CN102576039A - 具有电换能器的测量换能器以及传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有电换能器的测量换能器，其中，所述电换能器借助接地导线与电气地相连。通过将电压换能器的初级绕组经由接地导线与电气地相连并且在接地导线上使用传感器，可以快速并可靠地探测测量换能器内的铁磁共振。

Description

具有电换能器的测量换能器以及传感器
技术领域
本发明涉及一种具有电换能器的测量换能器，其中电换能器借助接地导线与电气地相连。
背景技术
数十年来将测量换能器在供电网、特别是高压电网中用于电流测量和电压测量。在此，测量换能器的功能是将高压电网中的高的电流和/或电压转换到适用于测量或监视高压电网的电流值或电压值。
通过对测量换能器的方案使用相应的电感和/或电容，可以产生不期望的电网反馈。例如在特定的运行状态和电网配置的情况下电压换能器的初级绕组的非线性的电感与相应的高压电网的电容可以形成非线性的振荡电路。通过开关处理可以将该振荡电路激励为非线性的振荡，也称为铁磁共振(Ferroresonanzschwingung)或张驰振荡(Kippschwingung)。相对于在牢固接地的电压电网中单相铁磁共振，在高欧姆的接地电网中三相铁磁共振也是可能的。两个过程在关于测量换能器故障的相应的持续时间中由于热破坏了电压换能器初级绕组的绝缘导致测量换能器故障。
标准的电网保护装置被设计为识别负载电流领域和短路电流领域中的错误。在电网和电压换能器之间的振荡过程的小的电流远低于该设备的测量阈值。直到识别出例如击穿换能器绝缘的功率强度的错误结果，才断开电压电网的受影响的部分。
过去在按照本发明有危险的在高压电网内安装电压换能器的情况下，为了避免铁磁共振，通过仿真计算对可能的电压状态建模并且基于仿真结果特别构建和建立电压换能器，以便去除可能的振荡电路。但通过电压换能器的非典型的开关状态、复杂的电网配置以及例如低于额定负载很多运行的不正确的运行，总是出现不可提前预见的铁磁共振，其部分地导致电压换能器损坏并且由此导致部分高压电网断开。此外，有缺陷的是，通过改变电网配置(例如更换或建立另一个分支)和随之改变的高压电网参数，可以形成共振条件的改变和由此可能再次产生的铁磁共振电路。
过去该问题如下地解决，即，关于施加在次级绕组上的次级电压或次级电流分析大多处于运行中的电压换能器，其中例如借助对电压换能器的次级测量电压进行傅里叶分析在存在特定频率的情况下可以推断出电压换能器危险。
在DE 1516136和DE 1154570中也描述了张驰振荡，但其仅涉及在设备内可能的张驰振荡而不涉及与高压电网的相互作用。对于该内部张驰振荡的坚固性和检查，由用于电容性电压换能器的标准进行规范。
按照现有技术所有解决方案的缺陷在于，在开关装置运行期间不能提供对铁磁共振的快速地采集和报告，以便向工作人员给出脱离或在将来避免紧急运行状态的可能性。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于，提供一种测量换能器，其允许快速并简单地采集开始的铁磁共振。
上述技术问题通过本发明权利要求1的特征来解决。
按照本发明，传感器被布置在接地导线上。由此能够直接分析在测量换能器的换能器中的相应的电流高度，该测量换能器可以与接地导线相连接。由此在相应的铁磁共振的情况下，在测量换能器的电换能器内直接探测电流的相应变化并且由此进行分析。由此，可以取消对不同测量参数的复杂整理和分析，例如对在测量换能器的次级绕组中感应出的电流进行分析。此外，这具有如下的优点：用于测量电流的传感器可以通过换能器使用，而无需改变换能器的接地关系。由此也可以在测量换能器的接地导线中进行传感器的事后安装，而不会影响测量换能器的测量电路的现有的低欧姆的、直接的并且可光学检查的接地。同样，与借助对电压换能器的次级绕组进行分析而识别的铁磁共振相比，对在换能器的接地导线中的电流的测量显著地更有说服力。相反，在电压换能器作为换能器的情况下，测量的绕组电流直接表征了电压换能器的热负载，并且由此允许区别不关键和关键的振荡过程。由此，可以快速并有效地探测铁磁共振，从而可以通过有针对性的措施在探测铁磁共振的情况下在故障发生之前保护相应的电压换能器或电压电网的相应的部分。通过分析在接地导线上的传感器同样能够不依赖于电压电网的运行状态或电网配置快速并可靠地探测可能的铁磁共振，从而可以弃用对可能的运行状态和电网配置的昂贵的数据收集和计算机仿真。基于快速并有针对性地采集铁磁共振借助快速的探测可能性和反应可能性按照本发明可以至少部分地放弃借助衰减线圈的高压电网的运行状态的影响。
在测量换能器的一种优选的实施方式中，接地导线相对于壳体电绝缘。同样，壳体是气体绝缘的和/或油绝缘的和/或固体绝缘的。在此，壳体可以仅围绕换能器，其中在此传感器可以布置在壳体之内和/或之外。此外，壳体可以是气体绝缘的开关装置或套管(Durchführung)，在其中集成了测量换能器。由此存在如下的可能性，即，各个可能的电流通过壳体从换能器电流中，特别是从初级绕组的绕组电流中经由接地导线彼此清楚地分开。此外，壳体的绝缘允许运行可靠地使用不取决于外部的(特别是电磁的)影响的换能器。
优选地，作为电流传感器的传感器环形地围绕接地导线布置，其中优选地电压换能器的初级绕组尤其与接地导线相连。由此，通过传感器的电感性影响在接地导线内出现绕组电流的情况下确保了简单并精确地探测增加的电流。优选地，换能器是具有初级绕组、次级绕组和绕组铁芯的电压换能器。该电压换能器尤其被构造为单相或三相。替换地，换能器是电流换能器或具有用于测量与电流高度成比例形成的电压降落的电压抽头的分路电阻(也称为分路，Shunt)。
按照测量换能器的优选的实施方式，分析单元与传感器、特别是电流传感器相连并且探测与换能器相连的接地导线的相应的电流。相对于特定的规则和条件可以在出现(特别是电压换能器的初级绕组的)特定的电流的情况下在高压电网内触发措施，例如触发定义的电开关过程和/或接通衰减装置和/或改变分离开关配置。特别地，接地导线优选与初级绕组相连。由此能够直接探测绕组电流，从而不必如迄今为止所用的那样分析在次级绕组中感应出的测量参数。
优选地，由分析单元对测量的绕组电流进行记录和/或存档。该记录的绕组电流可以与其它电网参数关联并且由此向人工的操作人员提供过去关于电压电网的运行状态的有价值的状态信息。
附图说明
其它优选的实施方式由从属权利要求给出。结合下面的附图对本发明的内容作进一步说明。附图中：
图1示出了测量换能器的示意性电路图；
图2示出了测量换能器以及电压换能器的初级绕组的与壳体相连的接地导线的示意性电路图，该接地导线经由壳体壁用于电气地与在内布置的电流传感器连接；
图3示出了测量换能器以及在气体绝缘的壳体外布置的传感器的示意性电路图；
图4示出了测量换能器以及与壳体相连的接地导线和在壳体内布置的传感器的示意性电路图。
具体实施方式
图1示出了具有换能器2的测量换能器1，该换能器2由初级绕组3、绕组铁芯4和次级绕组5组成。换能器2布置在壳体13内。连通壳体13内外通过套管9绝缘地实施。在三相高压电网10上示例性示出在电网10内以及用于电气地8的电容耦合14，该电容耦合在特定的运行状态和电网配置的情况下会导致铁磁共振。引导电压换能器2的初级绕组3的接地导线11穿过测量换能器1的传感器6并且直接与电气地8相连。电流传感器6直接与分析装置7相连。在高压电网10中铁磁共振的情况下，在初级绕组3中形成电流，该电流经由电压换能器2的初级绕组3的接地导线11流向电气地8并且由此流过测量换能器1的传感器6。该初级绕组电流在电流传感器6内产生电磁电流测量参数，后者可以借助分析装置7来分析。在出现特定的铁磁共振的情况下，可以借助在电流传感器6上所测量的电流的所确定的频率、持续时间、高度和/或特性，推断出由于铁磁共振的初级绕组3的热过载。因此分析装置7可以在高压电网10内或在电压换能器2的次级绕组5的布线中开启相应的措施。由此例如可以考虑分析装置7对高压电网10的分离开关配置进行相应的改变，或者接通衰减装置。
图2示出了与图1不同的作为电压换能器的换能器2的初级绕组3的与壳体13相连的接地导线11，在该接地导线11附近在壳体13内布置相应的电流传感器6。电流传感器6与分析装置7经由套管连接。测量电路的接地路径11在图2所示的示例中从电压换能器2的初级绕组3穿过传感器6向壳体13的壁延伸，该接地路径11仍直接与电气地8相连。传感器6和分析装置7可以在空间上彼此分离地构造，因为需要在传感器6和分析装置7之间连接与壳体13绝缘的套管9。分析装置7的结果的进一步应用的可能性与按照图1的解决方案没有不同。
图3示出了具有作为换能器2的电压换能器的测量换能器1，该换能器2由初级绕组3、绕组铁芯4和次级绕组5组成。换能器2布置在气体绝缘的开关装置的壳体13内。从气体绝缘的开关装置的壳体13向外的输出，受到气密的接头9限制。换能器2的初级绕组3借助接地导线11直接与电气地8相连，并且在接地导线11中设置电流传感器6，该电流传感器6与分析装置7相连接。在高压电网10中铁磁共振的情况下，在换能器2的初级绕组3中形成电流，该电流作为绕组电流经由接地导线11流向电气地8。该绕组电流在电流传感器6内产生电磁脉冲，后者可以借助分析装置7来分析。在出现特定的铁磁共振的情况下，可以借助在电流传感器6上所测量的电流或电压的频率分析、持续时间、高度和/或特性，推断出铁磁共振。因此分析装置7可以在高压电网10内开启相应的变化。由此例如可以考虑分析装置7对高压电网10的运行状态和/或电网配置进行相应的改变，诸如触发定义的电切换过程和/或接通衰减装置和/或改变分离开关配置。
图4示出了与图1不同的气体绝缘的开关装置的与壳体13相连的接地导线11，在该接地导线11附近在气体绝缘的壳体13内布置相应的电流传感器6。此外，电流传感器6与分析装置7相连接。接地路径11在图4所示的示例中经由作为换能器2的分路电阻(Shunt，分路)与壳体壁和作为接地导线11的一部分的相应的连接导线的直接连接延伸到电气地8。在此，分析装置7具有调节函数，该调节函数允许直接影响高压电网10。在图4所示的示例中分析装置7以在气体绝缘的壳体13内的功率开关12的形式调节电网部件12。在探测到铁磁共振的情况下，分析装置7可以直接控制电网部件12；在此断开或闭合功率开关12。

Claims (12)

1.一种具有电换能器(2)的测量换能器(1)，其中，所述电换能器(2)借助接地导线(11)与电气地(8)相连，其特征在于，传感器(6)被布置在所述接地导线(11)上。
2.根据权利要求1所述的测量换能器(1)，其特征在于，所述接地导线(11)相对于壳体(13)电绝缘。
3.根据权利要求2所述的测量换能器(1)，其特征在于，所述壳体(13)是气体绝缘的和/或油绝缘的和/或固体绝缘的。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的测量换能器(1)，其特征在于，所述传感器(6)被环形地围绕所述接地导线(11)布置。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的测量换能器(1)，其特征在于，所述电换能器(2)是具有初级绕组(3)、次级绕组(4)和绕组铁芯(5)的电压换能器。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的测量换能器(1)，其特征在于，所述电换能器(2)是电流换能器。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的测量换能器(1)，其特征在于，所述电换能器(2)是具有用于测量与电流高度成比例形成的电压降落的电压抽头的分路电阻。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的测量换能器(1)，其特征在于，分析单元(7)借助传感器(6)测量所探测的接地导线(11)的电流变化和电压变化，并且在所定义的条件下在高压电网内(10)触发定义的电开关过程和/或接通衰减装置和/或改变分离开关配置。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的测量换能器(1)，其特征在于，所述接地导线(11)与初级绕组(3)和/或次级绕组(4)相连。
10.根据权利要求5至9中任一项所述的测量换能器(1)，其特征在于，所述初级绕组(3)和/或次级绕组(4)的电流变化和/或电压变化可以被用于分析铁磁特性。
11.根据权利要求5至10中任一项所述的测量换能器(1)，其特征在于，所述分析单元(7)记录和/或存档所述初级绕组(3)和/或次级绕组(4)和/或接地导线(11)的所确定的电流变化和/或电压变化。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的测量换能器(1)，所述传感器(6)是电流传感器。
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