专利名称：用于测量导线上的电压的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分的特征的方法。
背景技术：
特别是在中压技术中，通过使用在支座绝缘子中的套管式电容或环形电极可以实现相对于感性电压互感器来说价格非常便宜的可以被用作所谓的初级互感器的容性分压器。这样的容性分压器目前例如被用于电压测试。但是由于电容的高的容差在容性分压器情况下必须考虑到直至25％的测量误差，假如没有进行合适的测量值校正。如果不校正，这种形式的互感器对于电压测量来说通常是不合适的，因为对于测量应用来说测量误差通常必须小于5％。
为了使容性分压器也能够用于测量任务，需要进行分压器补偿或者说需要进行测量值校正。具有容性分压器和合适的测量值校正的测量方法在德国专利申请公开DE10346356A1中公开。在该公知的方法中借助具有耦合到导线的容性分压器和测量装置的测量设备来测量导线上的电压。首先测量其高压端子与所述导线相连的容性分压器的低压端子上的电压，以形成低压测量值。所测量的低压测量值用具有测量设备的传输函数的反传输函数的校正单元来校正。在考虑校正的低压测量值的情况下接着形成给出导线上的电压的测量值。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，进一步扩展所描述种类的方法，使得其可以特别简单地实施。
按照本发明，上述技术问题通过一种根据权利要求1的特征部分的方法解决。按照本发明的方法的优选实施方式在从属权利要求中给出。
按照本发明，对于低压端子上两种不同的负载状态借助在低压端子上的电压确定测量设备的传输函数的时间常数，并且在考虑该时间常数的条件下确定反传输函数。
按照本发明的方法的主要优点在于，在该方法中无需附加地测量在容性分压器上实际施加的初级电压就可以进行相位角补偿或者说相位角校正，从而就是在测量设备运行期间也可以非常简单地进行相位角补偿，并且特别是在测量设备运行期间还可以任意地重复。由此例如可以定期地或者连续地监控通过反传输函数确定的相位角校正并且在测量设备中可能出现漂移现象的情况下匹配到各个新的条件。
用该方法例如可以测量输电线的相线上的电压。
优选地，还考虑容性分压器的幅值分压比(
)；也就是该工作方式使得可以在形成测量值时使用所述低压值、时间常数和幅值分压比，由此可以根据幅值和相位进行测量值校正。
优选地通过测量在高压端子上的电压以形成高压测量值，并且将高压测量值和低压测量值之间的比用作分压值(Teilerwert)，来确定分压值。分压值的确定例如可以一次性地进行并且在安装测量设备时确定。
通过将一阶高通滤波器用作反传输函数，可以特别简单和由此具有优势地进行相位角校正。
优选地，用所确定的时间常数按照下式形成反传输函数 其中，T1表示所确定的时间常数，Tk表示另一个可自由选择的时间常数并且K表示测量设备的变换系数。
优选地，这样选择该可自由选择的时间常数，使得其与测量装置的电流输入端上的时间常数一致。以这种方式可以将测量装置的时间常数一起包括在相位角校正中。
例如，可以通过用来测量低压端子上的电压的测量装置的内阻来形成两种电气负载状态中的一种。
两种电气负载状态中的另一种例如可以如下地来形成除了测量装置的内阻还连接一个附加的电气组件。作为附加的电气组件优选地连接附加的电阻或附加的电压源。附加的电气组件优选地可以与测量装置的内阻电气串联或并联。
在使用附加的电阻的情况下考虑到测量设备的简单和低成本的结构，优选地将附加的电阻连接在低压端子和内阻之间。
测量设备的传输函数的时间常数T1例如根据下式简单和由此具有优势地确定
其中，RK1表示测量装置的内阻，RK2表示由测量装置的内阻与所连接的电阻的电阻和，
表示对于两种不同的电气负载状态在低压端子上的电压的相位的相位差。
此外，本发明还涉及一种用于测量导线上的电压的测量设备，具有其高压端子与导线相连的容性分压器，和测量装置，该测量装置测量容性分压器的低压端子上的电压以形成低压测量值并且用该低压测量值形成给出导线上的电压的测量值，其中，为了形成测量值将所测量的低压测量值用具有测量设备的传输函数的反传输函数的校正单元校正。
这样的测量设备同样在德国专利申请公开DE10346356A1中公开。
本发明关于这样的测量设备的技术问题是，进一步扩展该测量设备，使得可以特别简单地进行测量值校正。
按照本发明该技术问题如下地解决这样构造测量装置，使得其适合于借助在低压端子上的电压对于低压端子上两种不同的负载状态测量测量设备的传输函数的时间常数，并且在考虑这样确定的时间常数的条件下形成反传输函数。
关于按照本发明的测量设备的优点和关于按照本发明的测量设备的优选实施方式参见关于按照本发明的方法的上面提到的实施方式。
测量设备优选地具有可接通的电气组件，其在接通的状态下构成两种电气负载状态中的另一种。
测量装置优选地被构造为具有用于转换负载状态和用于形成反传输函数的分析装置。
可接通的电气组件例如可以形成测量装置的组成部分并且由分析装置控制以便转换负载状态。
作为替换，附加的电气组件还可以形成分开的、与测量装置相连的校准装置的组成部分并且由分析装置控制以便转换负载状态。
测量装置优选地具有用于测量在高压端子上的电压的电压测量装置，以便在考虑低压测量值的条件下还可以确定容性分压器的幅值分压比。在高压端子上的电压的电压测量值优选地被馈入到分析装置中用于进一步处理。
此外，本发明还涉及一种针对用于测量导线上的电压的测量设备的测量装置，其中，所述测量装置适合于测量容性分压器的低压端子上的电压以形成低压测量值并且用该低压测量值形成给出导线上的电压的测量值，其中，为了形成测量值所述测量装置将所测量的低压测量值用具有测量设备的传输函数的反传输函数的校正单元校正。
这样的测量装置同样在德国专利申请公开DE10346356A1中公开。
关于这样的测量装置本发明要解决的技术问题是，进一步扩展该测量装置，使得可以特别简单地进行测量值校正。
按照本发明该技术问题如下地解决该测量装置适合于借助在低压端子上的电压对于低压端子上两种不同的负载状态测量测量设备的传输函数的时间常数，并且在考虑这样确定的时间常数本身的条件下形成反传输函数。
关于按照本发明的测量装置的优点和关于按照本发明的测量装置的优选实施方式参见关于按照本发明的方法的上面提到的实施方式。
此外，本发明还涉及一种用于测量设备的校准装置。按照本发明，校准装置具有用于连接到测量装置的控制端子，校准装置具有适合于连接到容性分压器的电压测量端子，校准装置具有与电压测量端子相连的并且适合于连接到外部测量装置的输出端子，根据控制端子上的控制信号被断开或被闭合的开关元件与所述控制端子相连，并且与所述开关元件一起在电压端子和输出端子之间可以连接可接通的电气组件用于转换负载状态。
下面结合实施例对本发明作进一步说明；在此，附图示例性地 图1示出了按照本发明的测量设备的第一实施例和按照本发明的测量装置的实施例以及按照本发明的校准装置的实施例， 图2示出了针对按照图1的校准装置的第一开关状态的测量装置的等效电路图， 图3示出了针对按照图1的校准装置的第二开关状态的测量装置的等效电路图， 图4示出了针对按照图1的测量装置的分析装置的数字滤波器的实施例， 图5示出了按照本发明的测量设备的第二实施例和按照本发明的测量装置的实施例以及按照本发明的校准装置的实施例，以及 图6示出了按照图5的校正装置的开关状态的等效电路图。
在图1至6中为清楚起见相同或相似的元件使用同一个附图标记。
具体实施例方式 在图1中示出了测量设备10的第一实施例。测量设备10具有容性分压器20，其通过高压电容Co和低压电容CU1形成。高压电容器Co的两个端子中的一个形成容性分压器20的高压端子O20；高压电容器Co的两个端子中的另一个形成容性分压器20的低压端子U20。容性分压器20的低压端子U20此外与低压电容CU1的一个端子相连，低压电容CU1的另一个端子例如接地或接到另一个电位。
容性分压器20的高压端子O20连接到未进一步示出的输电线的相线30，以便可以测量相线30上的线电压UE。
容性分压器20的低压端子U20连接到同轴电缆40的一端，该同轴电缆在电气上形成电容CU2；该电容CU2与低压电容CU1电气并联。
校准装置50与同轴电缆40的另一端相连，具体说利用其电压测量端子M50相连。附加的电气组件60连接到电压测量端子M50，其中电气组件60例如可以是电阻RZ。电气组件60此外还与校准装置50的输出端子A50相连。
此外，在图1中还可以看出校准装置50的开关元件65，其开关端子与电压测量端子M50和输出端子A50相连，并且其控制端子与校准装置50的控制端子S50相连。
在校准装置50之后设置了测量装置70，该测量装置70例如可以通过现场设备或保护设备形成。测量装置70具有电阻RK1，在电阻RK1之后连接感性互感器80、A/D转换器90和分析装置100。分析装置100例如可以通过可编程的微处理器装置形成，其中实现或可实现一个或多个数字滤波器。
测量设备10例如可以如下地被驱动 由分析装置100依次将校准装置50的开关元件65置于下列开关状态 由此，对于两个开关状态Z1和Z2形成等效电路图，如在图2和3中所示；在此，图2示出对于开关元件65闭合的情况的等效电路图，而图3示出开关元件65断开的情况的等效电路图。RK2按照下式表示电阻RZ和RK1的电阻和 RK2＝RZ+RK1. 此时，根据等效电路图可以计算分析装置100中电压UE和UA a)开关状态Z1(开关元件65闭合) b)开关状态Z2(开关元件65断开) 其中对于参数V、T1、T2和CU下式成立 T1＝RK1·(CO+CU) T2＝RK2·(CO+CU) CU＝CU1+CU2 假定输入电压UE在补偿过程期间保持恒定，则以下公式成立 在负载电阻RK1以及RK2改变时产生的角度突变
由下式计算
通过变形得到以下二次方程
其中 由此，产生如下用于计算想要的时间常数T1的公式
在该解中得出的视在解
或者可以通过利用对于该解的估计值的或然性测试，或者可以通过对于另一对校准电阻RK列出公式来进行。在两种情况下得出的解是正确的解。
可以通过比较测量来确定容性分压器20连同同轴电缆40的幅值分压比V。为此，相线30上当前的电压幅值UE由在测量设备10中至少临时存在的并且在图1中由于清楚性原因没有示出的附加的电压测量装置的显示设备读出并且作为在图中没有示出的分析装置100的附加的测量值输入端上的参考值，例如被手动地输入到该分析装置100。该输入可以一次性地进行并且例如在首次安装测量设备时进行。
为了对在图1中对于开关状态Z1用附图标记UA1表示的并且对于开关状态Z2用附图标记UA2表示的电压测量值进行校正，在分析装置100中例如采用数字滤波器110，如在图4中示例性示出的。数字滤波器110的功能在于，校正通过容性分压器20、同轴电缆40、校准装置50以及内阻RK1确定的测量设备10的传输函数G，并且利用低压测量值UA1和UA2在A/D转换器90的输出端形成校正后的测量值i(k)。为此，在分析装置100中使用相对于待校正的传输函数G的反校正传输函数Gkorr。
因为反校正传输函数Gkorr用对于频率f＝0具有无限放大的π单元表示，合适的是，将反校正传输函数设置为具有附加的极点(Polstelle)；以这种方式可以避免偏移问题(Offsetprobleme)。作为结果的校正传输函数例如形成具有另一个可自由选择的特征时间常数的一阶高通滤波器。如下合适地设置该时间常数，使得其与测量装置70的电流输入端M70的特征时间常数一致。以下公式示出了产生的校正传输函数 TK表示自由选择的时间常数，K表示测量设备的变换系数。K对应于相线30上的电压UE和没有补偿的容性分压器的低压端子U20上的电压UA的商，并且由此在数值上理想地等于幅值分压比V＝CO/(CO+CU)。如果测量设备的另一个元件导致放大误差，则同样用因数K校正该放大误差；在这种情况下K和V不再相同。
在使用双线性变换的条件下校正传输函数可以按照以下方式在z区域中被确定 数字滤波器110由此在z区域中具有以下传输函数 为了计算校正传输函数的相关系数得出如下公式 其中 fa在此表示所使用的采样频率。
在图5中示出了测量设备10的第二实施例，其中作为附加的电气组件60采用电压源200。图6示出形成的等效电路图。
可以利用以下的公式计算输入电压UE 假定已知电阻R并且电压UK在两个开关状态Z1和Z2中分别取两个不同的已知电压值UK1和UK2，则对于两种开关状态Z1和Z2可以列出以下公式 在此假定，输入电压UE对于两种开关状态是常量。利用结合图1至4在上面已经讨论的相同的方法求解示出的公式，从而在分析装置100中确定反校正传输函数Gkorr并且可以进一步使用。
权利要求
1.一种用于借助测量设备(10)测量导线(30)上的电压(UE)的方法，该测量设备具有耦合到所述导线的容性分压器(20)和测量装置(70)，其中，在该方法中，
-测量其高压端子(O20)与所述导线相连的所述容性分压器的低压端子(U20)上的电压(UA)，以形成低压测量值(UA1，UA2)，并且
-利用所述低压测量值形成给出所述导线上的电压的测量值(ik)，其中
-为了形成所述测量值，利用具有相对于测量设备的传输函数(G)的反传输函数(GKorr)的校正单元(110)校正所测量的低压测量值，
其特征在于，
借助低压端子上的电压对于低压端子上的两种不同的负载状态(Z1，Z2)确定所述测量设备的传输函数的时间常数(T1)，并且
-在考虑该时间常数的条件下确定所述反传输函数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，测量输电线的相线上的电压。
3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用一阶高通滤波器作为反传输函数。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，利用所述时间常数根据下式形成反传输函数
其中，T1表示所述时间常数，Tk表示另一个可自由选择的时间常数并且K表示所述测量设备的变换系数。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，这样选择所述可自由选择的时间常数，使得其与所述测量装置的电流输入端上的时间常数一致。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过用来测量低压端子上的电压的测量装置的内阻(RK1)形成两种电气负载状态中的一种。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，如下地形成两种电气负载状态中的另一种除了所述测量装置的内阻还补充连接一个附加的电气组件(60)。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，补充连接附加的电阻(Rz)或附加的电压(UK)作为附加的电气组件。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述附加的电气组件与所述内阻电气串联或并联。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的方法，其特征在于，所述附加的电阻连接在所述低压端子和所述内阻之间。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述测量设备的传输函数的时间常数T1根据下式确定
其中，RK1表示所述测量装置的内阻，RK2表示所述测量装置的内阻与所连接的电阻的电阻和，
表示对于两种不同的电气负载状态在低压端子上的电压的相位的相位差。
12.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
-确定所述容性分压器的幅值分压比(V)，并且
-在形成所述测量值时考虑所述低压测量值、所述时间常数和所述幅值分压比(V)。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，通过测量高压端子上的电压以形成高压测量值并且使用在高压测量值和低压测量值之间的比作为幅值分压比(V)，来确定幅值分压比(V)。
14.一种用于测量导线(30)上的电压的测量设备(10)，包括
-容性分压器(20)，其高压端子(O20)与所述导线相连，和
-测量装置(70)，该测量装置测量所述容性分压器的低压端子(U20)上的电压以形成低压测量值(UA1，UA2)并且用该低压测量值形成给出导线上的电压的测量值(i(k))，其中，为了形成所述测量值，将所测量的低压测量值利用具有相对于测量设备的传输函数(G)的反传输函数(GKorr)的校正单元(110)校正，
其特征在于，
-借助低压端子上的电压对于低压端子上的两种不同的负载状态(Z1，Z2)确定所述测量设备的传输函数的时间常数(T1)，并且
-在考虑这样确定的时间常数的条件下确定所述反传输函数。
15.根据权利要求14所述的测量设备，其特征在于，通过所述测量装置的内阻形成两种电气负载状态中的一种。
16.根据权利要求15所述的测量设备，其特征在于，所述测量设备具有可接通的电气组件，该电气组件在接通的状态下形成两种电气负载状态中的另一种。
17.根据上述权利要求中任一项所述的测量设备，其特征在于，所述测量装置具有分析装置(100)，用于转换所述负载状态并且用于形成所述反传输函数。
18.根据权利要求16或17中任一项所述的测量设备，其特征在于，所述可接通的电气组件形成所述测量装置的组成部分，并且由所述分析装置控制以便转换所述负载状态。
19.根据权利要求16或17中任一项所述的测量设备，其特征在于，附加的电气组件形成单独的、与所述测量装置相连的校准装置(50)的组成部分并且由所述分析装置控制以转换所述负载状态。
20.根据权利要求16或19中任一项所述的测量设备，其特征在于，所述附加的电气组件通过附加的电阻或者附加的电压源形成。
21.根据权利要求16或20中任一项所述的测量设备，其特征在于，所述附加的电气组件可以与所述测量装置的内阻电气串联或并联。
22.根据权利要求16或21中任一项所述的测量设备，其特征在于，所述可接通的电气组件通过附加的电阻形成，其可以被连接在所述低压端子和所述内阻之间。
23.根据上述权利要求中任一项所述的测量设备，其特征在于，所述测量设备具有电压测量装置，用于测量高压端子上的电压。
24.一种用于根据权利要求14-23中任一项所述的用于测量导线上的电压的测量设备的测量装置(70)，其中，所述测量装置适合于测量容性分压器的低压端子上的电压以形成低压测量值并且用所述低压测量值形成给出导线上的电压的测量值，其中，为了形成所述测量值所述测量装置利用具有相对于所述测量设备的传输函数的反传输函数的校正单元校正所测量的低压测量值，
其特征在于，
所述测量装置适合于借助低压端子上的电压对于低压端子上的两种不同的负载状态确定所述测量设备的传输函数的时间常数，并且在考虑这样确定的时间常数的条件下确定所述反传输函数。
25.根据权利要求24所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置具有分析装置，用于转换所述负载状态并形成反传输函数。
26.根据权利要求24-25中任一项所述的测量装置，其特征在于，通过所述测量装置的内阻形成所述两种电气负载状态中的一种。
27.根据权利要求26所述的测量装置，其特征在于，
-所述测量装置具有可接通的电气组件，其在接通的状态下形成所述两种电气负载状态中的另一种，并且
-所述可接通的电气组件由所述分析装置控制以转换所述负载状态。
28.根据权利要求25-27中任一项所述的测量装置，其特征在于，
-所述分析装置具有用于连接到可接通的电气组件的控制端子，该电气组件在接通的状态下形成所述两种电气负载状态中的另一种，并且
-所述可接通的电气组件由所述分析装置控制以转换所述负载状态。
29.一种用于根据权利要求14-23中任一项所述的测量设备的校准装置(50)，其特征在于，
-所述校准装置具有用于连接到所述测量装置的控制端子(S50)，
-所述校准装置具有适合于连接到容性分压器的电压测量端子(M50)，
-所述校准装置具有与所述电压测量端子相连的并且适合于连接到外部测量装置的输出端子(A50)，
-根据控制端子上的控制信号被断开或被闭合的开关元件(65)与所述控制端子相连，并且
-与所述开关元件一起在电压端子和输出端子之间可以连接用于转换负载状态的可接通的电气组件(Rz)。
全文摘要
本发明除了别的之外涉及一种用于借助测量设备(10)测量导线(30)上的电压(UE)的方法，该测量设备具有耦合到所述导线的容性分压器(20)和测量装置(70)，其中，在该方法中，测量其高压端子(O20)与所述导线相连的所述容性分压器的低压端子(U20)上的电压(UA)，以形成低压测量值(UA1，UA2)并且用所述低压测量值形成给出所述导线上的电压的测量值(ik)，其中，为了形成所述测量值，利用具有相对于测量设备的传输函数(G)的反传输函数(GKorr)的校正单元(110)校正所测量的低压测量值。按照本发明，借助低压端子上的电压对于低压端子上的两种不同的负载状态(Z1，Z2)确定所述测量设备的传输函数的时间常数(T1)，并且在考虑该时间常数的条件下确定所述反传输函数。
文档编号G01R19/25GK101535818SQ200680056258
公开日2009年9月16日 申请日期2006年10月30日 优先权日2006年10月30日
发明者安德烈亚斯·朱里希 申请人:西门子公司