Herkömmlichen Messwandlern weit überlegen

Frankfurt, 15. Mai 2006 - Sehr hohe Messgenauigkeit des Faseroptischen Stromsensors von ABB

Die Familie der faseroptischen Stromsensoren FOCS von ABB zeichnet sich durch einfache und flexible Anwendung sowie durch hohe Genauigkeit aus. Die technische Innovation basiert auf dem opto-magnetischen Effekt (Faraday Effekt) in einem Lichtwellenleiter rund um eine Stromschiene. FOCS misst Gleichströme bis zu 500 kA mit einer Genauigkeit von 0,1% des Messwertes.

Der faseroptische Stromsensor aus dem ABB-Forschungszentrum, der es unter die ersten fünf Prämierten sowohl beim Swiss Technology Award 2005 wie beim Hermes Award an der Hannover Messe 2005 schaffte, ist herkömmlichen Messwandlern in vielen Belangen weit überlegen. Die Strommessung erfolgt berührungslos. Der Sensor nutzt den Faraday-Effekt in einer optischen Glasfaser. Um den Strom zu messen, werden Lichtwellen in eine optische Glasfaser eingekoppelt. Die Faser umschliesst den Stromleiter mit einer oder mehreren Windungen.

Unter dem Einfluss des Magnetfelds laufen die Wellen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit und benötigen deshalb unterschiedliche lange Zeiten, um die Faser zu durchlaufen. Der Laufzeitunterschied wird umso grösser, je höher der Strom ist und je mehr Faserwindungen um den Leiter gelegt sind. Gemessen wird der Wegunterschied zwischen den Wellen nach Durchlaufen der Faser. Er beträgt Bruchteile der Wellenlänge des Lichts (820 nm) und kann mit sehr hoher Präzision ermittelt werden. Der Messfehler ist kleiner als 0,1 Prozent bei Temperaturen zwischen –40 °C und 85 °C. Die Messungen können uni- wie bidirektional erfolgen, mechanische Erschütterungen haben keinen Einfluss auf das Ergebnis.

Der faseroptische Stromsensor wurde für zwei hauptsächliche Anwendungsgebiete entwickelt. Er ist im Unterschied zu konventionellen Messwandlern sowohl für Wechselströme als auch für Gleichströme geeignet. In der elektrochemischen Industrie zum Beispiel, also bei der Herstellung von Aluminium, Kupfer, Mangan, Zink, Chlor etc., werden hohe Gleichströme bis zu 500000 Ampere gemessen. Die Strommessung dient hier der Prozesskontrolle und der Prozessregelung.

Die Vorteile des Faseroptischen Stromsensors sind:

  • Digitale Verarbeitung der Messdaten sowie der Busverbindungen zum Regelungssystem
  • Digitales Signal direkt kompatibel mit neuen digitalen und bestehenden analogen Kontrollsystemen
  • Modulare und kompakte Konstruktion des Messkopfes vereinfacht Transport, Installation und Motage
  • Kompaktes und industrietaugliches Design der Sensorelektronik
  • Optische Strommessung bei kleinstem Energieverbrauch und galvanischer Isolation zur Stromschiene
  • Immun gegen die elektromagnetische Beeinflussung, magnetische Zentrierung nicht nötig, keine Überlastungen durch magnetische Fremdfelder
  • Keine speziellen Gebäudeanforderungen für den Messkopf notwendig
Der Weltmarkt für konventionelle Strommesswandler beträgt im Hochspannungsbereich etwa 200 Millionen USD pro Jahr, wobei der Markt für die Gleichstrommessung einem «High-End»-Bereich entspricht. Ziel ist es, die konventionellen Wandler durch optische Sensoren abzulösen. 2005 lieferte ABB, die auch Gleichrichteranlagen für die Industrie herstellt, bereits über 35 dieser neuen faseroptischen Stromsensoren an Kunden in verschiedenen Ländern rund um die Welt. Die Reaktionen vieler Kunden sind sehr positiv.

Bilder:





Starke Magnetfelder beeinflussen die Laufzeit von Licht in einem Lichtwellenleiter. Genau auf diesem Effekt basiert die Messung der faseroptischen Sensors von ABB.


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