenabschnitten S zusammenzustellen. In diesem Fall entstehen zwischen den Spulenabschnitten S Zwischenspalte H, die Ungenauigkeiten bei der Messung verursachen. Die Meßgenauigkeit kann z. B. durch Anordnung von ferromagnetischen Einsätzen in den Zwischenspalten H reduziert werden.

Diese Ausführung bietet eine aus technologischem Gesichtspunkt günstiger fertigbare Spulenkonstruktion, die den den zu messenden Strom i₁ führenden Leiter V umschließend ohne Zerteilung des Leiters V montierbar ist.

In Fig. 1a und 2a wird der den zu messenden Strom i₁ führende Leiter V von der Meßspule T einmal, und in Fig. 1b und 2b N₁-mal (dreimal) umschlossen.

Fig. 1a, 1b, 2a und 2b zeigen je eine Meßspule T. Gegebenenfalls könnten jedoch in einer Meßanordnung mehrere in Reihe geschaltete Meßspulen beinahe koaxial angeordnet werden.

Wie es aus dem Prinzipschaltbild in Fig. 3 hervorgeht, besteht eine an sich bekannte Meßanordnung eines Meßgebers aus einem Leiter V, in welchem der zu messende Strom i₁ fließt, einer mit dem Leiter V induktiv gekoppelten Meßspule T (z. B. die Meßspule T der Fig. 1a, 1b, 2a oder 2b), einem Meßwiderstand R _k und einer mit dem Meßwiderstand R _k in Reihe geschalteten Parallelschaltung eines Kondensators C und eines Verlustwiderstandes r. Die Reihenschaltung des Meßwiderstandes R _k und des zu dem Verlustwiderstand r parallelgeschalteten Kondensators C ist an die Spulenanschlüsse K₁ und K₂ angeschlossen.

An dem Meßwiderstand R _k ist ein Meßsignal u _k, an dem Kondensator C ein Meßsignal u _c zu messen.

Die induktive Kopplung zwischen dem Leiter V und der Meßspule T ist durch eine gegenseitige Induktivität M gekennzeichnet.

Die Impedanz Z der Meßspule T ist die Resultierende der Reaktanz der Spuleninduktivität L und des damit in Reihe geschalteten Spulenwiderstandes R.

Die Induktionsspannung u _i in der Meßspule T, welche den zu messenden Strom i₁ N₁-mal umschließt, wird in bekannter Weise durch die folgende Gleichung bestimmt:

Durch die Wirkung der Induktionsspannung u _i fließt im geschlossenen Stromkreis der Meßspule T ein Sekundärstrom i₂.

Zur spezifizierten Untersuchung der obigen Meßanordnung werden die folgenden prinzipiellen Modelle betrachtet:

1. Der parallele Verlustwiderstand r = 0; der Stromkreis der Meßspule T schließt sich in diesem Fall über den Meßwiderstand R _k:
Der im Stromkreis der Meßspule T fließende Sekundärstrom i₂ wird in diesem Fall durch folgende Differentialgleichung bestimmt:

1. A) Im Falle, daß

ist der im Stromkreis der Meßspule T fließende Sekundärstrom

Das Meßsignal u _k wird in diesem Fall also zu dem zu messenden Strom i₁ proportional:

Dieses Modell wird im weiteren "Meßgeber vom selbstintegrierenden Typ" genannt.

Einen Meßgeber von selbstintegrierendem Typ zu gewährleisten ist in der Praxis bei industrieller Frequenz (50 Hz, bzw. 60 Hz), sogar bei Frequenzen bis 10 kHz wegen der erforderlichen irrealen Spulenabmessungen nicht rationell. Es ist nachteilig bei diesem Typ weiterhin, daß die Temperaturabhängigkeit des Spulenwiderstandes R die Meßgenauigkeit verringert und deswegen

R _k » R

erforderlich ist.

1. B) Im Falle, daß

ist der Sekundärstrom i₂ durch die folgende Beziehung bestimmt:

Da das Meßsignal u _k (die Spannung am Meßwiderstand R _k) in diesem Fall zu der ersten Ableitung des zu messenden Stromes i₁ nach der Zeit proportional ist, wird dieses Modell im weiteren "Meßgeber vom differenzierenden Typ" genannt.

Bei Anwendung von Meßgeräten mit großem Eingangswiderstand kann der Wert des Meßwiderstandes R _k verhältnismäßig groß sein: demzufolge wird die Temperaturabhängigkeit des Spulenwiderstandes R hinsichtlich der Meßgenauigkeit des Meßgebers nicht kritisch.

Da der zu messende Strom i₁ in der Starkstrom-Elektrotechnik in vielen Fällen annähernd eine Sinuswelle ist, deren Derivierte ebenfalls sinusförmig ist, wird der Meßgeber vom differenzierenden Typ als einfacher Meßgeber - z. B. bei thermischem Stromschutz von Elektromotoren oder bei Auslöseranordnungen von Leistungsschaltern usw. - häufig verwendet.

Bei praktischen Messungs- und Stromschutzaufgaben besteht jedoch meistens die Forderung, ein Ausgangssignal am Ausgang des Meßgebers zu schaffen, das nicht nur zu der Amplitude des zu messenden Stromes i₁ proportional, sondern auch zu dem Strom phasengleich ist. Eine mögliche Lösung dieses Problems ist, daß die Ausgangsspannung - das Meßsignal u _k - des Meßgebers durch einen an sich bekannten elektronischen Stromkreis integriert wird. Ein solches Modell wird im weiteren "Meßgeber vom spannungsintegrierenden Typ" genannt.

Solche Lösungen sind zwar bekannt, jedoch nicht weit verbreitet. Sie werden meistens für Laborzwecke benutzt: es gibt aber auch Beispiele für industrielle Anwendungen.

Die Anwendbarkeit der Meßgeber vom spannungsintegrierenden Typ ist durch das sogenannte "Drift-Problem" und dessen Temperaturabhängigkeit beschränkt (s. z. B. Lebeda, S., Mähler, A.: Rogowski-Spulen zur exakten Strommessung bei der Elektrodenregelung von Lichtbogen-Schmelzöfen; Brown Boweri Mitteilungen 68/1981, Seite 387-389).

2. Im Falle, daß der zu dem Kondensator C parallelgeschaltete Verlustwiderstand r bezüglich des Meßwiderstandes R _k groß ist (r » R _k), ist das Meßsignal u _c die Ausgangsspannung der Meßanordnung. Wird an die Spulenanschlüsse K₁ und K₂ ein Gerät mit verhältnismäßig großem Eingangswiderstand angeschlossen, kann in erster Annäherung mit der Approximation r ≅ ∞ gerechnet werden.

Das Meßsignal u _c wird in diesem Fall durch die folgende Beziehung bestimmt:

Dieses Modell wird im weiteren "Meßgeber vom stromintegrierenden Typ" genannt.

Bei einer gegebenen Kreisfrequenz l, und vorausgesetzt, daß ω² · LC = 1, ist das integrierte Meßsignal u _c zu dem zu messenden Strom i₁ proportional und gleichzeitig phasengleich.

Der von der Temperaturabhängigkeit des Spulenwiderstandes R verursachte Meßfehler kann durch ein ziemlich großes Verhältnis R _k/R, und der durch die vorbestimmte Kreisfrequenz ω entstehende Meßfehler kann durch ein ziemlich großes Verhältnis

(R + R _k)/l L = (R + R _k) · ω C

verringert werden. Um den Meßfehler innerhalb des für Stromwandler vorgeschriebenen Fehlerbereichs zu halten, müßten so große Verhältnisse R _k/R und (R + R _k)ω L realisiert werden, daß die Benutzung von Meßgebern stromintegrierenden Typs in der Praxis nicht zweckdienlich ist.

Zur Realisierung eines den üblichen elektrischen Einheiten einer Meßschaltung entsprechenden Signal/Rausch-Verhältnisses, sollte das integrierte Meßsignal u _c (die Ausgangsspannung) bei einem Nennwert des zu messenden Stromes i₁ in der Größenordnung von 1 V liegen. Falls die obigen großen Verhältnisse realisiert werden, kann die Induktionsspannung u _i in der Meßspule T bei einem verhältnismäßig breiten erforderlichen Meßbereich des zu messenden Stromes i₁ sogar die Größenordnung von 1000 V erreichen. Demzufolge wird die Isolierung der Meßspule T erheblich komplizierter.

Bei Stromwandlern kann in extremen Fällen mit einer Umgebungstemperatur-Änderung von über 60°C (z. B. von -25°C bis +40°C) gerechnet werden, die den Spulenwiderstand R einer aus Kupferdraht gewickelten Meßspule T um etwa 25% verändert. Deswegen ist ein Verhältnis R _k/R = 10² . . . 10³ erforderlich. Eine 1-2%ige Schwankung der Kreisfrequenz ω erfordert ein Verhältnis

(R + R _k)/ω L = 10 . . . 10²,

das einem Verhältnis R/ω L = 0,1 entspricht. Die Realisierung dieser Verhältnisse mit einer aus Kupferdraht gewickelten Meßspule würden irreal große Spulenabmessungen bezüglich der üblichen Stromwandler ergeben.

Wie es aufgrund der obigen Ausführungen ersichtlich ist, ist die Verwendung der erwähnten Meßgeber-Typen als Stromwandler wegen verschiedener Nachteile nicht zweckdienlich.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Meßgeber von einfacher Konstruktion, beruhend auf magnetischer Spannungsmessung, zu schaffen, der eine bessere lineare Signalübertragung gewährleistet und deswegen den Genauigkeitsnormen für Stromwandler besser entspricht als die herkömmlichen - üblicherweise aus Kupferdraht gewickelten und einen Eisenkern enthaltenden - Stromwandler. Unter besserer Signalübertragung wird in diesen Sinn verstanden, daß ein Spannungssignal am Ausgang des Meßgebers gemessen wird, welches zu dem zu messenden Strom in einem breiten Stromintervall proportional ist, und daß die Meßgenauigkeit von den Umgebungstemperaturänderungen in einem verhältnismäßig breiten Temperaturbereich praktisch unabhängig ist.

Es ist Ziel der Erfindung weiterhin, Mängel der bekannten Lösungen hinsichtlich ihrer Anwendung als Stromwandler zu elimieren, und eine einfache und verhältnismäßig billig herstellbare Konstruktion mit rationellen Abmessungen zu schaffen.

Die zum Ziele gesetzte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einem an sich bekannten Meßgeber - an dessen Eingang ein zu messender sinusförmiger Strom i₁ gegeben wird -, der mindestens eine ringartig geschlossene magnetische Meßspule T aufweist, welche den den zu messenden den Strom i₁ führenden Leiter mindestens einmal umschließt, und bei dem an die Spulenanschlüsse K₁, K₂ der Meßspule T ein Meßwiderstand R _k zum Abfühlen eines zu dem Differentialquotienten des zu messenden Stromes i₁ proportionalen Meßsignals u _k und/oder ein Kondensator C mit einem parallelgeschalteten Verlustwiderstand r zum Abfühlen eines zu dem zu messenden Strom i₁ proportionalen integrierten Meßsignal u _c angeschlossen ist, die Meßspule T aus einem Material gestaltet ist, dessen spezifischer Widerstand erheblich größer ist und dessen Temperaturkoeffizient zugleich kleiner ist als der spezifische Widerstand bzw. der Temperaturkoeffizient der allgemein gebräuchlichen Materialien - z. B. des Kupferdrahtes. Erfindungsgemäß ist das Material der Meßspule durch einen spezifischen Widerstand von größer als 9 · 10^-8 Ωm und einem Temperaturkoeffizienten zwischen -2 · 10^-3 K^-1 und +2 · 10^-3 K^-1 gekennzeichnet.

Dieses Material ist vorzugsweise z. B. Manganin, dessen spezifischer Widerstand 4,3 10^-7 Ωm ist und dessen Temperaturkoeffizient etwa 10^-5 K^-1 ist. Durch die erfindungsgemäße Wahl des Materials der Meßspule(n) wird erreicht, daß

- der Meßgeber mit rationalen Spulenabmessungen realisierbar ist,
- der Spulenwiderstand unabhängig von den Umgebungstemperaturänderungen in einem ziemlich großen Temperaturbereich praktisch konstant ist, und
- die Spannungsbeanspruchung zwischen den Lagen der Spule(n) sogar bei Kurzschlußstromwerten des zu messenden Stromes i₁ gering ist und so die innere Isolierung der Meßspule nicht gefährdet wird.

In der günstigsten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Meßgebers - z.×B. in Form eines Meßgebers vom stromintegrierenden Typ, wo der Wert des Meßwiderstandes R _k annähernd Null ist - kann der Spulenwiderstand R, die Spuleninduktivität L, der Kondensator C und der zum Kondensator C parallelgeschaltete Verlustwiderstand r abhängig von der Kreisfrequenz der Grundharmonischen des zu messenden Stromes i₁ so gewählt werden, daß das Ausgangssignal des Meßgebers (das integrierte Meßsignal u _c) zu dem zu messenden Strom i₁ linear proportional ist.

Im folgenden wird die dynamische Funktion des erfindungsgemäßen Meßgebers anhand von Fig. 3 und Fig. 4 erläutert.

a) Für Meßgeber vom differenzierenden Typ besteht die folgende Voraussetzung:

ω L « R + R _k

R _k « R

und

r = 0,

wobei ω die Kreisfrequenz der Grundharmonischen des zu messenden Stromes i₁ ist. In diesem Fall ist praktisch nur der Meßwiderstand R _k an die Spulenanschlüsse K₁ und K₂ angeschlossen.

Zur Erfülung der Voraussetzung (I) kann die Meßspule T aus verhältnismäßig feinem Draht - Draht mit verhältnismäßig kleinem Durchschnitt-, und demzufolge mit verhältnismäßig kleinen Spulenabmessungen realisiert werden.

Da in diesem Fall

und der Spulenwiderstand R temperaturabhängig ist, kann die genaue Signalübertragung mit einem verhältnismäßig kleinen Meßwiderstand R _k erreicht werden. Es ist jedoch zweckdienlich, den Wert des Meßwiderstandes R _k so zu erwählen, daß das Meßsignal u _k = i₂ · R _K in die Größenordnung von 1 V fällt. So wird - beim Nennwert des zu messenden Stromes i₁ - ein entsprechendes Signal/Rausch-Verhältnis erreicht.

Die Meßgenauigkeit des obigen Meßgebers, die für die Grundharmonische des zu messenden Stromes i₁ bestimmt wurde, vermindert sich jedoch mit der Erhöhung der Ordnungszahl der Oberharmonischen. Demzufolge soll die Voraussetzung (I), im Falle daß das Meßsignal u _k zur Bestimmung der Steilheit des zu messenden Stromes i₁ benutzt wird (z. B. zum Fühlen des Anstieges eines Kurzschlußstromes), durch entsprechende Bemessung des Meßgebers für die Kreisfrequenz der größten noch beträchtlichen - nicht vernachlässigbaren - Oberharmonischen erfüllt sein. Das wichtigste Anwendungsgebiet dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Meßgebers ist eben die Bestimmung der Steilheit eines Stromes.

Wird das Meßsignal u _k des obigen Meßgebers mittels eines integrierenden elektronischen Stromkreises integriert, funktioniert die Meßanordung als Meßgeber vom spannungsintegrierenden Typ. Das Ausgangssignal einer solchen Meßanordnung ist zu dem zu messenden Strom i₁ amplitudenproportional und phasengleich.

Wie es im obigen schon erwähnt wurde, ist das genaue Integrieren mittels elektronischer Mittel eine verhältnismäßig komplizierte Aufgabe. Der erfindungsgemäße Meßgeber ist jedoch in dieser Kombination immerhin günstiger als die bekannten üblichen Ausführungsformen, da der Spulenwiderstand R der Meßspule T praktisch temperaturunabhängig ist und demzufolge die Meßgenauigkeit von der Temperatur nicht beeinflußt wird bzw. der Meßwiderstand R _k in einem ziemlich weiten Intervall gewählt werden kann.

b) Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Meßgeber als Meßgeber vom stromintegrierenden Typ wird der Kondensator C und der zu dem Kondensator C parallelgeschaltete Verlustwiderstand r an die Spulenanschlüsse K₁ und K₂ angeschlossen (R _k = 0, s. Fig. 3). Der parallelgeschaltete Verlustwiderstand r ersetzt hier den Verlustfaktor tg δ des Kondensators C (s. Fig. 4) sowie den Eingangswiderstand eines angeschlossenen Meßgerätes. Zur gewünschten Einstellung enthält der Verlustwiderstand r vorzugsweise auch einen Stellwiderstand. Der Verlustwiderstand r ist also ein resultierender Ersatzwert.

Im Falle daß der aktuelle Wert des Spulenwiderstandes R, der Spuleninduktivität L, des Kondensators C und des Verlustwiderstandes r so gewählt werden, daß die Voraussetzungen

bei einer gegebenen Kreisfrequenz ω der Grundharmonischen des zu messenden Stromes i₁ erfüllt sind, ist das integrierende Meßsignal u _c am Ausgang des Meßgebers zu dem zu messenden Strom i₁ linear proportional. Bei Erfüllung der Voraussetzungen (II) kann zugleich erreicht werden, daß das Meßsignal u _c zu dem zu messenden Strom i₁ amplitudenproportional und phasengleich ist

Anhand Fig. 4 kann folgendes Gleichungssystem aufgeschrieben werden:

U _R · cos δ + U _L · sin δ = U _i

U _C + U _R · sin δ = U _L · cos w

I _C = I₂ · cos δ

I _r = I₂ · sin w

wobei

Als Lösung des obigen Gleichungssystems ergeben sich die folgenden Gleichungen:

Die in Fig. 4 mit einem großen Buchstaben bezeichneten Vektoren U₁, U _C, U _L, U _R bzw. I₁, I₂, I _C, I _r sind in den in Fig. 3 mit dem entsprechenden kleinen Buchstaben bezeichneten Spannungen bzw. Strömen zugeordnet.

Da der Spulenwiderstand R in diesem dynamischen Zustand praktisch temperaturunabhängig ist, beeinflußt die Temperatur die Meßgenauigkeit nicht. Vorzugsweise wird auch der Verlustwiderstand r praktisch temperaturunabhängig gewählt. Zur Erzielung eines guten Signal/Rausch-Verhältnisses soll das Meßsignal U _c in der Größenordung von 1 V sein.

Wie es aus den Gleichungen (III) und (IV) ersichtlich ist, ermöglicht der erfindungsgemäße Meßgeber eine Strommessung von recht großer Genauigkeit innerhalb etwa einer Größenordnung der Kreisfrequenz ω des zu messenden Stromes i₁ und in einem recht weiten Strombereich. Als Stromwandler ist der erfindungsgemäße Meßgeber anwendbar auch zur verhältnismäßig genauen Messung der Oberharmonischen des zu messenden Stromes i₁. Dieser Vorteil ist darauf zurückzuführen, daß die Induktionsspannung sich zu der Kreisfrequenz ω der Grundharmonischen des zu messenden Stromes i₁ linear proportional ändert, wobei das Verhältnis u _c/u _i sich zugleich zu der Kreisfrequenz der Grundharmonischen des zu messenden Stromes i₁ invers proportional ändert. Die Änderung von l L wirkt zwar störend, verursacht jedoch überwiegend bloß einen Fehlwinkel.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Berechnungsbeispieles näher erläutert.

Ein erfindungsgemäßer Meßgeber vom stromintegrierenden Typ wurde als Stabstromwandler in eine gekapselte Einrichtung vom 400 kV und SF₆-Gas eingebaut.

Nennstrom des Stromwandlers:I₁ = 1500 A Nennfrequenz des Stromwandlers:f = 50 Hz Zahl der Durchführungen des zu
messenden Stromes:N₁ = 1

Die Meßspule wurde in einer der Fig. 2a ähnlichen Ausführungsform gestaltet. Die Meßspule wird aus 2 × 12 in Reihe geschalteten geraden zylindrischen Spulenabschnitten zusammengestellt, die zwei gleiche, nebeneinander angeordnete ringförmige Teile bilden.

Durchmesser der Spulenabschnitte:40 mm Höhe der Spulenabschnitte:90 mm Mitteldurchmesser der
ringförmigen Teile:380 mm Gesamthöhe der Meßspule:85 mm Material der Meßspule:Mangindraht, ⌀ 0,16 mm Gesamtmasse der Wicklung:2,5 kg

Weitere Angaben:

Kapazität des Kondensators:C = 1,4 µF Verlustfaktor des Kondensators:tg δ = 1,19 10^-3 An den Ausgang des Meßgebers
angeschlossene Widerstand:R₀ = 1 MΩ

Der obige Meßgeber ist so berechnet worden, daß der Fehlwinkel und Übertragungsfehler bei der Nennfrequenz gleich Null ist.

Die folgende Tabelle enthält kalkulierte Fehlwinkel- und Übertragungsfehler-Werte desselben Meßgebers für den Fall, daß die Frequenz des zu messenden Stromes von der Nennfrequenz abweichend ist.

Es ist vorteilhaft, wenn der auf die zehnte Oberharmonische bezogene Fehlwinkel im Verhältnis zu dem auf die Grundharmonische bezogenen Fehlwinkel (s. die Tabelle) verhältnismäßig klein, etwa 1,02 grad ist.

Die vorteilhaften Wirkungen der vorliegenden Erfindung zeigen sich bei deren Anwendung sowohl für Meßgeber vom differenzierenden Typ wie auch für Meßgeber vom stromintegrierenden Typ. Im Vergleich zu den bisher verwendeten Meßgebern ist es feststellbar, daß die erfindungsgemäße Lösung bei kleineren Spulenabmessungen eine höhere Meßgenauigkeit ermöglicht.

Durch die Benutzung der Erfindung als Meßgeber vom stromintegrierenden Typ wird ein zu dem zu messenden Strom phasengleiches Meßsignal erhalten, was besonders neuartig ist, da das Integrieren des Signals eines magnetischen Spannungsmessers mittels reiner passiver Elemente und mit der für übliche Stromwandler vorgeschriebenen Genauigkeit - mit vernünftigen Spulenabmessungen - bisher nicht gelöst worden ist.

Wie es aus dem Obigen hervorgeht, genügt der erfindungsgemäße Meßgeber in jeder Hinsicht den genormten Anforderungen für Stromwandler mit Eisenkern. Die Übertragung des erfindungsgemäßen Meßgebers ist linear proportional zu dem zu messenden Strom.

Die vorliegende Erfindung ist in weitem Anwendungsbereich anwendbar. Für Messungs- und Schutzzwecke weist sie einen einzigen gemeinsamen Ausgang auf, im Gegensatz zu den herkömmlichen Stromwandlern, die für diese Zwecke mit einem separaten Meß-Eisenkern und Relaiskern versehen sein müssen. Der erfindungsgemäße Meßgeber hat einen Ausgang spannungsgeneratorischen Charakters - im Gegensatz zu den herkömmlichen Stromwandlern, die einen Ausgang stromgeneratorischen Charakters aufweisen - infolgedessen sind moderne digitale Meßgeräte und elektronische Schutzrelais besser anpaßbar. Die Gesamtmasse der erfindungsgemäßen Meßspule ist im Vergleich zu den bekannten Lösungen wesentlich kleiner.

Die Erfindung ermöglicht eine problemlose Langstrecken-Signalübertragung. Infolge des praktisch temperaturunabhängigen Spulenwiderstandes ist die Erfindung zwischen extremen Temperaturgrenzwerten benutzbar. Es ist weiterhin vorteilhaft, daß ein Leitungsbruch bei der vorgeschlagenen Lösung keine Gefahr verursacht.

Der erfindungsgemäße Meßgeber ist einfach und mit verhältnismäßig geringem Aufwand realisierbar.

Claims

1. Als Stromwandler anwendbarer linear übertragender Meßgeber, der mindestens eine ringförmige oder aus geraden Spulenabschnitten bestehende, ringartig geschlossene, ein- oder mehrlagig gewickelte magnetische Meßspule aufweist, von welcher der den zu messenden Strom (i₁) führende Leiter einmal oder mehrmals umschlossen wird, wobei an die Spulenanschlüsse der Meßspule ein Meßwiderstand und ein damit in Reihe geschalteter Kondensator mit einem zum Kondensator parallelgeschalteten Verlustwiderstand zum gleichzeitigen Abfühlen eines zu dem Differentialquotienten des zu messenden Stromes (i₁) proportionalen Meßsignals (u _k) und eines zu dem zu messenden Strom (i₁) proportionalen integrierten Meßsignals (u _c) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßspule (T) aus einem Material gestaltet ist, dessen spezifischer Widerstand größer als 9 · 10^-8 Ωm ist und dessen Temperaturkoeffizient zwischen ±2 · 10^-3 K^-1 beträgt.

2. Als Stromwandler anwendbarer, linear übertragender Meßgeber, der mindestens eine ringförmige oder aus geraden Spulenabschnitten bestehende ringartig geschlossene, ein- oder mehrlagig gewickelte magnetische Meßspule aufweist, von welcher der den zu messenden Strom (i₁) führende Leiter einmal oder mehrmals umschlossen wird, wobei an die Spulenanschlüsse der Meßspule ein Meßwiderstand zum Abfühlen eines zu dem Differentialquotienten des zu messenden Stromes (i₁) proportionalen Meßsignals (u _k) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßspule (T) aus einem Material gestaltet ist, dessen spezifischer Widerstand größer als 9 · 10^-8 Ωm ist und dessen Temperaturkoeffizient zwischen ±2 · 10^-3 K^-1 beträgt.

3. Als Stromwandler anwendbarer, linear übertragender Meßgeber, der mindestens eine ringförmige oder aus geraden Spulenabschnitten bestehende, ringartig geschlossene, ein- oder mehrlagig gewickelte magnetische Meßspule aufweist, von welcher der den zu messenden Strom (i₁) führende Leiter einmal oder mehrmals umschlossen wird, wobei an die Spulenanschlüsse der Meßspule ein Kondensator und ein zu dem Kondensator parallelgeschalteter Verlustwiderstand zum Abfühlen eines zu dem zu messenden Strom (i₁) proportionalen integrierten Meßsignals (u _c) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßspule (T) aus einem Material gestaltet ist, dessen spezifischer Widerstand größer als 9 · 10^-8 Ωm ist und dessen Temperaturkoeffizient zwischen ±2 · 10^-3K^-1 beträgt.

4. Meßgeber nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßspule (T) aus Manganin gestaltet ist.