CH381318A

CH381318A - Hochspannungsmesswiderstand

Info

Publication number: CH381318A
Application number: CH285060A
Authority: CH
Inventors: Lutz Dipl Ing Seguin
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1959-03-20
Filing date: 1960-03-14
Publication date: 1964-08-31
Also published as: DE1120583B

Description

Hochspannungsmesswiderstand
Man hat schon oft versucht, die klassischen induktiven und kapazitiven Spannungswandler durch Hochspannungsmesswiderstände zu ersetzen, beispielsweise indem als stromleitender Widerstand eine Flüssigkeitssäule mit hohem spezifischem Widerstand oder auch sogenannte Drahtkordeln verwendet wurden, bei denen über einer schnurartigen Isolierseele ein dünner Widerstandsdraht schraubenlinienförmig in eng aneinanderliegenden Windungen aufgebracht ist. Zur Kühlung wurden derartige Widerstände in einem Isolierbehälter mit Ölfüllung untergebracht. Flüssigkeitswiderstände haben den Nachteil, dass sich ihr Widerstandswert sowohl im Laufe der Zeit als auch mit der Temperatur verändert. Kordelwiderstände sind infolge des dünnen Drahtquerschnittes sehr empfindlich.

Die Ölkühlung bedingt einen grossen Aufwand und kann zudem zu Bränden und Explosionen führen.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochspannungsmesswiderstand, bei dem der Widerstand im Innern eines abgeschlossenen Isolierkörpers angeordnet ist. Gemäss der Erfindung steht das stromführende Widerstandsgebilde in so gut wärmeleitendem Kontakt mit dem Isolierkörper, dass mindestens die Hälfte des Wärmewiderstandes zwischen Widerstandsgebilde und Äussenoberfläche des Isolierkörpers auf den Isolierkörper entfällt und dass die Wärmeleitfähigkeit des Isolierwerkstoffes mindestens 0,3 W/m zu o C beträgt.

Ein derartiger Messwiderstand vereinigt, wie umfangreiche Versuche ergeben haben, folgende Vorteile in sich:
Das eigentliche Widerstandsgebilde ist in einem vollständig abgeschlossenen Isoliergehäuse, z. B. einem stützerartigen Porzellankörper, untergebracht und damit jeglicher Einwirkung durch die umgebende Atmosphäre entzogen. Die Wärmeabgabe erfolgt vorwiegend durch Wärmeleitung vom Widerstandsgebilde nach der Aussenoberfläche des Isolierkörpers, wobei sich bei Verwendung von isolierenden Werkstoffen mit einer Wärmeleitfähigkeit von min destens 0,3 W/m. zu o C ein Temperaturabfall durch den Isolierkörper hindurch von nur wenigen Grad erzielen lässt. Es kann somit die gesamte anfallende Wärme in einfacher Weise und ohne Verwendung von Kühlmitteln, wie Ö1 oder dergleichen, abgeführt werden.

Die vorgeschlagene Bauweise eignet sich insbesondere für Hochspannungsmesswiderstände, bei denen das stromführende Widerstandsgebilde als dünne leitende Schicht beispielsweise auf der Innenoberfläche des Isolierkörpers aufgebracht ist. Als Werkstoff für die Schicht können mit Vorteil reine Metalle, Metallegierungen, Metalloxyde, jedoch auch Halbleiter, wie beispielsweise Indium-Antomonid und dergleichen, zur Anwendung gelangen, während Kohleschichtwiderstände im allgemeinen nicht die erforderliche Konstanz ihres Ohmwertes aufweisen.

Aus der Theorie der dünnen stromleitenden Schichten ist bekannt, dass sehr dünne Schichten von etwa 10 bis 50 Ä Halbleitereigenschaften aufweisen und daher einen negativen Temperaturkoeffizienten des Widerstandes besitzen, während dickere Schichten vorwiegend metallische Eigenschaften haben und dementsprechend einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweisen. Für jeden der genannten Werkstoffe gibt es im allgemeinen eine optimale Schichtdicke, bei der der Temperaturkoeffizient mindestens angenähert Null ist. Um den geforderten Ohmwert des stromleitenden Widerstandsgebildes zu erreichen und zugleich der Forderung nach der günstigsten Schichtdicke zu genügen, kann es zweckmässig sein, die Schicht schraubenlinienförmig auszubilden.

Da es unter Umständen Schwierigkeiten bereitet, derartige Schichten unmittelbar auf der Innenoberfläche des
Isolierkörpers anzubringen, kann sie auch auf isolie rende Trägerkörper aufgebracht werden, z. B. ent sprechend gekrümmten Glnsstreifen, die anschliessend gut wärmeleitend auf die Innenoberfläche des Isolier körpers aufgeklebt und miteinander, z. B. durch
Klemmenverbindungen, leitend verbunden werden.

Dies hat den weiteren Vorteil, dass durch passende
Auswahl von Trägerkörpern mit voneinander ver schiedenen positiven und negativen Temperatur koeffizienten ihrer Schicht ein resultierender Tempe raturkoeffizient von annähernd Null erreicht werden kann. Man kann aber auch die Schicht auf der Aussen oberfläche eines Isolierzylinders aufbringen, dessen -Aiussendurchmesser inur wenig kleiner ist als der
Innendurchmesser des Isolierkörpers. Dieser Isolier zylinder wird dann konzentrisch in den Isolierkörper eingebracht und der kleine Ringzwischenraum durch eine gut wärmeleitende Isoliermasse ausgegossen.

In der Zeichnung sind zwei beispielsweise Aus führungsformen eines Hochspannungsmesswiderstan des nach der Erfindung dargestellt.

In Fig. 1 bedeutet 1 den allseitig abgeschlossenen
Isolierkörper in Form eines Freiluftporzellanisolators.

2 ist die obere Abschlusskappe, die mit einem Dich tungsring 3 auf den Körper 1 aufgekittet ist und einen
Bolzen 4 zum Anschluss der Hochspannungsleitung aufweist. Der Widerstand ist in Form eines schrau benlinienfürmig auf der Innenoberfläche des Isola- tors 1 aufgebrachten Schichtwiderstandes 5 ausge führt, dessen oberes Ende über die Leitung 6 mit dem Anschluss 4 in Verbindung steht, während das untere Ende 7 über die Primärwicklung 8 eines klei nen Stromwandlers 9 an das geerdete Gehäuse 10 geführt ist. Die Sekundärwicklung 11 des Wandlers
9 ist mit den Anschlüssen 12 und 13 verbunden;
14 ist die Erdungsschraube.

Durch den über das Widerstandsgebilde 5 fliessen den Strom wird der Wandler 9 erregt. Schliesst man an die Klemmen 12 und 13 beispielsweise einen
Strommesser an, so entspricht sein Ausschlag der an dem Messwiderstand liegenden Spannung.

Zur Erhöhung der inneren Isolierfestigkeit kann der Isolator 1 mit einem inerten Gas unter thber- druck oder auch einem elektronegativen Gas bei Normal- oder Überdruck, wie beispielsweise Freon, Schwefelhexafluorid oder dergleichen, gefüllt sein.

Man erkennt, dass ein derartiger Hochspannungs messwiderstand einen sehr einfachen, raumsparenden
Aufbau aufweist und gegen jede äussere Einwirkung durch den gasdichten Abschluss geschützt ist, wobei trotzdem die entstehende Wärme in einfacher Weise zunächst durch Wärmeleitung durch die Wand des
Isolators 1 und dann von seiner Anssenoberfläche durch Strahlung und Konvektion abgeführt wird. Im allgemeinen ist jedoch die auf der Sekundärseite ver fügbare Leistung verhältnismässig klein. Sofern ein derartiger Messwiderstand mit eingeprägtem Strom be trieben wird, wie dies beispielsweise Fig. 1 zeigt, kann trotzdem eine grosse Zahl von Instrumenten ange schlossen werden. Für besondere Zwecke, z. B. zur Speisung von Selektivrelais und dergleichen, ist es möglich, zusätzlich z.

B. einen Transistorverstärker vorzusehen, der dann die erforderliche Leistung an den Spannungspfad des Selektivrelais abgibt. Man kann aber auch im Zusammenwirken mit einem Stromwandler zunächst leistungsarm die gewünschte Rechenoperation, z. B. den Quotienten von Spannung und Strom, ermitteln und das Messresultat in geeigneter Form, z. B. als Auslöseimpuls, weitergeben.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsform eines Hochspannungsmesswiderstandes für Innenraum dargestellt, wobei als Widerstand eine Flüssigkeit, beispielsweise Manit-Borsäurelösung, verwendet wird. Es bedeutet 21 einen-PorzellaIIzylinuer mit einem schraubenlinienförmigen Kanal 22, in den die Widerstandsflüssigkeit eingefüllt ist. 23 ist der obere, 24 der untere Anschluss zu dem Flüssigkeitsstrompfad. Der Porzellanzylinder 21 ist oben durch die Kappe 25, unten durch das Gehäuse 26 abgeschlossen, während der Wandler 27 wieder in gleicher Weise wie in Fig. 1 angeordnet ist. Da die Leitfähigkeit von Elektrolyten sich erfahrungsgemäss mit der Zeit etwas ändert und zudem auch von der Temperatur abhängig ist, können zusätzlich Regeleinrichtungen vorgesehen werden, durch die die Leitfähigkeit konstant gehalten wird.

Zur Erhöhung der inneren Durchschlagsfestigkeit kann der Porzellanzylinder ebenfalls mit einem geeigneten Gas gefüllt werden. Es ist auch möglich, den Hohlraum beispielsweise mit einer Isoliermasse auszugiessen. An Stelle eines Hohlzylinders können auch massive Isolierzylinder verwendet werden.

Sowohl nach der Anordnung gemäss Fig. 1 als auch Fig. 2 wird die in den Widerständen erzeugte Wärme unmittelbar durch Wärmeleitung an die Aussenoberfläche des Isolators 1 bzw. des Isolierzylinders 22 abgegeben. Versuche haben ergeben, dass mit derartigen Hochspannungsmesswiderständen im normalen Betrieb, d. h. bei Phasenspannung, die durch einen Strom von 5 mA erzeugte Wärme ohne Schwierigkeiten abgeführt werden kann. Der Widerstand verträgt zudem dauernd eine Belastung mit der verketteten Spannung. Gegenüber der Ausführung mit Ölfüllung oder künstlich erzeugter Luftkühlung weisen die beschriebenen Hochsp annungsmesswiderstände den Vorteil grösserer Betriebssicherheit und einfacherer Konstruktion auf.

In den Fig. 3 und 4 ist in verschiedenen Ansichten ein Ausführungsbeispiel für den Aufbau eines Schichtwiderstandes gezeigt. Auf das längliche Glasplättchen 30, dessen Krümmung in Längsrichtung so gewählt ist, dass es sich der Innenkrümmung des Isolierkörpers anpasst, ist die Widerstandschicht 31 aufgebracht. Diese Glasplättchen sind auf der Innern wand des Isolierkörpers in Form einer Schraubenlinie aufgekittet oder auf andere Art gut wärmeleitend mit dem Isolierkörper verbunden. An den Längsenden sind die Plättchen mit des schmalen Metallschicht 32/33 versehen, welche die Herstellung einer leitenden Verbindung, z. B. mittels der Metaliklain- mer 34, in der in den Fig. 5 und 6 gezeigten Weise gestatten.

Der eben beschriebene Aufbau eines Schichtwiderstandes bietet folgende Vorteile:
Der Ausschuss besteht nur aus einzelnen Plättchen, die als Massenartikel hergestellt und dementsprechend billig sind. Durch Auswahl der Plättchen nach ihren Temperaturkoeffizienten lässt sich der Temperaturkoeffizient des gesamten Widerstandes sehr klein halten. Durch das Zusammensetzen ist die Herstellung eines bestimmten Widerstandswertes sehr vereinfacht.

Claims

PATENTANSPRUCH Hochspannungsmesswiderstand, bei dem der Widerstand im Innern eines abgeschlossenen Isolierkörpers untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass das stromführende Widerstandsgebilde in so gut wärmeleitendem Kontakt mit dem Isolierkörper steht, dass mindestens die Hälfte des Wärmewiderstandes zwischen Widerstandsgebilde und Aussenoberfläche des Isolierkörpers auf den Isolierkörper entfällt und dass die Wärmeleitfähigkeit des Isolierkörperwerk stoffes mindestens 0,3 W/m o C beträgt.

UNTERANSPRÜCHE 1. Hochspannungsmesswiderstand nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandsgebilde unmittelbar auf die Innenoberfläche des Isolierkörpers aufgebracht ist.

2. Hochspannungsmesswiderstand nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandsgebilde als dünne Schicht ausgebildet ist.

3. Hochspannungsmesswiderstand nach Unter an spruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht unmittelbar auf die Innenoberfläche des Isolierkörpers aufgebracht ist.

4. Hochspannungsmesswiderstand nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht schraubenlinienförmig ausgebildet ist.

5. Hochspannungsmesswiderstand nach Unter an spruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtwerkstoff und die Schichtdicke so gewählt sind, dass der Temperaturkoeffizient des Widerstandsgebildes mindestens angenähert Null ist.

6. Hochspannungsmesswiderstand nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht auf die Aussenoberfläche eines Isolierzylinders aufgebracht ist und dass diese Aussenoberfläche gut wärmeleitend mit der Innenoberfläche des Isolierkörpers verbunden ist.

7. Hochspannungsmesswiderstand nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht auf einzelne isolierende Trägerkörper aufgebracht ist, die unter sich elektrisch leitend und mit dem Isolierkörper gut wärmeleitend verbunden sind.

8. Hochspannungsmesswiderstand nach Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Trägerkörper mit positivem und negativem Temperaturkoeffizienten ihrer Schicht so miteinander kombiniert werden, dass der resultierende Temperaturkoeffizient mindestens angenähert Null ist.