Beispielsweise kann dieser Meßaufnehmer bei einem Ober- stromrelais für Gleichstromschnellschalter eingesetzt werden.

Bisher wurden zur Messung von Strömen Shunt-Trenn- verstärker, Meßvorrichtungen mit Ferritkernen und Hall- sensoren sowie LEM-Wandler verwendet. Diese bekannten Vorrichtungen weisen jedoch erhebliche Nachteile auf.

Beispielsweise wird bei einer Strommessung mittels eines Shunt-Widerstands der zu messende Strom durch einen Meß- widerstand geleitet und der durch den Strom verursachte Spannungsabfall gemessen. Durch diese Form der Messung wird unnötig Energie verbraucht, die zur Erwärmung der Schalterumgebung beiträgt. Weiterhin ist diese Strommeß- vorrichtung notwendigerweise in den zu messenden Strom- kreis integriert, wodurch der zu messende Strom selbst beeinflußt wird, weshalb die Messung je nach Größe des Shunt-Widerstands mehr oder weniger verfälscht wird. Wei- terhin ist auf diese Weise keine potentialgetrennte Mes- sung bei hohen Spannungen möglich.

Bei LEM-Wandlern ist ein Ferritkern um einen Leiter ange- ordnet, dessen Stromfluß zu messen ist. Um diesen Ferrit- kern ist eine zweite Spule angeordnet, durch die ein Strom derart gesteuert wird, daß das resultierende Ma- gnetfeld zu Null abgeglichen wird. Auf diese Weise ist zwar eine potentialgetrennte Messung möglich, jedoch sind die Kosten für diese Art der Messung hoch.

Mittels eines Hallsensors kann unter Ausnutzung des Hall- effekts ein Magnetfeld relativ gut gemessen werden. Ein Hallsensor erzeugt eine Spannung, die proportional zu dem Magnetfeld ist, das auf den Hallsensor einwirkt. Dieser Halleffekt tritt in Abhängigkeit von dem verwendeten Ma- terial unterschiedlich stark auf, am vorteilhaftesten sind Hallsensoren aus einem Halbleiter. Durch den Hall- sensor kann somit ein Magnetfeld gemessen werden, das durch einen durch einen Leiter fließenden Strom induziert wird. Auf diese Weise erfolgt die Messung des Stromes po- tentialgetrennt.

Da die durch den Hallsensor bei der Messung erzeugte Spannung jedoch gering ist und unter normalen Bedingungen das Magnetfeld externen Einflüssen ausgesetzt ist, ist eine Verstärkung des Magnetfeldes erforderlich, die in der Regel durch Ferritkerne erreicht wird. Bei dieser Vorrichtung tritt jedoch aufgrund des Sättigungsverhal- tens der verwendeten Magnetkerne eine Nichtlinearität auf. Diese führt zu dem Nachteil, daß der Strom nur in einem bestimmten begrenzten Bereich genügend genau gemes- sen werden kann, aber der gemessene Strom außerhalb die- ses Bereichs aufgrund des Sättigungsverhaltens stark von dem tatsächlichen Strom abweicht. Weiterhin sind die Ko- sten für diese Meßvorrichtung aufgrund des Ferritkerns relativ hoch.

Zusammengefaßt weisen die Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik die Nachteile auf, daß aufgrund des Sätti- gungsverhaltens eine Nichtlinearität auftritt, die Vor- richtungen nur eine bedingte Spannungsfestigkeit aufwei- sen, die Vorrichtungen relativ hohe Kosten verursachen und außerdem einen hohen Eigenverbrauch aufweisen.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen preiswerten Strommeßaufnehmer zu schaffen, der den Strom- wert potentialgetrennt erfaßt, eine genügende Genauigkeit besitzt und eine weitgehende Störsicherheit aufweist.

Diese Aufgabe wird durch einen Strommeßaufnehmer gelöst, wie er in dem beiliegenden Patentanspruch 1 dargelegt ist. Das heißt, daß der erfindungsgemäße Strommeßaufneh- mer zumindest zwei an einem Leiter angeordnete Hallsenso- ren aufweist. Die Hallsensoren sind derart angeordnet, daß sie ein durch einen durch den Leiter fließenden Strom erzeugtes Magnetfeld betragsmäßig gleich sowie ein Stör- feld betragsmäßig gleich erfassen und entweder das Ma- gnetfeld oder das Störfeld mit jeweils unterschiedlichem Vorzeichen erfassen.

Weitere Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen dar- gelegt.

Dementsprechend wird entweder durch eine Addition oder eine Subtraktion der Strommeßwert verstärkt, ein Störfeld aufgrund äußerer Störeinflüsse jedoch eliminiert.

Durch den erfindungsgemäßen Strommeßaufnehmer wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß die Stromwerterfassung kostengünstig durchgeführt werden kann, da keine zusätz- lichen Ferritkerne erforderlich sind. Dabei kann eine weitgehende Störunempfindlichkeit sowie eine hohe Isola- tionsspannung erreicht werden.

Erfindungsgemäß kann auf diese Weise ein Strommeßaufneh- mer für einen einfachen elektronischen Auslöser im Gleichstrombereich erhalten werden, der den Stromwert po- tentialgetrennt für Gleichspannungen bis zu 4 kV erfaßt.

Die Erfindung ist nachstehend anhand von Ausführungsbei- spielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen : Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Oberstromre- lais mit einem an einer Leitung angebrachten Strommeßauf- nehmer gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 2 eine vergrößerte Teilansicht der Darstellung gemäß Fig. 1, die den Strommeßaufnehmer näher zeigt, Fig. 3 einen Strommeßaufnehmer gemäß einem zweiten Aus- führungsbeispiel, Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Auswertschaltung für ei- nen Strommeßaufnehmer gemäß dem ersten oder zweiten Aus- führungsbeispiel, und Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Auswertschaltung für ei- nen Strommeßaufnehmer mit vier Hallsensoren gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ober- stromrelais gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Das Oberstromrelais weist einen Basisschalter BS und ein Lichtbogenlöschsystem LS auf, deren genaue Funktion je- doch für dieses Ausführungsbeispiel nicht wichtig sind, weshalb deren genauere Beschreibung entfällt.

An einer Leitung 2 ist ein Strommeßaufnehmer SMA ange- bracht. Dieser Strommeßaufnehmer SMA basiert auf dem Prinzip der Oberflächenfeldmessung bzw. dem Halleffekt.

Der Strommeßaufnehmer SMA gemäß dem ersten Ausführungs- beispiel ist in Fig. 2 näher dargestellt. Dabei sind an

einem Teil eines Leiters 2 zwei Hallsensoren la und lb einander gegenüberliegend angeordnet.

Es werden zwei Hallsensoren la und lb verwendet, da das Magnetfeld relativ schwach ist und. durch Störeinflüsse aus der Umgebung, d. h. ein Störfeld gestört wird. Zur Eliminierung dieser äußeren Störeinflüsse sind die beiden Hallsensoren la und lb derart angeordnet, daß beide Hall- sensoren den Betrag des durch den Stromfluß erzeugten Ma- gnetfeldes gleich messen, jedoch jeweils das Magnetfeld mit zueinander entgegengesetzten Vorzeichen messen. Wenn der Betrag des von dem durch den Leiter 2 fließenden Stroms erzeugten Magnetfelds B ist, mißt der Hallsensor la beispielsweise ein Magnetfeld +B, wohingegen der Hall- sensor lb ein Magnetfeld-B mißt.

Die Ausgangssignale aus den beiden Hallsensoren la und lb werden subtrahiert. Dadurch wird das Störfeld aus den Ausgangssignalen eliminiert und der Meßwert des Magnet- feldes verstärkt. Daher ist es nicht nötig, das Magnet- feld selbst mit Hilfe von beispielsweise Ferritkernen wie gemäß dem Stand der Technik zu verstärken, da durch die Subtraktion der Signale das Störfeld weitestgehend elimi- niert wird und ein starkes Meßsignal des zu messenden Ma- gnetfeldes erzeugt wird.

Der Meßwert des Hallsensors la sei mit MWla und der Meß- wert des Hallsensors lb sei mit MWlb bezeichnet. Wenn die beiden Hallsensoren nahe genug aneinander angeordnet sind, kann das Störfeld als an beiden Hallsensoren gleich angenommen werden. Somit ergeben sich für die Meßwerte : MWla = +B + S MWlb =-B + S

Mit S wird hier das Störfeld bezeichnet. Die Subtraktion der beiden Meßwerte führt somit zu dem Gesamtmeßwert MW : MW = MWla-MWlb = +B- (-B) + S-S = 2B Somit wird das Störfeld ausgelöscht und der Nutzmeßwert, also das gemessene Magnetfeld, verdoppelt.

Alternativ dazu können die beiden Hallsensoren auch der- art angeordnet werden, daß diese jeweils das gesamte ge- messene Magnetfeld mit unterschiedlichen Vorzeichen mes- sen, d. h. also das Nutzfeld B mit gleichem Vorzeichen und das Störfeld S mit unterschiedlichen Vorzeichen. In die- sem Fall wird das Störfeld durch Addition ausgelöscht : MWla = B + S MWlb = B-S MW = MWla + MWlb = 2B Wie vorstehend beschrieben ist bei der Anordnung der Hallsensoren zu beachten, daß die Sonden einen möglichst kurzen Abstand zueinander aufweisen, damit das Störfeld an den Positionen der Hallsensoren 1 möglichst gleich ist. Weiterhin ist es wichtig, daß die Feldstärke durch Stromverdrängungseinflüsse nicht beeinflußt wird. Dabei ist die Anordnung der Hallsensoren an Rundleitern vor- teilhaft. Gemäß Fig. 2 ist beispielsweise der Leiter 2 bei den Hallsensoren als Rundleiter ausgeführt.

Damit die beiden Hallsensoren das durch den im Leiter 2 fließenden Strom erzeugte Magnetfeld betragsmäßig gleich messen, sollten beide Hallsensoren im gleichen Abstand von dem Leiter 2 angeordnet sein.

Außerdem können die Hallsensoren 1 derart angeordnet wer- den, daß der Leiter 2 zwischen beiden Hallsensoren 1 ver- läuft, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Diese Anordnung ist eine Möglichkeit, die Hallsensoren derart anzuordnen, daß sie das Magnetfeld betragsmäßig gleich, aber mit ent- gegengesetzten Vorzeichen erfassen. Selbstverständlich sind jedoch auch andere Anordnungen denkbar, beispiels- weise eine Anordnung, bei der beide Hallsensoren 1 direkt nebeneinander auf einer Seite des Leiters 2 angeordnet sind.

Gemäß Fig. 1 ist der aus den Hallsensoren 1 bestehende Strommeßaufnehmer in eine vorgegebene Leiterkonfigurati- on, wie beispielsweise gemäß Fig. 1 bei einem Oberstrom- relais mit dem Leiter 2 und dem Rückleiter 4 eingebaut.

Daher können die Hallsensoren la und lb derart angeordnet und kalibriert werden, daß der Einfluß des Rückleiters 4 berücksichtigt wird, wodurch zumindest bekannte Störein- flüsse aufgrund der Leiterkonfiguration verringert wer- den. Der Strommeßaufnehmer gemäß dem ersten Ausführungs- beispiel kann somit vorzugsweise bei einer bekannten und starren Leiterkonfiguration verwendet werden.

Nachstehend ist ein Strommeßaufnehmer gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben, der auch bei einer unbe- kannten Leiterkonfiguration verwendet werden kann.

Dieser Strommeßaufnehmer ist in Fig. 3 dargestellt. Gemäß Fig. 3 sind die beiden Hallsensoren von einer rohrförmi- gen Abschirmung 3 umgeben. Durch diese Maßnahme werden die äußeren Störeinflüsse abgeschirmt, weshalb eine ge- nauere Messung möglich ist.

Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen werden zwei Hallsensoren, d. h. ein Hallsensorpaar verwen-

det. Es kann jedoch eine beliebige Anzahl von Hallsensor- paaren verwendet werden, solange diese derart verschaltet sind, daß das Störfeld eliminiert wird und die Meßwertsi- gnale addiert werden.

Durch eine Erhöhung der Anzahl der Hallsensoren kann der Abstand des resultierenden Meßwerts MW zu dem Störfeld vergrößert werden, da in jedem Hallsensorpaar das Stör- feld eliminiert wird, während das gemessene Signal ver- doppelt wird. Das heißt, daß bei n Hallsensorpaaren ein 2n-faches Magnetfeld gemessen wird.

Nachstehend ist eine Auswertschaltung für einen Strommeß- aufnehmer gemäß dem ersten oder zweiten Ausführungsbei- spiel mit zwei Hallsensoren unter Bezug auf Fig. 4 be- schrieben.

An einem rohrförmigen Leiter L sind einander gegenüber- liegend zwei Hallsensoren 11 und 21 angeordnet. Diese Hallsensoren sind derart zueinander entgegengesetzt ange- ordnet, daß das Störfeld durch Subraktion der Ausgangs- signale aus den beiden Hallsensoren beseitigt wird.

Das Ausgangssignal aus dem Hallsensor 11 wird zunächst zu einem Temperaturkompensationssensor 12 geleitet. Durch diesen Temperaturkompensationssensor 12 wird der Tempera- tureinfluß auf die Messung beseitigt. Das kompensierte Signal wird durch einen Verstärker 13 verstärkt, wobei das verstärkte Signal einer Offset-Abgleichseinrichtung 14 zugeführt wird, in der ein Versatz (Offset) des Si- gnals abgeglichen wird.

In gleicher Weise wird das Ausgangssignal aus dem Hall- sensor 21 einem Temperaturkompensationssensor 22, einem Verstärker 23 und einer Offset-Abgleichseinrichtung 24

zugeführt. Durch die Offset-Abgleichseinrichtungen 14 und 24 werden die Signale zueinander abgeglichen, so daß sie einem Subtrahierer 5 zugeführt werden können.

Der Subtrahierer 5 subtrahiert die beiden Meßsignale von- einander und gibt ein resultierendes Signal aus, in dem wie vorstehend beschrieben das Störfeld beseitigt ist.

Das Ausgangssignal aus dem Subtrahierer 5 wird durch ei- nen Verstärker 6 verstärkt und an entsprechende weitere Verarbeitungseinheiten ausgegeben. Als Beispiel sind hier ein Uberstromauslöser 8 und eine Signalwandlerschnitt- stelle 7 dargestellt. Der Oberstromauslöser kann ein Aus- löser wie im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben sein.

Die Signalwandlerschnittstelle 7 gibt beispielsweise ei- nen Strom aus, der proportional zu dem Meßsignal ist und beispielsweise zwischen 4 und 20 mA variiert. Darüber hinaus können weitere Schnittstellen angeschlossen wer- den, wie gestrichelt durch das Bezugszeichen 9 angedeutet ist.

Wie vorstehend bereits beschrieben, ist die Anzahl der Hallsensoren eines Strommeßaufnehmers nicht auf zwei be- schränkt, sondern es ist eine beliebige Anzahl von Hall- sensorpaaren möglich.

Nachstehend ist unter Bezug auf Fig. 5 eine Auswertschal- tung für einen Strommeßaufnehmer mit vier Hallsensoren gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel beschrieben.

In der Darstellung entsprechen gleiche Bezugszahlen glei- chen Komponenten wie in Fig. 4. Das heißt, daß die beiden in der oberen Hälfte der Darstellung gezeigten Zweige mit den Temperaturkompensationssensoren 12 und 22, den Ver- stärkern 13 und 23 und den Offset-Abgleichseinrichtungen 14 und 24 der Anordnung gemäß Fig. 4 entspricht. Die Aus-

gangssignale dieser beiden Zweige werden durch einen Sub- trahierer 51 voneinander subtrahiert, wodurch das Stör- feld ausgelöscht wird. Das Ausgangssignal aus dem Subtra- hierer 51 wird durch einen Verstärker 61 verstärkt, bevor es einem Addierer 15 zugeführt wird.

Zusätzlich zu dieser Anordnung sind zwei weitere Hallsen- soren 31 und 41 an dem Leiter angeordnet, die beispiels- weise gegenüber der Anordnung der Hallsensoren 11 und 21 räumlich um 90° verschoben sind. Ähnlich wie vorstehend beschrieben wird das Ausgangssignal aus dem Hallsensor 31 einem Temperaturkompensationssensor 32 zugeführt, das temperaturkompensierte Signal durch einen Verstärker 33 verstärkt und durch die Offset-Abgleichseinrichtung 34 ein Offset-bzw. Versatzabgleich durchgeführt. Das Aus- gangssignal aus dem Hallsensor 41 wird einem Temperatur- kompensationssensor 42 zugeführt, das temperaturkompen- sierte Signal durch einen Verstärker 43 verstärkt und durch die Offset-Abgleichseinrichtung 44 ein Offset-bzw.

Versatzabgleich durchgeführt. Die Ausgangssignale der Offset-Abgleichseinrichtung 34 und 44 werden dann durch einen Subtrahierer 52 voneinander subtrahiert, wobei das Ausgangssignal aus dem Subtrahierer 52 durch einen Ver- stärker 62 verstärkt wird, bevor es dem Addierer 15 zuge- führt wird.

Der Addierer 15 addiert die resultierenden Meßsignale aus den beiden Hallsensorpaaren 11 und 21 sowie 31 und 41.

Das Summensignal wird durch einen Verstärker 16 verstärkt und dann wie bei der Auswertschaltung gemäß Fig. 4 den weiteren Einheiten 7,8 und 9 zugeführt.

Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel sind zwei Hallsen- sorpaare verwendet worden. Wie vorstehend bereits be- schrieben, kann auch eine höhere Anzahl von Hallsensor-

paaren verwendet werden. Die Auswertschaltung für eine derartige Anordnung kann ähnlich wie gemäß Fig. 5 aufge- baut werden, wobei dann dem Addierer 15 mehrere Signale zugeführt werden.

Bei einer Abänderung der Auswertschaltungen gemäß Fig. 4 und 5 kann für die Hallsensoren eine Anordnung gewählt werden, bei der das Störfeld wie bei der Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels erwähnt durch eine Addition der Ausgangssignale beseitigt wird. Das heißt, daß in diesem Fall die Hallsensoren derart angeordnet werden müssen, daß sie das durch den Leiter erzeugte Magnetfeld mit jeweils gleichem Vorzeichen, das Störfeld jedoch mit unterschiedlichen Vorzeichen erfassen. In der Auswert schaltung muß dann der Subtrahierer 5 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel durch einen Addierer ersetzt werden.

Bei der Variante der Auswertschaltung mit zwei Hallsen- sorpaaren mussen die Subtrahierer 51 und 52 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel jeweils durch Addierer er- setzt werden.

Vorstehend wurde ein Strommeßaufnehmer angegeben, der auf dem Prinzip der Oberflächenfeldmessung beruht. Der Strom- meßaufnehmer weist zumindest zwei an einem Leiter 2 ange- ordneten Hallsensoren la und lb auf. Die Hallsensoren sind derart angeordnet, daß sie ein durch einen durch den Leiter fließenden Strom erzeugtes Magnetfeld betragsmäßig gleich sowie ein Störfeld betragsmäßig gleich erfassen und entweder das Magnetfeld oder das Störfeld mit jeweils unterschiedlichem Vorzeichen erfassen. Dementsprechend wird entweder durch eine Addition oder eine Subtraktion der Strommeßwert verstärkt, äußere Störeinflüsse durch ein Störfeld jedoch eliminiert.