SATURN Satellit - Glasfaser-gekoppelter Messkopf

Bei SATURN Transientenrekordern kann die Datenerfassung in SATURN Messsatelliten (s. Bilder) ausgelagert werden. Kommunikation und Datentransfer zwischen diesen Messköpfen und dem Rekorder erfolgen dann digital über Glasfaserkabel (Lichtwellenleiter, LWL). Die optische Signalübertragung gewährleistet eine optimale galvanische Trennung (Entkopplung) vom Messobjekt und ermöglicht gefahrlose potentialfreie Messungen. Außerdem können mit digitalen Glasfaser-Übertragungsstrecken bei Bedarf kilometerweite Entfernungen zwischen Messort und Datenaufzeichnungsgerät überbrückt werden.

Anwendungsbereich 1:
Optimale Isolation bei Hochspannungsmessungen und Hochleistungsversuchen

Eine typische Anwendung der SATURN Messsatelliten ist der Einsatz als HV-Messkopf für Hochspannungstests und Hochleistungsmessungen an Leistungsschaltern, Transformatoren, Relais, Schützen usw. (wie z. B. MOSFET- und IGBT-Tests, um nur 2 Beispiele zu nennen). Untersuchungen an Energiespeichersystemen (z. B. Brennstoffzellen, engl. FuelCells), Elektroantrieben, Generatoren und elektro-magnetischen Beschleunigern (engl. Electromagnetic Launcher, EML) gehören ebenfalls in diese Anwendungsgruppe. Die optische Isolation bietet dort sicheren Schutz vor Hochspannung und Starkstrom. Die optional erhältliche verstärkte Schirmung des Satellitengehäuses ermöglicht zudem auch in extremen elektromagnetischen Feldern eine sichere und genaue Aufzeichnung transienter Signale.

Anwendungsbereich 2:
Schnelle und störungsfreie Übertragung der Messsignale über große Entfernungen

Bei anderen Einsatzgebieten der SATURN Satelliten liegt der Schwerpunkt auf der Überbrückung großer Distanzen, wie z. B. bei ballistischen Experimenten und Explosionsversuchen. Die digitale Messdatenübertragung via Glasfaser ermöglicht bei Bedarf Kilometer weite Entfernungen zwischen Messkopf und Messsystem. Variierende Kabellängen und daraus resultierende Unterschiede in den Signalübertragungszeiten werden vom SATURN Transientenrekorder automatisch berücksichtigt. Dadurch ist in mehrkanaligen Anwendungen auch bei unterschiedlichen Entfernungen eine synchrone Aufzeichnung aller Kanäle gewährleistet.

Vorteile gegenüber traditionellen LWL-Übertragungsstrecken

Allen LWL-Übertragungsstrecken (auch Faseroptische oder Glasfaser-Übertragungsstrecke) gemein ist, dass die Signale optisch übertragen werden. Digitale Glasfaser-Übertragungsstrecken zeichnen sich zusätzlich dadurch aus, dass die analogen Messsignale zunächst auf der Senderseite erfasst und digitalisiert werden. Das digitale Signal wird danach optisch über das Lichtwellenleiterkabel zum Empfänger übertragen. Bei der Weiterverarbeitung dieses Signals auf der Empfängerseite gibt es jedoch erhebliche Unterschiede.

Beim traditionellen Lösungsansatz wird das optische Signal durch einen separaten Empfänger wieder in analoge elektrische Signale zurückgewandelt. Als Vorteil wird bei dieser Lösung angesehen, dass die zurückgewandelten Signale mit einem beliebigen Oszilloskop oder Messsystem (z. B. auch mit einem SATURN-System) gemessen werden können. Der Nachteil liegt jedoch ebenfalls auf der Hand: Die Rückwandlung in analoge Signale und die erneute Digitalisierung durch das Messsystem erzeugen zwangsläufig zusätzliche Störungen und Genauigkeitsverluste in den Messdaten.

Als Alternative hierzu wurden die SATURN Messsatelliten entwickelt. Bei ihrem Einsatz wird das SATURN-Basissystem nicht mit den üblichen Messmodulen bestückt, sondern mit Lichtwellenleiter-Modulen. Das vom Satelliten kommende Glasfaserkabel wird direkt an diese LWL-Module angeschlossen. Sie übertragen die digital empfangenen Messdaten unmittelbar in den Speicher des SATURN-Basissystems - ohne analoge Rückwandlung und erneute Digitalisierung. Dies ermöglicht schnelle und genaue Messungen auch unter besonderen Randbedingungen.

Stromversorgung der Messsatelliten

Die Stromversorgung der Satelliten erfolgt standardmäßig mittels einer leicht austauschbaren wiederaufladbaren Batterie. Dies ermöglicht es, die Tastköpfe auf das Spannungspotential des Messobjektes zu heben und so beispielsweise kleinste Spannungsschwankungen auch bei einem Spannungslevel von mehreren 100kV bis in den MegaVolt-Bereich hinein zu messen. Optional sind die Satelliten auch mit zwei Akkumulatoren für Langzeitmessungen erhältlich. Ist die Ladung eines Akkus aufgebraucht, schaltet der Satellit dann automatisch um, wonach der leere Akku im laufenden Betrieb entfernt, aufgeladen und wieder eingesetzt werden kann.

Eine neuartige Lösung stellt die Verwendung von Druckluft dar. In diesem Fall wird der Satellit mit einem integrierten Stromgenerator ausgestattet. Dies ermöglicht eine kontinuierliche ununterbrochene Nutzung, einfach durch Anschluss einer Druckluftleitung. Diese Lösung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn zahlreiche Satelliten an unterschiedlichen Messorten platziert sind oder wenn der Standort der Satelliten schwer zugänglich ist.

Als dritte Option können die Satelliten auch für externe Stromversorgung ausgelegt werden (z. B. zum Anschluß an ein Stromnetz oder eine Autobatterie).

Signalkonditionierung und Sensorspeisung

Zusätzlich können die Satelliten bei Bedarf mit integrierten Verstärkern und Stromspeisung zum Anschluss von nahezu beliebigen Sensoren und aktiven Tastköpfen ausgestattet werden (z. B. Rogowski-Spulen). Diese und weitere Anpassungen sind auf Anfrage erhältlich.

Konfiguration und Bedienung

Konfiguration und Betrieb der SATURN Messsatelliten sind genauso einfach wie von direkt im SATURN Basissystem eingebauten Messmodulen. Die zum SATURN Transientenrekorder gehörende Software SATURN Studio II erkennt automatisch alle angeschlossenen Satelliten und informiert den Anwender laufend über deren Zustand. Die Software verhindert bspw. bei zu schwacher Akku-Ladung ein Armieren des Systems. Darüber hinaus gibt es in der Bedienung keinerlei Unterschiede. Die vom Anwender in der Software eingestellten Messparameter werden automatisch an die Satelliten übertragen. Während der Messung werden die digitalisierten Messwerte vom Satelliten direkt über das Lichtwellenleiterkabel an das Basissystem übertragen und im Speicher der Trägerkarte gesammelt. Auch die Weiterverarbeitung der so erfassten Daten erfolgt ohne jegliche Besonderheit im Vergleich zu direkt eingebauten Messmodulen. Dieser hohe Grad an Integration zwischen Hardware und Software macht das SATURN Messsystem auch bei anspruchsvollen Anwendungen so einfach in der Anwendung und entsprechend beliebt bei den Anwendern.