DE19712900A1 - Sensor system for measuring electric current and voltage esp. for medium voltage - Google Patents
Sensor system for measuring electric current and voltage esp. for medium voltageInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Strom- und Spannungsmessung, insbesondere für Mittelspannungsanlagen.The invention relates to a sensor arrangement for Current and voltage measurement, especially for Medium voltage systems.
Bei bekannten Sensoranordnungen dieser Art sind der Stromsensor und der Spannungssensor als getrennte Geräte in verschiedenen Gehäusen angeordnet. Diese Gehäuse sind hinsichtlich ihrer räumlichen Abmessungen und insbesondere ihrer Anschlüsse an die Stromleiter einer Mittelspannungsanlage durch DIN 42 600 genormt, so daß sie ohne großen Montageaufwand in der Mittelspannungsanlage montiert werden können. Nachteilig dabei ist jedoch, daß für die Strom- und Spannungsmessung zwei Geräte montiert und angeschlossen werden müssen.In known sensor arrangements of this type Current sensor and the voltage sensor as separate Devices arranged in different housings. This Housing are spatial Dimensions and in particular their connections to the Current conductor of a medium voltage system according to DIN 42 600 standardized so that they can be installed in the medium-voltage system can be installed. The disadvantage, however, is that for the electricity and Voltage measurement two devices mounted and must be connected.
Aus der DE 40 10 576 A1 ist eine Sensoranordnung mit einem Mittelspannungs-Stromwandler bekannt, der aus einer Primärwicklung und einer mit einem Eisenkern versehenen Sekundärwicklung besteht, die zusammen mit einem kapazitiven Teiler in ein Gießharzgehäuse eingegossen ist. Die bekannte Anordnung hat den Nachteil, daß mit ihr keine Spannungsmessung durchgeführt werden kann.DE 40 10 576 A1 describes a sensor arrangement a medium voltage current transformer known from one primary winding and one with an iron core provided secondary winding, which together with a capacitive divider in a cast resin housing is poured. The known arrangement has the Disadvantage that no voltage measurement with it can be carried out.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sensoranordnung zur Strom- und Spannungsmessung anzugeben, bei der Montage und Anschluß an eine Mittelspannungsanlage besonders einfach und mit geringem Arbeitsaufwand durchgeführt werden kann.The object of the invention is a sensor arrangement for current and voltage measurement at which Installation and connection to a medium voltage system particularly simple and with little work can be carried out.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Stromsensor für die Messung eines Stromes in einem Primärleiter, ein ohmscher Spannungsteiler für die Spannungsmessung und ein kapazitiver Spannungsteiler für die Spannungsprüfung zusammen in einem Kombigerät angeordnet sind.The object is achieved in that a current sensor for measuring a current in a primary conductor, an ohmic voltage divider for the voltage measurement and a capacitive Voltage divider for voltage testing together in a combination device are arranged.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung kann eins von zwei Geräten eingespart werden. Das Kombigerät ist kompakter als bekannte Geräteanordnungen zur Strom- und Spannungsmessung. Der Montageaufwand wird halbiert. Gleichzeitig werden bei der erfindungsgemäßen Sensoranordnung die Vorgaben der DIN 42 600 bezüglich der räumlichen Abmessungen und der Anordnung der elektrischen Kontakte eingehalten. Dies hat den Vorteil, daß die mit herkömmlichen Anordnungen ausgerüsteten Hoch- und Mittelspannungsanlagen auf einfache Weise mit der erfindungsgemäßen Sensoranordnung nachgerüstet werden können, indem einfach das entsprechende Modul ausgetauscht wird.Due to the arrangement according to the invention one of two devices can be saved. The combination device is more compact than known device arrangements for power and Voltage measurement. The assembly effort is halved. At the same time sensor arrangement according to the invention the requirements of DIN 42 600 regarding the spatial dimensions and the arrangement of the electrical contacts observed. This has the advantage that the conventional Equipped high and low Medium voltage systems in a simple way with the sensor arrangement according to the invention can be retrofitted can by simply selecting the appropriate module is exchanged.
Vorteilhaft ist auch, daß das erfindungsgemäße Kombigerät einen Stromsensor in Verbindung mit fest eingebauter Bürde und einem Spannungsteiler aufweist. Beide Bauteile liefern an ihrem Ausgang eine der gemessenen Größe proportionale Spannung. Wenn andererseits neben dem Spannungsteiler ein Stromwandler eingebaut wäre, so müßte neben einem Spannungsmeßgerät zusätzlich ein Strommeßgerät bereitgestellt werden, wodurch sich der Aufwand nachteilig erhöht. Auch bei einer nachgeschalteten Elektronik ist es von Vorteil, wenn nur Spannungen als Meßgrößen zur Verfügung stehen, da diese von der Standardelektronik direkt verarbeitbar sind, während ein Strom als Meßgröße erst noch unter zusätzlichem Schaltungsaufwand in eine Spannung umgewandelt werden müßte.It is also advantageous that the invention Combination device a current sensor in connection with fixed built-in burden and a voltage divider. Both components deliver one of the at their output measured size proportional voltage. If on the other hand next to the voltage divider Current transformer would have been installed, so next to one Voltage measuring device additionally a current measuring device are provided, which increases the effort disadvantageously increased. Even with a downstream one Electronics it is beneficial if only voltages are available as measured variables, since these are from the Standard electronics can be processed directly while a current as a measurand only under additional Circuit effort can be converted into a voltage ought to.
Wesentliches Element der Erfindung ist es, statt eines aus einer voluminösen Wicklung und einem Eisenkern bestehenden Spannungswandlers einen raumsparenden ohmschen Teiler zu verwenden, weil das Kombigerät hinsichtlich seiner räumlichen Abmessungen die für Einzelgeräte vorgegebenen Standards (DIN-Norm 42 600) einhalten und folglich viel kompakter als die Einzelgeräte aufgebaut sein muß.An essential element of the invention is instead one from a voluminous winding and one Iron core existing voltage converter one to use space-saving ohmic divider because that Combined device in terms of its spatial dimensions the standards specified for individual devices (DIN norm 42 600) and therefore much more compact than that Individual devices must be built.
In der Zusammenstellung mit einem ohmschen Spannungsteiler für die Spannungsmessung kann das Vorhandensein eines kapazitiven Spannungsteilers für Anwendungsfälle entscheidend sein, die zusätzlich eine Spannungsprüfung erfordern. Die Erfindung erlaubt es dem Anwender, nach der einfachen Montage eines einzigen Kombigerätes, je nach Erfordernis entweder eine Strommessung, eine Spannungsmessung oder eine Spannungsprüfung oder eine Kombination von Messungen durchzuführen.In the compilation with an ohmic Voltage dividers for voltage measurement can do that Presence of a capacitive voltage divider for Use cases that are crucial are additional require a voltage test. The invention allows the user after the simple assembly of a single combination device, as required either a current measurement, a voltage measurement or a voltage test or a combination of Perform measurements.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Stromsensor, der Primärleiter, der ohmsche Spannungsteiler und der kapazitive Spannungsteiler in einen Block aus Gießharz eingegossen sind. Durch diese Maßnahme werden die elektrischen Bauteile räumlich fixiert und gleichzeitig elektrisch isoliert, wobei außerdem auch noch das Gerätegehäuse erzeugt wird.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the current sensor, the Primary conductor, the ohmic voltage divider and the capacitive voltage divider in one block Cast resin are poured. By this measure the electrical components are spatially fixed and electrically isolated at the same time, and also the device housing is still generated.
Um eine besonders hohe Meßgenauigkeit und ein geringes Spannungsniveau für die Strommessung zu erhalten, wird empfohlen, daß der Stromsensor als induktiver Stromsensor mit einer um den Primärleiter herum angeordneten Drahtspule ausgebildet ist.To a particularly high measuring accuracy and a low voltage level for current measurement too it is recommended that the current sensor be used as inductive current sensor with one around the primary conductor arranged around the wire coil is formed.
Eine einfache Ausführungsform sieht vor, daß der Primärleiter im Kombigerät U-förmig ausgebildet ist und daß seine beiden Enden auf der Oberseite des Kombigerätes mit zwei Anschlüssen herausgeführt sind. Durch die U-förmige Gestalt des Primärleiters wird der Anschluß des Kombigerätes an die Mittelspannungsanlage in Übereinstimmung mit DIN 42 600 vorteilhaft vereinfacht. Die Anschlüsse sind dabei hinsichtlich ihrer räumlichen Anordnung, Abmessungen und mechanischer Anschlußart an die Mittelspannungsanlage angepaßt.A simple embodiment provides that the Primary conductor in the combination device is U-shaped and that its two ends on the top of the Combi device with two connections are brought out. Due to the U-shaped shape of the primary conductor the connection of the combination device to the Medium voltage system in accordance with DIN 42 600 advantageously simplified. The connections are with regard to their spatial arrangement, Dimensions and mechanical connection to the Medium voltage system adapted.
Die Erfindung kann dadurch noch verbessert werden, daß das Kombigerät auf seiner Oberseite mit Gewinden zum Einschrauben von Befestigungsschrauben versehen ist. Diese Gewinde, die zur Montage der erfindungsgemäßen Anordnung verwendet werden, können insbesondere aus Gewindehülsen bestehen, die ebenfalls in den Gießharzblock des Gerätegehäuses eingegossen sind. Damit erhält man eine einfache Anpassung an die DIN 42 600, ohne daß aufwendige Fertigungsmaßnahmen erforderlich wären.The invention can be further improved by that the combination device with threads on its top provided for screwing in fastening screws is. These threads that are used to assemble the arrangement according to the invention can be used in particular consist of threaded sleeves that also in the cast resin block of the device housing are cast in. This gives you a simple one Adaptation to the DIN 42 600 without complex Manufacturing measures would be required.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der ohmsche Spannungsteiler aus einem Widerstandsstreifen besteht und daß die beiden Enden des Widerstandsstreifens von Feldsteuerelektroden umgeben sind. Diese Ausführungsform ist einfach herstellbar und eignet sich besonders gut zum Eingießen in Kunstharz. Die Feldsteuerelektroden sorgen für einen gleichmäßigen Feldverlauf des elektrischen Feldes.In an embodiment of the invention it is provided that the ohmic voltage divider from one Resistance strip exists and that the two ends the resistance strip of field control electrodes are surrounded. This embodiment is simple producible and is particularly suitable for Pouring in synthetic resin. The field control electrodes ensure an even field course of the electric field.
Der Spannungsteiler kann dielektrisch noch verbessert werden, wenn der Widerstandsstreifen mit Silikongummi umgossen ist. Durch diese Maßnahme wird der Spannungsteiler vor mechanischen chemischen und insbesondere vor elektrischen Einflüssen geschützt. Besonders vorteilhaft erweist sich der Silikonüberzug, wenn der Spannungsteiler in ein Gießharzgehäuse eingegossen wird. In diesem Fall führt der Silikonüberzug zur Ausbildung einer elektrisch dichten Edelfuge, wodurch Teilentladungen am Spannungsteiler verhindert werden.The voltage divider can be improved dielectric if the resistance strip with silicone rubber is encapsulated. This measure will Voltage divider before mechanical chemical and especially protected against electrical influences. The proves to be particularly advantageous Silicone coating when the voltage divider in one Cast resin housing is poured. In this case the silicone coating leads to the formation of a electrically sealed noble joint, which Partial discharges on the voltage divider can be prevented.
In Ausgestaltung der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, daß Meßleitungen, die vom Stromsensor, vom ohmschen Spannungsteiler und vom kapazitiven Spannungsteiler zu einer Meßwertanzeige- oder Auswertevorrichtung führen, an der Unterseite des Kombigerätes anschließbar und seitlich aus dem Kombigerät herausführbar sind. Dabei werden die Meßleitungen vorteilhaft zusammengefaßt und an einer Stelle aus dem Kombigehäuse herausgeführt, wo sie einen großen Abstand zu den Anschlüssen des Mittelspannung führenden Stromleiters haben.In another embodiment of the invention provided that measuring lines from the current sensor, from the ohmic voltage divider and from the capacitive Voltage divider to a measured value display or Guide evaluation device on the underside of the Combined device connectable and laterally from the Combined device can be brought out. The Test leads advantageously combined and on one Place out of the combi case where they a large distance to the connections of the Have medium voltage leading conductor.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Sensoranordnung für Mittelspannungen in der Größenordnung bis 3 kV ausgelegt und sie kann besonders vorteilhaft angewendet werden, wenn der Stromsensor für Nennströme von 40 bis 640 A und 1250 bzw. 2500 A ausgelegt ist, wobei die sekundärseitige Nennspannung konstant bei 150 mV bleibt, und als höchste thermische Dauerstromstärke 1250 A bzw. 2500 A erreicht werden können.In a preferred embodiment, the sensor arrangement according to the invention for medium voltages designed in the order of up to 3 kV and it can be used particularly advantageously when the Current sensor for nominal currents from 40 to 640 A and 1250 or 2500 A is designed, with the secondary Rated voltage remains constant at 150 mV, and as highest continuous thermal current of 1250 A or 2500 A can be achieved.
Bei der genannten Verwendung der Erfindung wird empfohlen, daß der ohmsche Spannungsteiler typischerweise ein Teilerverhältnis von 10000 zu 1 aufweist, wobei der Widerstand primärseitig zwischen 50 Ω und 300 MΩ erreicht.When using the invention recommended that the ohmic voltage divider typically a divide ratio of 10,000 to 1 has, the resistance on the primary side between 50 Ω and 300 MΩ reached.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben.An embodiment of the invention will described below with reference to the drawings.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 einen Schnitt durch das Gehäuse einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung, Fig. 1 shows a section through the housing of a sensor arrangement according to the invention,
Fig. 2 eine Seitenansicht desselben Gehäuses, Fig. 2 is a side view of the same casing,
Fig. 3 eine Draufsicht auf dasselbe Gehäuse. Fig. 3 is a plan view of the same housing.
In Fig. 1 erkennt man ein aufgeschnittenes Kombigerät 1, dessen Gehäuse 2 aus Gießharz besteht. Im Kombigerät 1 befindet sich eine Sensoranordnung zur Strom- und Spannungsmessung für Mittelspannungsanlagen, die für Spannungen bis 36 kV ausgelegt ist. Dabei ist ein Stromsensor 3, ein Primärleiter 4, ein ohmscher Spannungsteiler 5 und ein kapazitiver Spannungsteiler 6 zusammen in das Gehäuse 2 eingegossen.In Fig. 1 you can see a cut combination device 1 , the housing 2 is made of cast resin. The combination device 1 contains a sensor arrangement for current and voltage measurement for medium-voltage systems, which is designed for voltages up to 36 kV. A current sensor 3 , a primary conductor 4 , an ohmic voltage divider 5 and a capacitive voltage divider 6 are cast together in the housing 2 .
Der zur Strommessung vorgesehene Stromsensor 3 ist als induktiver Stromsensor ausgebildet und besteht aus einer Drahtspule 7, die um den Primärleiter 4 herum angeordnet ist. Der Primärleiter 4 besteht aus einem Cu-Leiter, der für Nennströme von 80 bis 640 A bzw. 1250 bis 2500 A und für eine höchste thermische Dauerstromstärke von 1250 A bzw. 2500 A ausgelegt ist. Der Primärleiter 4 ist U-förmig ausgebildet, geht durch die Drahtspule 7 hindurch und erreicht mit seinen beiden Enden die Oberseite des Gehäuses 2, wo an den beiden Enden jeweils ein Anschluß 8 zur elektrischen Verbindung mit den Stromleitern der Mittelspannungsanlage ausgebildet ist.The current sensor 3 provided for current measurement is designed as an inductive current sensor and consists of a wire coil 7 which is arranged around the primary conductor 4 . The primary conductor 4 consists of a Cu conductor which is designed for rated currents from 80 to 640 A or 1250 to 2500 A and for a maximum thermal continuous current of 1250 A or 2500 A. The primary conductor 4 is U-shaped, passes through the wire coil 7 and reaches with its two ends the top of the housing 2 , where at both ends a connection 8 is formed for electrical connection to the current conductors of the medium-voltage system.
Weiterhin besitzt das Kombigerät 1 auf seiner Oberseite seitlich zu den Anschlüssen 8 angeordnete Gewindehülsen 9, die zum Einschrauben von Befestigungsschrauben bei der Montage an der Mittelspannungsanlage bestimmt sind. Die Gewindehülsen 9 sind in das Gehäuse 2 eingegossen. Abmessungen, elektrische Anschlüsse 8 und Gewindehülsen 9 des Kombigeräts 1 sind in Übereinstimmung mit DIN 42 600 ausgestaltet. Furthermore, the combination device 1 has on its upper side laterally arranged to the connections 8 threaded sleeves 9 , which are intended for screwing in fastening screws during assembly on the medium-voltage system. The threaded sleeves 9 are cast into the housing 2 . Dimensions, electrical connections 8 and threaded sleeves 9 of the combination device 1 are designed in accordance with DIN 42 600.
Der ohmsche Spannungsteiler 5 besteht aus einem Widerstandsstreifen, der seinerseits aus einem Keramikträger gebildet wird, die mit einem aufgedruckten Leiter, der vorzugsweise aus einer Widerstandspaste besteht, versehen ist. Der ohmsche Spannungsteiler 5 besitzt einen primärseitigen Teilerwiderstand im Bereich von 50 MΩ, bis 300 MΩ. Damit wird ein Teilerverhältnis von 10000 zu 1 erreicht. Zu beiden Enden des Spannungsteilers 5 sind zwei Feldsteuerelektroden 10 angeordnet, die für einen möglichst gleichförmigen Übergang des elektrischen Feldes im Bereich des ohmschen Spannungsteilers 5 sorgen.The ohmic voltage divider 5 consists of a resistance strip, which in turn is formed from a ceramic carrier, which is provided with a printed conductor, which preferably consists of a resistance paste. The ohmic voltage divider 5 has a primary-side divider resistance in the range from 50 MΩ to 300 MΩ. A division ratio of 10,000 to 1 is thus achieved. At both ends of the voltage divider 5 , two field control electrodes 10 are arranged, which ensure the most uniform possible transition of the electric field in the area of the ohmic voltage divider 5 .
Der kapazitive Spannungsteiler 6 ist im wesentlichen für Überwachungszwecke bestimmt. Mit ihm kann geprüft werden, ob die Mittelspannungsanlage Spannung führt oder nicht. Die genaue Messung der Spannung wird über den ohmschen Spannungsteiler 5 vorgenommen.The capacitive voltage divider 6 is essentially intended for monitoring purposes. It can be used to check whether the medium-voltage system is live or not. The precise measurement of the voltage is carried out via the ohmic voltage divider 5 .
Vom Stromsensor 3, vom ohmschen Spannungsteiler 5 und vom kapazitiven Spannungsteiler 6 führen Meßleitungen 11, 12 zu einer nicht gezeigten Meßwertanzeige- und Auswertevorrichtung. Die Meßleitungen 11, 12 sind an der Unterseite des Gehäuses 2 angeschlossen und führen seitlich aus dem Kombigerät 1 heraus.Measuring lines 11 , 12 lead from the current sensor 3 , the ohmic voltage divider 5 and the capacitive voltage divider 6 to a measurement value display and evaluation device (not shown). The measuring lines 11 , 12 are connected to the underside of the housing 2 and lead out of the combination device 1 laterally.
BezugszeichenlisteReference list
1 Kombigerät
2 Gehäuse
3 Stromsensor
4 Primärleiter
5 ohmscher Spannungsteiler
6 kapazitiver Spannungsteiler
7 Drahtspule
8 Anschluß
9 Gewindehülsen
10 Feldsteuerelektroden
11 Meßleitung
12 Meßleitung 1 combination device
2 housings
3 current sensor
4 primary conductors
5 ohmic voltage divider
6 capacitive voltage divider
7 wire spool
8 connection
9 threaded sleeves
10 field control electrodes
11 measuring line
12 measuring line
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8130 | Withdrawal |