Strommesswandlereinrichtung mit Strommesswandler und Verfah ren zum Kalibrieren eines Strommesswandlers

Die Erfindung betrifft eine Strommesswandlereinrichtung mit einem Strommesswandler zur Messung eines elektrischen Stromes entlang eines Leitungspfades, wobei der Strommesswandler ein magnetfeldsensitives Element zum Wandeln des aus dem Strom fluss entlang des Leitungspfades resultierenden Magnetfeldes in zumindest eine physikalische Größe sowie eine Messeinrich tung zur Messung dieser physikalischen Größe aufweist.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Kalibrie ren eines Strommesswandlers zur Messung eines elektrischen Stromes entlang eines Leitungspfades, der ein magnetfeldsen sitives Element zum Wandeln des aus dem Stromfluss entlang des Leitungspfades resultierenden Magnetfeldes in eine physi kalische Größe aufweist sowie ein entsprechendes Computerpro grammprodukt zur Durchführung des Verfahrens.

Eine Strommesswandlereinrichtung der eingangs genannten Art ist als magnetooptischer Strommesswandler aus der Druck schrift US 3 605 013 A bekannt. Als magnetfeldsensitives Ele ment dient dort eine Lichtleiterspule, die das aus dem Strom fluss entlang des Leitungspfades resultierende Magnetfeld in eine Änderung des Polarisationszustands von Laserlicht wan delt, welches die Lichtleiterspule passiert. Als Messeinrich tung dient eine Analysator-Detektor-Anordnung . Eine Strom messwandlereinrichtung, die auf Grundlage eines ganz ähnli chen Messprinzips arbeitet, wird in der Druckschrift

DE 25 48 278 Al gezeigt.

Im Gegensatz zu induktiven Stromwandlern nach dem Transforma tor-Prinzip (im Folgenden konventionelle Strommesswandler ge nannt) , bei denen sich der zu ermittelnde elektrische Strom entlang des Leitungspfades durch den gemessenen Strom auf der Sekundärseite und das Windungsverhältnis zwischen Primär- und Sekundärseite ergibt, müssen nicht-konventionelle Strommess wandler, wie z.B. der zuvor erwähnte magnetooptische Strom messwandler, routinemäßig kalibriert werden.

Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen zur einfachen und zuverlässigen Kalibrierung des Strommesswandlers anzugeben.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unab hängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei der erfindungsgemäßen Strommesswandlereinrichtung mit ei nem Strommesswandler zur Messung eines elektrischen Stromes entlang eines Leitungspfades, der ein magnetfeldsensitives Element zum Wandeln des aus dem Stromfluss entlang des Lei tungspfades resultierenden Magnetfeldes in zumindest eine physikalische Größe sowie eine Messeinrichtung zur Messung der physikalischen Größe aufweist, ist vorgesehen, dass diese Strommesswandlereinrichtung weiterhin eine Spulenanordnung zum Simulieren des aus dem Stromfluss entlang des Leitungs pfades resultierenden Magnetfeldes aufweist, die zumindest eine Spule umfasst.

Zum Kalibrieren des Strommesswandlers der Strommesswandler einrichtung kann mittels der in der Strommesswandlereinrich tung vorhandenen Spulenanordnung ein Magnetfeld generiert werden, das Äquivalent zu dem aus dem Stromfluss entlang des Leitungspfades resultierenden Magnetfeld ist. Die für die Ka librierung benötigten Komponenten sind also in der Strommess wandlereinrichtung bereits vorhanden, sodass für das Kalib rieren nicht extra ein Aufbau geschaffen werden muss. Weiter hin nutzen die hier zur Verfügung gestellten Komponenten das Windungsverhältnis (Windungszahl Strompfad zu Windungszahl Spulenensemble der Spulenanordnung) gemäß Transformator- Prinzip zur Kalibrierung.

Insbesondere ist vorgesehen, dass die einrichtungsinterne An ordnung und Ausrichtung der Spulenanordnung bezüglich des magnetfeldsensitiven Elements fest vorgebbar oder fest vorge geben ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vor gesehen, dass das magnetfeldsensitive Element eine Spulen oder Ring- oder Rahmenform aufweist. Eine solche Form wird insbesondere für Durchsteckwandler benötigt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umgibt die Spule oder zumindest eine der Spulen das magnet feldsensitive Element zumindest abschnittsweise. Bei einer Spulen- oder Ring- oder Rahmenform des magnetfeldsensitiven Elements bezieht sich der Begriff Abschnitt auf die umfängli chen Abschnitte der Spulen-, Ring- oder Rahmenform.

Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Er findung ist vorgesehen, dass das magnetfeldsensitive Element ein optisch aktives Element und/oder ein magnetisierbares Element ist.

Mit Vorteil ist vorgesehen, dass die zumindest eine physika lische Größe

eine den Zustand des optisch aktiven Elements bezüglich einer optischen Eigenschaft beschreibende Größe und/oder

eine den Zustand des magnetisierbaren Elements bezüglich einer magnetischen Eigenschaft beschreibende Größe ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Strommesswandlereinrichtung einen Stromgenerator zum Bestromen der zumindest einen Spule für ein Simulieren des aus dem Stromfluss entlang des Leitungspfades resultierenden Magnetfeldes aufweist.

Schließlich ist bezüglich der Strommesswandlereinrichtung mit Vorteil vorgesehen, dass diese eine Steuer- und/oder Re geleinrichtung zur Durchführung eines Kalibierprozesses zur Kalibrierung des Strommesswandlers aufweist. Diese ist in der Regel signaltechnisch mit der Messeinrichtung und dem Strom- generator verbunden. Bevorzugt ist die Steuer- und/oder Re geleinrichtung eine computerbasierten Steuer- und/oder Re geleinrichtung .

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Kalibrieren eines Strommesswandlers zur Messung eines elektrischen Stromes ent lang eines Leitungspfades, der ein magnetfeldsensitives Ele ment zum Wandeln des aus dem Stromfluss entlang des Leitungs pfades resultierenden Magnetfeldes in eine physikalische Grö ße aufweist, ist vorgesehen, dass zum Kalibrieren des Strom messwandlers das aus dem Stromfluss entlang des Leitungspfa des resultierende Magnetfeld mittels einer zumindest eine Spule umfassenden Spulenanordnung simuliert wird.

Insbesondere ist vorgesehen, dass der Strommesswandler Teil einer vorstehend genannten Strommesswandlereinrichtung ist und die Spulenanordnung dieser Strommesswandlereinrichtung zur Simulation des Magnetfeldes genutzt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukt ist vorge sehen, dass dieses Programmteile umfasst, die in einem Pro zessor einer computerbasierten Steuer- und/oder Regeleinrich tung geladen zur Durchführung des vorstehend genannten Ver fahrens eingerichtet sind.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung sche matisch in Zeichnungen gezeigt und nachfolgend näher be schrieben. Dabei zeigt die

Fig. 1 eine Anordnung aus Leitungspfad und Strommesswand lereinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungs form der Erfindung, und

Fig. 2 Teile einer Strommesswandlereinrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Die Figur 1 zeigt eine Strommesswandlereinrichtung 10, deren zentrale Komponente der eigentliche Strommesswandler 12 zur Messung eines elektrischen Stromes entlang eines Leitungspfa des 14 ist. Dieser Leitungspfad 14 ergibt sich beispielsweise entlang eines elektrischen Leiters 16. Der Strommesswandler 12 weist ein magnetfeldsensitives Element 18 zum Wandeln des aus dem Stromfluss entlang des Leitungspfades 14 resultieren den Magnetfeldes in zumindest eine andere physikalische Größe auf. Das magnetfeldsensitive Element 18 ist ein ferromagneti sches magnetisierbares Element 20, welches eine Ring- bzw. Rahmenform aufweist, durch den der elektrische Leiter 16 ge führt ist. Das magnetisierbare Element 20 ist als eine Art Ringkern 22 ausgebildet und der hier gezeigte Strommesswand ler 12 ist ein sogenannter Durchsteckwandler für einen im We sentlichen geradlinig verlaufenden Leitungspfad 14. Alterna tiv könnte der Leitungspfad 14 im Messbereich jedoch auch an ders verlaufen, beispielsweise gewunden in Spulenform.

Der Strommesswandler 12 weist weiterhin eine am magnetfeld sensitiven Element 18 angebrachte Messeinrichtung 24 zur Mes sung der vom magnetfeldsensitiven Element 18 bereitgestellten physikalischen Größe auf. Im hier gezeigten Beispiel ist die Messeinrichtung 24 ein Magnetfeldsensor, der in einem Spalt im ring- oder rahmenförmigen ferromagnetischen magnetisierba ren Element 20 angeordnet und als Hall-Sensor ausgebildet ist. Ein solcher Magnetfeldsensor misst als physikalische Größe die magnetische Flussdichte B. Alternative Arten von Magnetfeldsensoren sind Förster-Sonden und XMR-Sensoren, also magnetoresistive Sensoren wie GMR-, AMR- oder CMR-Sensor.

Neben diesen Komponenten des Strommesswandlers 12 weist die Strommesswandlereinrichtung 10 auch eine Spulenanordnung 26 mit einer oder mehreren Spulen 28 auf. Im hier gezeigten Bei spiel der Fig. 1 ist es nur eine einzige Spule 28. Diese umgibt einen umfänglichen Abschnitt des ring- oder rahmenför migen ferromagnetischen magnetisierbaren Elements 20, welches bezüglich der Spule 28 einen Spulenkern, genauer gesagt den Ringkern 22 bildet. Mittels der Spulenanordnung 26 ist es möglich, das aus dem Stromfluss entlang des Leitungspfades 14 resultierende Magnetfeld zu simulieren und somit den Strom- messwandler auf einfache Weise recht genau zu kalibrieren. Auch hier ergibt sich das Verhältnis zwischen dem Strom durch die Spule 28 und dem simulierten elektrischen Strom entlang des Leitungspfades 14 (mit Windungszahl N = 1) unmittelbar durch die Zahl der Windungen der Spule 28.

Die Spulenanordnung 26 weist weiterhin (hier nicht gezeigte) Anschlüsse zum Anschluss eines Stromgenerators 30 zum Bestro men der zumindest einen Spule 28 auf. Alternativ oder zusätz lich weist die Strommesswandlereinrichtung 10 diesen Stromge nerator gleich mit auf. Weiterhin weist die Strommesswandler einrichtung 10 auch noch eine Steuer- und/oder Regeleinrich tung 32 zur Durchführung eines Kalibierprozesses zur Kalib rierung des Strommesswandlers 12 auf. Diese ist in der Regel signaltechnisch mit der Messeinrichtung 24 und dem Stromgene rator 30 verbunden. Bevorzugt ist die Steuer- und/oder Re geleinrichtung 32 eine computerbasierten Steuer- und/oder Re geleinrichtung .

Es ergibt sich folgende Funktion:

Zum Kalibrieren des Strommesswandlers 12 der Strommesswand lereinrichtung 10 wird ein aus dem Stromfluss entlang des Leitungspfades 14 resultierendes Magnetfeld mittels der in der Strommesswandlereinrichtung 10 fest installierten Spu lenanordnung 26 simuliert.

Es ergeben sich folgende Vorteile:

Die für die Kalibrierung benötigten Komponenten sind in der Strommesswandlereinrichtung 10 bereits vorhanden, sodass für das Kalibrieren kein Aufbau geschaffen werden muss. Weiterhin nutzen die hier zur Verfügung gestellten Komponenten das Win dungsverhältnis (Windungszahl Strompfad zu Windungszahl Spu lenensemble der Spulenanordnung) gemäß Transformator-Prinzip nun zur Kalibrierung. Mit anderen Worten: Für nicht-konventionelle Strommesswandler 12, die nicht wie induktive Stromwandlern nach dem Transfor mator-Prinzip arbeiten und daher kalibriert werden müssen, werden nun beim Kalibrieren die Vorteile des Transformator- Prinzips genutzt.

Die Fig. 2 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Strom messwandlereinrichtung 10. Der Strommesswandler 12 dieser Strommesswandlereinrichtung 10 ist ein magnetooptischer

Strommesswandler ähnlich dem magnetooptischen Strommesswand ler aus der eingangs erwähnten Druckschrift US 3 605 013 A.

Das magnetfeldsensitive Element 18 ist ein optisch aktives Element 34, welches als Ringelement 36 geformt ist. Der zu grundeliegende Effekt ist beispielsweise der Faraday-Effekt und die resultierende Größe eine Drehung einer Polarisations ebene oder eine sonstige messbare Änderung einer Polarisati onseigenschaft. Über einen optischen Eingang 38 wird Licht mit bekannten Polarisationseigenschaften in das Ringelement 36 eingeleitet und anschließend über einen optischen Ausgang 40 aus dem Ringelement 36 ausgeleitet und der als Polarisati onsanalysator ausgebildeten Messeinrichtung 24 zugeführt.

Die Spulenanordnung 26 der in Fig. 2 gezeigten Ausführungs form weist mehrere Spulen 28 auf. Dies ist bei dieser Ausfüh rungsform des Strommesswandlers 12 notwendig, um eine hinrei chende Änderung der Polarisationseigenschaft des Lichts (z.B. Drehung der Polarisationsebene) zu generieren.

Bezugszeichenliste

10 Strommesswandlereinrichtung

12 Strommesswandler

14 Leitungspfad

1 6 elektrischer Leiter

18 magnetfeldsensitives Element 20 magnetisierbares Element

22 Ringkern

24 Messeinrichtung

2 6 Spulenanordnung

28 Spule

30 Stromgenerator

32 Steuer- und/oder Regeleinrichtung 34 optisch aktives Element

36 Ringelement

38 optischer Eingang

40 optischer Ausgang