CH547496A - Einrichtung zur messung von spannungen an hochspannungsleitern. - Google Patents

Description

  
 



   Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Mes sung von Spannungen an Hochspannungsleitern.



   Zur Messung von hohen Spannungen sind bisher mei stens induktive oder kapazitive Spannungswandler einge setzt worden. Die Verwendung von induktiven Spannungs wandlern stösst dann auf Schwierigkeiten, wenn verhältnis mässig hohe Spannungen gemessen werden sollen. In die sem Falle entsteht nämlich ein sehr hoher Aufwand für die
Isolation, der es angeraten erscheinen lässt, induktive Span nungswandler aus wirtschaftlichen Gründen zur Messung sehr hoher Spannungen nicht einzusetzen.



   Kapazitive Spannungswandler lassen sich mit vertretba rem Aufwand zwar auch zur Messung sehr hoher Spannun gen verwenden, jedoch haben sie den prinzipiellen Nachteil, dass sie zu Kippschwingungen neigen. Zur Unterdrückung dieser Kippschwingungen sind Zusatzeinrichtungen erforder lich, die einen recht beträchtlichen Aufwand erfordern.



   Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Ein richtung zur Messung von Spannungen an Hochspannungslei tern zu schaffen, die auch in einer Ausführung zum Messen sehr hoher Spannungen wirtschaftlich herstellbar ist.



   Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Einrichtung der ein gangs genannten Art geeignet, bei der erfindungsgemäss in einem von der zu messenden Spannung hervorgerufenen elektrischen Feld ein Messfühler aus einem Lichtwellenleiter angeordnet ist, der von polarisiertem Licht durchsetzt ist, so dass das Licht eine von der Höhe der zu messenden Span nung abhängige Drehung seiner Polarisationsebene erfährt; auf Niederspannungspotential ist eine Auswerteeinrichtung angeordnet, in der das polarisierte Licht in eine der zu mes senden Spannung proportionale elektrische Messgrösse umgesetzt wird. Mit Lichtwellenleiter sind dabei insbesondere
Index-Gradient-Leiter, Gradientenfasern und allgemein sol che Lichtleiter gemeint, deren transparenter Innenkörper einen von innen nach aussen abnehmenden Brechungsindex aufweist.

  Lichtwellenleiter können linear polarisierte Lichtstrahlen führen, ohne dass die Polarisation des Lichtes zerstört wird.



   Der Messfühler ist vorzugsweise von einer Toroidspule gebildet, die vom Hochspannungsleiter durchsetzt ist.



   Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass linear polarisiertes Licht beim Durchgang durch Stoffe, die in starken elektrischen oder magnetischen Feldern untergebracht sind, in seiner Polarisationsebene gegenüber dem des einfallenden Lichtes gedreht wird. Wird dafür gesorgt, dass der Lichtwellenleiter im vorliegenden Falle nur von der elektrischen Feldstärke in transversaler Richtung beaufschlagt wird, dann ist die Drehung der Polarisationsebene des Lichtes auf der Hochspannungsseite der zu messenden Spannung proportional.



   Um die Toroidspule gegen magnetische Beeinflussung abzuschirmen, ist sie vorteilhafterweise an ihren Stirnseiten mit jeweils einer ringförmigen Abschirmhaube versehen.



   Die erfindungsgemässe Messeinrichtung lässt sich mit besonderem Vorteil zur Messung von Spannungen in vollisolierten, metallgekapselten Hochspannungsschaltanlagen einsetzen, indem z. B. eine Toroidspule in einer ringförmigen Erweiterung des Aussenrohres der Anlage angeordnet ist.



   Die ringförmige Erweiterung des Aussenrohres ist innen vorteilhafterweise zum Teil durch Metallringe abgedeckt, die Abschirmringe für die stirnseitigen Bereiche der Toroidspule bilden. Eine Beeinflussung durch Magnetfelder kann dann nicht mehr auftreten.



   Die Auswerteeinrichtung der erfindungsgemässen   Heinrich    tung kann in unterschiedlicher Weise ausgeführt sein. Vorteilhaft erscheint es, wenn die Auswerteeinrichtung in an sich bekannter Weise einen magneto-optischen Modulator und eine Verstärkerschaltung enthält; der magneto-optische Modulator besteht vorteilhafterweise aus einer Spule aus einem Lichtwellenleiter und einer auf die Spule aufgebrachten, von der Verstärkerschaltung mit einem Strom gespeisten elektrischen Wicklung.



   Lichtwellenleiter zeigen erfahrungsgemäss eine bestimmte Temperaturabhängigkeit insofern, als die Drehung der Polarisationsebene des Lichtes in ihnen auch von der jeweiligen Temperatur des Lichtwellenleiters abhängig ist.



  Damit sich diese Temperaturabhängigkeit nicht auf das Messergebnis auswirken kann, ist vorteilhafterweise eine mit einer Abschirmung versehene Referenzwicklung aus einem Lichtwellenleiter vorgesehen, die von polarisiertem Licht durchsetzt ist; der Referenzwicklung ist z. B. in der Auswerteeinrichtung ein Auswerteteil zugeordnet, in dem die in der Referenzwicklung aufgetretene Drehung der Polarisationsebene ausgewertet wird.



   Der Auswerteteil enthält dabei vorteilhafterweise einen weiteren magneto-optischen Modulator, der aus einer Spule aus einem Lichtwellenleiter und aus einer auf die Spule aufgebrachten elektrischen Wicklung besteht.



   Zur Übertragung des polarisierten Lichtes zwischen der Toroidspule bzw. der Referenzwicklung und der Auswerteeinrichtung dienen vorteilhafterweise Lichtwellenleiter. Besonders vorteilhaft erscheint es, wenn diese Lichtwellenleiter Enden der Toroidspule und der Referenzwicklung sind. In diesem Falle entfallen nämlich Ankopplungsprobleme der Lichtwellenleiter an die Toroidspule bzw. die Referenzwicklung.



   Es erscheint auch vorteilhaft, wenn bei einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung jedem magneto-optischen Modulator der Auswerteeinrichtung ein optischer Analysator nachgeordnet ist, von denen jeweils zwei Lichtstrahlen auf jeweils zwei Photozellen gesandt werden; an jeweils zwei Photozellen ist ein Differenzverstärker angeschlossen und den Differenzverstärkern ist ein weiterer Differenzverstärker nachgeordnet, der über einen Leistungsverstärker eine im Kreise der Wicklungen der Modulatoren der Auswerteeinrichtung liegende Bürde mit einem Strom gespeist. An der Bürde fällt dann eine Spannung ab, die der zu messenden Spannung proportional ist.



   Das polarisierte Licht wird vorteilhafterweise von einer auf Niederspannungspotential angeordneten Lichtquelle   abge-    geben, die beispielsweise ein Laser sein kann.



   Bei einer Ausführung der erfindungsgemässen   Heinrich    tung mit einer Referenzwicklung ist es vorteilhaft, der Lichtquelle einen Strahlungsteiler nachzuordnen, von dem zu der Toroidspule und zu der Referenzwicklung führende Lichtwellenleiter abgehen.



   Als Lichtquelle wird mit Vorteil eine Laserdiode eingesetzt, die an einen Impulsgenerator angeschlossen ist; an den Impulsgenerator ist z. B. ferner über einen Phasenschieber ein Synchrondemodulator angeschlossen, der einen Bestandteil der Auswerteeinrichtung bildet. Der Einsatz von Laserdioden ist aus Kostengründen und aus Gründen einer langen Lebensdauer vorteilhaft.



   Die Auswerteeinrichtung kann - wie oben bereits kurz erwähnt wurde - auf vielfältige Weise ausgebildet sein, sie muss also nicht magneto-optische Modulatoren enthalten. Gegebenenfalls kann es nämlich vorteilhaft sein, die Auswerteeinrichtung mit elektro-optischen Modulatoren zu versehen.



   Zur Durchführung von Spannungsmessungen in Freiluftanlagen ist es vorteilhaft, gemäss einer Weiterbildung der Erfindung den Lichtwellenleiter des Messfühlers in einem Hochspannungsisolator der Einrichtung unterzubringen.



   Unter Hochspannungsisolatoren sind dabei sowohl stützerartige als auch durchführungsartige Isolieranordnungen zu verstehen, z. B. auch die Durchführung eines Leistungstransformators oder der Stützerteil eines Leistungs- oder Trennschalters.  



   Bei der erfindungsgemässen Einrichtung kann der Lichtwellenleiter des Messfühlers in unterschiedlicher Weise im Hochspannungsisolator angeordnet sein. Beispielsweise kann es vorteilhaft sein, den Lichtwellenleiter zwischen spannungssteuernden Elementen des Hochspannungsisolators anzuordnen, da sich in diesem Falle der Lichtwellenleiter in einem definierten elektrischen Feld befindet.



   Vorteilhaft erscheint es auch, wenn der Lichtwellenleiter des Messfühlers eine Spule bildet, weil dann der Lichtwellenleiter über eine grössere Länge einem elektrischen Feld ausgesetzt ist und damit auch bei verhältnismässig kleinen elektrischen Feldstärken noch eine messbare Drehung der Polarisationsebene eintritt.



   Die Spule aus dem Lichtwellenleiter ist in einem ungesteuerten Hochspannungsisolator vorzugsweise derart untergebracht, dass ihre Längsachse in Achsrichtung des Hochspannungsisolators verläuft. Es werden dann zur Drehung der Polarisationsebene des Lichtes die elektrischen Feldlinien ausgenutzt, die zwischen der an Hochspannung liegenden Elektrode und Erdpotential verlaufen. Dies setzt aber voraus, dass die jeweilige Spule aus dem Lichtwellenleiter keinen Fremdfeldeinflüssen ausgesetzt ist. Diese Voraussetzung wird in Höchstspannungsanlagen im allgemeinen erfüllt sein, da dort die Phasenabstände verhältnismässig gross sind.



   In vielen Fällen wird man einer Weiterausbildung der erfindungsgemässen Einrichtung den Vorzug geben, bei der die Spule aus dem Lichtwellenleiter in einem Hochspannungsisolator mit eingebetteten Steuerelektroden untergebracht ist; in einem solchen Isolator ist die Spule vorteilhafterweise zwischen benachbarten Steuerelektroden angeordnet. Um bei einer derartigen Ausführung den Hochspannungsisolator in der üblichen Weise bemessen zu können, erscheint es vorteilhaft, die Lagen der Spule aus dem Lichtwellenleiter zwischen den einzelnen Steuerelektroden unterzubringen, also die Spule in einzelne Lagen aufzuteilen, die dann entsprechend der Anordnung der Steuerelektroden gegeneinander versetzt im Isolator liegen. Die einzelnen Lagen sind untereinander durch einen Lichtwellenleiter verbunden, zweckmässigerweise aus einem durchgehenden Lichtwellenleiter gewikkelt.

  Bei einer derartigen Ausführung der erfindungsgemässen Einrichtung liegen die einzelnen Lagen der Spulen aus dem Lichtwellenleiter also in der Regel konzentrisch um die Achse des Hochspannungsisolators.



   In Abweichung von der eben behandelten Einrichtung ist auch eine Weiterausbildung der Erfindung möglich und auch vorteilhaft, bei der der Lichtwellenleiter des Messfühlers in einem Hochspannungsisolator mit eingebetteten Steuerelektroden an den Steuerelektroden entlang und zwischen jeweils benachbarten Steuerelektroden hindurchgeführt ist.



  Bei einer derartigen Führung des Lichtwellenleiters enthält dieser also Teile, die sich parallel zur Längsachse des Hochspannungsisolators erstrecken und so angeordnet sind, dass der Lichtwellenleiter von elektrischen Feldlinien transversal durchsetzt ist. Es ergibt sich in diesem Falle eine mäander ähnliche Führung des Lichtwellenleiters im Hochspannungsisolator.



   Bei einem Material des Lichtwellenleiters, das eine nur geringe Drehung der Polarisationsebene in Abhängigkeit von der zu messenden Spannung ergibt, erscheint es vorteilhaft, den Lichtwellenleiter des Messfühlers unter Bildung mehrerer zusammenhängender Toroidspulen um die einzelnen Steuerlektroden zu wickeln. Es ist dann eine erheblich grössere Länge des Lichtwellenleiters dem elektrischen Feld ausgesetzt, und es wird eine grössere Drehung der Polarisationsebene erreicht, was zur Erzielung einer höheren Messgenauigkeit vorteilhaft ist.



   Die obigen Ausführungen lassen schon erkennen, dass die Erfindung bei vielen Ausführungsformen von Hochspannungsisolatoren anwendbar ist. Dies gilt auch für einen Hochspannungsisolator mit gewickelten Kondensatoren als spannungssteuernde Elemente; bei einem derartigen Isolator werden die Lichtwellenleiter des Messfühlers vorzugsweise in die Kondensatoren miteingewickelt. Bei einem Hochspannungsisolator mit Platten- oder Tellerkondensatoren ist der Lichtwellenleiter zwischen den Elektroden der Kondensatoren angeordnet.



   Bei der erfindungsgemässen Einrichtung kann der Hochspannungsisolator selbst in unterschiedlicher Weise ausgeführt sein. Vorteilhaft erscheint es, wenn der Isolator einen aus Faserstoffen bestehenden Strunk mit dem Lichtwellenleiter des Messfühlers enthält und eine den Strunk umgebende Kunststoffumhüllung mit Schirmen aufweist. Ein derartiger Isolator bietet nämlich den Vorteil, dass er in verhältnismässig grossen Längen relativ preiswert hergestellt werden kann, was von Hochspannungsisolatoren mit biegesteifen Isolatoren nicht gesagt werden kann. Porzellan-Isolatoren beispielsweise sind verhältnismässig teuer, was dazu führt, dass bei einer Einrichtung für Höchstspannungsanlagen bis beispielsweise 1500 kV die Kosten für den Isolator aufgrund seiner grossen Bauhöhe relativ gross wären.



   Diese eben geschilderten Nachteile der Verwendung eines Porzellan-Isolators gelten jedoch nicht grundlegend, weil im Falle von bisher üblichen Hochspannungen gegebenenfalls auf bereits vorhandene Porzellan-Isolatoren, von z. B. Leistungstransformatoren, Schaltern, Stützern und Hängeisolatoren, zurückgegriffen werden kann. Diese Porzellan Isolatoren sind dann vorzugsweise mit aufgeschäumtem Silikongummi ausgegossen.



   Darüber hinaus ist es auch möglich, den Hochspannungsisolator in Giessharz-Vollverguss auszuführen.



   Die Erfindung wird nachfolgend an Beispielen erläutert.



  In der Fig. 1 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung in ihrem Grundaufbau dargestellt; in der Fig. 2 ist ein magneto-optischer Modulator wiedergegeben, wie er in der Auswerteeinrichtung auf Niederspannungspotential mit Vorteil eingesetzt werden kann, und in der Fig. 3 ist in schematischer Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung gezeigt. In den Fig. 4 und 5 sind Ausführungsbeispiele dargestellt, bei denen die Lichtwellenleiter in einem Hochspannungsisolator untergebracht sind.



   Bei der in der Fig. 1 dargestellten Einrichtung zum Messen von Spannungen an Hochspannungsleitern wird linear polarisiertes Licht von einer Lichtquelle L abgegeben, die von einem Laser gebildet sein kann. Über einen Lichtleiter   L11    wird das polarisierte Licht zu beispielsweise einer Toroidspule   T1    übertragen, die aus einem Lichtwellenleiter LW gewickelt ist.



   Die Toroidspule   T1    befindet sich bei der dargestellten Messeinrichtung in einer ringförmigen Erweiterung E eines Aussenrohres AR einer Hochspannungsschaltanlage HS. Im Innern des Aussenrohres AR ist ein Hochspannungsleiter H geführt, dessen Strom ein rotationsförmiges Magnetfeld innerhalb des Aussenrohres AR der Hochspannungsschaltanlage HS erzeugt. Um eine Beeinflussung des Lichtwellenleiters LW der Toroidspule   T1    durch die magnetischen Feldlinien zu vermeiden, ist die ringförmige Erweiterung E an ihren beiden stirnseitigen Enden durch Abschirmringe   R1    und R2 teilweise abgedeckt. Auf den Lichtwellenleiter LW der Toroidspule   T1    kann jedoch die elektrische Feldstärke einwirken, und zwar in transversaler Richtung.

   Dies führt dazu, dass das durch den Lichtwellenleiter LW hindruchtretende, linear polarisierte Licht in seiner Polarisationsebene in Abhängigkeit von der elektrischen Feldstärke und damit auch in Abhängigkeit von der Spannung zwischen dem Hoch  spannungsleiter H und dem geerdeten Aussenrohr AR gedreht wird.



   Das in seiner Polarisationsebene gedrehte Licht wird über einen weiteren Lichtleiter L12 und einen Auswerteeinrichtung A1 auf Niederspannungspotential zugeführt, die einen Modulator   M1    zur Rückdrehung der Polarisationsebene des Lichtes enthält.



   Dem Modulator   M1    ist ein Analysatorprisma   P1    nachgeordnet, das den einfallenden Lichtstrahl in zwei Teillichtstrahlen aufspaltet, deren Polarisationsebenen senkrecht aufeinander stehen und die ihre Intensität proportional zum Drehwinkel der Polarisationsebene des einfallenden Strahles zueinander gegenläufig ändern. In zwei Photodioden   Phil    und Phl2 werden die Teillichtstrahlen in elektrische Grössen umgeformt und einem Differenzverstärker   D1    zugeführt.



  Dem Differenzverstärker   D1    ist ein Leistungsverstärker   V1    nachgeordnet, der einen derartigen Strom durch eine Bürde   B1    und den beispielsweise als magneto-optischen Modulator ausgebildeten Modulator   M1    treibt, dass die in der Toroidspule   T1    erfolgte Drehung der Polarisationsebene des Lichtes wieder aufgehoben wird. An der Bürde   B1    fällt dann eine Spannung an, die der zu messenden Spannung proportio nal ist.



   Mit Vorteil ist die Toroidspule   T1    so ausgeführt, dass ihre nach aussen geführten Enden so lang sind, dass sie die Lichtwellenleiter   L11    und L12 bilden.



   Der magneto-optische Modulator   M1    nach Fig. 1 kann in einer Weise ausgestaltet sein, wie dies in der Fig. 2 dargestellt ist. Dort ist zu erkennen, dass ein Lichtwellenleiter L12 zu einer Wicklung gewickelt ist, die von einer weiteren Wick lung W2 aus einem elektrischen Leiter umgeben ist. An die Wicklungsenden E21 und E22 der Wicklung W2 ist beispielsweise ein Anschluss der Bürde   B1    und ein Ausgang des Verstärkers   V1    nach Fig. 1 angeschlossen. Durch den von dem Verstärker   V1    abgegebenen Strom, der durch die Wicklung W2 fliesst, wird in der von dem Lichtwellenleiter L12 gebilde ten Wicklung ein magnetisches Feld erzeugt, das aufgrund der Ausbildung der Auswerteschaltung Al die Drehung der
Polarisationsebene im Modulator auf Hochspannungspotential rückgängig macht.

  Der durch die Wicklung W2 bzw.



  durch die Bürde   B1    fliessende Strom ist dann der zu messenden Spannung am Hochspannungsleiter H proportional.



   Bei der in der Fig. 3 dargestellten Ausführung der erfindungsgemässen Messeinrichtung wird linear polarisiertes Licht von einer Laserdiode LD abgegeben, die von einem Im pulsgenerator JG gesteuert wird. Der Laserdiode LD ist ein Strahlungsteiler ST nachgeordnet, von dem ein Lichtwellenleiter L131 und ein weiterer Lichtwellenleiter L132 wegführen. Über den Lichtwellenleiter L132 wird polarisiertes
Licht in Form von Lichtimpulsen zu einem Modulator M31 übertragen, der in seinem Aufbau mit dem Modulator   M1    nach Fig. 1 identisch sein kann, also eine Toroidspule aus einem Lichtwellenleiter enthält.

  In Abhängigkeit von der Grösse des zu messenden Stromes wird im Modulator M31 mit der Toroidspule die Polarisationsebene des ihm zugeführten Lichtes gedreht und das solchermassen modulierte Licht über einen weiteren Lichtwellenleiter L133 zur Auswerteeinrichtung A3 geführt.



   In der Auswerteeinrichtung A3 ist der Lichtwellenleiter L133 mit einem weiteren Modulator M32 verbunden, der so ausgeführt sein kann, wie es in der Fig. 2 dargestellt ist.



  Dem magneto-optischen Modulator M32 ist ein Analysatorprisma P31 nachgeordnet, an das - wie bereits in der Fig. 1 dargestellt - Photodioden Ph31 und Ph32 angeschlossen sind; diese Photodioden Ph31 und Ph32 speisen einen Differenzverstärker D31.



   Um Einflüsse von Temperaturen auf das Messergebnis auszuschalten, enthält die Einrichtung eine geschirmte Referenzwicklung RW, der über den Lichtwellenleiter L131 polarisiertes Licht von der Laserdiode LD zugeführt wird. In der Referenzwicklung RW, die zweckmässigerweise jeweils den gleichen Temperaturen wie der Modulator M31 mit der Toroidspule ausgesetzt ist, erfährt das polarisierte Licht eine von der Temperatur abhängige Drehung seiner Polarisationsebene. Das solchermassen modulierte Licht wird über einen weiteren Lichtwellenleiter L134 zu einem zusätzlichen Modulator M33 in der Auswerteeinrichtung A3 übertragen. Dem zusätzlichen Modulator M33, der ebenfalls wie der Modulator nach Fig. 2 ausgeführt sein kann, ist ein weiteres Analysatorprisma P32 nachgeordnet, in dem das ihm zugeführte Licht in zwei Lichtstrahlen aufgespalten wird, die auf Photodioden Ph33 und Ph34 fallen.

  An die Photodioden Ph33 und Ph34 ist ein weiterer Differenzverstärker D32 angeschiossen.



   Zur Kompensation von Temperatureinflüssen sind beide Differenzverstärker D31 und D32 an einen zusätzlichen Diffe renzverstärker D33 angeschlossen, dem ein Synchrondemodu lator SD nachgeordnet ist. Dieser Synchrondemodulator ist über einen Phasenschieber PS an den Impulsgenerator JG an geschlossen, so dass im Synchrondemodulator SD eine Demodulation der Messgrösse vorgenommen werden kann.



   An den Synchrondemodulator SD ist ein   Leistungsverstär    ker V3 angeschlossen, der über eine Bürde B3 die magnetooptischen Modulatoren M32 und M33 mit einem derartigen Strom speist, dass in den Modulatoren eine Rückdrehung der Polarisationsebene des auf der Hochspannungsseite modulierten Lichtes erfolgt. Der durch die Bürde B3 fliessende Strom J3 ist dann unabhängig von irgendwelchen Temperaturgängen der zu messenden Spannung proportional.



   Die in der Fig. 4 dargestellte Einrichtung weist einen Isolator 41 auf, der an seinem oberen Ende mit einem flachen Deckel 42 abgeschlossen ist. Dieser Deckel 42 trägt eine Anschlussklemme 43 für die Verbindung mit einem nicht dargestellten Hochspannungsleiter, dessen Spannung gemessen werden soll. Der Isolator 41 steht auf einem Sockel 44, der einen Klemmenkasten 45 trägt; in dem Klemmenkasten kann eine nicht dargestellte Auswerteeinrichtung untergebracht sein. In dem Klemmenkasten 44 befinden sich auch die Sekundäranschlüsse der Einrichtung.



   Innerhalb des Isolators 41 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Spannungssteuerung 46 untergebracht, in die Steuerelektroden 47, 48 und 49 in Form von metallischen Zylindern eingebettet sind. Zwischen jeweils den Steuerelektroden 47 und 48 sowie 48 und 49 ist eine Lage 50 sowie 51 aus einem Lichtwellenleiter angeordnet. Die Lagen 50 und 51, von denen gegebenenfalls noch weitere vorhanden sein können, wenn entsprechend mehrere Steuerelektroden vorgesehen sind, sind vorteilhafterweise aus einem durch gehenden Lichtwellenleiter gewickelt, der ausserdem noch die Lichtführungsleitung 52 von einer in der Fig. 4 nicht dargestellten Lichtquelle zu den Lagen 50 und 51 sowie die Zuführungsleitung 53 für das Licht von den Lagen 50 und 51 zu der Auswerteeinrichtung bildet.



   Wie die Fig. 4 erkennen lässt, sind die einzelnen Windungen der Lagen 50 und 51 aus dem Lichtwellenleiter so angeordnet, dass die elektrischen Feldlinien zwischen jeweils benachbarten Steuerelektroden 47, 48 und 49 senkrecht zu dem Lichtwellenleiter verlaufen. Linear polarisiertes Licht, das den Lichtwellenleiter durchläuft, wird daher in seiner Polarisationsebene in Abhängigkeit von der elektrischen Feldstärke gedreht. Da diese elektrische Feldstärke der zu messenden Spannung proportional ist, ist die Drehung der Polarisationsebene der zu messenden Spannung selbst proportional. Daraus lässt sich mittels einer Auswerteeinrichtung, wie sie eben näher beschrieben ist, eine elektrische Grösse   gewin    nen, die der zu messenden Spannung proportional ist.



   Bei dem in der Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel  einer erfindungsgemäss ausgeführten Einrichtung ist wiederum ein Isolator 54 vorgesehen, der oben mit einem flachen Deckel 55 abgeschlossen ist. Der Deckel 55 weist einen Anschluss 56 für die zu messende Spannung auf. Der Isolator 54 ruht auf einem Sockel 57, der einen Klemmenkasten 58 aufweist. In diesem Klemmenkasten 58 ist beispielsweise die Auswerteeinrichtung untergebracht, und es befinden sich dort auch die Sekundäranschlussklemmen, wie sie von klassischen Spannungswandlern her bekannt sind.



   Innerhalb des Isolators 54 ist ebenso wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 eine Spannungssteuerung 59 untergebracht, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel drei Steuerelektroden 60, 61 und 62 enthält. Die Steuerelektroden 60 bis 62 sind metallische Zylinder.



   Wie die Fig. 5 erkennen lässt, ist ein Lichtwellenleiter 63 von Niederspannungspotential herkommend zunächst in Achsrichtung der Spannungssteuerung 59 an der Innenseite der Steuerelektrode 62 vorbeigeführt, wobei er von elektrischen Feldlinien transversal durchsetzt ist. Um das obere Ende 64 der Steuerelektrode 62 ist der Lichtwellenleiter 63 herumgeführt und in entgegengesetzter Richtung zwischen den Steuerelektroden 61 und 62 hindurchgeführt, und zwar bis zum unteren Ende der Steuerelektrode 61. Von dort ist der Lichtwellenleiter 63 wiederum in entgegengesetzter Richtung geführt, so dass er nunmehr zunächst aussen an der Steuerelektrode 61 entlang und danach zwischen dieser Steuerelektrode und der Steuerelektrode 60 verläuft.



   Um den Lichtwellenleiter 63 wieder herunterzuführen, ist er in der anderen Hälfte des Durchführungsteiles 59 in spiegelbildlich gleicher Weise zwischen den Steuerelektroden 60 bis 62 angeordnet, so dass linear polarisiertes Licht infolge der auf den Lichtwellenleiter 63 einwirkenden elektrischen Feldstärke in Abhängigkeit von der zu messenden Spannung in seiner Polarisationsebene gedreht wird.



   In einer nicht dargestellten Auswerteeinrichtung, die beispielsweise auch so ausgeführt sein kann, wie es oben erläutert worden ist, kann dann eine elektrische Messgrösse gewonnen werden, die von der Drehung der Polarisationsebene des Lichtes abhängig ist. Diese elektrische Messgrösse ist mit der Sekundärgrösse klassischer Spannungswandler vergleichbar.



   Durch die Erfindung ist eine Einrichtung zum Messen von Spannungen an Hochspannungsleitern vorgeschlagen, die auch in Ausführungsformen zum Messen sehr hoher Spannungen mit relativ geringem Aufwand herstellbar ist. Bei der Verwendung einer Toroidspule aus einem Lichtwellenleiter erscheint die beschriebene Einrichtung besonders gut zur Messung von Spannungen in vollisolierten, metallgekapselten Hochspannungsschaltanlagen geeignet. Auch Spannungsmessungen in Freiluftanlagen können mit relativ geringem Aufwand auch dann durchgeführt werden, wenn sehr hohe Spannungen gemessen werden sollen. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH

   Einrichtung zur Messung von Spannungen an Hochspannungsleitern, dadurch gekennzeichnet, dass in einem von der zu messenden Spannung hervorgerufenen elektrischen Feld ein Messfühler aus einem Lichtwellenleiter angeordnet ist, der von polarisiertem Licht durchsetzt ist, so dass das Licht eine von der Höhe der zu messenden Spannung abhängige Drehung seiner Polarisationsebene erfährt, und dass auf Niederspannungspotential eine Auswerteeinrichtung angeordnet ist, in der das polarisierte Licht in eine der zu messenden Spannung proportionale elektrische Messgrösse umgesetzt wird.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeich- net, dass der Messfühler eine Toroidspule ist, die vom Hochspannungsleiter durchsetzt ist.

   2. Einrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Toroidspule an ihren Stirnseiten mit jeweils einer ringförmigen Abschirmhaube gegen magnetische Beeinflussung versehen ist.

   3. Einrichtung nach Unteranspruch 1 zur Messung von Spannungen an vollisolierten, metallgekapselten Hochspannungsleitern, dadurch gekennzeichnet, dass die Toroidspule in einer ringförmigen Erweiterung der Kapselung angeordnet ist.

   4. Einrichtung nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Erweiterung der Kapselung innen teilweise durch Metallringe abgedeckt ist, die Abschirmringe für die stirnseitigen Bereiche der Toroidspule bilden.

   5. Einrichtung nach Patentanspruch oder einem der Unteransprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung einen magneto-optischen Modulator und eine Verstärkerschaltung enthält und dass der Modulator aus einer Spule aus einem Lichtwellenleiter und einer auf die Spule aufgebrachten, von der Verstärkerschaltung mit einem Strom gespeisten elektrischen Wicklung besteht.

   6. Einrichtung nach Patentanspruch oder einem der Unteransprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit einer Abschirmung versehene Referenzwicklung aus einem Lichtwellenleiter vorhanden ist, die von polarisiertem Licht durchsetzt ist, und dass der Referenzwicklung in der Auswerteeinrichtung ein Auswerteteil zugeordnet ist, in dem die in der Referenzwicklung aufgetretene Drehung der Polarisationsebene in eine elektrische Referenzgrösse umgesetzt wird.

   7. Einrichtung nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Auswerteteil einen weiteren magneto-optischen Modulator enthält, der aus einer Spule aus einem Licht wellenleiter und aus einer auf die Spule aufgebrachten elektrischen Wicklung besteht.

   8. Einrichtung nach Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jedem magneto-optischen Modulator der Auswerteeinrichtung ein optischer Analysator nachgeordnet ist, von denen jeweils zwei Lichtstrahlen auf jeweils zwei Photozellen gesandt werden, dass an jeweils zwei Photozellen ein Differenzverstärker angeschlossen ist und dass den Differenzverstärkern ein weiterer Differenzverstärker nachgeordnet ist, der über einen Leistungsverstärker eine im Kreise der elektrischen Wicklungen der Modulatoren der Auswerteeinrichtung liegende Bürde mit einem Strom speist.

   9. Einrichtung nach Patentanspruch oder einem der Unteransprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung mindestens einen elektro-optischen Modulator und eine Verstärkerschaltung enthält.

   10. Einrichtung nach Patentanspruch oder einem der Unteransprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Übertragung des polarisierten Lichtes zum Messfühler und/oder zu einer Referenzwicklung und zur Auswerteeinrichtung Lichtwellenleiter dienen.

   11. Einrichtung nach Patentanspruch oder einem der Unteransprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das polar sierte Licht von einer auf Niederspannungspotential angeordneten Lichtquelle abgegeben wird.

   12. Einrichtung nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass einer Lichtquelle ein Strahlungsteiler nachgeordnet ist, von dem zu dem Messfühler und zu der Referenzwicklung führende Lichtwellenleiter abgehen.

   13. Einrichtung nach Patentanspruch oder einem der Unteransprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das polar sierte Licht von einer Laserdiode abgegeben wird, die an einen Impulsgenerator angeschlossen ist, und dass an den Im pulsgenerator über einen Phasenschieber ein Synchrondemodulator angeschlossen ist, der einen Bestandteil der Auswerte einrichtung bildet.

   14. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter des Messfühlers in einem Hochspannungsisolator der Einrichtung untergebracht ist.

   15. Einrichtung nach Unteranspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter des Messfühlers zwischen spannungssteuernden Elementen des Hochspannungsisolators angeordnet ist 16. Einrichtung nach Unteranspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter des Messfühlers eine Spule bildet.

   17. Einrichtung nach Unteranspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule aus dem Lichtwellenleiter in einem ungesteuerten Hochspannungsisolator derart untergebracht ist, dass ihre Längsachse in Achsrichtung des Hochspannungsisolators verläuft 18. Einrichtung nach Unteranspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule aus dem Lichtwellenleiter in einem Hochspannungsisolator mit eingebetteten Steuerelektroden zwischen benachbarten Steuerelektroden angeordnet ist.

   19. Einrichtung nach Unteranspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagen der Spule aus dem Lichtwellenleiter zwischen den einzelnen Steuerelektroden untergebracht sind.

   20. Einrichtung nach Unteranspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter des Messfühlers in einem Hochspannungsisolator mit eingebetteten Steuerelektroden an den Steuerelektroden entlang und zwischen jeweils benachbarten Steuerelektroden hindurchgeführt ist.

   21. Einrichtung nach Unteranspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter des Messfühlers unter Bildung mehrerer zusammenhängender Toroidspulen um die einzelnen Steuerelektroden gewickelt ist.

   22. Einrichtung nach Unteranspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter des Messfühlers bei einem Hochspannungsisolator mit gewickelten Kondensatoren als spannungssteuernde Elemente in die Kondensatoren miteingewickelt ist 23. Einrichtung nach Unteranspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter des Messfühlers zwischen den Elektroden von Platten- oder Tellerkondensatoren des Hochspannungsisolators angeordnet ist.

   24. Einrichtung nach Unteranspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochspannungsisolator einen aus Faserstoffen bestehenden Strunk mit dem Lichtwellenleiter des Messfühlers enthält und eine den Strunk umgebende Kunststoffumhüllung mit Schirmen aufweist.

   25. Einrichtung nach Unteranspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochspannungsisolator einen Porzellan-lsolator aufweist, der mit vorzugsweise aufgeschäumtem Silikongummi ausgegossen ist 26. Einrichtung nach Unteranspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochspannungsisolator als Giessharz-Vollverguss ausgeführt ist