DE2363932B2

DE2363932B2 - Kombinierte Strom- und Spannungsmeßeinrichtung

Info

Publication number: DE2363932B2
Application number: DE2363932A
Authority: DE
Inventors: Werner 2431 Bentfeld Kohler; Norbert 1000 Berlin Steinemer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-12-20
Filing date: 1973-12-20
Publication date: 1979-04-12
Also published as: JPS6142132Y2; ZA747842B; AT336728B; SE7415397L; ATA803674A; DE2363932A1; FR2255604A1; CH576643A5; JPS55157774U; AU7614274A; BE823681A; JPS5098382A; US3932810A; GB1459157A; DE2363932C3; NL7416694A; SE393461B; FR2255604B1

Description

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 kapazitivem Meßteiles mitausgenutzt wird.

Es ist ein kombinierter Strom- und Spannungswandler bekannt (DE-AS 11 14 921), bei dem der Spannungswandlerteil einen kapazitiven Teiler enthält Als Dielektrikum für den Oberspannungskondensator des kapazitiven Teilers wird das Dielektrikum der Wicklungsisolation des Strorrwandlerteiles mitausgenutzt indem auf die Wicklungsisolation leitende Beläge aufgebracht sind, die die Elektroden des Oberspannungskondensators bilden.

Bei einem kombinierten Strom- und Spannungswandler der bekannten Ausführung können sich Ungenauigkeiten bei der Spannungsmessung dadurch ergeben, daß sich das durch die Wahl von Ober- und Unterspannungskondensator eingestellte Teilerverhältnis aufgrund von unterschiedlichen Temperaturänderungen des Ober- und des Unterspannungskondensators ändert Eine unterschiedliche Erwärmung von Ober- und Unterspannungskondensator kann dadurch hervorgerufen sein, daß der durch den hindurchfließenden Strom erwärmte Primärleiter des StromwahdlerteÜes warm wird und seine Wärme auf die benachbarte Wicklungsisolation überträgt die gleichzeitig als Dielektrikum des Oberspannungskondensators ausgenutzt wird; dadurch ergibt sich eine Veränderung der Kapazität des

ι ο Oberspannungskondensators und damit eine zu Meßungenauigkeiten führende Veränderung des Teilerverhältnisses des kapazitiven Spannungsteilers.

Um dies zu vermeiden, ist bei einem bekannten kapazitiven Meßwandler (DE-OS 15 16 372) der dem

is Erdpotential benachbart angeordnete Kondensator des kapazitiven Teilers mit einem eine Temperaturkompensation bewirkenden Heiz widerst and ausgestattet; der Heizwiderstand ist vom Zwischenspannungswandler des kapazitiven Meßwandlers gespeist Bei einer Ausführung als kombinierter Strom- und Spannungswandler kann ein weiterer Heizwiderstand vorgesehen werden, der vom Stromwandler gespeist ist

Ähnlich ist ein anderer bekannter kapazitiver Teiler für Meßzwecke (DE-OS 15 91 947) ausgerüstet bei dem der Unterspannungskondensator künstlich beheizt wird. Dem Unterspannungskondensator ist deshalb eine Heizwicklung zugeordnet zu deren Speisung ein induktiver Zwischenwandlerkreis mit einer getrennten Wicklung oder ein Stromwandler mit einem zusätzli chen Kern mit aufgebrachter Wicklung benutzt wird.

Bei den beiden bekannten Wandlern mit kapazitivem Teiler werden nur die infolge Stromdurchflusses hervorgerufenen unterschiedlichen Erwärmungen von Ober- und Unterspannungskondensator des kapazitiven

Teilers ausgeglichen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine kombinierte Strom- und Spannungsmeßeinrichtung mit einem Gießharzkörper, der als Dielektrikum für den Oberspannungskondensator ausgenutzt wird, so auszu gestalten, daß eine von der Erwärmung des Unterspan nungskondensators abweichende Erwärmung des Oberspannungskondensators in jedem Falle ohne Einfluß auf die Meßgenauigkeit des kapazitiven Spannungsmeßteiles bleibt und zwar unabhängig davon, welche Ursachen die unterschiedliche Erwärmung hat.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer kombinierten Strom- und Spannungsmeßeinrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß in den Gießharzkörper ein Hilfskondensator mit einem dem Dielektri- kum des Oberspannungskondensators hinsichtlich der Temperaturabhängigkeit entsprechenden Dielektrikum eingebettet der Hilfskondensator ist in Reihe mit einem Widerstand an einen Hilfsgenerator angeschlossen, und die an dem Widerstand abfallende Spannung ist nach Gleichrichtung einem Eingang eines als Differenzverstärker ausgebildeten Verstärkers zugeführt, dessen anderer Eingang mit dem erdabgewandten Anschlußende des Unterspannungskondensators des kapazitiven Spannungsteilers verbunden ist

Die erfindungsgemäße kombinierte Strom- und Spannungsmeßeinrichtung bietet den Vorteil, daß durch eine mehr oder weniger große, in Abhängigkeit von der Erwärmung des Gießharzkörpers erzeugte Gleichspannung an dem einen Eingang des Differenzverstärkers die vom Differenzverstärker verarbeitete Spannung im Vergleich zu der am Unterspannungskondensator jeweils abfallenden Spannung in Abhängigkeit von der Änderung der Kapazität des Oberspannungskondensa-

tors durch Erwärmung mehr oder weniger vermindert ist Dies führt dazu, daß das durch beispielsweise verhältnismäßig starke Erwärmung des Oberspannungskondensators gestörte Teilerverhältnis keinen Einfluß auf die Genauigkeit bei der Spannungsmessung hat, weil im Differenzverstärker das ,gestörte Teilerverhältnis infolge der an dem einen Eingang des Differenzverstärkers angelegten Hilfsspannung kompensiert wird. Der Umstand, daß dem einen Eingang des Differenzverstärkers bei der erfindungsgemäßen Strom- uifcj» Spannungsmeßeinrichtung jeweils nur eine Hilfsspannung mit positivem Betrag zugeführt wird, beeinträchtigt die Wirkungsweise hinsichtlich der Kompensation eines gestörten Teilerverhältnisses in keiner Weise, weil bei der Bemessung der erfindungsgemäßen Einrichtung von einer geeigneten angenommenen Temperatur als Bezugspunkt ausgegangen werden kann.

Bei der erfindungsgemäßen kombinierten Strom- und Spannungsmeßeinrichtung kann der Strommeßteil unterschiedlich ausgebildet sein. Als vorteilhaft wird es jedoch erachtet, wenn als Meßfühler für den Strommeßteil ein Meßfühler aus einer eisenkernlosen Wicklung verwendet wird, und mindestens eine Einrichtung mit einem Eisenkern in aufgebrachter Wicklung vorhanden ist, die mit dem zu messenden stromführenden Leiter der Hochspannungsschaltanlage einen Sättigungsstromwandler bildet; die Enden der eisenkernlosen Wicklung sind an dem Eingang eines Verstärkers angeschlossen, dessen Betriebsspannung von der Wicklung des Sättigungsstromwandlers abgegeben wird. Diese Ausbildung des Strommeßteils hat den Vorteil, daß durch den Fortfall des Eisenkernes die bisher beim Einbetten eines Eisenkernes in Gießharz getroffenen Vorsichtsmaßnahmen zur Vermeidung einer Beeinflussung des Kernes durch Schrumpfen des Gießharzes unterbleiben können, was sich vorteilhaft auf die Herstellungskosten auswirkt Eine zusätzliche Betriebsspannungsquelle für den Verstärker des Strommeßteiles ist nicht erforderlich, weil die notwendige Betriebsenergie von dem Sättigungsstromwandler zur Verfügung gestellt wird. Ein bedeutender Vorteil des erfindungsgemäßen Strommeßteils wird darin gesehen, daß Sättigungserscheinungen in der eisenkernlosen Wicklung nicht auftreten können, was sich vorteilhaft « auf die Übertragungsgenauigkeit bei Überströmen auswirkt.

Die Einrichtung mit dem Eisenkern und aufgebrachter Sekundärwicklung zur Bildung des Sättigungsstromwandlers kann bei der kombinierten Spannungs- und Strommeßeinrichtung in einem separaten Gießharzkörper angeordnet sein; vorteilhafter erscheint es jedoch schon aus fertigungstechnischen Gründen, wenn die Einrichtung mit dem Eisenkern und aufgebrechter Wicklung in den Gießharzkörper miteingebettet ist r>

Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Zeichnung teilweise schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen kombinierten Strom- und Spannungsmeßeinrichtung wiedergegeben.

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 Leiter 3 durchsetzt, der an der zu messenden Spannung liegt und den zu messenden Strom führt

In den Gießharzkörper 1 ist ein Oberspannungskondensator 4 eines kapazitiven Teilers eingebettet, dessen Unterspannungskondensator 5 außerhalb des Gießharzkörpers 1 angeordnet ist Dem kapazitiven Spannungsteiler ist ein Differenzverstärker 6 nachgeordnet, dessen einer Eingang 7 in unten näher beschriebener Weise beschaltet ist; der andere Eingang 8 des Differenzverstärkers 6 ist nut dem erdabgewandten Anschluß 9 des Unterspannungskondensators 5 verbunden. Dem Differenzverstärker 6 ist ein weiterer Verstärker 10 nachgeordnet, an dessen Ausgang ein Widerstand 11 angeschlossen ist Dem Widerstand 11 ist ein Spannungsmeßgerät 12 parallelgeschaltet, an dem eine der Spannung am Leiter 3 proportionale Spannung abgelesen werden kann.

In dem Gießharzkörper 1 ist außer dem Oberspannungskondensator 4 des kapazitiven Spannungsteilers ein Hilfskondensator 13 eingebettet, der über einen Widerstand 14 aus einem Hilfsgenera tor 15 gespeist wird. Der Hilfskondensator 13 hat ein Dielektrikum, das hinsichtlich der Temperaturabhängigkeit der des Oberspannungskondensators 4 entspricht Bei Erwärmung des Gießharzkörpers 1 ändert sich demzufolge die Kapazität des Hilfskondensators 13 in gleicher Weise wie die des Oberspannungskondensators 4. Dies wirkt sich auf die Höhe der an dem Widerstand 14 abfallenden Spannung aus, so daß bei geringer werdender Kapazität des Hilfskondensators 13 die Spannung am Widerstand 14 ebenfalls kleiner wird.

Die am Widerstand 14 abfallende Spannung wird über einen Präzisionsgleichrichter 16 gleichgerichtet und mittels eines nachgeordneten Kondensators 17 geglättet Die so gewonnene Gleichspannung wird dem einen Eingang 7 des Differenzverstärkers 6 zugeführt

Wird der Gießharzkörper 1 beispielsweise infolge Erwärmung des Leiters 3 stärker erwärmt als der Unterspannungskondensator 5, dann wird dies zu einem Absinken der Dielektrizitätskennzahl des Dielektrikum des Oberspannungskondensators 4 führen, was sich bei gleicher Spannung am Leiter 3 in einer Veränderung des Teilerverhältnisses dergestalt bemerkbar macht, daß nunmehr die am Unterspannungskondensator 5 abgreifbare Spannung niedriger ist. Die Erwärmung des Gießharzkörpers 1 bewirkt aber auch eine entsprechende Änderung der Dielektrizitätskennzahl des Dielektrikum des Hilfskondensators 13, so daß aufgrund einer verminderten Kapazität des Hilfskondensators 13 ein geringerer Stromfluß durch den Widerstand 14 auftritt, wodurch dann auch die dem einen Eingang des Differenzverstärkers 6 zugeführte Spannung kleiner wird. Der Einfluß der diesem Eingang zugeführten Gleichspannung vermindert sich dadurch, so daß die von dem Differenzverstärker 6 gebildete Differenzspannung dem Wert vor der Erwärmung des Gießharzkörpers 1 entspricht Das durch die Erwärmung veränderte Teilerverhältnis ist damit kompensiert; ein Einfluß auf die Anzeige des Spannungsmeßgerätes 12 durch Temperaturänderungen des Oberspannungskondensators 4 ist damit vermieden.

Der Gießharzkörper 1 der erfindungsgemäßen kombinierten Strom- und Spannungsme3einrichtung enthält neben dem Oberspannungskondensator 4 und dem Hilfskondensator 13 ein Strommeßteil das aus einer eisenkernlosen Wicklung 18 und mindestens einer Einrichtung 19 besteht, die einen Eisenkern 20 mit Wicklung 21 enthält Die Einrichtung 19 mit Eisenkern 20 und Wicklung 21 bildet zusammen mit dem Leiter 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 Verstär-

ker 23 mit Betriebsenergie versorgt werden kann. Von dem Verstärker 23 wird dann eine Spannung abgegeben, die ein Maß für den Strom im Leiter 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 24 nachgeordnet, der an seinem Ausgang 25 bei Verwendung eines Spannungs-Frequenz-Umsetzers eine dem Strom im Leiter 3 proportionale Frequenz abgibt

Um die Stromversorgung des Verstärkers 23 und gegebenenfalls auch das Analog-Digital-Umsetzers 24 auch bei kleinen Strömen im Leiter 3 zu gewährleisten, '⁵ können mehrere Einrichtungen mit Eisenkern und Wicklung vorgesehen sein, die jeweils einen Sättigungsstromwandler mit dem Leiter 3 bilden. In der Figur ist nur eine weitere Einrichtung 26 dargestellt Diese Einrichtung 26 wird bei kleinen Strömen im Leiter 3 zweckmäßigerweise in Reihe mit der Einrichtung 19 und gegebenenfalls weiteren Einrichtungen geschaltet, wobei zu dieser Reihenschaltung elektronische Umschaltmittel verwendet werden können; diese sind der besseren Übersichtlichkeit halber in der Figur nicht dargestellt

Wie die Figurenbeschreibung bereits zum Ausdruck gebracht hat, läßt sich die Erfindung nicht nur bei solchen kombinierten Strom- und Spannungsmeßeinrichtungen anwenden, bei denen der Gießharzkörper als Dielektrikum für den Oberspannungskondensator des kapazitiven Spannungsteilers mitausgenutzt wird, sondern auch bei solchen Einrichtungen, bei denen in den Gießharzkörper ein vollständiger Kondensator eingebettet ist Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind diese beiden Ausgestaltungen des Oberspannungskondensators eines kapazitiven Teilers als äquivalente Ausbildungen zu betrachten.

Mit der Erfindung wird eine kombinierte Strom- und Spannungsmeßeinrichtung vorgeschlagen, die hinsichtlich des Spannungsmeßteiles den Vorteil bietet, daß Temperaturänderungen des den Oberspannungskondensator aufnehmenden Gießharzkörpers bzw. Temperaturänderungen des als Dielektrikum mit ausgenutzten Gießharzkörpers keinen Einfluß auf die Spannungsmessung haben. Bezüglich des Strommeßteiles ist die erfindungsgemäße Strom- und Spannungsmeßeinrichtung insofern vorteilhaft, als sie einen sehr kompakt auszuführenden Gießharzkörper ermöglicht, weil der Strommeßteil ohne Eisenkern auskommt; Obertragungsungenauigkeiten durch Sättigungserscheinungen können nicht auftreten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

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 wird, dadurch gekennzeichnet, daß in den Gießharzkörper (1) ein Hilfskondensator (13) mit einem dem Dielektrikum des Oberspannungskondensators (4) hinsichtlich der Temperaturabhängigkeit entsprechenden Dielektrikum eingebettet ist, daß der Hilfskondensator (13) in Reihe mit einem Widerstand (14) an einen Hilfsgenerator (15) angeschlossen ist und daß eine an dem Widerstand (14) abfallende Spannung nach Gleichrichtung einem Eingang (?) eines als Differenzverstärker ausgebildetes Verstärkers (6) zugeführt ist, dessen anderer Eingang (8) mit dem erdabgewandten Anschlußende des Unterspannungskondensators (S) des kapazitiven Spannungsteilers verbunden ist

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strommeßteil einen Meßfühler aus einer eisenkernlosen Wicklung (18) enthält, daß mindestens eine Einrichtung (19) mit einem Eisenkern (20) und aufgebrachter Wicklung (21) vorhanden ist, die mit dem den zu messenden Strom führenden Leiter (3) einen Sättigungsstromwandler bildet, und daß die Enden der eisenkernlosen Wicklung (18) an den Eingang eines weiteren Verstärkers (23) angeschlossen sind, dessen Betriebsspannung von der Wicklung (21) des Sättigungsstromwandlers abgegeben wird.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die Einrichtung (19) mit Eisenkern (20) und aufgebrachter Wicklung (21) in dem Gießharzkörper (1) eingebettet ist

4. Meßeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem weiteren Verstärker (23) ein Spannungs-Frequenz-Umsetzer (24) nachgeordnet ist