专利名称：向测量设备提供电能的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于向设置在高压电势下的电测量设备提供电能的装置。
背景技术：
在高压设备中为了保护和测量的目的需要测量处于高压电势下的导体中的电流。出于经济考虑而且为了进行抗干扰的数据传输，优选将还处于高压电势下的变流器的信号数字化，并用处于地电势的光波导体传输测量信号以便进一步处理。但为此必须向处于高压电势的电子电路提供辅助能量。同样为了保护和测量的目的需要测量该导体的电压。为此目前要设置分开的变流器和变压器，由此发生对两个设备的成本和安装费用。
在“Sensors and Actuators A”，Band 25-27(1991)，475-480页中描述了这样一种装置，其中光源、在此是激光二极管的光被传送给光电转换器并在该光电转换器中转化为电能。该电能提供给传感器。该传感器的测量数据同样光学地通过光波导体传输。但由于所采用的特殊部件尤其是功率强大的激光、光电转换器和光学插接装置，该供电系统比较费事而且成本也高。
在DE 910925中给出的用于调节气体放电间隙或蒸汽放电间隙的装置中，借助电容部件传送高频信号。具有用于顺流方向的第一电容分支以及用于逆流方向的第二电容分支。但是该高频信号不是用于提供能量，而是用于控制处于高压电势的触发电路。
在DE 2911476 A1中提供了一种装置，其使用两个电容条来以高压电势电容地传输辅助能量。同时在电容器底座上设置一个电容分压器用于测量电压。横向扼流器的任务是不让高频发电机提供无功功率，并且平衡在相邻电容器之间出现的隔离差异。但是由于需要很多单个部件，该装置的实现很费事。此外如果用该装置来采集电流和电压，则必须设置两个分开的测量电路组件。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种用于向处于高压电势的电测量设备提供电能的装置，该装置可以在保证尽可能简单的能量供应的同时还节省了空间和材料。
为解决该技术问题提出一种按照独立权利要求1的特征的用于向处于高压电势的电测量设备提供电能的装置。
本发明的用于向处于高压电势的电测量设备提供电能的装置至少包括-处于地电势的第一变压器，其-具有初级端，该初级端与用于产生提供能量的馈电信号的发电机连接，以及-具有对称划分的次级端，该次级端的划分位置置于地电势，-处于高压电势的第二变压器，其-具有对称划分的初级端，该初级端的划分位置置于高压电势，以及-具有次级端，该次级端与测量设备连接以提供能量，以及-对称建立的、电势下降的传输组件，其-具有两个并联分支，该分支在第一变压器的次级端和第二变压器的初级端之间延伸，-具有至少两个分压元件以及位于这两个分压元件之间的节点以用于分压，-通过两个节点分别经由一根导线与所述测量设备连接以测量电压。
在此本发明基于以下认识在将两个分别传导对称信号的导线合并时，这些对称信号由于它们的相反相位而相互抵消。因此利用由两个分支形成的分为两部分的传输段可以用处于地电势的发电机产生的馈电信号来运行处于高压电势的测量设备，并且同时测量电压，其中在两个分支上量取电压而不会让馈电信号干扰该电压。
按照本发明的传感器轮的优选方式由权利要求1的从属权利要求给出。
特别优选的是，所述测量设备实施为用于确定电流和电压。由此分压器的所有部件都位于一个外壳中并且按照相同的方式制造。因此在理想方式下消除了这些部件可能存在的温度历程。此外只需要一个测量值采集电路。
此外优选的是，发电机设计为小功率的，使得借助馈电信号向测量设备输入最高为100mW的电功率。因此本发明的装置不需要横向扼流器。由于测量电路的辅助能量消耗很低，因此馈电电压的振幅和频率可以保持得较低。因此用少量的技术成本就可以使馈电电压源为电容器提供无功功率。因为横向扼流器在高压电容器中的置入和接触是很费事的，并妨碍对电容器进一步的简化制造。此外，对于交流电压应用来说除了电容器之外不需要另外的元件用在高压分支中。由此电容器可以象传统的控制电容器那样大批量地制造。
优选的，将两个分支紧密相邻地设置。由此降低了该装置对空间的需求。此外两个分支紧密的空间临近关系也防止馈电能量发生不期望的辐射。两个分别用于顺流方向或逆流方向的分支类似于双股导体设置那样相互补偿了辐射特性。
有利的是，将两个分支相邻地设置在绝缘体中。由此减小了对两个分支进行电压绝缘的成本，因为可以采用至少一个共同的绝缘体外壳。
尤其是馈电信号具有在1kHz至1MHz之间的馈电频率。在该频率范围中可以很好地抑制馈电能量的辐射。此外所述下限也足够远离用于公共能量供应设备的电网频率(DC或50Hz或60Hz)及其有时对测量和分析目的来说比较重要的谐波，从而可以排除影响。
特别有利的是，设置额外的、尤其是光学的传输段来传输由测量设备确定的测量信号。由此可以特别好地实现馈电信号和测量信号之间的分离。
此外优选的是，各分支的至少两个分压装置是至少两个电容。由此可以特别简单和廉价地形成分压器。
有利的是，各分支的至少两个分压装置是由至少一个电容和至少一个电阻形成的至少两个并联电路。由此本发明的装置既可以用于直流电压设备又可以用于交流电压设备。
下面借助附图详细描述本发明优选的、但是绝非限制性的实施例。为了说明起见该附图不是按比例绘出的，并且只示意性地示出某些特征。具体示出，图1示出一种用于向处于高压电势的电流和电压测量设备提供电能以便在交流电压设备中使用的装置，图2示出一种用于向处于高压电势的电流和电压测量设备提供电能以便既在直流电压设备又在交流电压设备中使用的装置。
在图1和图2中相应的部件用相同的附图标记表示。
具体实施例方式
在图1中示出用于向处于高压电势的电流和电压测量设备1提供电能的装置的实施例。该装置的对称构造的、消减电势的传输组件90在此具有4个作为分压器设置的电容C1至C4。在此对于这些电容C1至C4的大小下式成立C1＝C2和C3＝C4，其中电容C3和C4的值应当是电容C1和C2的100倍至10000倍。从而例如对电容C1和C2来说可以考虑0.1nF至10nF的值。相应的电容C3和C4必须采取10nF至100μF的值。用于测量电压的电压量取在节点K1和K2的高压电势下进行。测量设备1的测量电路同样处于高压电势，并且同时采集电压值和电流值，对其数字化并通过至少一个处于地电势20的光波导体2传输。测量设备1的测量电路实施为在辅助能量的消耗方面尽可能节省，从而不会超过特别是100mW。辅助能量的提供通过两个变压器T1和T2进行。变压器T1和T2通过其端子15、16和17、18借助两个分支Z1和Z2对应地相互连接。变压器T1包括电感L1、L2、L3，变压器T2包括电感L4、L5、L6。各变压器T1或T2的相应电感L1、L2、L3或L4、L5、L6优选设置在同一个铁芯上，并由此紧密地相互磁耦合。
由发电机3产生的馈电信号Us例如可以在1kHz至1MHz的频率范围内，并允许具有例如10V至1kV的电压值，该馈电信号通过变压器T1的初级由电感L3输入变压器T1。该馈电信号Us在具有两个电感L1和L2的变压器T1的次级转换为对称的馈电信号Us+和Us-为此在两个电感L1和L2之间设置接地的划分位置K3。第二变压器T2具有位于初级并设置在电感L4和L5之间的划分位置K4，该K4与高压导体7连接。输入变压器T2初级的对称馈电信号Us+和Us-导致在变压器T2的次级产生馈电信号Uss。该馈电信号通过两个与变压器T2的次级连接的馈电导线S1和S2而馈入测量设备1的供能单元14。变压器T2的次级在此具有电感L6。
对于对称馈电信号Us+和Us-来说，电感L1和L2或L4和L5串连连接，并因此具有例如超过1mH的高电感。因此阻抗处于例如100Ω至10kΩ的范围内。对于通常可以处于0Hz(直流电压)至500Hz频率范围的待测量高电压来说，电感L1和L2或L4和L5在它们各自的铁芯上反并联地连接，并因此具有因数为10至1000的更小的电感，在该例子中该电感的值可以在1μH至100μH之间。其结果是，在待测量高电压的频率范围内存在例如低于1Ω的小阻抗。该阻抗与电容C1和C2的阻抗相比非常小，从而使电感L4和L5上的电压降在测量电压时可以忽略不计。
高电压导线7的电流值的采集例如可以通过电感式变流器6来进行，如图1所示。同样还可以考虑其它电流测量方法，如借助分流器的电流测量。由变流器产生的测量信号通过两个导线E3和E4传送给作为差分放大器连接的运算放大器8，其中导线E3与运算放大器8非反相的输入端连接，导线E4与运算放大器8的反相输入端连接。此外，将两个导线E3和E4相互连接的电阻R8与运算放大器8的两个输入端并联。为此电阻R8具有尤其在10mΩ至100Ω范围内的电阻值。放大器的输出端与模拟数字转换器9连接，该转换器9将运算放大器8提供的模拟信号数字化并传递给传输单元10。
为了测量电压，通过两个导线E1和E2向测量设备1输入两个在电容C3和电感L4上或在电容C4和电感L5上降落的并且通过两个节点K1和K2引出的电压，并在测量设备1中借助作为加法器连接的另一个运算放大器4相加。在此一方面运算放大器4的非反相输入端与高压导体7连接，另一方面运算放大器4的反相输入端通过电阻R6与节点K1连接以及通过电阻R5与节点K2连接。此外，电阻R7将反相输入端与运算放大器4的输出端连接。电阻R5和R6的阻值尤其是在100Ω至1MΩ的范围内。位于100Ω至1MΩ范围内的阻值也适合电阻R7。由于对称馈电信号Us+和对称馈电信号Us-作为两个反相的信号输入两个分支Z1和Z2中，而由存在的高电压在两个分支Z1和Z2中反馈的电压是同相的，因此在理想的对称结构下在加法器输出端相互反相的馈电信号相抵消，而测量电压降加倍。由于结构中的非对称性而余留的馈电电压剩余部分可以容易地通过低通滤波器5消除，因为高电压的频率和馈电信号的频率相差约一个数量级。低通滤波器5的输出端与模拟数字转换器11连接，该转换器11将低通滤波器5提供的模拟信号数字化并同样传送给传输单元10。
传输单元10包括光源13，尤其是发光二极管，利用该光源可以通过光传输经由光波导体2向优选处于地电势20的分析单元12发送数字化的电流和电压测量值。
在图2中示出的实施例基本上对应于在图1示出的实施例。但是图2的实施例还用于直流电压设备。在此电容C1、C2、C3、C4在对称构造的、消减电势的传输组件90中增加了相应并联的电阻R1、R2、R3、R4，由此形成补偿的分压器。电阻R1和R2分别具有比分支Z1和Z2的相应两个电阻R4和R5高出1000倍的值。如果电阻R3和R4的阻值大小尤其是在kΩ范围内，则电阻R1和R2具有在MΩ范围内的阻值。此外R1和R2尤其是针对至少10W的功率而设计的。
在图1和图2中还可以看出，为了高压绝缘，传输组件90以及两个相邻设置的分支Z1和Z2放置在包括两个分支Z1、Z2的绝缘体80中。
权利要求
1.一种用于向处于高压电势的电测量设备(1)提供电能(E)的装置，至少包括-处于地电势的第一变压器(T1)，其具有初级端，该初级端与用于产生提供能量的馈电信号(Us)的发电机(3)连接，以及对称划分的次级端，该次级端的划分位置(K3)位于地电势(20)，-处于高压电势的第二变压器(T2)，其具有对称划分的初级端，该初级端的划分位置(K4)位于高压电势，以及次级端，该次级端与测量设备(1)连接以提供能量，以及-对称建立的、电势下降的传输组件(90)，其具有两个并联分支(Z1，Z2)，这些分支在第一变压器(T1)的次级端和第二变压器(T2)的初级端之间延伸，分别具有至少两个分压装置(C1，C2，C3，C4，R1，R2，R3，R4)以及位于这两个分压元件之间的节点(K1，K2)以用于分压，以及通过两个节点(K1，K2)分别经由一根导线(E1，E2)与所述测量设备(1)连接以测量电压。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测量设备(1)实施为用于确定电流和电压。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述发电机(3)设计为小功率的，使得借助馈电信号(Uss)向测量设备(1)输入最高为100mW的电功率。
4.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述两个分支(Z1，Z2)紧密相邻地设置。
5.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述两个分支(Z1，Z2)在传输组件(90)中相邻地设置在绝缘体(80)中。
6.根据上述权利要求之一所述的装置，其中，所述馈电信号(Us，Us+，Us-，Uss)具有在1kHz到1MHz之间的馈电频率。
7.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，设置附加的、尤其是光学的传输段(2)来传输由测量设备(1)确定的测量信号。
8.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述各分支(Z1，Z2)的至少两个分压装置是至少两个电容(C1，C2，C3，C4)。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述各分支(Z1，Z2)的至少两个分压装置是由至少一个电容(C1，C2，C3，C4)和至少一个电阻(R1，R2，R3，R4)形成的至少两个并联电路。
全文摘要
本发明涉及向处于高压电势的电测量设备提供电能的装置。其至少包括处于地电势的第一变压器(T1)，其具有与用于产生提供能量的馈电信号(Us)的发电机(3)连接的初级端，以及对称划分的次级端，该次级端的划分位置(K3)位于地电势(20)。此外该装置还包括处于高压电势的第二变压器(T2)，其具有对称划分的初级端，该初级端的划分位置(K4)置于高压电势，和与测量设备(1)连接以提供能量的次级端，以及对称建立的、电势下降的传输组件(90)，其具有两个并联分支(Z1，Z2)，该分支在第一变压器(T1)的次级端和第二变压器(T2)的初级端之间延伸，分别具有至少两个分压装置(C1，C2，C3，C4)以及位于这两个分压元件之间的节点(K1，K2)以用于分压，通过两个节点(K1，K2)分别经由一根导线(E1，E2)与所述测量设备(1)连接以测量电压。
文档编号H02J17/00GK101048667SQ200580036392
公开日2007年10月3日 申请日期2005年8月12日 优先权日2004年8月24日
发明者西格弗里德·伯克尔, 斯蒂芬·海恩 申请人:西门子公司