DE2363933A1

DE2363933A1 - Kombinierte strom- und spannungsmesseinrichtung

Info

Publication number: DE2363933A1
Application number: DE2363933A
Authority: DE
Inventors: Werner Kohler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-12-20
Filing date: 1973-12-20
Publication date: 1975-06-26
Also published as: CH573166A5; GB1471570A; US4074193A; FR2255605A1; SE393683B; BE823680A; AT353890B; SE7415396L; ATA803774A; DE2363933B2; JPS5444491B2; JPS50100540A; DE2363933C3; FR2255605B1

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAPT Erlangen, den 2 O. DEZ. 1973 Berlin und München Werner-von-Siemens-Str. 50

Unser Zeichen: YPA 73/5821 Kr/Etz

Kombinierte Strom- und Spannungsmeßeinrichtung

Die Erfindung "bezieht sich auf eine kombinierte Strom- und Spannungsmeßeinrichtung mit einem den Strommeßteil tragenden Gießharzkörper, der als Dielektrikum für den Oberspannungskondensator, des kapazitiven Spannungsteilers mit nachgeordnetem Verstärker eines kapazitiven Meßteiles mitausgenutzt und von dem den zu messenden Strom führenden Primärleiter durchsetzt ist.

Es ist ein kombinierter Strom- und Spannungswandler bekannt (DT-AS 1 114 921), bei dem der Spannungswandlerteil einen kapazitiven Wandler enthält. Als Dielektrikum für den Oberr· spannungskondensator des kapazitiven Teilers wird das Dielektrikum der Wicklungsisolation des Stromwandlerteiles mitausgenutzt, indem auf die Wicklungsisolation leitende Beläge aufgebracht sind, die die Elektroden des Oberspannungskondensators bilden.

Die Konstruktion dieses bekannten kombinierten Strom- und Spannungswandlers läßt insofern zu wünschen übrig, als dadurch eine verhältnismäßig großvolumige Ausführung entsteht; dies ist darauf zurückzuführen, daß ein relativ großer Strommeßteil in Form einer Sekundärwicklung mit Eisenkern verwendet wird, der zu einem entsprechend großen Gießharzkörper führt. Dadurch" werden-zum einen die Herstellungs-

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kosten und auch das Gewicht des bekannten kombinierten Wandlers verhältnismäßig hoch, während zum anderen der Aufwand durch zwei Beläge weiterhin vergrößert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kombinierte Strom- und Spannungsmeßeinrichtung vorzuschlagen, die sich ■ sowohl hinsichtlich der Herstellungskosten als auch der Baugröße vorteilhaft von der bekannten Ausführung unterscheidet.

Zur lösung dieser Aufgabe ist bei einer kombinierten Strom- und Spannungsmeßeinrichtung der eingangs beschriebenen Art er findung s gemäß in dem Gießharzkörper eine zylindrische Elektrode eingebettet, die mit einem·sie durchsetzenden, stabförmig ausgebildeten Primärleiter den Oberspannungskondensator des kapazitiven Spannungsteilers bildet; der Strommeßteil enthält einen Meßfühler aus einer eisenkernlosen Wicklung, die die zylindrische Elektrode auf ihrer Außenseite umgibt.

Die erfindungsgemäße kombinierte Strom- und Spannungsmeßeinrichtung weist zunächst den Vorteil auf, daß bei ihr ein Oberspannungskondensator unter Verwendung einer einzigen in,den Gießharzkörper eingebetteten zylindrischen Elektrode ermöglicht ist, weil die andere Elektrode des Oberspannungskondensators von dem den zu messenden Strom führenden Primärleiter selbst gebildet ist. Die zylindrische -Elektrode hat auch die Punktion, zu einer Vergleichmäßigung der Spannungsbeanspruchung des Gießharzes zwischen dem Hochspannungsleiter und der eisenkernlosen Wicklung beizutragen, so daß infolge der Verwendung der zylindrischen Elektrode auch der Gießharzkörper verhältnismäßig dünn bemessen werden kann. Dadurch ergibt sich eine verhältnismäßig kompakte Bauform des Gießharzkörpers und eine Einsparung an Gießharz. Zu diesen vorteilhaften Eigenschaften der erfindungsgemäßen kombinierten Strom- und Spannungsmeßeinrichtung trägt noch zusätzlich bei, daß der.Strommeßteil aus einer eisenkernlosen Wicklung besteht, die infolge Fehlens eines Eisen-

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kernes eine kompakte Ausführung der gesamten Einrichtung erleichtert. Darüber hinaus wird durch die Verwendung einer eisenkernlosen Spule das Auftreten von Sättigungserscheinungen und damit ein erhöhter Wandlerfehler "bei Überströmen vermieden.

Es ist zwar bereits bekannt (DT-PS 716 374), eine Anordnung zur kapazitiven Kessung der Spannung dadurch zu gewinnen, daß bei einem Einleiterstromwandler der Durchführungsbolzen in der'Nähe der Passung mit einem zylindrischen Metallschirm umgeben ist, jedoch geht aus dieser Patentschrift nicht hervor, in welcher Weise dieser zylindrische Metallschirm anzuordnen ist und daß dieser zylindrische Metallschirm außerdem zu einer Entlastung der Isolation beiträgt, indem die Sekundärwicklung des Stromwandlers außerhalb des zylindrischen Metallschirms angeordnet ist,, wie dies bei der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung der Pail ist. Bei dem bekannten Einleiterstromwandler handelt es sich im übrigen offensichtlich um einen Wandler, bei dem ein die Sekundärwicklung tragender Eisenkern zur Gewinnung der Sekundärgröße eingesetzt ist, also keine eisenkernlose Wicklung wie bei der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung.

Ferner ist ein Spannungswandler bekannt (DT-OS 2 125 297), der aus einem kapazitiven Spannungsteiler mit nachgeordnetem Verstärker besteht, wobei der Oberspannungskondensator des kapazitiven Spannungsteilers von einem stromführenden Leiter und einem diesen umgebenden zylindrischen Rohr gebildet ist, jedoch handelt es sich bei diesem bekannten Spannungswandler um einen Wandler für vollisolierte, metallgekapselte· Hochspannungsschaltanlagen, bei dem als Dielektrikum für den Oberspannungskondensator das in der Schaltanlage befindliche Isoliergas dient. Sofern bei dem bekannten Spannungswandler ein G-ießharzkörper vorgesehen ist, dient er als Tragkörper für einen Belag zur Bildung der zylindrischen Elektrode und gegebenenfalls zur Aufnahme von Eisenkern mit Sekundärwicklung eines Stromwandlerteiles.

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Wie oben "bereits ausgeführt wurde, ist bei der erfindungsgemäßen kombinierten Strom- und Spannungsmeßeinrichtung die Anordnung der zylindrischen Elektrode derart getroffen, daß sie zu einer Vergleichmäßigung der Spannungsbeanspruchung des zwischen dem Primärleiter und der, eisenkernlosen Wicklung liegenden Bereiches des Gießharzkörpers beiträgt; die zylindrische Elektrode ist daher vorteilhafterweise auf einem erdpotentialnahen Potential angeordnet.

Neben der zylindrischen Elektrode sind in dem Gießharzkörper an beiden Seiten Schutzringelektroden eingebettet, die sich vorteilhaft auf den Verlauf des elektrischen Feldes zwischen der zylindrischen Elektrode und dem Primärleiter auswirken und außerdem ebenfalls zur Vergleichmäßigung der elektrischen Beanspruchung des Gießharzkörpers beitragen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung ist mindestens eine Einrichtung mit einem Eisenkern und aufgebrachter Wicklung vorhanden, die die eine Schutzringelektrode auf ihrer vom Primärleiter abgewandten Seite umgibt und mit dem Primärleiter einen Sättigungsstromwandler bildet; die Enden der eisenkernlosen Wicklung sind an dem Eingang eines weiteren Verstärkers angeschlossen, dessen Betriebsspannung von der Wicklung des Sättigungsstromwandlers abgegeben wird. Durch eine derartige Ausführung der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung ist eine Unabhängigkeit des Strommeßteiles von einer zusätzlichen Betriebsspannungsquelle erreicht. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, die erfindungsgemäße Meßeinrichtung ohne einen Sattigungsstromwandler zu betreiben, indem dann auf eine zur Verfugung zu stellende Betriebsspannungsquelle zurückgegriffen wird, die zur Speisung des Verstärkers des Spannungsmeßteiles in der Regel ohnehin vorgesehen sein wird. Es tritt in diesem Falle nur eine stärkere Belastung der Betriebsspannungsquelle ein, was insbesondere dann störend ist, wenn die Betriebsspannungsquelle aus Batterien besteht.

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Die Einrichtung mit Eisenkern und aufgebrachter Wicklung kann grundsätzlich unterschiedlich angeordnet sein;" beispielsweise kann die Einrichtung auf dem G-ießharzkörper aufgebracht sein. Als vorteilhaft wird es jedoch schon zum Schütze vor Beschädigungen angesehen, wenn die Einrichtung mit Eisenkern und Wicklung ebenso wie die eisenkernlose Wicklung in dem Gießharzkörper eingebettet ist.

Dem vorzugsweise von dem Sattigungsstromwandler gespeisten Verstärker der erfindungsgemäßen Einrichtung kann direkt eine elektronische Schutzeinrichtung oder ein entsprechender Zähler nachgeordnet sein. Ist eine Fernübertragung des von dem Strommeßteil abgegebenen Sekundärwertes erwünscht, dann ist dem weiteren Verstärker vorteilhafterweise ein Spannungs-Frequenz-Umsetzer nachgeordnet.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen kombinierten Strom- und Spannungsmeßeinrichtung dargestellt.

Die erfindungsgemäße kombinierte Strom- und Spannungsmeßeinrichtung enthält einen Gießharzkörper 1, der zur Verlängerung des Kriechweges mit Rippen 2 versehen ist. Der Gießharzkörper 1 ist von einem Primärleiter 3 durchsetzt, der an der zu messenden Spannung liegt und den zu messenden Strom führt.

In dem G-ießharzkörper 1 ist eine zylindrische Elektrode 4 eingebettet, die mit dem Primärleiter 3- den Oberspannungskondensator eines kapazitiven Spannungsteilers bildet, dessen Unterspannungskondensator 5 außerhalb des Gaeßharzkörpers 1 angeordnet ist. Dem kapazitiven Spannungsteiler ist ein Verstärker 6 nachgeordnet, dessen einer Eingang 7 geerdet ist; der andere Eingang 8 des Verstär-r kers 6 ist mit dem erdabgewandten Anschluß 9 des Unterspannungskondensators 5 verbunden. An den Verstärker 6 ist

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ein Widerstand 10 angeschlossen. Dem Widerstand 10 ist ein Spannungsmeßgerät 11 parallelgeschaltet, an dem eine der Spannung am Primärleiter 3 proportionale Spannung abgelesen werden kann.

Der Gießharzkörper 1 der erfindungsgemäßen kombinierten Strom- und Spannungsmeßeinrichtung enthält neben der zylindrischen Elektrode 4 einen Strommeßteil, der aus einer eisenkernlosen Wicklung 18 und mindestens einer Einrichtung 19 besteht, die einen Eisenkern 20 mit Wicklung 21 enthält. Die Einrichtung mit Eisenkern 20 und Wicklung 21, die außerhalb einer Schutzringelektrode 13 angeordnet ist, bildet zusammen mit dem Primärleiter 3 einen Sättigungsstromwandler. Sie sorgt dafür, daß unter Verwendung eines an die Wicklung 21 angeschlossenen Gleichrichters 22 ein an die Enden der eisenkernlosen Wicklung 18 angeschlossener Verstärker 23 mit Betriebsenergie versorgt werden kann. Von dem Verstärker 23 wird dann eine Spannung abgegeben, die ein Maß für den Strom im Primärleiter 3 ist und die gegebenenfalls in einer· elektronischen Schutzanordnung weiterverarbeitet werden kann. Wird eine Fernübertragung der Ausgangsspannung des Verstärkers 23 gewünscht, oder ist dies sogar erforderlich, dann ist dem Verstärker 23 zweckmäßigerweise ein Analog-Digital-Umsetzer nachgeordnet, der an seinem Ausgang 25 bei Verwendung eines Spannungs-Frequenz-Umsetzers eine dem Strom im Primärleiter proportionale Frequenz abgibt.

Um"die Stromversorgung des Verstärkers 23 und gegebenenfalls auch des Analog-Digital-Umsetzers 24 auch bei kleinen Strömen im Primärleiter 3 zu gewährleisten, können mehrere Einrichtungen mit Eisenkern und Wicklung vorgesehen sein, die jeweils einen Sattigungsstromwandler mit dem Primärleiter 5 bilden. In der Figur -ist nur eine weitere Einrichtung 26

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aargestellt, die außerhalb einer weiteren Schutzringelektrode 14 angeordnet ist. Diese Einrichtung 26 wird hei kleinen Strömen im Primärleiter 3 zweclanäßigerweise in Reihe mit der Einrichtung 19 und gegebenenfalls weiteren Einrichtungen geschältet, wobei zu dieser Reihenschaltung elektronische Umschaltmittel verwendet werden können; diese sind der besseren Übersichtlichkeit halber in der Figur nicht dargestellt.

1 Figur

6 Patentansprüche

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Claims

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Pat entans prüche

{1/ Kombinierte Strom- und Spannungsmeßeinrichtung mit einem den Strommeßteil tragenden Gießharzkörper, der als Dielektrikum für den Oberspannungskondensator des kapazitiven Spannungsteilers mit nachgeordnetem Verstärker eines kapazitiven Spannungsmeßteiles mitausgenutzt und von dem den zu messenden Strom führenden Primärleiter durchsetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gießharzkörper (1) eine zylindrische Elektrode (4) eingebettet ist, die mit einem sie durchsetzenden, stabförmig ausgebildeten Primärleiter (3) den Oberspannungskondensator des kapazitiven Spannungsteilers bildet, und daß der Strommeßteil einen Meßfühler aus einer eisenkernlosen Wicklung (18) enthält, die die zylindrische Elektrode (4) auf ihrer Außenseite umgibt.
2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die zylindrische Elektrode (4) auf einem erdpotentialnahen Potential befindet.
3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beiderseits der zylindrischen Elektrode (4) geerdete Schutzringelektroden (13, 14) in dem Gießharzkörper (1) eingebettet sind,
4. Meßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Einrichtung (19) mit einem Eisenkern (20) und aufgebrachter Wicklung (21) vorhanden ist, die die eine Schutzringelektrode (13) auf ihrer vom Primärleiter (3) abgewandten Seite umgibt und mit dem Primärleiter (3) einen Sättigungsstromwandler bildet, und daß die Enden der eisenkernlosen Wicklung (18) an den Eingang eines v/eiteren Verstärkers (23) angeschlossen sind, dessen Betriebsspannung von der Wicklung (21) des -Sättigungsstromwandlers abgegeben wird.

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5. Meßeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (19) mit-Eisenkern (20) und aufgebrachter Wicklung (21) in dem Gießharzkörper (1) eingebettet
ist.
6. Meßeinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem weiteren Verstärker (23) ein Spannungs-Prequenz-Umsetzer (24) nachgeordnet ist.

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