AT399601B - Stromwandler für einen hochspannungsleiter - Google Patents

Description

AT 399 601 B

Die Erfindung betrifft einen Stromwandier für einen Hochspannungsleiter mit einem Isolator, in dessen Innerem zu einem ein Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters erfassenden Sensor führende Leitungen verlaufen, der mit einer Auswerteschaltung verbunden ist.

Diese Stromwandler dienen dazu, die Stromstärke und die Kurvenform des Stromes über der Zeit eines Hochspannungsleiters, wie er z.B. bei Innenraum-und Freilufthochspannungsanlagen und -leitungen, Sammelschienensystemen od.dgl. auftritt, zu messen, um daraus Rückschlüsse auf z.B. Kurzschluß, Überlastbetrieb etc. ziehen zu können. Die Meßwerte können anschließend z.B. in einem Elektroniksystem weiterverarbeitet werden.-

Aus der DE-AS 12 67 755 ist eine Strommeßvorrichtung in Hochspannungsnetzen bekannt, welche für einen in einem Leiter mit hohem Potential fließenden Strom mit einer Vorrichtung versehen ist, die den Verlauf eines Lichtbündels in Abhängigkeit von dem durch den zu messenden Strom in einer Spule erzeugten Magnetfeld ändert und nach Umwandlung des daraus gewonnenen Lichtsignals ein entsprechendes, elektrisches Ausgangssignal abgibt. Die Vorrichtung ist gemäß eines Ausföhrungsbeispieles samt der vom zu messenden Strom durchflossenen Spule in einem Hochspannungsisolator untergebracht.

Weiters ist in der DE-OS 21 31 224 eine Einrichtung zur Messung von Spannungen an Hochspannungsleitern angegeben, bei der in einem von der zu messenden Spannung hervorgerufenen, elektrischen Feld ein Meßfühler aus einem Lichtwellenleiter angeordnet ist, der von polarisiertem Licht durchsetzt ist, so daß das Licht eine von der Höhe der Spannung abhängige Drehung seiner Polarisationsebene erfährt. Der Lichtwelienleiter des Meßfühlers ist dabei in einem Hochspannungsisofator mit eingebetteten Steuerelektroden untergebracht.

In der CH-PS Nr.433 065 ist eine Einrichtung zur Übertragung eines Stromes in einer Hochspannungsleitung von einem auf Hochspannungspotential liegendem Meßort zu einem Anzeigeort mittels Lichtstrahlen als Informationsträger geoffenbart Dabei wird ein Stromleiter, der durch ein mit einem Stützisolator verbundenes Gehäuse hindurchtritt, von einem Stromwandler umschlossen, von dessen Ausgang ein Signal abgegriffen wird. Die Umwandlung des Meßwertes geschieht mit Hilfe zweier Meßspiegeln mit elektro-striktiven Wandlern und einer monochromatischen Lichtquelle.

In der DE-OS 2 261 953 ist ein Stromwandler zur Messung von Stromstärken, insbesondere in Hochspannungsleitungen mit einem im Feld des Hochspannungsleiters befindlichen Faradaydreher, einem doppelbrechenden Prisma, strahlungsempfindlichen Elementen und einer elektronischen Analysatorschaltung angegeben. Die Polarisationsebene eines polarisierten Lichtstrahls wird entsprechend dem durch den Hochspannungsleiter fließenden zu messenden Strom um einen Winkel gedreht und diese Drehung mit Hilfe des Prismas analysiert. Ein Hochspannungsisolator und die Anordnung eines solchen in bezug auf den Hochspannungsleiter ist nicht beschrieben.

Bei allen genannten Ausführungen sind die Magnetfeldsensoren in ihrer Lage fixiert und bei vorhandenen Hochspannungsisolatoren sind die Hochspannungsleiter in diese oder durch diese geführt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Stromwandler der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, der eine genaue Lagejustierung des Magnetfeldsensors erlaubt, um dessen Meßempfindlichkeit zu optimieren. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die Hochspannungsleitung mit dem zu messenden Strom außerhalb des Isolators zu führen, sodaß das Innere des Isolators keine hochspannungsführenden Teile aufzunehmen hat und dadurch die entsprechend hohen Sicherheitsanforderungen für Hochspannungsbetrieb erfüllt sind und der Stromwandler einen sehr großen Überlastungsbereich bei sehr hohen Feldstärken aufweist. Schließlich ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Stromwandler mit einem großen Frequenzbereich des zu messenden Stromes anzugeben, der unempfindlich gegen hohe Feldstärken ist.

Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß der Isolator eine axiale Sackbohrung aufweist in der der Magnetfeldsensor bzw. eine Leitungstreiberschaltung axial verschiebbar angeordnet ist, wobei der Hochspannungsleiter um den Isolator gewunden ist. Die Lage des Magnetfeldsensors kann so exakt relativ zur Position des um den Isolator geführten Hochspannungsleiters Justiert werden und auf diese Weise auch ein Abgleich der Meßvorrichtung vorgenommen werden. Durch die Herumführung des Hochspannungsleiters um den Isolator (in einer Teil-, Ganz- oder Mehrfachwindung) baut der in diesem fließende Strom im Isolatorbereich ein Magnetfeld auf, wobei durch den Einsatz eines Magnetfeldsensors ein großer Meßfrequenzbereich und durch dessen Anordnung in einem Isolator Unempfindlichkeit gegenüber elektrischen Feldstärken und die Einhaltung der Sicherheitsnormen erreicht werden kann.

Zum weiteren Abbau der hohen elektrischen Feldstärken ist es vorteilhaft, wenn zwischen Magnetfeldsensor bzw. Leitungstreiberschaltung einerseits und Isolator andererseits eine geerdete, äußere Abschirmung aus magnetisch neutralem, elektrisch leitenden Material angeordnet ist.

Das elektrische Feld kann, insbesondere bei transienten Vorgängen, noch weiter abgebaut werden, wenn gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal zwischen Magnetfeldsensor bzw. Leitungstreiberschaltung einerseits und Isolator bzw. äußerer Abschirmung andererseits eine innere Abschirmung aus magnetisch 2

AT 399 601 B neutralem, elektrisch leitenden Material angeordnet ist, welche mit dem einen, stromwandlerseifigen Ende des an seinem anderen, entfernten Ende geerdeten Meßsignalkabelschirms verbunden ist, wobei bei Einsatz zweier Abschirmungen diese durch eine Isolierzwischenlage voneinander getrennt sind.

Zusätzlich können auch noch die Wandllächen der Sackbohrung mit einer elektrisch leitenden, geeerdeten Beschichtung, z.B. einem Leitlack, versehen sein. Dadurch erfolgt der Abbau des größten Teils der elektrischen Feldstarke im Isolator, wobei es nur ein einziges Dielektrikum, eben das Isolatormaterial, zwischen Hochspannung und Erde gibt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann der Raum zwischen Isolator bzw. Beschichtung einerseits und äußerer Abschirmung andererseits mit einer Füllmasse, z.B. Gießharz ausgefüllt sein. Dadurch wird die Lebensdauer der Anordnung wesentlich gesteigert, da die in diesem Spalt anderenfalls verbleibende Luft aufgrund der hohen elektrischen Feldstärken zu Ozon umgewandelt werden würde und dieses Ozon die metallischen Abschirmungen angreifen und zersetzen würde.

Ebenso ist es zur weiteren Abschirmung gegenüber der hohen elektrischen Feldstärke auch möglich, daß im Isolator, vorzugsweise nur im Bereich der Führung des Hochspannungsleiters, ein den Magnetfeldsensor bzw. die Leitungstreiberschaltung umgebender, magnetisch neutraler, elektrisch leitender, geerdeter Abschirmungsring eingebettet ist.

Bei all diesen Ausführungsfbrmen ist es vorteilhaft, wenn der Isolator ein vorzugsweise aus Porzellan oder Gießharz gefertigter Stützisolator für einen Hochspannungsleiter ist. Derartige Stützisolatoren haben ausgezeichnete Eigenschaften bezüglich Durchschlagsspannungsfestigkeit, Blitzschlagsicherheit etc.

In weiterer Ausbildung der Erfindung kann das Meßsignalkabel in der Nähe des Stromwandlers mittels einer Steckerverbindung trenn- und wiederverbindbar sein, weiche Steckerverbindung in einem elektrisch leitenden, geerdeten Gehäuse isoliert angeordnet ist. Durch die Verwendung einer Steckverbindung für das Meßsignalkabe! kann der Stromwandler im Fehlerfalle schnell und einfach ausgetauscht werden, wobei durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung dieser Steckverbindung gewährleistet ist, daß die Abschirmung des Stromwandlers und des Meßsignalkabels nicht unterbrochen wird und die Überspannungsfestigkeit des Stromwandlers voll erhalten bleibt.

Die Erfindung setzt sich als weiteres Ziel, eine Leitungstreiberschaltung für einen derartig erfindungsgemäß ausgebildeten Stromwandler zu schaffen, die Temperatur-, Störfeld- und Spannungsdrifteinflüsse weitgehend kompensiert.

Dieses weitere Ziel wird gemäß der Lehre der Erfindung dadurch erreicht, daß der Magnetfeldsensorausgang an den einen Eingang und der Ausgang eines Integrators an den zweiten Eingang eines Subtrahierers geführt ist, dessen Ausgang mit dem Eingang des Integrators und mit der Meßsignalausgangsleitung verbunden ist, wobei die Zeitkonstante des Integrators mindestens einige Periodendauem der Grundfrequenz des zu messenden Stromes beträgt. Auf diese Weise wird eine automatische Temperatur-und Spannungsdriftkompensation geschaffen werden, Indem ein Langzeitmitteiwert des Meßsignals als Referenz-Nullinie verwendet wird.

Wenn allerdings auch die Messung des Gleichanteils des Stromes verlangt ist, kann das weitere Erfindungsziel auch dadurch erreicht werden, daß der Magnetfeldsensorausgang an den einen Eingang und der Ausgang eines zweiten Magnetfeldsensors, welcher normal zum ersten Magnetfeldsensor in dessen unmittelbarer Nähe angeordnet und von gleichem Typ wie dieser ist, an den zweiten Eingang eines Subtrahierers geführt ist, dessen Ausgang mit der Meßsignalausgangsleitung verbunden ist. Dabei unterliegt der zweite, normal auf den ersten stehende Magnetfeldsensor nicht mehr der Meßfeldeinwirkung, sondern nur mehr den Temperatur-, Störfeld und Spannungsdrifteinflüssen, welche durch den Subtrahierer vom Meßsignal abgezogen werden.

Bevorzugt ist dabei der Ausgang des Subtrahierers mit dem Eingang eines begrenzenden Verstärkers verbunden, dessen Ausgang mit einer weiteren Meßsignalausgangsleitung verbunden isL Das derart verstärke Meßsignal kann insbesondere zur Analyse des Kurvenverlaufes in der Nähe des Nulldurchganges verwendet werden, während das unverstärke Meßsignal auf der anderen Meßsignalausgangsleitung einen Gesamtüberblick über den Kurvenverlauf des Stromes über der Zeit liefert.

Um die Meßausgänge vor dem Einfluß von Überspannungen zu schützen, ist es besonders vorteilhaft, wenn der Ausgang des Subtrahierers bzw. der Ausgang des Verstärkers mit einem Überspannungsschutz, z.B. Schutzdioden, beschältet ist.

Zur Erhöhung der Meßgenauigkeit ist es weiters günstig, wenn die Speisespannungsleitungen über Spannungsstabilisatoren geführt sind, die insbesondere wieder jeweils mit einem Überspannungsschutz z.B. Schutzdioden, beschältet sein können.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann dem Subtrahierer bzw. dem Verstärker ein Span-nung/Frequenz-Wandler, eine gesteuerte Stromquelle oder eine gesteuerte Spannungsquelle nachgeschaltet sein, wodurch ein Meßausgangssignal erzeugt werden kann, das störungsunempfindlich auch über längere 3

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Leitungslängen geführt werden kann.

Schließlich setzt sich die Erfindung noch als Ziel, einen Stützisolator für einen Hochspannungsleiter, insbesondere zur Verwendung als Isolator in einem erfindungsgemäß ausgebildeten Stromwandler, mit einem gegebenenfalls gerippten Isolierkörper derart weiterzubilden, daß der Hochspannungsleiter so am Isolator geführt ist, daß der in ihm fließende Strom ein gut meßbares Magnetfeld im Isolator aufbaut und der Hochspannungsleiter schnell und sicher befestigbar ist

Bei den derzeit üblichen Stützisolatoren ruht der Hochspannungsleiter auf einer in der oberen Stirnseite des Isolators diametral verlaufenden Nut und wird mittels Zwingen etc. gegen den Isolator gespannt. Diese Befestigungsart eignet sich inbesondere nicht für den vorliegenden Anwendungsfall, wo im Isolator ein Magnetfeldsensor angeordnet ist, da bei dieser Art der Hochspaunungsleiterführung das im Isolator herrschende Feld zu schwach ist.

Zur Erreichung dieses speziellen Erfindungsziels wird daher vorgeschlagen, daß am oberen Ende des Isolierkörpers ein zylinderförmiges Oberteil mit vorzugsweise abgerundetem Endabschnitt anschließt, um welches Oberteil der Hochspannungsleiter führbar ist (in einer Teil-, Ganz- oder Mehrfachwindung). Durch diese Form des Isolators ist gewährleistet, daß der Hochspannungsleiter leicht derart am Isolator festlegbar ist, daß im Isolator ein gut meßbares Magnetfeld aufbaubar ist.

Dabei kann der Hochspannungsleiter mittels einer isolierenden, vorzugsweise Nuten zur Aufnahme des Hochspannungsleiters aufweisenden Zwinge am Oberteil oder mittels einer isolierenden, vorzugsweise Nuten zur Aufnahme des Hochspannungsleiters aufweisenden, auf das Oberteil vom Ende her aufschiebba-ren Hülse festlegbar sein. Durch diese Maßnahmen ist eine einfache und schnelle Befestigung des Hochspaunungsleiters am Isolator gewährleistet.

Zur Erreichung dieses speziellen Erfindungszieles kann aber auch am oberen Ende des Isolierkörpers ein zylinderförmiges Oberteil mit abgerundetem Endabschnitt anschließen, auf welches Oberteil eine spannbare, elektrisch leitende, vorzugsweise zweigeteilte Schelle aufsetzbar oder vom Ende her aufschieb-bar ist, wobei der Hochspannungsleiter am Ort des Stützisolators aufgetrennt ist und seine beiden Enden mit den Enden der Schelle verbunden sind. Dies stellt eine besonders schnelle und sichere Art dar, eine quasi-geschlossene Leiterschleife um den Isolator zu legen. Die Schelle kann dabei entweder aufgeschoben oder bei Zweiteilung auch erst am zylinderförmigen Oberteil zusammengesetzt werden. In jedem Fall ist der Aufbau eines gut meßbaren Magnetfeldes und eine kräftige mechanische Befestigung gewährleistet.

Die Erfindung wird nun anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Dabei zeigt:

Fig.1 einen erfindungsgemäßen Stromwandler (Leiterseilvariante) in Verbindung mit einer ausschnittsweise dargestellten Hochspannungsanlage,

Fig.2 einen weiteren erfindungsgemäßen Stromwandler (Schellenvariante) halb in Seitenansicht und halb in einem Querschnitt dieser Seitenansicht,

Fig.3 das Blockschaltbild einer Leitungstreiberschaltung,

Fig.4 die Steckerverbindung des Meßsignalkabels mit Abschirmung und Isolierung im Querschnitt,

Fig.5 die einteilige (a) bzw. zweiteilige (b) Schelle als Leiterschleife um den Isolator, und

Fig.6 das Oberteil des Stützisolators in Querschnitt (a) und Draufsicht (b) mit aufgesetzter Zwinge zur

Befestigung des Hochspannungsleiters.

Fig.1 zeigt den Stromwandler, der in einem Stützisolator 1 einer Hochspannungsanlage eingebaut ist. Um diesen Stützisolator sind eine oder mehrere Windungen eines Hochspannungsleiters 2 geführt. Ebenso kann der Hochspannungsleiter auch nur um den Isolator 1 umgelenkt werden, ohne daß sich eine ganze Windung ergibt Ebenso kann der Hochspannungsleiter 2 am Ort des Stützisolators 1 aufgetrennt und seine beiden Enden mit den Enden einer als Leiterschleife dienenden, am Isolator befestigten Schelle verbunden werden, wie später noch in Fig.5 näher gezeigt ist.

Das Meßsignalkabel 38 des Stromwandlers tritt am unteren Ende des Stützisolators 1 aus.

Der Isolator 1 ist bevorzugt aus Porzellan, Kunststoff, Gießharz od.dgl. gefertigt, weist die für einen Hochspannungsisolator üblichen Feldleiteinrichtungen wie umlaufende Rippen, Abrundungen etc. auf, ist geerdet und ist mittels Muffenkitt 36 in einer Halterung 35 gelagert, wie Fig.2 zeigt.

Im Inneren weist der Isolator 1 einen durch eine Sackbohrung gebildeten, zylinderförmigen Hohlraum auf, der an der Unterseite offen und an der Oberseite geschlossen ist. Dieser Hohlraum kann durch Bohren, Fräsen oder beim Gießen des Isolators auf einen Formkern gebildet werden.

In diesem Hohlraum ist der Magnetfeldsensor 3, bevorzugt ein Hallelement, auf einer Platine 33 zusammen mit einer Leitungstreiberschaltung 4 angeordnet. Der Ausgang des Magnetfeldsensors 3 ist an den Eingang der Leitungstreiberschaltung 4 angeschlossen, deren Meßsignalausgangsleitungen 25 und 26 und deren in diesem Beispiel bipolare Stromversorgungsleitungen Plus-, Minus-, und Masse ebenfalls 4

AT 399 601 B dargestellt sind. Diese Leitungen sind von einem Kabelschirm 37 umhüllt und bilden mit diesem zusammen das Meßsignalkabel 38.

Die Platine 33 ist von unten in die Sackbohrung einführbar und kann, da sie in einem Isolierrohr steckt, zur Justierung durch eine nicht näher dargestellte Spitzschraube in einer solchen Lage fixiert werden, daß der Magnetfeldsensor 3 bei einem definierten Strom im Hochspannungsleiter 2 ein definiertes Meßausgangssignal auf seinen Meßsignalausgangsleitungen 25 und 26 liefert.

Die Innenwand der Sackbohrung ist mit einer elektrisch leitenden Beschichtung 8, z.B. einem Leitlack, versehen. Die Beschichtung 8 ist, ebenso wie die Halterung 35 des Isolators 1, mit dem zentralen Systemerdungspunkt verbunden.

Um die Platine 33 mit dem Magnetfeldsensor 3 und der Leitungstreiberschaltung 4 ist eine innere und eine äußere Abschirmung aus elektrisch leitendem, magnetisch neutralem Material angeordnet. Die äußere Abschirmung 5 wird bevorzugt durch ein Messingrohr gebildet, das an seinem oberen Ende mit einer Messingkappe 39 verschlossen ist. Die äußere Abschirmung 5 ist mit dem zentralen Systemerdungspunkt verbunden.

Der Zwischenraum zwischen der äußeren Abschirmung 5 und der Leitlackbeschichtung 8 der Isolatorwände ist mit Gießharz 9 ausgegossen, da die in diesem Spalt anderenfalls verbleibende Luft aufgrund der hohen elektrischen Feldstärken zu Ozon umgewandelt werden würde und dieses Ozon das Metallrohr 5 angreifen und zersetzen würde. ln der äußeren Abschirmung 5 ist eine weitere Abschirmung 6 aus elektrisch leitendem, magnetisch neutralem Material angeordnet, die ihrerseits die Platine 33 umschließt. Die innere Abschirmung 6 wird dabei bevorzugt durch eine Messingrohr, das an seinem oberen Ende mit einer Messingkappe 40 verschlossen ist, gebildet und ist gegenüber der äußeren Abschirmung 5 durch eine Isolierzwischenlage 7, hier ein Kunststoffrohr, isoliert.

Die innere Abschirmung 6 ist nun an das stromwandlerseitige Ende des Meßsignalkabelschirms 37 angeschlossen, dessen anderes, entferntes Ende mit dem zentralen Systemerdungspunkt verbunden ist.

Auf diese Weise wird die Meßanordnung 3 bzw. 4 von zwei verschiedenen Massepotentialen abgeschirmt. Während der Ableitung transienter Störspannungen durch die äußere Abschirmung 5 können auf der Erdleitung vom Isolator zum zentralen Erdungspunkt der Hochspannungsanlage Potentialunterschiede auftreten, wodurch die äußere Abschirmung 5 auf ein höheres Potential als Massepotential gehoben wird. Die Anordnung einer weiteren, mit dem Signalkabeischirm verbundenen Abschirmung 6 schirmt nun die Meßanordnung 3 bzw. 4 wirksam gegen eine derartige Potentialaufladung der äußeren Abschirmung 5 ab.

Eine weitere Möglichkeit ist jedoch, die äußere Abschirmung über ein Schaltelement, welches erst bei gefährlichen Überspannungen leitend wird wie z.B. eine schnelle Überspannungsschutzdiode, mit der Leitungstreiberschaltungsmasse zu verbinden. Auch dadurch können Potentialauffadungen der äußeren Abschirmung abgeleitet und die Meßanordnung geschützt werden.

Eine weitere Möglichkeit zur Verringerung der herrschenden Feldstärke ist die Einbettung eines die Meßanordnung 3 bzw. 4 im Bereich des Hochspannungsleiters 2 umgebenden, elektrisch leitenden und magnetisch neutralen Abschirmungsringes 10 im Isolator 1, welcher mit dem zentralen Systemerdungspunkt verbunden ist. Bei einer derartigen Einbettung sind Probleme mit einer etwaigen Ozonbildung sicher ausgeschlossen. Während des Gußvorganges des Isolators 1 wird der Abschirmring 10 im Isolator 1 eingebettet. Dazu sind am Abschirmring radial einwärts gerichtete Drahtstäbe 42 angeschweißt, die an ihren mittigen Enden mit einer im Mittelpunkt des Ringes 10 angeordneten Mutter 41 verschweißt sind, welche ihrerseits auf einen zentralen, nach oben aus dem die Sackbohrung ausformenden Formkern ausragenden Gewindedorn aufschraubbar ist. Dadurch liegt während des Gusses der Ring 10 koaxial zum die Sackbohrung ausformenden Formkern. Nach dem Guß wird der Formkern mitsamt dem Gewindedorn wieder herausgeschraubt, wobei die Mutter 41 Im Isolator 1 verbleibt. Über die leitende, geerdete Beschichtung 8 der Sackbohrungsinnenflächen oder über eine, in die Abdeckkappe 39 eingeschraubte Schraube (nicht dargestellt) wird über das äußere Abschirmrohr 5 und die nicht gezeichnete Fixierschraube die Mutter 41 und damit der Abschirmring 10 ebenfalls an den zentralen Systemerdungspunkt gelegt.

Ein z.B. nach den Dimensionierungsvorschriften der Reihe 25 ausgebildeter Stützisolator hielt in Versuchen einer Prüfstoßspannung von ±165kV 40mal einwandfrei stand und übertrifft damit bei weitem die Prüfvorschrift ± 125kV 3maJ für diese Reihe. Der erfindungsgemäß ausgebildete Stützisolator schützt somit selbst bei direkten Blitzeinschlägen den Sensor und gegebenenfalls die Auswerteelektronik vor Beschädigungen.

Es liegt selbstverständlich im Rahmen der Erfindung, daß alle in Fig.2 gleichzeitig dargestellten Abschirmungsmaßnahmen auch einzeln und in beliebiger Kombination möglich sind.

In Fig.3 ist schematisch das Schaltbild einer Leitungstreiberschaltung 4 dargestellt. 5 ΑΤ 399 601 Β

Der Magnetfeldsensor 3 ist ζ.Β. ein an positive Betriebsspannung gelegtes Hallelement vom Typ 91SS12. Sein Ausgang ist an den negativen Eingang eines mit Hilfe eines Operationsverstärkers 11, z.B. vom Typ OPA 111, aufgebauten Subtrahierers mit den Dimensionierungswiderständen 12, 13 und 14 geführt.

Der Ausgang des Subtrahiere ist an den Eingang eines mit Hilfe eines Operationsverstärkers 15, z.B. vom Typ OPA 111, aufgebauten Integrators mit den zeitbestimmenden Gliedern Widerstand 16 und Kondensator 17 geführt.

Der Ausgang diese Integrators 15 bis 17 ist seinerseits an den positiven Eingang des Subtrahierers 11 bis 14 gelegt.

Die durch die Glieder 16 und 17 bestimmte Zeitkonstante des Integrators beträgt nun mindestens einige Periodendauern der Grundfrequenz des zu messenden Stromes, vorzugsweise etwa die 15-fache Periodendauer des Nutzsignals. Dadurch wird automatisch jegliche Temperatur- und Spannungsdrift der Schaltung ausgeglichen, da auf diese Weise vom Meßsignal sein Langzeitmittelwert subtrahiert wird. Durch entsprechende Widerstandsdimensionierung können auch die Einflüsse der Operationsverstärker-Offset-spannungsdrifts kompensiert werden.

Wenn allerdings auch die Messung des Gleichanteils des Stromes verlangt ist, kann der Magnetfeldsensorausgang auch an den einen Eingang und der Ausgang eines zweiten, nicht dargestellten Magnetfeldsensors, weicher normal zum ersten Magnetfeldsensor 3 in dessen unmittelbarer Nähe angeordnet und von gleichem Typ wie dieser ist, an den zweiten Eingang des Subtrahierers 11-14 geführt sein, dessen Ausgang mit der Meßsignalausgangsleitung25 verbunden ist. Dabei unterliegt der zweite, normal auf den ersten stehende Magnetfeldsensor nicht mehr der Meßfeldeinwirkung, sondern nur mehr den Temperatur-, Störfeld und Spannungsdrifteinflüssen, welche durch den Subtrahierer vom Meßsignal abgezogen werden. Diese Variante ist alternativ auch bei Wechselstrom ersetzbar.

Der Ausgang des Subtrahierers 11 bis 14 stellt den einen Meßsignalleitungsausgang 25 der Leitungstreiberschaltung dar, der den Kurvenverlauf des Stromes in seiner Gesamtheit ausgibt. Dieser Ausgang kann zur Ableitung von Überspannungsstörspitzen mit gegen die positive und die negative Betriebsspannung geschalteten Dioden 21 bzw. 22 versehen sein.

Ein weiterer, speziell zur genauen Analyse des Strom-Kurvenverlaufes im Bereich der Nulldurchgänge dienender Meßsignallertungsausgang 26 der Leitungstreiberschaltung wird durch den Ausgang eines mit Hilfe eines Operationsverstärkers 18, z.B. vom Typ OPA 111, aufgebauten begrenzenden Verstärkers mit den Dimensionierungswiderständen 19 und 20 gebildet. Dieser weitere Ausgang 26 ist wiederum zur Ableitung von Überspannungsstörspitzen mit gegen die positive und die negative Betriebsspannung geschalteten Dioden 23 bzw. 24 versehen.

Dem Subtrahierer 11 bis 14 bzw. dem begrenzenden Verstärker 18 bis 20 können allerdings auch noch {nicht dargestellte) Spannungs/Frequenz-Wandler, gesteuerte Strom- oder Spannungsquellen etc. nachgeschattet werden, deren Ausgänge mit den Leitungen 25 bzw. 26 verbunden sind.

Die symmetrische Stromversorgung der Operationsverstärker 11, 15 und 18 wird durch einen positiven und einen negativen Spannungsregler 27 bzw. 28, z.B. vom Typ 78xx bzw. 79xx, geregelt, die zur Ableitung von Überspannungen bzw. Rückspannungen ebenfalls mit Schutzdioden 29 und 30 bzw. 31 und 32 beschältet sind.

Die Ausgänge 25 und 26 können bei Verwendung der Operationsverstärker angegeben Typs jeweils mit einer Stromentnahme von bis zu 20 mA belastet werden.

Die Stromversorgung der gesamten Anordnung erfolgt zwecks Vermeidung transienter Netzstörungen und Netzüberspannungsproblemen, speziell im Kurzschlußfalle, über zwei in Serie geschaltete Schaltnetzteile.

Das Meßausgangssignal ist ein auf ±1% geeichtes kurvengetreues Abbild des Stromes einschließlich aller Oberwellenanteile bis mindestens 10 kHz, bei richtiger Wahl des Hallelements auch bis max. 100kHz, und umfaßt auf Grund des Magnetfeldsensors auch Gleichstromanteile.

Zwecks einfachem Austausch der Stützisolatoren 1 im Fehlerfalle wird das Meßsignalkabel 38 in der Nähe des Stromwandlers, z.B. in einem Abstand von 1 m, mittels einer Steckerverbindung 43 trenn- und wiederverbindbar ausgeführt (Fig.4). Zwecks mechansichem Schutz oder Schutz vor Witterungseinflüssen ist die Steckerverbindung 43 in einem Gehäuse 45 angeordnet, das entweder aus einem Isoliermaterial oder einem elektrisch leitenden Material besteht. In letzterem Fall wird die Steckerverbindung 43 auf einem Isolierblock 44 in dem elektrisch leitendem, mit dem zentralem Systemerdungspunkt verbundenen Gehäuse 45 montiert.

Fig.5 zeigt die als Leiterschleife um den Isolator 1 herumführbare, elektrisch leitende Schelle 46, die einteilig (Fig.5a) oder zweigeteilt (Fig.5b) ausgeführt sein kann. Die Schelle weist Omega-Form auf, wird nach Aufschieben auf oder Anlegen am Isolator 1 mittels Schrauben 48 unter Zwischenlegung eines 6

Claims (19)

1. ΑΤ 399 601 Β Isolierstücks 47 gespannt und sitzt im Preßsitz am Isolator, wie dies auch aus Fig.2 ersichtlich ist. Durch die Omega-Form ergibt sich dabei eine beinahe völlig geschlossene Leiterschleife. Bei der zweigeteilten Ausführungsform nach Fig.5b muß die Verbindungsstelle 49 demnach elektrisch leitend ausgeführt sein. Mit den beiden Enden 50 der Schelle 46 sind an den Enden des Hochspannungsleiters 2 angeschlossene Kabelschuhe 51 z.B. durch Schraubverbindungen verbindbar. Fig.6 zeigt schließlich die erfindungsgemäße Gestaltung der Stützisolatoribrm zusammen mit einem weiteren Befestigungssystem für den Hochspannungsleiter, wobei allerdings lediglich der oberste Abschnitt des Stützisolators einmal im Querschnitt (Fig.6a) und einmal in Draufsicht (Fig.6b) dargestellt ist. Der Stützisolator 1 besitzt einen gerippten Isolierkörper 52 {siehe auch Fig.2), an dessem oberen Ende ein zylinderförmiges Oberteil 53 mit abgerundetem Endabschnitt 54 anschließt Um das Oberteil 53 ist der Hochspannungsleiter 2 bzw. die Schelle 46 herumführbar. Die Schelle 46 ist dabei vom Endabschnitt 54 her auf das Oberteil 53 aufschiebbar bzw. kann auch, wenn sie zweigeteilt ist (Fig.5b) seitlich auf das Oberteil aufgesetzt werden und erst am Oberteil 53 zusammengesetzt werden. Wird der Hochspannungsleiter 2 ohne Verwendung einer Schelle 46 direkt um das Oberteil 53 geführt, kann er mittels einer isolierenden, vorzugsweise aus Kunststoff gefertigten Zwinge 55 am Oberteil fixiert werden. Diese Zwinge 55 kann Nuten 56 zur Aufnahme des Hochspannungsleiters 2 aufweisen und wird mittels Schrauben 57 gespannt Alternativ können die Nuten auch im Isolator angeordnet und die Zwinge mit ebenen Begrenzungsflächen ausgebildet sein. Der Isolator kann kopfseitig mit einem die Zwinge überragenden Wulst ausgebildet sein, um ein Abgleiten der Zwinge vom Isolator zu' verhindern, was ansonsten einen Erdschluß verursachen könnte. Anstelle einer Zwinge kann aber auch eine vom Endabschnitt 54 her auf das Oberteil 53 aufschiebbare, hier nicht dargestellte, isolierende, vorzugsweise aus Kunststoff gefertigte Hülse zur Fixierung des Hochspannungsleiters 2 verwendet werden, die an der Innenoder Außenseite Nuten zur Aufnahme des Hochspannungsleiters aufweist. In jedem Fall können die Nuten zur Aufnahme einer Teil-, Ganz- oder Mehrfachwindung des Hochspannungsleiters 2 ausgebildet sein. Alle diese Befestigungsarten des Hochspannungsleiters 2 werden durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Stützisolatorform, die ein zylinderförmiges Oberteil 53 im Anschluß an den Isolierkörper 52 vorsieht, um welches Oberteil der Hochspannungsleiter herumführbar ist, erst ermöglicht. Patentansprüche 1. Stromwandler für einen Hochspannungsleiter mit einem Isolator, in dessen Innerem zu einem ein Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters erfassenden Sensor führende Leitungen verlaufen, der mit einer Auswerteschaltung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolator (1) eine axiale Sackbohrung aufweist, in der in der der Magnetfeldsensor (3) bzw. eine Leitungstreiberschaltung axial verschiebbar angeordnet ist, wobei der Hochspannungsleiter um den Isolator gewunden ist.
2. 2. Stromwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Magnetfeldsensor (3) bzw. Leitungstreiberschaltung (4) einerseits und Isolator (1) andererseits eine geerdete, äußere Abschirmung (5) aus magnetisch neutralem, elektrisch leitenden Material angeordnet Ist.
3. 3. Stromwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Magnetfeldsensor (3) bzw. Leitungstreiberschaltung (4) einerseits und Isolator (1) bzw. äußerer Abschirmung (5) andererseits eine innere Abschirmung (6) aus magnetisch neutralem, elektrisch leitenden Material angeordnet ist, welche mit dem einen, stromwandlerseitigen Ende des an seinem anderen, entfernten Ende geerdeten Meßsignalkabelschirms (37) verbunden ist, wobei bei Einsatz zweier Abschirmungen (5, 6) diese durch eine Isolierzwischenlage (7) voneinander getrennt sind.
4. 4. Stromwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandflächen der Sackbohrung mit einer elektrisch leitenden, geerdeten Beschichtung (8), z.B. einem Leitlack, versehen sind.
5. 5. Stromwandler nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen Isolator (1) bzw. Beschichtung (8) einerseits und äußerer Abschirmung (5) andererseits mit einer Füllmasse, wie z.B. Gießharz (9) ausgefüllt ist. 7 AT 399 601 B
6. 6. Stromwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Isolator (1), vorzugsweise nur im Bereich der Führung des Hochspannungsleiters (2), ein den Magnetfeldsensor (3) bzw. die Leitungstreiberschaltung (4) umgebender, magnetisch neutraler, elektrisch leitender, geerdeter Abschirmungsring (10) eingebettet ist.
7. 7. Stromwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolator (1) ein vorzugsweise aus Porzellan oder Gießharz gefertigter Stützisolator für einen Hochspannungsleiter ist.
8. 8. Stromwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsignalkabel (38) in der Nähe des Stromwandlers mittels einer Steckerverbindung (43) trenn- und wiederverbindbar ist, welche Steckerverbindung in einem Gehäuse (45) isoliert angeordnet ist, wobei die Isolierung entweder durch das aus isoliermaterial bestehende Gehäuse selbst gebildet, oder im Falle eines elektrisch leitenden Gehäuses durch einen Isolierblock (44) gebildet ist.
9. 9. Leitungstreiberschaltung für einen Stromwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn-zeichnetdaß der Magnetfeldsensorausgang an den einen Eingang und der Ausgang eines Integrators (15-17) an den zweiten Eingang eines Subtrahierers (11-14) geführt ist, dessen Ausgang mit dem Eingang des Integrators und mit der Meßsignalausgangsleitung (25) verbunden ist, wobei die Zeitkonstante des Integrators mindestens einige Periodendauern der Grundfrequenz des zu messenden Stromes beträgt.
10. 10. Leitungstreiberschaltung für einen Stromwandier nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn-zeichnet,daß der Magnetfeldsensorausgang an den einen Eingang und der Ausgang eines zweiten Magnetfeldsensors, welcher normal zum ersten Magnetfeldsensor (3) in dessen unmittelbarer Nähe angeordnet und von gleichem Typ wie dieser ist, an den zweiten Eingang eines Subtrahierers (11-14) geführt ist, dessen Ausgang mit der Meßsignalausgangsleitung (25) verbunden ist.
11. 11. Leitungstreiberschaftung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Subtrahierers (11-14) mit dem Eingang eines begrenzenden Verstärkers (18-20) verbunden ist, dessen Ausgang mit einer weiteren Meßsignalausgangsleitung (26) verbunden ist.
12. 12. Leitungstreiberschaltung nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Subtrahierers (11-14) bzw. der Ausgang des Verstärkers (18-20) mit einem Oberspannungsschutz, z.B. Schutzdioden (21-24), beschältet ist.
13. 13. Leitungstreiberschaltung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisespannungsleitungen über Spannungsstabilisatoren (27, 28) geführt sind.
14. 14. Leitungstreiberschaltung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsstabilisatoren (27,28) jeweils mit einem Oberspannungsschutz, z.B. Schutzdioden (29-32), beschältet sind.
15. 15. Leitungstreiberschaltung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß dem Subtrahierer (11-14) bzw. dem Verstärker (18-20) ein Spannungs/Frequenz-Wandler, eine gesteuerte Stromquelle oder eine gesteuerte Spannungsquelle nachgeschaltet ist.
16. 16. Stützisolator für einen Hochspannungsleiter, insbesondere zur Verwendung als Isolator in dem Stromwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit einem gegebenenfalls gerippten Isolierkörper (52), dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Ende des Isolierkörpers (52) ein zylinderförmiges Oberteil (53) mit vorzugsweise abgerundetem Endabschnitt (54) anschließt, um welches Oberteil (53) der Hochspannungsleiter (2) führbar ist.
17. 17. Stützisolator nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochspannungsleiter (2) mittels einer isolierenden, vorzugsweise Nuten (56) zur Aufnahme des Hochspannungsleiters aufweisenden Zwinge (55) am Oberteil (53) festlegbar ist.
18. 18. Stützisolator nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet daß der Hochspannungsleiter (2) mittels einer isolierenden, vorzugsweise Nuten zur Aufnahme des Hochspannungsleiters aufweisenden, auf das Oberteil (53) vom Ende her aufscbiebbaren Hülse festlegbar ist. 8 AT 399 601 B
19. 19. Stützisolator für einen Hochspannungsleiter, insbesondere zur Verwendung als Isolator in dem Stromwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einem gegebenenfalls gerippten Isolierkörper (52), dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Ende des Isolierkörpers (52) ein zylinderförmiges Oberteil (53) mit abgerundetem Endabschnitt (54) anschließt, auf welches Oberteil (53) eine spannbare, s elektrisch leitende, vorzugsweise zweigeteilte Schelle (46) aufsetzbar oder vom Ende her aufschiebbar ist, wobei der Hochspannungsleiter (2) am Ort des Stützisolators (1) aufgetrennt ist und seine beiden Enden mit den Enden (50) der Schelle (46) verbunden sind. Hiezu 5 Blatt Zeichnungen 70 75 20 25 30 35 40 45 50 9 55