(57)【要約】本発明は、高圧電位におかれた電気測定器に電気エネルギーを供給するための装置に関する。本装置は少なくとも、大地電位側の第１の変圧器（T1）を含み、この第１の変圧器はエネルギーを供給する供給信号（Us）を発生させるための発生器（３）が接続される一次側及び対称的に分割されその分割個所（K3）が大地電位に置かれる二次側を有する。さらに本装置は少なくとも、高圧電位側の第２の変圧器（T2）を含み、この第２の変圧器は、対称的に分割されその分割個所（K4）が高電圧電位に置かれる一次側、及び測定器（１）がエネルギー供給のために接続されるべき二次側を有する。さらに本装置は少なくとも、対称的に構成され電位を減ずる伝達要素（９０）を含み、この伝達要素は、第１の変圧器（T1）の二次側と第２の変圧器（T2）の一次側との間に延びる２つの並列の分枝（Z1、Z2）、それぞれ分圧のため少なくとも２つの分圧器手段（C1、C2、C3、C4）及び分圧器手段間に置かれる節点（K1、K2）を有し、両節点（K1、K2）を介してそれぞれ導体（E1、E2）により測定器（１）と電圧測定のため結合し得るようになっている。
2008510976.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧電位に置かれた電気測定器（１）に電気エネルギー（Ｅ）を供給するための装置において、少なくとも、大地電位側の第１の変圧器（T1）と、高電圧電位側の第２の変圧器（T2）と、対称的に構成され電位を減ずる伝達要素（９０）とを備え、
前記第１の変圧器（T1）は、エネルギーを供給する供給信号（Us）を発生させるための発生器（３）が接続される一次側、及び対称的に分割されその分割個所（K3）が大地電位に置かれる二次側を有し、
前記第２の変圧器（T2）は、対称的に分割されその分割個所（K4）が高圧電位に置かれる一次側、及び測定器（１）がエネルギー供給のために接続されるべき二次側を有し、
前記伝達要素（９０）は、第１の変圧器（T1）の二次側と第２の変圧器（T2）の一次側との間に延びる２つの並列の分枝（Z1、Z2）、それぞれ分圧のため少なくとも２つの分圧器手段（C1、C2、C3、C4、R1、R2、R3、R4）及び分圧器手段間に置かれる節点（K1、K2）を有し、両節点（K1、K2）を介してそれぞれ導体（E1、E2）により測定器（１）と電圧測定のため結合し得るようになっている
ことを特徴とする測定器の電気エネルギー供給装置。
【請求項２】
測定器（１）が電流及び電圧の検出のために形成されていることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
発生器（３）が、測定器（１）に供給信号（Uss）を用いて最大で100mWの電力が供給され得るように低出力に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の装置。
【請求項４】
両分枝（Z1、Z2）が互いに密に隣接して配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の装置。
【請求項５】
両分枝（Z1、Z2）が伝達要素（９０）において並んで絶縁体（８０）内に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の装置。
【請求項６】
供給信号（Us、Us＋、Us−、Uss）が１kHz〜１MHzの間の供給周波数を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の装置。
【請求項７】
測定器（１）によって検出された測定信号を伝送するため、補助の、特に光学的の、伝送経路（２）が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の装置。
【請求項８】
各分枝（Z1、Z2）の少なくとも２つの分圧器手段が少なくとも２つのキャパシタンス（C1、C2、C3、C4）であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の装置。
【請求項９】
各分枝（Z1、Z2）の少なくとも２つの分圧器手段が、少なくとも１つのキャパシタンス（C1、C2、C3、C4）と少なくとも１つの抵抗（R1、R2、R3、R4）とからなる少なくとも２つの並列回路であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧電位におかれた電気測定器に電気エネルギーを供給するための装置に関する。
【０００２】
高電圧設備においては、保護及び測定の目的のために高圧電位にある導体中の電流を測定することが必要である。コスト上の理由から、また妨害から安全なデータ伝送のために、なお高圧電位にある変流器の信号をディジタル化し、その測定信号をさらに処理するため光導体により大地電位に伝送することが有利であることが立証されている。しかしながらそのためには高圧電位にある電子装置に補助エネルギーを供給しなければならない。同様に保護及び測定の目的のために導体の電圧を測定することが必要である。そのために現在は別々の変流器及び計器用変圧器が設置され、その結果２つの機器に対するコスト及び配線経費が生じる。
【０００３】
「センサ及びアクチュエータA（Sensors and Actuators A）」25〜27巻（1991）475〜480頁には、光源（ここではレーザダイオード）の光を光電変換器に伝送し、そこで電気エネルギーに変換する装置が記載されている。その電気エネルギーはセンサの給電に用いられる。センサの測定データは同様に光導体を介して光学的に伝送される。しかしながら、使用される特殊構成要素、特に高性能のレーザ、光電変換器及び光学的プラグ接続に基づいて、この供給システムは相当の経費及びコストと結び付いている。
【０００４】
独国特許第910925号明細書に示されているガス又は蒸気放電ギャップの調節及び操作のための装置においては、高周波信号が容量性の構成要素を用いて伝送される。順方向に対する第１の容量性分枝と逆方向に対する第２の容量性分枝とが設けられている。高周波の信号は、もちろんエネルギー供給に用いられるのではなく、むしろ高圧電位におかれた点弧回路の制御に用いられる。
【０００５】
独国特許出願公開第2911476 A1号明細書には、補助エネルギーを容量的に高圧電位に伝送するため２つのコンデンサユニットを使用する装置が記載されている。同時にコンデンサ基部には電圧測定のための容量性の分割器が組まれる。クロスリアクトルの課題は、高周波発生器を無効電力の調達から解放し、隣接するコンデンサ間に生じる絶縁差を調整することである。しかしながらこの装置は個別構成要素を多数必要とすることによって、実現に費用がかかる。さらにまたこの装置によって電流及び電圧の検出を行おうとすると、２つの分離した測定用の電子モジュールが設けられなければならない。
【０００６】
本発明の課題は、高圧電位におかれた電気測定器に電気エネルギーを供給するための装置において、できるだけ簡単なエネルギー供給を保証し、かつ同時に所要面積及び材料を節約することのできる装置を提供することにある。
【０００７】
この課題を解決するため、請求項１の特徴に相応して、高圧電位におかれた電気測定器に電気エネルギーを供給するための装置が提供される。
【０００８】
高圧電位におかれた電気測定器に電気エネルギーを供給するための本発明による装置は少なくとも、大地電位側の第１の変圧器と、高電圧電位側の第２の変圧器と、対称的に構成され電位を減ずる伝達要素とを備え、
第１の変圧器は、エネルギーを供給する供給信号を発生させるための発生器が接続される一次側、及び対称的に分割されその分割個所が大地電位に置かれる二次側を有し、
第２の変圧器は、対称的に分割されその分割個所が高圧電位に置かれる一次側、及び測定器がエネルギー供給のために接続されるべき二次側を有し、
伝達要素は、第１の変圧器の二次側と第２の変圧器の一次側との間に延びる２つの並列の分枝、それぞれ分圧のため少なくとも２つの分圧器手段及び分圧器手段間に置かれる節点を有し、両節点を介してそれぞれ導体により測定器と電圧測定のため結合し得るように構成されている。
【０００９】
本発明はその際、それぞれ対称化された信号を導く２つの導体を一緒にすると、対称化された信号はそれらの逆相の位相関係に基づいて相互に相殺されるという認識に基づいている。従って、両分枝により形成され２つに分けられた伝送経路により、高圧電位に置かれた測定器を大地電位に置かれた発生器により発生される供給信号により駆動すること、及び同時に、電圧が両分枝から取り出される電圧測定を供給信号によって妨げられることなく行うことが可能である。
【００１０】
本発明によるセンサホイールの有利な実施形態は、請求項１の従属請求項から明らかである。
【００１１】
測定器が電流及び電圧の検出のために形成されていることは特に有利である。従って分圧器のすべての部分は１つのハウジング内にあり同時に作られる。構成要素の場合によっては存在するかもしれない温度変化は理想的な形で相殺される。加えて、ただ１つの測定値検出電子装置を必要とするだけである。
【００１２】
さらに、測定器に供給信号を用いて最大で100mWの電力を供給し得るように発生器が低出力に形成されると有利である。本発明による装置は従ってクロスリアクトルを必要としない。測定用電子装置の低い補助エネルギー消費によって、供給電圧の振幅及び周波数は低く保持することができる。従って低い技術的費用でもって供給電圧源はコンデンサのための無効電力を供給することができる。即ち高圧コンデンサにおけるクロスリアクトルの取り付け及び接触は費用がかかり、またコンデンサの別の製作簡略化を妨げる。加えて交流電圧に使用するためにコンデンサ以外に高電圧枝路において補助の部品を必要としない。コンデンサは従って大量に作ることのできる通常の制御コンデンサと同じように製作することができる。
【００１３】
両枝路は互いに密に隣接して配置されるのが有利である。それによって装置の所要面積が減少する。さらに、両分枝の空間的に密な近隣性が、供給エネルギーのそれ自体望ましくない放射が起きるのを防止する。それぞれ順方向及び逆方向に定められた両分枝は、二本巻導体装置と似た作用をし、放射作用の相互補償がなされる。
【００１４】
両分枝が並んで絶縁体内に配置されていると有利である。それによって、両分枝の電圧絶縁のためのコストが減少する。何故なら、少なくとも１つの共通の絶縁体ハウジングを用いることができるからである。
【００１５】
供給信号は、とりわけ１kHz〜１MHzの間の供給周波数を有するのが有利である。この周波数範囲においては、供給エネルギーの放射を良好に阻止することができる。さらに上述の下限値は、公的のエネルギー供給装置において使用される系統周波数（直流又は50Hz又は60Hz）並びにその測定及び評価目的のために場合によって重要な高調波から十分遠く離れており、その結果影響を排除することができる。
【００１６】
測定器によって得られた測定信号を伝送するための、特に光学的の、補助伝送経路が設けられると特に有利である。それによって、供給信号と測定信号との間の特に良好な分離が得られる。
【００１７】
さらに、各分枝の少なくとも２つの分圧器手段が少なくとも２つのキャパシタンスであると有利である。それをもって特に簡単にかつコストを安く分圧器を作り上げることができる。
【００１８】
各分枝の少なくとも２つの分圧器手段が、少なくとも１つのキャパシタンスと少なくとも１つの抵抗とからなる少なくとも２つの並列回路であると有利である。従って本発明による装置は直流設備にも交流設備にも組み込むことができる。
【００１９】
本発明の有利な、しかしながらそれに限定されるものではない実施例を、以下に図面に基づいて詳細に説明する。明確にするため図は縮尺に従って描かれておらず、特徴部分を概略図示されている。なお各図において互いに相応する部分は同符号が付されている。
【００２０】
図１には、高圧電位におかれた電流及び電圧測定器１に電気エネルギーを供給するための装置の実施例が示されている。装置の対称的に構成され電位を減ずる伝達要素９０は、分圧器として設けられた４つのキャパシタンスC1〜C4を有する。その際キャパシタンスC1〜C4の値についてはC1＝C2及びC3＝C4であり、その際キャパシタンスC3及びC4はキャパシタンスC1及びC2の100倍〜10000倍の大きさであるのが好ましい。例えばキャパシタンスC1及びC2に対しては0.1nF〜10nFの値が考えられる。それに応じてキャパシタンスC3及びC4は10nF〜100μFの値を取らなければならない。電圧測定のための電圧取り出しは、節点K1及びK2において高圧電位で行われる。測定器１の測定用電子装置は同様に高圧電位にあり、電流及び電圧値を同時に検出し、これらをディジタル化し、それらを少なくとも１つの光導体２を介して大地電位２０に伝送する。測定器１の測定用電子装置は補助エネルギー消費の点でできるだけ経済的に構成され、その結果特に100mWを超えることはない。補助エネルギーの供給は２つの変圧器T1及びT2を介して行われる。変圧器T1及びT2は、それらの端子１５、１６及び１７、１８を介して２つの分枝Z1及びZ2により相応して相互に結合されている。変圧器T1はインダクタンスL1、L2及びL3を含み、変圧器T2はインダクタンスL4、L5及びL6を含む。各変圧器T1ないしT2の相応するインダクタンスL1、L2及びL3ないしインダクタンスL4、L5及びL6は共通の磁心上に配置され、従って磁気的に互いに密に結合されているのが有利である。
【００２１】
発生器３によって発生され、例えば１kHz〜１MHzの周波数範囲内にあることができ、また例えば10V〜１kVの電圧値を有していてよい供給信号Usは、変圧器T1のインダクタンスL3を有する一次側を介して変圧器T1に導かれる。供給信号Usは、変圧器T1の両インダクタンスL1及びL2を有する二次側において対称化された供給信号Us＋及びUs−に変換される。そのため両インダクタンスL1及びL2間には接地された分割個所K3が配置されている。第２の変圧器T2は、一次側のインダクタンスL4及びL5間に配置された分割個所K4を有し、この個所は高圧導体７と結ばれている。変圧器T2の一次側に導かれる対称化された供給信号Us＋及びUs−は、変圧器T2の二次側で供給信号Ussになる。この供給信号は、変圧器T2の二次側と結ばれた供給導体S1及びS2を介して測定器１のエネルギー供給ユニット１４に供給される。変圧器T2の二次側はこの場合インダクタンスL6を有する。
【００２２】
対称化された供給信号Us＋及びUs−に対し、インダクタンスL1及びL2並びにL4及びL5が直列に接続され、それ故例えば１mHを超える高いインダクタンスを有する。従ってインピーダンスは例えば100Ω〜10kΩの範囲にある。通常０Hz（直流）〜500Hzの周波数範囲にあり得る測定すべき高電圧に対して、インダクタンスL1及びL2並びにL4及びL5はそのそれぞれの磁心上に逆並列に接続され、従って係数10〜1000だけ小さいインダクタンスを有し、この例では１μH〜100μHの間の値を有することができる。この結果、測定すべき高電圧の周波数の範囲においては例えば１Ωより小さいインピーダンスが存在する。このインピーダンスは、キャパシタンスC1及びC2のインピーダンスに比して極めて小さく、その結果電圧測定時のインダクタンスL4及びL5における電圧降下は無視することができる。
【００２３】
高圧導体７の電流値の検出は、例えば図１に示されるように、誘導性の変流器６によって行うことができる。例えば分流器を用いた電流測定のような他の電流測定法も可能である。変流器６によって生じた測定信号は２つの導体E3及びE4を介して差増幅器として接続された演算増幅器８に送られ、その際導体E3は演算増幅器８の非反転入力端と、また導体E4は演算増幅器８の反転入力端と結ばれている。両導体E3及びE4を互いに結合する抵抗R8はさらに演算増幅器８の両入力端に並列に接続されている。抵抗R8はこのため特に10mΩ〜100Ωの範囲の抵抗値を持っている。増幅器の出力端はAD変換器９と接続され、この変換器は演算増幅器８から供給されるアナログ信号をディジタル化し、伝達ユニット１０に転送する。
【００２４】
電圧測定のため、キャパシタンスC3及びインダクタンスL4ないしキャパシタンスC4及びインダクタンスL5において降下し両節点K1及びK2を介して取り出される電圧が２つの導体E1及びE2を介して測定器１に導かれ、そこで加算器として接続された別の演算増幅器４を用いて加算される。その際、一方では演算増幅器４の非反転入力端が高電圧導体７と、他方では演算増幅器４の反転入力端が抵抗R6を介して節点K1と、そして抵抗R5を介して節点K2と結ばれている。さらにまた抵抗R7が演算増幅器４の反転入力端を演算増幅器４の出力端と結んでいる。抵抗R5及びR6に対する抵抗値は特に100Ω〜１MΩの範囲にあるのが有利である。抵抗R7に対しても100Ω〜１MΩの範囲の抵抗値が適している。対称化された供給信号Us＋及び対称化された供給信号Us−は、２つの逆相信号として両分枝Z1及びZ2に導かれ、一方問題の高電圧に起因すべき電圧は両分枝Z1及びZ2において同相であるから、理想的に対称な構成の場合には加算器の出力端において逆相の供給信号は相殺され、一方測定電圧降下は倍になる。構成における非対称によって残る供給電圧残余は容易に低域フィルタ５によって除去することができる。何故なら高電圧の周波数と供給信号の周波数とはほぼ１桁だけ異なるからである。低域フィルタ５の出力端はAD変換器１１と結合され、そのAD変換器は低域フィルタ５から供給されるアナログ信号をディジタル化し、同じように伝達ユニット１０へ転送する。
【００２５】
伝達ユニット１０は光源１３（特にフォトダイオードが有利）を含み、この光源により、ディジタル化された電流及び電圧測定値は光伝送によって光導体２を介して好ましくは大地電位２０におかれた評価ユニット１２に送ることができる。
【００２６】
図２に示される実施例はほぼ図１に示される実施例に相応している。それはしかしながらさらに直流電圧設備に使用するために考慮されている。この実施例においては、キャパシタンスC1、C2、C3及びC4は対称的に構成された電位を減ずる伝達要素９０において相応に並列接続された抵抗R1、R2、R3及びR4だけ拡張され、それをもって補整された分圧器が生じる。抵抗R1及びR2はそれぞれ各分枝Z1及びZ2の相応する両抵抗R4及びR5より係数1000だけ高い値を有する。抵抗R4及びR3の値が特にkΩの範囲の大きさに定められている場合には、抵抗R1及びR2はそれに従ってMΩの範囲の抵抗値を有する。R1及びR2はさらに特に少なくとも10Wの出力が出るように定められている。
【００２７】
図１及び図２において、さらに、高圧絶縁のため、伝達要素９０は相並んで配置された分枝Z1及びZ2と共に両分枝Z1、Z2を含む絶縁体８０内に収納されていることが認められる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】交流電圧設備に使用するため、高圧電位におかれた電流及び電圧測定器に電気エネルギーを供給するための本発明による装置の構成配置図である。
【図２】直流電圧設備及び交流電圧設備に使用するため、高圧電位におかれた電流及び電圧測定器に電気エネルギーを供給するための本発明による装置の構成配置図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  電流及び電圧測定器
２  光導体
３  発生器
４  演算増幅器
５  低域フィルタ
６  変流器
７  高圧導体
８  演算増幅器
９  AD変換器
１０  伝達ユニット
１１  AD変換器
１２  評価ユニット
１３  光源
１４  エネルギー供給ユニット
１５、１６、１７、１８  端子
２０  大地電位
８０  絶縁体
９０  伝達要素
C1、C2、C3、C4  キャパシタンス
E1、E2、E3  導体
K1、K2  節点
K3、K4  分圧個所
L1、L2、L3、L4、L5、L6  インダクタンス
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8  抵抗
S1、S2  供給導体
T1  第１の変圧器
T2  第２の変圧器
Z1、Z2  分枝
Us  Us−、Us＋、Uss  供給信号
【図１】
2008510976.tif 000003
【図２】
2008510976.tif 000004
【国際調査報告】
2008510976.tif 000005
2008510976.tif 000006
2008510976.tif 000007
2008510976.tif 000008