DE2462884C2 - Meßwandler für Hochspannungsschaltanlagen mit Metallkapselung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Meßwandler für Hochspannungsschaltanlagen mit Metallkapselung, der zwischen Flanschen an einer Stoßstelle der Metallkapselung gehalten ist, wobei die Flansche der Metallkapselung durch dichtende und isolierende Abstandsmittel unter Bildung eines ringförmigen Hohlraumes im Abstand voneinander gehalten sind und in dem gegenüber dem Innenraum der Metallkapselung abgedichteten ringförmigen Hohlraum mindestens ein Eisenkern mit aufgebrachter Sekundärwicklung angeordnet ist, der mit dem Innenleiter der Hochspannungsschaltanlage einen Stromwandler bildet.

Bei einem bekannten Meßwandler dieser Art (CH-PS 514 923) enthalten die Abstandsmittel zwei hohle Metallzylinder, die unterschiedliche Durchmesser aufweisen und teilweise ineinander gesteckt sind. Ein zwischen den Metallzylindern sich ergebender Ringspalt ist mit elektrischem Isolierstoff ausgefüllt und an seinen Enden mit Dichtungsringen versehen. Die Metallzylinder sind an ihren voneinander abgewendeten Enden mit Flanschen versehen, um sie mit Flanschen der Metallkapsel der Hochspannungsschaltanlage verbinden zu können. Die Metallzylinder bilden mit ihren Flanschen und dem Isolierstoff im Ringspalt einen ringförmigen Hohlraum, in dem Eisenkerne mit Sekundärwicklung angeordnet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Meßwandler für Hochspannungsschaltanlagen mit Metallkapselung vorzuschlagen, der trotz Erfassung von Strom und Spannung konstruktiv einfach aufgebaut ist und daher mit geringem Abstand hergestellt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe bestehen bei einem Meßwandler der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß die Abstandsmittel aus einem Isolierrohr und aus an den Stirnseiten des Isolierrohres befindlichen Dichtungsringen; das Isolierrohr trägt auf seiner dem Innenleiter zugewendeten Innenfläche einen leitenden Belag, der von der Metallkapselung isoliert ist und mit dem Innenleiter einen Kondensator bildet.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Meßwandlers hinsichtlich seiner die Stromerfassung ermöglichenden Ausführung besteht darin, daß einfach aufgebaute Abslandsmittel Verwendung finden können, weil die Abstandsmitlel zusammen mit den Flanschen der Metallkapselung den ringförmigen Hohlraum zur Aufnahme des mindestens einen Eisenkerns mit Sekundärwicklung bilden. Damit wird die gesamte Herstellung des erfindungsgemäßen Meßwandlers relativ einfach und damit auch der Aufwand niedrig. Außerdem lassen die einfach aufgebauten Abstandsmit-

tel in einem späieren Fehlerfalle das Entfernen und Austauschen auch von solchen Eisenkernen zu, die nicht ais Schnittbandkerne ausgebildet sind.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Meßwandlers besteht unter anderem dann, daß die Querschnittsform der Eisenkerne verhältnismäßig frei gewählt werden kann, was für innerhalb der Metallkapselung untergebrachte Meßwandler oicht gilt So läßt die Erfindung die Anwendung von Kernen mit verhältnismäßig großem Querschnitt zu, wie sie insbesondere zum Aufbau von Wandlern mit linearen Eigenschaften erforderlich sind. Außerdem gestattet die erfindungsgemäße Ausführung eines Meßwandlers das Montieren von geschnittenen Kernen nach Fertigstellung der gesamten Hochspannungsschaltanlage oder bietet die Möglichkeit, Schnittbandkerne einer bestimmten Abmessung gegen solche anderer Leistung und Übersetzung bei fertig montierter Anlage in einfacher Weise austauschen zu können. Auch sind nachträgliche Änderungen des Übersetzungsverhältnisses möglich, da der Meßwandler von außen zugänglich ist. Außerdem kann die Abmessung der Metallkapsel dort, wo sie bislang durch den im Innern eingebauten Meßwandler bestimmt wurde, verringert werden.

Es ist zwar bereits vorgeschlagen worden (DE-OS 23 25 441), bei einem Meßwandler zum Einbau in eine Metallkapsel einer Schaltanlage einen an den Meßwandler angebrachten ringförmigen Montageansatz zu verwenden, der zwischen Flanschen der Metallkapsel eingespannt ist, jedoch befindet sich bei diesem Meßwandler das aktive System, bestehend aus Eisenkernen und aufgebrachten Sekundärwicklungen, innerhalb der Metallkapsel.

Ferner ist ein Stromwandler bekannt (CH-PS 4 53 490), der für den Einbau in eine rohrförmige Kapselung geeignet ist und aus einem Gießharzkörper besteht, in dem Ringbandkerne mit aufgebrachten Sekundärwicklungen eingebettet sind. Der Gießharzkörper hat eins ringförmige Gestalt und ist an seinen beiden Stirnseilen mit umlaufenden Ausnehmungen versehen, in die Enden der rohrförmigen Kapselung im montierten Zustand eingreifen. Zur Befestigung des Gießharzkörpers an den beiden Teilen der rohrförmigen Kapselung sind auf diese Spann- bzw. Druckringe aufgeschoben. Diese Druckringe werden unter Zwischenlage von Dichtungsringen mit dem Gießharzkörper verspannt; dabei werden die Dichtungsringe gequetscht. Dadurch wird einerseits erreicht, daß die rohrförmige Kapselung an der Einbaustelle des Gießharzkörpers nach außen abgedichtet ist, und andererseits bewirkt, daß der Gießharzkörper trotz der lose aufgeschobenen Druckringe fest auf der rohrförmigen Kapselung sitzt. Der bekannte Stromwandler weist also an der Stoßstelle der rohrförmigen Kapselung Flansche nicht auf, sondern ist dort nur mit lose aufgeschobenen Druck- bzw. Spannringen versehen.

In der US-PS 37 01 944 ist eine Spannungsmeßeinrichtung für metallgekapselte Hochspannungsschaltanlagen beschrieben, die einen Metallzylinder enthält. Der Metallzylinder ist mittels einer Durchführung im Innern der Metallkapselung gehalten und bildet mit dem Innenleiter der Anlage einen Oberspannungskondensator eines kapazitiven Spannungsteilers. Der erfindungsgemäße Meßwandler stellt dagegen einen kombinierten Strom- und Spannungswandler dar, bei dem ein zur Aufnahme von Stromwandlerteilen vorgesehener ringförmiger Hohlraum mittels eines Isolierrohres gebildet ist, das gleichzeitig zur Spannungsmessung mit herangezogen wird, indem es auf seiner dem Innenleiter zugewendeten Innenfläche einen leitenden Belag trägt, der mit dem Innenleiter einen Kondensator bildet.

Die DE-AS 18 07 996 befaßt sich mit einem Einleiterwandler für den Einbau in einem zylindrischen Teil einer Metallkapsel, die Tail einer vollisolierten Hochspannungsschaltanlage ist Der bekannte Einleiterwandler weist zwar einen leitenden Belag auf, jedoch ist dieser Belag an Erdpotential angeschlossen, um einen vollständigen Potentialabbau zwischen ihm und dem Innenleiter der Hochspannungsschaltanlage zu erreichen. Zur Spannungsmessung auf kapazitivem Wege ist daher der bekannte Einleiterwandler überhaupt nicht geeignet.

Die Spannungserfassung ist bei dem erfindungemäßen Meßwandler im wesentlichen nur durch Aufbringung eines leitenden Belages auf das Isolierrohr ermöglicht, was mit geringem zusätzlichem Aufwand erreichbar ist. Durch zusätzliche Verwendung einer Meß- und/oder Anzeigevorrichtung ist dann ein kombinierter Meßwandler gewonnen, der sowohl eine dem Strom durch den Innenleiier proportionale Meßgröße als auch eine der Spannung zwischen dem Innenleiter und der geerdeten Metallkapselung entsprechenden weiteren Meßgröße abgibt.

Die Meß- und/oder Anzeigevorrichtung eines Meßwandlers nach der Erfindung kann unterschiedlich ausgebildet sein. Vorteilhafterweise enthält die Meß- und/oder Anzeigevorrichtung einen Kondensator, der aufgrund seines Anschlusses an den Belag und an die Metallkapselung als Unterspannungskondensator eines kapazitiven Spannungsteilers wirkt, dessen Oberspannungskondensator von dem Innenleiter und von dem Belag gebildet ist: an den Unterspannungskondensaior ist ein Meß- und/oder Anzeigegerät angeschlossen, das aus einer dem Unterspannungskondensator parallel geschalteten Anzeigeglimmlampe bestehen kann. Man erhält in vorteilhaft einfacher Weise eine Überwachungseinrichtung für die Spannung in der Hochspannungsschaltanlage. Ist der ringförmige Hohlraum mit den Eisenkernen und den Sekundärwicklungen nach außen abgedeckt, was bei dem erfindungsgemäßen Meßwandler nicht unbedingt erforderlich ist, dann ist es zweckmäßig, in dieser Abdeckung ein Fenster vorzusehen, um die Anzeigeglimmlampe beobachten zu können.

Anstelle einer Anzeigelampe oder zusätzlich /u dieser kann an den Unterspannungskondensator des erfindungsgemäßen Meßwandlers ein elektro-optisches Bauelement angeschlossen sein, das im Strahlengang polarisierten Lichtes angeordnet ist. Dem elektro-opüschen Bauelement ist eine optische Auswerteeinrichtung nachgeordnet. Das elektro-optische Bauelement kann innerhalb des ringförmigen Hohlraumes als auch außerhalb desselben angeordnet sein. Es erscheint jedoch vorteilhaft, das elektro-optische Bauelement innerhalb des ringförmigen Hohlraumes unterzubringen, da dann das elektrooptische Bauelement geschützt angeordnet ist.

Es können auch die das polarisierte Licht erzeugende Lichtquelle und die optische Auswerteeinrichtung innerhalb des ringförmigen Hohlraumes angeordnet sein, falls dadurch kein als störend hinsichtlich seiner Abmessungen empfundener Hohlraum erforderlich ist. Es ist aber auch ohne weiteres möglich, die Lichtquelle und die optische Auswerteeinrichtung außerhalb des ringförmigen Hohlraumes anzuordnen und den Lichtstrahl über zwei Fenster — im Falle einer äußeren Abdeckung — zu dem elektro-optischen Bauelement zu

führen. Das elektrooptischc Bauelement isl vorteilhafterweise eine Kerr-Zelle oder eine Pockels-Zelle.

Der Unterspannungskondensator der Meßeinrichtung kann in vorteilhafter Weise mittels eines weiteren leitenden Belages auf der Außenfläche des Isolierrohres gebildet sein; das Isolierrohr bildet dann das Dielektrikum des Unterspannungskondensators.

Gegebenenfalls kann das Isolierrohr auch als Tragkörper für einen innerhalb des ringförmigen Hohlraumes untergebrachten Wickelkondensators dienen, der als Unterspannungskondensator verwendet wird.

Auf das Isolierrohr der dichtenden und isolierenden Abstandsmittel kann bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Meßwanderls im Bedarfsfalle auch eine Gebereinrichtung angeordnet sein, die auf das vom Strom im Innenleiter hervorgerufene magnetische Feld anspricht. Eine derartige Gebereinrichtung kann beispielsweise von einer auf dem Isolierrohr angebrachten Spule gebildet sein. Es ist aber auch die Verwendung von halbleilenden Bauelementen möglich, beispielsweise von Feldplatten oder Hallgeneratoren. Der Einsatz einer solchen Gebereinrichtung ist unabhängig davon, ob das Isolierrohr auf seiner Innenfläche einen leitenden Belag trägt oder nicht.

Ferner kann es unter Umständen als vorteilhaft erscheinen, wenn das Isolierrohr auf seiner dem Innenleiter zugewendeten Innenfläche eine weitere Gebereinrichtung trägt, die auf das elektrische Feld zwischen dem Innenleiter und dem leitenden Belag anspricht. Eine derartige Gebereinrichtung kann aus einem Bauelement mit einem Halbleitermaterial bestehen, wie es bei Oberfiächen-Feldeffekt-Anordnungen verwendet wird (vgl. z.B. »ETZ-A«. 1964, Seite 822, Biid 16). Eine solche Geberanordnung wird man im allgemeinen nur dann verwenden, wenn ihr Einsatz kostengünstiger und meßtechnisch vorteilhafter als die Verwendung eines leitenden Belages zur Bildung eines Oberspannungskondensators erscheint.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Meßwandlers teilweise im Schnitt und teilweise in einer Ansicht ge?eigt

Der dargestellte Meßwandler besteht aus einem von dem Innenleiter 1 der Hochspannungsschaltanlage 2 gebildeten Primärleiter sowie aus einem Eisenkern 3, auf den eine Sekundärwicklung 4 aufgebracht ist.

Eisenkern 3 und Sekundärwicklung 4 befinden sich in einem ringförmigen Hohlraum 5, der an einer Stoßstelle der Schaltanlage 2 von einem Flansch 6 eines Teiles 7 der Metallkapselung und einem Flansch 8 eines weiteren Teiles 9 der Metallkapselung sowie von einem

lü Isolierrohr 10 gebildet ist; an den Stirnseiten des Isolierrohres 10 sind Dichtungsringe 11 und 12 angeordnet, die beim Verspannen der Flansch 6 und 8 mittels Schrauben 13 den Innenraum 14 der Hochspannungsschaltanlage 2 gegenüber dem ringförmigen Hohlraum 5 abdichten. In der Hochspannungsschaltanlage 2 beispielsweise befindliches Isoliergas kann dann nicht in unerwünschter Weise nach außen sich verflüchtigen. Der ringförmige Hohlraum 5 ist nach außen durch eine zylindrische Abdeckung 15 abgeschlossen, die jedoch nicht dichtend angebracht sein muß.

An der Innenfläche 16 des Isolierrohres 10 ist ein leitender Belag 17 aufgebracht, der eine Elektrode eines Oberspaiinungskondensalors eines kapazitiven Spannungsteilers bildet; die andere Elektrode des Oberspannungskondensators wird von dem Innenleiter 1 gebildet. Wird über eine nicht gezeigte Verbindungsleitung der leitende Belag 17 mit einem beispielsweise außerhalb des ringförmigen Hohlraumes 5 angeordneten Unter-Spannungskondensators verbunden, dann ist ein kapazitiver Spannungsteiler vervollständigt, der bei Anschluß beispielsweise eines Verstärkers an den Unterspannungskondensator die Gewinnung einer Meßgröße am Ausgang dieses Verstärkers ermöglicht, die der Spannung zwischen dem Innenleiter 1 und der Metallkapselung 2 proportional ist. Mit einem derartig ausgebildeten Meßwandler läßt sich dann sowohl eine Strom- als auch eine Spannungsmessung durchführen.

Sollten die Schrauben 13 zu einer galvanischen Verbindung der Flansche 6 und 8 unzureichend erscheinen, dann können zusätzlich Stromverbinder vorgesehen werden, die eine leitende Verbindung zwischen den Teilen 7 und 9 der Metallkapselung herstellen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Meßwandler für Hochspannungsschaltungen mit Metallkapselung, der zwischen Flanschen an einer Stoßstelle der Metallkapselung gehalten ist, wobei die Flansche der Metallkapselung durch dichtende und isolierende Abstandsmittel unter Bildung eines ringförmigen Hohlraumes im Abstand voneinander gehalten sind und in dem gegenüber dem Innenraum der Metallkapselung abgedichteten ringförmigen Hohlraum mindestens ein Eisenkern mit aufgebrachter Sekundärwicklung angeordnet ist, der mit dem Innenleiter der Hochspannungsschaltanlage einen Stromwandler bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsmittel aus einem Isolierrohr (10) und aus an den Stirnseiten des Isolierrohres (10) befindlichen Dichtungsringen (11, 12) bestehen und daß das Isolierrohr (10) au:' seiner dein Innenleiter (1) zugewendeten Innenfläche einen leitenden Belag (17) trägt, der von der Metallkapselung (9) isolier! ist und mit dem Innenleiter (1) einen Kondensator bildet.

2. Meßwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den leitenden Belag (17) eine Meß- und/oder Anzeigeverrichtung angeschlossen ist (Fig. I).

3. Meßwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß- und/oder Anzeigevorrichtung einen Kondensator enthält, der aufgrund seines Anschlusses an den leitenden Belag (17) und an die Metallkapselung als Unterspannungskondensator eines kapazitiven Spannungsteilers wirkt, dessen Oberspannungskondensator von dem Innenleiter (1) und dem leitenden Belag (17) gebildet ist, und daß an den Unterspannungskondensator ein Meß- und/ oder Anzeigegerät angeschlossen ist (F i g. 1).

4. Meßwandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolierrohr (10) auf seiner Außenfläche einen weiteren leitenden Belag trägt, der mit dem leitenden Belag (17) den Unterspannungskondensator bildet (Fig. 1).

5. Meßwandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolierrohr als Tragkörper für einen im ringförmigen Hohlraum untergebrachten Wickelkondensator dient, der den Unterspannungskondensator bildet.

6. Meßwandler nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigegerät aus einer dem Unterspannungskondensator parallel geschalteten Anzeigeglimmlampe besteht, die im ringförmigen Hohlraum untergebracht ist.

7. Meßwandler nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgerät ein elektro-optisches Bauelement enthält, an das die Spannung am Unterspannungskondensator angelegt ist, daß das elektro-optische Bauelement im Strahlengang polarisierten Lichtes angeordnet ist und daß dem elektro-optischen Bauelement eine optische Auswerteeinrichtung nachgeordnet ist.

8. Meßwandler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das elektro-optische Bauelement eine Kerr-Zelle ist.

9. Meßwandler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das elektro-optische Bauelement eine Pockels-Zelle ist.

10. Meßwandler nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die das polarisierte Licht erzeugende Lichtquelle, das elektro-optische

Bauelement und die optische Auswerteeinrichtung in dem ringförmigen Hohlraum untergebracht sind.

11. Meßwandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolierrohr eine Gebereinrichtung trägt, die auf das vom Strom im Innenleiter hervorgerufene magnetische Feld anspricht

12. Meßwandler nach einem der vorengehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolierrohr auf seiner dem Innenleiter zugewendeten Innenfläche eine weitere Gebereinrichtung trägt, die auf das elektrische Feld zwischen dem Innenleiter und dem leitenden Balg anspricht.