CH627853A5

CH627853A5 - Vorrichtung zum messen der spannung eines wechselstromfuehrenden innenleiters einer isolier-gekapselten hochspannungsschaltanlage.

Info

Publication number: CH627853A5
Application number: CH320678A
Authority: CH
Inventors: Andreas Siegenthaler
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1978-03-23
Filing date: 1978-03-23
Publication date: 1982-01-29
Also published as: SU980638A3; DE2816647A1; DE2816647C2; US4240031A; HU180696B; JPS5554444A; NL7902191A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfin-gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. dungsgemässen Vorrichtung vereinfacht wiedergegeben.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus Smit- 00 Die Figur zeigt eine Aufsicht auf einen senkrecht zur Mittel-Mededelingen No. 4 -1969 der Smit Nijmegen Electrotechni- achse des stromführenden Innenleiters einer gekapselten Hoch-sche Fabriken N. V. «The ESPOM a capacitar - coupled electro- spannungsschaltanlage geführten Schnitt durch eine erfindungs-nic voltage transformer» von M. Groenenboom und H.A.J.M. gemässe Vorrichtung, wobei der Verstärker und dessen Ener-Spoorenberg bekannt. Hierbei wirken der Oberspannungs- und gieversorgung lediglich als Schaltschema dargestellt sind, der Unterspannungskondensator als Spannungsteiler, wobei die 65 In der Figur bezeichnet 1 einen wechselstromführenden, in zu messende Spannung vom Verbindungspunkt beider Konden- einer mit einem gasförmigen Isoliermittel, etwa SF6, gefüllten satoren über ein Messkabel dem Eingang eines Verstärkers zu- Metallkapselung 2 einer Hochspannungsschaltanlage angeord-geführt wird. Die Güte der Spannungsmessung hängt entschei- neten Innenleiter. Dieser Innenleiter stellt die Hochspannungs-

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elektrode, die Metallplatte 3 — gegebenenfalls zusammen mit einem den Innenleiter teilweise umgebenden Zylindersegment 3a - die Messelektrode eines Oberspannungskondensators C, dar. Die Messelektrode 3 ist gleichzeitig eine der beiden Elektroden 3,4 eines Unterspannungskondensators C2. Diese beiden Elektroden sind vorzugsweise derart gestaltet, dass sie um eine auf der Mittelachse des Innenleiters senkrecht stehende Drehachse rotationssymmetrisch sind. Beide Elektroden bestehen nach einer bevorzugten Ausführungsform aus zwei stirnseitig einander gegenüberstehenden Platten von verschiedenen Durchmessern. Diese Platten weisen in den einander gegenüberstehenden Stirnflächen derart bemessene, geschlossene ringförmige Ausnehmungen 5 auf, dass die Platte mit dem kleineren Durchmesser berührungslos in die Platte mit dem grösseren Durchmesser hineingeschoben werden kann. Beide Platten 3,4 werden durch zwei getrennte Isolierkörper 6 bzw. 6a gehalten, die ihrerseits auf geerdeten Kapselungsteilen 9 ruhen. In der als Messelektrode wirkenden Platte 3 mit dem grösseren Durchmesser befindet sich eine Öffnung 7, durch welche Isoliermittel in den zwischen beiden Platten 3,4 verbleibenden Raum 5 ein- und austreten kann. Beide Platten sind in einer Rohrverzweigung 8 der Metallkapselung 2 angeordnet. Der auf einer Metallplatte 9 der Metallkapselung angebrachte Isolierkörper 6a verschliesst die Rohrverzweigung nach aussen als Blindflansch. Die grössere der beiden Elektroden des Kondensators C2 ist über eine Durchführung 10 und ein abgeschirmtes Messkabel 11 mit dem Eingang eines Vorverstärkers V verbunden, die kleinere der beiden Elektroden dieses Kondensators hingegen über eine Durchführung 12 und ein abgeschirmtes Kabel 13 mit der Sekundärseite eines dem Vorverstärker V und einem erdfreien Transformator Trj nachgeschalteten, annähernd stufenlos regelbaren Transformators Tr2.

Diese Vorrichtung ist ein aktiver kapazitiver Spannungsteiler. Der vom Oberspannungskondensator Q abgegebene Strom wird durch den über den Unterspannungskondensator C2 rückgekoppelten Verstärker derart kompensiert, dass die Verstärkereingangsspannung im wesentlichen Null ist. Nach Verstärkung im Vorverstärker V liegt dann an der Sekundärwicklung des erdungsfreien Transformators Tri die Messspannung U2, welche annähernd dem Q/Q-fachen der zu messenden Hochspannung U[, wobei C[ bzw. C2 die Kapazität des Kondensators Cl bzw. C2 bedeutet, ist. Die Streu- oder Messkabelkapazitäten können das Messergebnis nicht beeinflussen, da sie durch die Gegenkopplung spannungslos gehalten werden. Durch die Trennung des Isolierkörpers in den ring- und den scheibenförmigen Teil 6 und 6a werden darüber hinaus jegliche Streufelder von Elektrode zu Elektrode eliminiert. Beide Messkapazitäten bestehen somit nahezu ausschliesslich aus Gasstrecken. Eine das Messergebnis verfälschende Änderung des Übersetzungsverhältnisses CyCj der erfindungsgemässen Vorrichtung durch Druck- und Temperatureinwirkung auf das die Grösse der Kapazitäten mitbestimmende gasförmige Isoliermittel ist ausgeschlossen, da die Kapazitäten durch die Dimensionierung von Gasstrecken festgelegt sind, die geometrischen Abmessungen der Gasstrecken bei Temperatur- und Druckänderungen des Isoliermittels praktisch erhalten bleiben und die Änderung der Dielektrizitätskonstante des Isoliermittels in beiden Kondensatoren jeweils um den gleichen Betrag erfolgt.

Eine Verkleinerung des Übersetzungsverhältnisses C2/C[ und damit die Ermöglichung einer mechanisch einfachen Gestaltung von C2 ohne enge Bearbeitungstoleranzen wird dadurch erreicht, dass der dem erdfreien Transformator Trj nachgeschaltete Transformator Tr2 den Kondensator C2 mit einer gegenüber der Messspannung U2 mehrfach, beispielsweise 10-fach, übersetzten Spannung speist. Besonders vorteilhaft ist es, das Übersetzungsverhältnis des Transformators Tr2 annähernd stufenlos regelbar zu gestalten, da dann lediglich der Wert des fast beliebig wählbaren Übersetzungsverhältnisses festzulegen und der Transformator Tr2 so einzuregeln ist, dass die Ausgangsspannung U2 dem festgelegten Wandlerübersetzungsverhältnis entspricht.

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Die Energieversorgung des den Vorverstärker V und die beiden Transformatoren Tr! und Tr2 enthaltenden Verstärkers erfolgt über einen weiteren in der Metallkapselung 2 angeordneten Hochspannungskondensator Cv, dessen eine Elektrode 10 an den Innenleiter gekoppelt ist, und einen ebenfalls in der Kapselung angeordneten Transformator Tr3 mit einem Übersetzungsverhältnis grösser 1, dessen Primärwicklung mit der anderen Elektrode des Hochspannungskondensators Cv verbunden ist, sowie eine ausserhalb der Kapselung 2 befindliche Gleich-15 richterschaltung, welche über eine Durchführung 14 mit der Sekundärwicklung des Transformators Tr3 in Verbindung steht. Dieser Transformator ist durch ein parallel zur Primärwicklung geschaltetes spannungsbegrenzendes Element, etwa eine Zener-diode, eine Glimmlampe oder einen Varistor, vor Überspan-20 nungen geschützt. Die Gleichrichterschaltung weist zwei Dioden Dj und D2 auf, welche in einer Zweiwegschaltung angeordnet sind und eine gerichtete Aufladung der Elektrolytkondensatoren CEl und CE2 ermöglichen.

25 Es hat sich als zweckmässig erwiesen, den Hochspannungsteil der Energieversorgung des Verstärkers in einer Kammer und den Unterspannungskondensator Q in der gegenüberliegenden Kammer eines als Kreuzstück ausgebildeten Teils der Metallkapselung 2 der Hochspannungsschaltanlage unterzu-30 bringen. Falls erforderlich, kann die Energieversorgung auch in einer weiteren Rohrverzweigung der Metallkapselung 2 angeordnet werden, so dass in den beiden Kammern des Kreuzstük-kes durch Einbau zweier Kondensatoren Cj zwei Messstellen untergebracht werden können.

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Um in einer 200 kV-Anlage Messspannungen von ca. 100 V bei 20-30 VA zu erhalten, sind etwa folgende Werte für die erfindungsgemässe Vorrichtung typisch:

Übersetzungsverhältnis der Kapazitäten C• 102 40 Übersetzungsverhältnis des Transformators Tr2:1:10 Kapazität des Kondensators Cv: 0,2-2nF Übersetzungsverhältnis des Transformators Tr3:100:1 ... 1000:1

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Bezeichnungsliste

Cx Oberspannungskondensator

50 C2 Unterspannungskondensator

Cv Hochspannungskondensator zur Speisung des Verstärkers

CE], CE2 Elektrolytkondensatoren

D!,D2 Dioden

55 V Vorverstärker

Trb Tr2 Transformatoren im Verstärker

Tr3 Transformator mit Übersetzungsverhältnis grösser 1

U! Hochspannung

U2 Messspannung

60 A spannungsbegrenzendes Element

M Mittelachse eines Innenleiters

R Drehachse

1 Innenleiter

2 Metallkapselung

65 3 Niederspannungs-Messeleketrode

3a Teil der Messelektrode

4 Elektrode des Unterspannungskondensators Q

5 Ausnehmungen

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6,6a Isolierkörper

7 Öffnung in der Messelektrode

8 Rohrverzweigung

9 Metallplatte

10,12,14 Durchführungen 11,13 abgeschirmte Kabel

C

1 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE dend von der Konstanz des Verhältnisses der beiden Kapazitä-

1. Vorrichtung zum Messen der Spannung eines Wechsel- ten der Kondensatoren zueinander ab. Der durch den Oberstromführenden Innenleiters einer Hochspannungsschaltanlage spannungskondensator abgegebene Strom wird nun in dem als mit einer geerdeten und mit einem Isoliermittel gefüllten Me- Rückkopplungselement des Verstärkers geschalteten Unter-tallkapselung, in der ein Oberspannungskondensator mit dem 5 spannungskondensator derart kompensiert, dass die Verstärker-Innenleiter als Hochspannungselektrode und mit einer auf ei- eingangsspannung im wesentlichen verschwindet. Durch diese nem Isolierkörper angebrachten Messelektrode vorgesehen ist, Massnahme wird eine von Streu-Isolations- und Kabelkapazitä-mit einem mit dem Oberspannungskondensator verbundenen ten weitgehend unabhängige Spannungsmessung ermöglicht. Unterspannungskondensator und mit einem über den Unter- Das Verhältnis der Kondensatorkapazitäten hängt bei dieser spannungskondensator rückgekoppelten, eingangsseitig mit der i0 bekannten Vorrichtung jedoch noch vom Druck und der Tem-Messelektrode (3) verbundenen Verstärker sowie mit Mitteln peratur des Isoliermittels ab, wodurch gegebenenfalls beträcht-zum Speisen des Verstärkers, dadurch gekennzeichnet, dass der liehe Abweichungen des Messwertes vom wahren Wert auf-Unterspannungskondensator (C2) in der mit Isoliermittel gefüll- treten.

ten Metallkapselung (2) angeordnet ist. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 15 eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Spannungsmes-dass eine erste der beiden Elektroden (3,4) des Unterspan- sung unabhängig von Druck und Temperatur des verwendeten nungskondensators (C2) die Messelektrode (3) des Oberspan- Isoliermittels stets mit der gleichen Genauigkeit durchgeführt nungskondensators (CL) ist. werden kann und welche darüber hinaus im Bedarfsfall unab-
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, hängig von einem zusätzlichen Versorgungsnetz betrieben wer-dass eine zweite (4) der beiden Elektroden (3,4) in einem von 20 den kann.

der ersten Elektrode (3) abgeschlossenen Raum (5) vorgesehen Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die ist, und dass in der ersten Elektrode (3) eine Öffnung (7) ange- im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Massnah-bracht ist, durch die Isoliermittel in den Raum (5) gelangt. men gelöst. Da beide Kondensatoren nun im gleichen Isolier-
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, mittel angeordnet sind, wird das Verhältnis ihrer Kapazitäten dass beide Elektroden (3,4) in einer Rohrverzweigung (8) der 25 zueinander unabhängig von Druck und Temperatur des Isolier-Metallkapselung (2) angeordnet sind, und dass die erste Elek- mittels, so dass eine besonders hohe Messgenauigkeit der Spantrode (3) auf einem ringförmigen Isolierkörper (6a) angebracht nung des stromführenden Innenleiters gegeben ist.

ist, welcher zusammen mit einer Metallplatte (9) der Kapselung Durch die Massnahmen gemäss dem Kennzeichen von An-(2) die Rohrverzweigung (8) als Blindflansch nach aussen ab- sprach 2 wird eine einfache und zuverlässige Ausführungsform schliesst. 30 der erfindungsgemässen Vorrichtung bestimmt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch ge- Eine weitere Vereinfachung und daher Verbilligung sowie kennzeichnet, dass eine zweite (4) der beiden Elektroden (3,4) eine im Hinblick auf die Messgenauigkeit erwünschte, grosse des Unterspannungskondensators (Cj) über eine Durchführung Kapazität des Unterspannungskondensators bei gleichzeitig ge-(12) und ein abgeschirmtes Kabel (13) mit der Sekundärseite ringem Raumbedarf zeichnet die Ausführungsform der erfin-eines einem Vorverstärker (V) nachgeschalteten, annähernd 35 dungsgemässen Vorrichtung gemäss den Massnahmen des stufenlos regelbaren Transformator (Tr2) verbunden ist. Kennzeichens von Anspruch 3 aus.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, In der Praxis besonders bewährt hat sich auch die Ausfüh-dass als Mittel zum Speisen des den Vorverstärker (V) und den rungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung gemäss den nachgeschalteten Transformator (Tr2) enthaltenden Verstärkers Massnahmen des Kennzeichens von Anspruch 4.

in der Metallkapselung (2) ein Hochspannungskondensator <to Ein besonderer Vorteil der Ausführungsform der erfin-(Cv), dessen eine Elektrode an den Innenleiter gekoppelt ist, dungsgemässen Vorrichtung gemäss dem Kennzeichen von An-und ein Transformator (Tr3) mit einem Übersetzungsverhältnis sprach 5 besteht darin, dass Ober- und Unterspannungskonden-grösser 1, dessen Primäranschluss mit der anderen Elektrode sator ohne enge Bearbeitungstoleranzen hergestellt werden des Hochspannungskondensators (Cv) verbunden ist, vorgese- können, da das Verhältnis der Kapazitäten von Ober- und Un-hen sind, und dass der Sekundäranschluss des Transformators 45 terspannungskondensator einen fast beliebigen festen Wert an-(Tr3) mit dem Übersetzungsverhältnis grösser 1, über eine nehmen kann. Nach Ermittlung dieses Werts durch Eichmes-

Durchführung (14) mit einer Gleichrichterschaltung in Verbin- sungen wird das Übertragungsverhältnis des den Unterspandung steht. nungskondensator speisenden, annähernd stufenlos regelbaren
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, Transformator lediglich entsprechend eingestellt. Betriebsspan-dass der Primärwicklung des Transformators (Tr3) mit dem so nung und Kapazität des Unterspannungskondensators können Übersetzungsverhältnis grösser 1, ein spannungsbegrenzendes daher bei dessen konstruktiver Gestaltung in Hinblick auf Ferti-Element (A) parallel geschaltet ist, und dass die Gleichrichter- gungs- und Isolationsaufwand optimal gegeneinander ausgewo-schaltung zwei gegenläufig geschaltete Dioden (D1; D2) und gen werden.

zwei Elektrolytkondensatoren (CEl, CE,) aufweist. Wird die erfindungsgemässe Vorrichtung gemäss den Mass-

55 nahmen nach den Kennzeichen der Ansprüche 6 und 7 ausge-

staltet, so lässt sie sich sogar unabhängig von einem zusätzlichen

Versorgungsnetz betreiben.