WO1992013278A1 - Auf hochspannungspotential befindlicher messwandler - Google Patents

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WO1992013278A1
WO1992013278A1 PCT/EP1992/000114 EP9200114W WO9213278A1 WO 1992013278 A1 WO1992013278 A1 WO 1992013278A1 EP 9200114 W EP9200114 W EP 9200114W WO 9213278 A1 WO9213278 A1 WO 9213278A1
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Adolf Schwab
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ABB Patent GmbH
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    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
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    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/16—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using capacitive devices

Definitions

  • the invention relates to a high voltage potential transducer according to the preamble of claim 1.
  • Measuring transducers of the type mentioned at the outset are used to detect the voltage and / or the current in a high-voltage switchgear, for. B. in a gas or liquid insulated or outdoor high voltage switchgear.
  • capacitive voltage measuring devices are provided in the usual way, which are designed as capacitive voltage dividers and - in principle - from one between the inner conductor and one at a short distance from the inner surface of the outer conductor (metal encapsulation ) and insulated from it there are the high-voltage capacitor located and a low-voltage capacitor, the latter being formed between the measuring layer and the outer conductor.
  • the voltage measurement values are recorded on the undervoltage capacitor.
  • a measuring transmitter for high-voltage lines has become known, which has operating potential, ie high-voltage potential, measuring transducers for electrical quantities of the high-voltage line.
  • the output signals of the transducers are fed to a conversion digitizing part which is at operating potential and are transmitted as digital signals to ground potential, for example, by a transmitter.
  • a conversion digitizing part which is at operating potential and are transmitted as digital signals to ground potential, for example, by a transmitter.
  • How the transducer is designed cannot be seen from DE-OS 25 46 694.
  • one radial bore must be provided in the inner conductor and one in the outer conductor in the case of metal-encapsulated systems.
  • the bore in the outer conductor is to be closed by means of a transparent window.
  • DE-OS 37 12 190 discloses a measuring arrangement which is at high voltage potential and whose measuring signals are transmitted as light signals to earth potential. What is important, however, is that the energy supply, on the one hand, and the way in which the measurement signals converted into light signals are carried out, in particular, are designed differently in metal-encapsulated systems.
  • a transducer unit is thus formed which can be retrofitted in existing systems. Due to the fact that the measuring electrode has an outer diameter which is the same as the outer diameter of the inner conductor, the dielectric strength between the inner conductor in the area of the measuring electrode and the outer conductor does not change if the unit is housed in a metal-encapsulated high-voltage system .
  • a measuring arrangement is known from JP Abstract 58-124 960, which is arranged in a semicircular cutout in the inner conductor.
  • the sensor is a photo element with which the electrical field inside the recess is detected.
  • this takes place in that the cutout in which the sensor is located is flanked by two further cutouts on the opposite side of the inner conductor, as a result of which an omega-shaped or meander-shaped current path is generated.
  • the cutouts are inserted so deep that the bottoms of the cutouts lie on the central axis of the inner conductor.
  • the light guides are guided in a spiral or meandering shape to the outside through the disk-shaped support insulator to ground potential. This ensures that any creepage distances between the post insulator and the light guides are as long as possible for possible discharges.
  • the known insulator is not a disk-shaped support insulator located within a gas-insulated, metal-encapsulated system, but a porcelain insulator with plates for extending the creepage distances.
  • the light guides are on the outer surface and they run helically, but not spirally.
  • a further embodiment of the invention can be found in claim 4, which indicates how the measuring electrode is held in the recess.
  • the so-called measuring coating of the measuring capacitor is kept at a distance within the depression by the thin insulating material webs and that its length is shorter than that of the depression means that the dielectric of the measuring capacitor is essentially the same dielectric is like that inside the metal encapsulation.
  • the transmission ratio of the capacitive voltage divider and thus the measuring signals of the measuring capacitor are primarily temperature-independent.
  • the measuring coating of the capacitive transducer does not have to extend over the entire circumference of the high-voltage conductor.
  • the inner conductor according to claim 5 similarly has a circumferential additional depression, which is covered by a cylinder which adjoins one edge of the depression and ends at a distance from the other edge;
  • a coil is preferably arranged, the signals of which can be fed to the transmission circuit arrangement.
  • a further embodiment of the invention can be found in the characterizing features of claim 6. Thereafter, a capacitor arrangement is also provided for the voltage supply of the transmission circuit arrangement within the outer surface of the conductor, which arrangement is formed in that the conductor has a circumferential recess in which an electrode insulates at a distance from the bottom of the recess is arranged.
  • the outside diameter of the electrode corresponds to the outside diameter of the conductor.
  • the voltage picked up by the transducer or the current taken up by the transducer is in itself an analog signal, and accordingly the circuit arrangement is expediently designed as an analog / digital converter with a light transmitter which converts the analog measurement signal into a digital light signal converts which is transmitted by means of the light guide to an evaluation unit located outside the encapsulation.
  • the measured values can additionally be transmitted in an analog form with a further light guide section into the outside space to the evaluation unit in order to be able to record the phase angle precisely.
  • the transmission circuit arrangement or in short the measuring electronics, is located within the inner conductor and thus at high potential. For technical reasons, for example with high load currents or solar radiation, the temperature of the inner conductor can reach 80 ° C. Temperature rises up to 130 ° C cannot be excluded. The reliable functioning of the transmission circuit arrangement designed as microelectronics and the associated optoelectronics with which the data are converted into light signals is only guaranteed up to limit values for the operating temperature, which are 75 ° C. and in special cases 125 ° C. .
  • the entire measuring arrangement ie. H. the transmission circuit arrangements may each be mounted on a Peltier element serving as a cooler, which may be supplied with current by a corresponding current transformer.
  • the invention is applicable to all types of systems in which currents and voltages flowing in conductors at high voltage potential are to be measured.
  • These systems can be open-air systems or metal-encapsulated, gas or liquid-insulated switchgear.
  • Figure 1 is a schematic representation of a capacitive
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a current transformer, similar to the illustration according to FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a combi converter consisting of a current and a voltage converter according to FIGS. 1 and 2, likewise in a schematic representation, and
  • Figure 4 shows the transducer of Figure 1 with a Peltier element for cooling.
  • a metal-encapsulated, gas-insulated high-voltage switchgear as shown in FIG. 1, has an outer encapsulation 10 located at earth potential, in which a hollow inner conductor 11 located at high voltage potential is arranged concentrically.
  • the outer encapsulation 10 is composed of two encapsulation parts 12, 13, at the ends of which a flange 14 or 15 is provided, between which a disk-shaped support insulator 16 for the inner conductor 11 is clamped.
  • a number of inner conductors corresponding to the number of phases can of course also be provided in multiphase-encapsulated switchgear.
  • the conductor 11 has a first circumferential recess 17, on the bottom of which insulating webs 18 and 19 are arranged, by means of which a measuring coating or a measuring electrode 20 is supported in an insulated manner with respect to the conductor 11.
  • a measuring capacitor 21 is thus formed between the measuring coating 20 and the bottom of the recess 17; with the capacitance 22 located between the measuring coating 20 and the encapsulation part 12, the measuring capacitor or capacitance 21 forms a capacitive voltage divider.
  • Connection lines 23 and 24 are connected to the measuring pad 20 on the one hand and to the inner surface of the hollow conductor 11, which lead to a circuit arrangement 25 of a transmission circuit arrangement arranged in the interior of the conductor 11, in which the through the conductors 23 and 24 to the circuit arrangement 25, the analog measuring signals of the measuring capacitor 21 are converted into digital signals.
  • the circuit arrangement 25 is an analog / digital converter.
  • the individual cross sections of the light guide arrangement 27 can be seen in FIG. 1.
  • the light guide arrangement 27 is connected to an evaluation circuit 28 in which the light signals are evaluated.
  • the converter 25 is supplied with voltage by means of a capacitor arrangement which is similar to the measuring capacitor.
  • This capacitor arrangement 29 has a third recess 30, on the bottom of which webs 31 and 32 are applied, which hold a capacitor electrode 33, as a result of which a supply capacitor 34 of this second capacitor arrangement is formed.
  • the capacitance located between the electrode 33 and the encapsulation part 10 has the reference number 35.
  • the electrode 33 on the one hand and the inner conductor 11 on the other hand are connected to the converter 25 by means of electrical lines 36 and 37.
  • Figure 2 shows another embodiment of a transducer.
  • a further depression 40 is introduced within the inner conductor 11, which is covered by an edge 41 of the depression protruding toward the outer surface except for a gap 43.
  • a coil 45 is accommodated in the interior 44 through the cylinder 42 and the bottom of the depression 40, which coil is designed, for example, as a Rogowski coil and the measurement signals of which are fed to the converter 25.
  • the voltage supply for the converter 25 is provided by the capacitor 34 of the capacitive voltage divider 34, 35, which is constructed in the same way as the voltage divider used to supply the voltage to the measuring transducer 21/22 and therefore has the same reference numbers.
  • the remaining structural design of the arrangement according to FIG. 2 corresponds to the arrangement according to FIG. 1.
  • FIG. 3 shows a combination of the two transducers according to FIGS. 1 and 2.
  • This combination has the transducer 50, which corresponds to the current transformer shown in FIG. 2, and the transducer 51, which corresponds to the capacitive transducer according to FIG. 1.
  • the supply capacitance 29 is provided, which is to be dimensioned such that it can supply the two converters 52 and 53 evenly with voltage.
  • Both the converter 52 with the light transmitter 54 and the converter 53 with the light transmitter 55 emit their light signals to the two light guides 56 and 57, which correspond to the light guide 27 in FIGS. 1 and 2.
  • Both light guides 56 and 57 run spirally through the post insulator 16 to an evaluation unit 58 which corresponds to the evaluation circuit 28 in an adapted form.
  • An additional light guide is not shown, which is assigned to the capacitive transducer 21 and the inductive transducer 45 and which feeds the signals generated by the respective transducer in analog form to the evaluation circuit.
  • These additional light guide arrangements would also be passed spirally through the post insulator 26; With these analog signals, which are in the same phase with the quantity to be measured, the phase angle can be detected precisely.
  • the invention can be used in gas- or liquid-insulated metal-encapsulated high-voltage switchgear and in open-air systems, and overall has a comparatively small space requirement and can also be produced with little effort.
  • the description of the figures shows only a single conductor within the metal encapsulation; If the high-voltage system is a multi-phase encapsulated system, then the measuring surface of the capacitive measuring transducer, such as that with reference number 20, can only be formed over part of the circumference, so that the voltages of the individual conductors can be measured separately.
  • each transducer or supply capacitance contains the same dielectric as inside the outer encapsulation 10, so that the measurement signals are temperature-dependent in a first approximation.
  • the cylinder 42 ends at a distance from the next edge of the depression 40, as a result of which the gap 43 is formed. This is very important in order to avoid short-circuit currents which cause magnetic shielding of the coil.
  • the cylinder 42 serves only as a shield for the coil 45, whereby measurement errors caused by capacitive interference are avoided.
  • the coil 45 is expediently designed as a Rogowski coil.
  • Both the capacitive transducer with the voltage supply and the current transformer with the capacitive voltage supply and, moreover, also the combination transformer according to FIG. 3 can be readily prepared and prefabricated as a unit in the factory.
  • the fact that the supply of the transducers 25 or 52 and 53 is designed as a voltage supply is due to the fact that voltage is always present or the voltage leads the current. This has the advantage that the supply of the transducers 25, 52 and 53 and the associated light transmitter 26, 54, 55 is always ensured.
  • Figure 4 shows a transducer with cooling.
  • Peltier element 61 On a shoulder 60 inside the inner conductor 11 a Pel ⁇ tier element, which is designated in its entirety with 61, is placed.
  • the Peltier element 61 has conductor materials of different electrical conductivity, as is known, for example, from Meyers Lexicon of Technology and the Exact Natural Sciences, volume 3, page 1916, so that the composition need not be discussed in more detail here.
  • the transmission circuit arrangements are or are thermally contacted with the cold surface of the Pelier element 61.
  • the Peltier element 61 is supplied with current by means of a suitably dimensioned current transformer 62 surrounding the inner conductor 11 via lines 63 and 64, so that a sufficient cooling effect can be achieved for the transmission circuit arrangement 25/26.
  • the power supply 29 could also be used. It goes without saying that a rectifier must be provided and is not shown in more detail in FIG. 4.

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Abstract

Ein auf Hochspannungspotential befindlicher Meßwandler ist für eine Hochspannungsschaltanlage vorgesehen, dessen Meßsignale vom Hochspannungspotential auf Erdpotential geführt sind, wobei der Meßwandler sich innerhalb der Kontur des Leiters (11) befindet. Innerhalb des hohl ausgebildeten Leiters (11) ist eine Übertragungsschaltungsanordnung vorgesehen, die die elektrischen Meßsignale in Lichtsignale umwandelt, die über Lichtleiter (27) auf Erdpotential geführt sind.

Description

Auf Hochspannunσspotential befindlicher Meßwandler
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen auf Hochspannungspotential befind¬ lichen auf Hochspannungspotential befindlichen Meßwandler nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Meßwandler der eingangs genannten Art dienen zur Erfas-sung der Spannung und/oder des Stromes in einer Hochspan¬ nungsschaltanlage, z. B. in einer gas- oder flüssig¬ keitsisolierten oder Freiluft-Hochspannungsschaltanlage.
Zur Erfassung der Spannung in gas- oder flüssigkeitsisolierten Schaltanlagen werden in ganz üblicher Weise kapazitive Span¬ nungsmeßeinrichtungen vorgesehen, die als kapazitive Spannungs¬ teiler ausgebildet sind und - im Prinzip - aus einem zwischen dem Innenleiter und einem in geringem Abstand zur Innenfläche des Außenleiters (Metallkapselung) und isoliert davon angeordne¬ ten Meßbelag befindlichen Oberspannungskondensator und einem Unterspannungskondensator bestehen, welch letzterer zwischen dem Meßbelag und dem Außenleiter gebildet ist. Die Span-nungsmeß- werte werden am Unterspannungskondensator aufge-nommen.
Aus der DE-OS 25 46 694 ist ein Meßsendegerät für Hoch-span- nungsleitungen bekannt geworden, welches auf Be-triebspotential, d. h. Hochspannungspotential, befindli-che Meßwertaufnehmer für elektrische Größen der Hochspan-nungsleitung aufweist. Die Aus¬ gangssignale der Meßwert-aufnehmer werden einem Umwandlungs-Di- gitalisierungsteil, der sich auf Betriebspotential befindet, zu¬ geführt und als digitale Signale beispielsweise durch eine Sen- deein-richtung auf Erdpotential übertragen. Wie der Meßwertauf¬ nehmer ausgebildet ist, ist aus der DE-OS 25 46 694 nicht zu er¬ sehen. BEI DER EINREICHUNG NICHT HINTERLEGT
tragen werden; zu diesem Zweck ist bei metallgekapselten Anlagen im Innenleiter und im Außenleiter je eine radiale Bohrung vorzu¬ sehen. Die Bohrung im Außenleiter ist mittels eines transparen¬ ten Fensters zu verschließen.
Zwar ist, wie eingangs erwähnt, aus der DE-OS 37 12 190 eine auf Hochspannungspotential befindliche Meßanordnung, deren Meßsi¬ gnale als Lichtsignale zum Erdpotential über-tragen werden, be¬ kannt. Von Bedeutung ist aber, daß die Energieversorgung einer¬ seits und die Herausführung der in Lichtsignale umgewandelten Meßsignale insbesondere in metallgekapselten Anlagen anders aus¬ gestaltet sind.
Erfindungsgemäß wird also eine Meßwandlereinheit gebil-det, die in bestehende Anlagen nachgerüstet werden kann. Dadurch, daß die Meßelektrode einen Außendurchmesser auf-weist, der dem Außen¬ durchmesser des Innenleiters gleicht, ändert sich die dielektri¬ sche Durchschlagsfestigkeit zwi-schen dem Innenleiter im Bereich der Meßelektrode und dem Außenleiter nicht, wenn die Einheit in einer metallgekapselten Hochspannungsanlage untergebracht ist.
Zwar ist aus dem JP-Abstract 58-124 960 eine Meßanordnung be¬ kannt geworden, die in einem halbkreisförmigen Aus-schnitt im Innenleiter angeordnet ist. Der Sensor ist ein Fotoelement, mit dem das elektrische Feld im Inneren der Vertiefung detektiert wird. Bei dieser Ausgestaltung kommt es darauf an, den Aus¬ schnitt so auszubilden und an-zuordnen, daß dort, wo sich der Sensor befindet, die größte Konzentration des Stromes vorhanden ist. Dies er-folgt bei der Anordnung nach dem JP-Abstract da¬ durch, daß der Ausschnitt, in dem sich der Sensor befindet, auf der gegenüberliegenden Seite des Innenleiters von zwei weite-ren Ausschnitten flankiert wird, wodurch ein omega-förmi-ger oder meander-förmiger Strompfadverlauf erzeugt wird. Darüberhinaus ist ersichtlich, daß die Ausschnitte so tief eingefügt werden, daß die Böden der Ausschnitte auf der Mittelachse des Innenlei¬ ters liegen. In besonders vorteilhafter Ausgestaltung werden gemäß Anspruch 2 die Lichtleiter spiral- oder mäanderförmig durch den scheiben¬ förmigen Stützisolator nach außen auf Erdpotential geführt. Hierdurch wird erreicht, daß evtl. zwischen dem Stützisolator und den Lichtleitern entstehende Kriechstrecken für mögliche Entladungen möglichst lang sind.
Zwar ist es aus den oben erwähnten Druckschriften DE-OS 37 12 190 bzw. JP-Abstract 58-124 960 bekannt ge-worden, die Meßsignale als Lichtsignale zum Erdpotential zu übertragen; wie die Lichtleiter mechanisch in Stütz-isolatoren geführt sind, ist in beiden Druckschriften nicht dargestellt.
Auch is:t;aus der DE-OS 32 07 306 bekannt geworden, wie Lichtlei¬ ter von Hoch- auf Niederspannungspotential ge-führt werden kön¬ nen. Allerdings handelt es sich bei dem bekannten Isolator nicht um einen innerhalb einer gasiso-lierten, metallgekapselten An¬ lage befindlichen scheiben-förmigen Stützisolator, sondern um einen Porzellanisola-tor mit Tellern zur Verlängerung der Kriechstrecken. Au-ßerdem befinden sich die Lichtleiter auf der Außenfläche und sie verlaufen wendeiförmig, nicht aber spiral¬ förmig.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dem Anspruch 4 zu entnehmen, der angibt, wie die Meßelektrode in der Vertiefung gehaltert ist.
Dadurch, daß der sog. Meßbelag des Meßkondensators inner-halb der Vertiefung durch die dünnen Isolierstoffstege auf Distanz gehalten wird, und daß seine Länge kleiner ist als die der Ver¬ tiefung, wird erreicht, daß das Di-elektrikum des Meßkondensa¬ tors im wesentlichen das glei-che Dielektrikum ist wie das in¬ nerhalb der Metallkapse-lung. Dadurch sind das Übersetzungsver¬ hältnis des kapazi-tiven Spannungsteilers und damit die Meßsi¬ gnale des Meß-kondensators in erster Linie temperaturunabhängig.
Der Meßbelag des kapazitiven Meßwandlers muß sich dabei nicht über den gesamten Umfang des Hochspannungsleiters erstrecken. Insbesondere bei dreiphasigen gekapselten Hochspannungsanlagen erweist es sich als zweckmäßig, den Meßbelag nur über einen Teil des Umfangs auszubilden, da-mit die Spannungen der einzelnen Leiter separat gemessen werden können.
Um einen sog. kombinierten Strom-Spannungswandler zu schaffen, besitzt der Innenleiter gemäß Anspruch 5 in ähnlicher Weise eine umlaufende zusätzliche Vertiefung, die mittels eines an einem Rand der Vertiefung elektrisch leitend anschließenden und in Ab¬ stand zum anderen Rand endenden Zylinders abgedeckt ist; im In¬ nenraum zwischen dem Boden der Vertiefung und der Innenwand des Zylinders ist in bevorzugter Weise eine Spule angeordnet, deren Si-gnale der übertragungsschaltungsanordnung zuführbär sind.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den kenn-zeichnen- den Merkmalen des Anspruches 6 zu entnehmen. Da-nach wird zur Spannungsversorgung der Übertragungsschal-tungsanordnung eben¬ falls innerhalb der Außenfläche des Leiters eine Kondensatoran¬ ordnung vorgesehen, die dadurch gebildet ist, daß der Leiter eine umlaufende Vertiefung aufweist, in der in Abstand zum Boden der Ver-tiefung eine Elektrode isoliert angeordnet ist. Der Außendurchmesser der Elektrode entspricht dem Außendurchmesser des Leiters. Diese Ausgestaltung gleicht somit der Meßanordnung, bis auf die Tatsache, daß zur Spannungsversorgung ggf. eine an¬ dere Bemessung erforderlich wird.
Die vom Meßwandler aufgenommene Spannung oder der vom Meßwandler aufgenommene Strom ist an sich ein Analogsi-gnal, und demgemäß ist in zweckmäßiger Weise die Schal-tungsanordnung als Ana- log/Digital-Wandler mit einem Lichtsender ausgebildet, der das analoge Meßsignal in ein digitales Lichtsignal umwandelt, wel¬ ches mittels der Lichtleiter zu einer außerhalb der Kapselung befindlichen Auswerteeinheit übertragen wird.
Die Meßwerte können zusätzlich in analoger Form mit einer weite¬ ren Lichtleiterstrecke in den Außenraum zur Auswer-teeinheit übertragen werden, um den Phasenwinkel genau erfassen zu können. Die Übertragungsschaltungsanordnung oder kurz die Meßelektronik befindet sich innerhalb des Innenleiters und damit auf hohem Po¬ tential. Aus technischen Gründen, beispielsweise bei hohen Last¬ strömen oder Sonneneinstrahlung, kann die Temperatur des Innen¬ leiters 80° C annehmen. Auch können Temperaturanstiege bis 130° C nicht ausgeschlossen werden. Die sichere Funktion der als Mikroelektronik ausgebildeten Übertragungsschaltungsanordnung sowie die zugehörige Optoelektronik, mit der die Daten in Licht¬ signale umgewandelt werden, ist nur bis zu Grenzwerten der Ein¬ satztemperatur, die bei 75° C und in speziellen Fällen bei 125° C liegen, gewährleistet.
Zur Kühlung kann bzw. können nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 8 die gesamte Meßanordnung, d. h. die Über- tragungsschaltungsanordnungen auf ggf. je ein als Kühler dienen¬ des Peltier-Element aufmontiert sein, welches ggf. durch einen entsprechenden Stromwandler mit Strom versorgt wird.
Zu dem Stichwort "Peltier-Element" wird auf Meyers-Lexikon der Technik und der exakten Naturwissenschaften, 3. Band, 1970, Bi¬ bliographisches Institut, Mannheim/Wien/-Zürich, verwiesen.
Wie oben angedeutet ist die Erfindung anwendbar bei allen Arten von Anlagen, bei denen in auf Hochspannungspotential befindli¬ chen Leitern fließende Ströme und Spannungen gemessen werden sollen. Diese Anlagen können Freiluftanlagen oder metallgekap¬ selte, gas- oder flüssigkeitsisolierte Schaltanlagen sein.
Anhand der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiel der Er¬ findung dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines kapazitiven
Meßwandlers innerhalb einer Hoch¬ spannungsschaltanlage, Figur 2 eine schematische Darstellung eines Stromwandlers, ähnlich der Darstellung nach Figur 1,
Figur 3 einen aus einem Strom- und einem Spannungswandler gemäß den Figuren 1 und 2 bestehender Kombiwand¬ ler, ebenfalls in schematischer Darstellung, und
Figur 4 den Meßwandler nach Figur 1 mit einem Peltier-Ele¬ ment zur Kühlung.
Gleiche Teile in den Figuren besitzen gleiche Bezugsziffern.
Eine metallgekapselte, gasisolierte Hochspannungsschaltanlage, wie sie in Figur 1 dargestellt ist, besitzt eine auf Erdpoten¬ tial befindliche Außenkapselung 10, in der konzentrisch ein hoh¬ ler, auf Hochspannungspotential befindlicher Innenleiter 11 an¬ geordnet ist. Die Außenkapselung 10 ist aus zwei Kapselungstei¬ len 12, 13 zusammengesetzt, an deren Stirnenden je ein Flansch 14 bzw. 15 vorgesehen ist, zwischen denen ein scheibenförmiger Stützisolator 16 für den Innenleiter 11 eingespannt ist. Anstatt eines Innenleiters 11 können selbstverständlich bei mehrphasig gekapselten Schaltanlagen auch eine der Anzahl der Phasen ent¬ sprechende Anzahl von Innenleitern vorgesehen werden.
Der Leiter 11 besitzt eine' erste umlaufende Vertiefung 17, auf deren Boden Isolierstege 18 und 19 angeordnet sind, mittels denen ein Meßbelag oder eine Meßelektrode 20 gegenüber dem Lei¬ ter 11 isoliert abgestützt ist. Zwischen dem Meßbelag 20 und dem Boden der Vertiefung 17 ist somit ein Meßkondensator 21 gebil¬ det; mit der zwischen dem Meßbelag 20 und dem Kapselungsteil 12 befindlichen Kapazität 22 bildet der Meßkondensator oder Kapazi¬ tät 21 einen kapazitiven Spannungsteiler.
An dem Meßbelag 20 einerseits und an der Innenfläche des hohlen Leiters 11 sind Anschlußleitungen 23 und 24 angeschlossen, die zu einer im Inneren des Leiters 11 angeordneten Schaltungsanord¬ nung 25 einer Übertragungsschaltungsanordnung führen, in der die durch die Leiter 23 und 24 zu der Schaltungsanordnung 25 ge¬ führten analogen Meßsignale des Meßkondensators 21 in digitale Signale umgewandelt werden. Demgemäß handelt es sich bei der Schaltungsanordnung 25 um einen Analog/Digital-Wandler. An dem Analog/Digital-Wandler 25 befindet sich ein Lichtsender 26 der Übertragungsschaltungsanordnung, der die digitalen Signale nach Umwandlung in Lichtsignale auf eine Lichtleiteranordnung 27 überträgt, die - wie in Figur 1 schematisch dargestellt - spi¬ ralförmig durch den Stützisolator 16 nach außen herausgeführt ist. Man erkennt in der Figur 1 die einzelnen Querschnitte der Lichtleiteranordnung 27. Die Lichtleiteranordnung 27 ist mit ei¬ ner Auswerteschaltung 28 verbunden, in der die Lichtsignale aus¬ gewertet werden. Der Wandler 25 wird mit Spannung mititeis einer Kondensatoranordnung versorgt, die dem Meßkondensator gleicht. Diese Kondensatoranordnung 29 besitzt eine dritte Vertiefung 30, auf deren Boden Stege 31 und 32 aufgebracht sind, die eine Kon¬ densatorelektrode 33 halter, wodurch ein Versorgungskondensator 34 dieser zweiten Kondensatoranordnung gebildet wird. Die zwi¬ schen der Elektrode 33 und dem Kapselungsteil 10 befindliche Ka¬ pazität besitzt die Bezugsziffer 35. Die Elektrode 33 einerseits und der Innenleiter 11 andererseits sind mittels elektrischer Leitungen 36 und 37 mit dem Wandler 25 verbunden.
Die Figur 2 zeigt eine andere Ausgestaltung eines Meßwandlers.
Innerhalb des Innenleiters 11 ist eine weitere Vertiefung 40 eingebracht, die von einem Rand 41 der Vertiefung in Richtung der Außenfläche vorspringenden Abdeckzylinder 42 bis auf einen Spalt 43 abgedeckt ist. In dem durch den Zylinder 42 und den Bo¬ den der Vertiefung 40 befindlichen Innenraum 44 ist eine Spule 45 untergebracht, die beispielsweise als Rogowskispule ausgebil¬ det ist und deren Meßsignale dem Wandler 25 zugeführt werden. Die SpannungsVersorgung für den Wandler 25 erfolgt durch den Kondensator 34 des kapazitiven Spannungsteilers 34, 35, der so aufgebaut ist wie der zur SpannungsVersorgung des Meßwandlers 21/22 verwendete Spannungsteiler und daher die gleichen Bezugs¬ ziffern besitzt. Die übrige konstruktive Ausgestaltung der An¬ ordnung nach Figur 2 entspricht der Anordnung nach Figur 1. Die Figur 3 zeigt eine Kombination der beiden Meßwandler nach den Figuren 1 und 2.
Diese Kombination besitzt den Meßwandler 50, der dem in der Fi¬ gur 2 dargestellten Stromwandler entspricht, sowie den Meßwand¬ ler 51, der dem kapazitiven Meßwandler gemäß Figur 1 entspricht. Zur Stromversorgung der beiden Schaltungsanordnungen (Wandler) 52 und 53, die den Schaltungsanordnungen 25 entsprechen, ist die Versorgungskapazität 29 vorgesehen, die so zu bemessen ist, daß sie die beiden Wandler 52 und 53 gleichmäßig mit Spannung ver¬ sorgen kann. Sowohl der Wandler 52 mit dem Lichtsender 54 als auch der Wandler 53 mit dem Lichtsender 55 geben ihre -Lichtsi- gnale auf die beiden Lichtleiter 56 und 57 ab, die dem Lichtlei¬ ter 27 der Figur 1 bzw. 2 entsprechen. Beide Lichtleiter 56 und 57 verlaufen spiralförmig durch den Stützisolator 16 zu einer Auswerteeinheit 58, die der Auswerteschaltung 28 in angepaßter Form entspricht.
Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, daß die Span¬ nungsversorgung für die Wandler 25 und die Lichtsender 26 von den Meßwandlern selbst und nicht mittels einer zusätzlichen Ver¬ sorgungskapazität bereitgestellt wird.
Nicht dargestellt ist ein jeweils zusätzlicher Lichtleiter, der dem kapazitiven Meßwandler 21 und dem induktiven Meßwandler 45 zugeordnet ist und der die von dem jeweiligen Meßwandler erzeug¬ ten Signale in analoger Form der Auswerteschaltung zuführt. Diese zusätzlichen Lichtleiteranordnungen würden ebenso spiral¬ förmig durch den Stützisolator 26 hindurchgeführt; mit diesen analogen Signalen, die zur zu messenden Größe in gleicher Phase liegen, kann der Phasenwinkel genau erfaßt werden.
Die Erfindung ist anwendbar bei gas- oder flüssigkeitsisolierten metallgekapselten Hochspannungsschaltanlagen sowie bei Freiluft¬ anlagen und sie besitzt insgesamt einen vergleichsweise geringen Raumbedarf und ist außerdem mit geringem Aufwand herstellbar. Die Figurenbeschreibung zeigt lediglich einen Einzelleiter in¬ nerhalb der Metallkapselung; wenn die Hochs annungsanläge eine mehrphasig gekapselte Anlage ist, dann kann der Meßbelag des ka¬ pazitiven Meßwandlers, wie der mit der Bezugsziffer 20, nur über einen Teil des Umfangs ausgebildet sein, so daß die Spannungen der einzelnen Leiter separat gemessen werden können.
Aufgrund der Ausgestaltung der Anordnung nach den Figuren 1 bis 3 befindet sich im Inneren jedes Meßwandlers bzw. jeder Versor¬ gungskapazität das gleiche Dielektrikum wie innerhalb der Außen¬ kapselung 10, so daß die Meßsignale in erster Näherung tempera¬ turabhängig sind.
Bei der..Ausführung nach der Figur 2 endet der Zylinder 42 in ei¬ nem Abstand zu dem nächsten Rand der Vertiefung 40, wodurch der Spalt 43 gebildet ist. Dieser ist sehr wichtig, um eine magneti¬ sche Abschirmung der Spule bewirkende Kurzschlußströme zu ver¬ meiden. Der Zylinder 42 dient lediglich als Abschirmung für die Spule 45, wodurch Meßverfälschungen durch kapazitive Einstreuun¬ gen vermieden werden. Die Spule 45 ist in zweckmäßiger Weise als Rogowskispule ausgebildet.
Bei den bekannten Spannungswandlern, bei denen sich die Meßka¬ pazität auf Erdpotential oder im Bereich des Erdpotentials be¬ findet, besteht die Gefahr, daß bei Versorgung durch das Netz im Falle eines Kurzschlusses Überschläge vom Meßgerät zur Erde auf¬ treten, weil die Kapselung transient auf Hochspannungspotential gelegt wird. Darüberhinaus besteht bei den bekannten Anordnungen auch ein elektromagnetisches Verträglichkeits-Problem; diese Probleme bestehen bei der erfindungsgemäßen Anordnung, sowohl nach den Figuren 1 und 3 als auch nach der Figur 2, nicht.
Sowohl der kapazitive Meßwandler mit der Spannungsversorgung als auch der Stromwandler mit der kapazitiven SpannungsVersorgung und darüberhinaus auch der Kombiwandler gemäß Figur 3 können ohne weiteres als Baueinheit fabrikfertig vorbereitet und vorge¬ fertigt werden. Daß die Versorgung der Wandler 25 bzw. 52 und 53 als Spannungs¬ versorgung ausgebildet ist, hat den Grund, daß Spannung immer vorhanden ist bzw. die Spannung dem Strom voreilt. Dies hat den Vorteil, daß die Versorgung der Wandler 25, 52 und 53 sowie der zugehörigen Lichtsender 26, 54, 55 immer sicher gestellt ist.
Die Figur 4 zeigt einen Meßwandler mit Kühlung.
Auf einem Absatz 60 im Inneren des Innenleiters 11 ist ein Pel¬ tier-Element, das in seiner Gesamtheit mit 61 bezeichnet ist, aufgesetzt. Das Peltier-Element 61 besitzt, wie bekannt, Leiter¬ materialien unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit, wie beispielsweise aus Meyers-Lexikon der Technik und der -exakten Naturwissenschaften, Band 3, Seite 1916 bekannt, so daß hier nicht näher auf die Zusammensetzung eingegangen werden muß.
Zur Verringerung der Betriebstemperaturen wird bzw. werden die Übertragungsschaltungsanordnungen mit der kalten Fläche des Pel- tier-Elementes 61 thermisch kontaktiert.
Das Peltier-Element 61 wird mittels eines den Innenleiter 11 um¬ gebenden geeignet bemessenen Stromwandlers 62 über Leitungen 63 und 64 mit Strom versorgt, so daß für die Übertragungsschal- tungsanordnung 25/26 ein ausreichender Kühleffekt erzielt werden kann. Selbstverständlich könnte auch die Spannungsversorgung 29 benutzt werden. Daß ein Gleichrichter vorgesehen sein muß, ist selbstverständlich und in Figur 4 nicht näher dargestellt.

Claims

Patentansprüche
1. Auf Hochspannungspotential befindlicher Meßwand-ler, ins¬ besondere für eine metallgekapselte, gasisolierte Hochspannungs- schaltanlage, mit wenigstens einem auf Hochspannungspotential befindlichen Leiter und ggf. einem diesen umgebenden Außenlei¬ ter, mit einer innerhalb des hohl ausgebildeten Leiters vorgese¬ henen, die elektrischen Meßsignale in Lichtsignale umwandelnden Übertragungsschaltungsanordnung, wobei die Lichtsignale von Hochspannungspotential auf Erdpotential geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß am Außenumfang des Leiters (11) eine Ver¬ tiefung (17) eingebracht ist, in der gegenüber dem Leiter (11) isoliert eine Meßelektrode (20) vorgesehen ist, deren -Länge in Längsrichtung des Leiters (11) kleiner ist als die Länge der Vertiefung (17) und deren Außendurchmesser gleich ist dem Außen¬ durchmesser des Leiters (11), und daß die zwischen der Meßelek¬ trode (20) und dem Leiter (11) befindliche Kapazität (21) die Meßsignale erzeugt.
2. Meßwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiter (27) bei einer metallgekapselten, gas- oder flüssigkeitsisolierten Schaltanlage mit Stützisolatoren zur Ab- stützung des Innenleiters gegenüber dem Außenleiter spiral- oder mäanderförmig durch den benachbarten Stützisolator (16) nach au¬ ßen auf Erdpotential geführt sind.
3. Meßwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsignale in Form eines Lichtstrahls auf Erdpotential über¬ tragen werden.
4. Meßwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da-durch ge¬ kennzeichnet, daß am Boden der Vertiefung (17) Stege (18, 19) aus Isolierstoff angebracht sind, auf de-nen die Meßelektrode (20) aufgebracht ist.
5. Meßwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß der Leiter (11) eine umlaufende weitere Ver¬ tiefung (40) aufweist, die mittels eines an einem Rand der wei¬ teren Vertiefung (40) elektrisch-leitend anschließenden und in Abstand zum anderen Rand endenden Zylinders (42) abgedeckt ist, dessen Wandstärke dünn ist und dessen Außenumfang dem Außenum¬ fang des Leiters entspricht, und daß im Innenraum zwischen dem Boden der weiteren Vertiefung (40) und der Innenwand des Zylin¬ ders (42) eine Spule (45) angeordnet ist, deren Signale der Übertragungsschaltungsanordnung (25, 26) zuführbar sind.
6. Meßwandler nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Außenkontur ei-ne dritte Ver¬ tiefung^.(30) vorgesehen ist, in der eine weitere Kondensatoran¬ ordnung (31 bis 34), wie in den An-Sprüchen 1 bis 3 angegeben, untergebracht ist, deren Spannungssignale zur Versorgung der Übertragungsschal-tungsanordnung (25, 26) dienen und dafür be¬ messen sind.
7. Meßwandler nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsschaltungs-anordnung (25, 26) ein Analog/Digital-Wandler oder ein Spannungs- /Frequenzwandler ist.
8. Meßwandler nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des hohl ausgebildeten Innenlei¬ ters (11) wenigstens ein als Kühlelement dienendes Peltier-Ele¬ ment (61) vorgesehen ist, das mit der Übertragungs- schaltungsanordnung (25, 26) in thermisch engem Kontakt steht und ggf. mittels eines den Innenleiter (11) umgebenden Strom¬ wandlers (62) mit Strom versorgt wird.
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