DE102015000301A1

DE102015000301A1 - Kupplung der Mittelspannungstechnik oder der Hochspannungstechnik

Info

Publication number: DE102015000301A1
Application number: DE102015000301.1A
Authority: DE
Inventors: Ullrich Hetzler; Jan Marien; Alexander Wassmann; Eckhard Wendt
Original assignee: IsabellenHuette Heusler GmbH and Co KG
Current assignee: IsabellenHuette Heusler GmbH and Co KG
Priority date: 2015-01-12
Filing date: 2015-01-12
Publication date: 2016-07-14
Anticipated expiration: 2035-01-13
Also published as: US10534020B2; US20180024168A1; JP2018504617A; DE102015000301B4; JP6662904B2; EP3245524A1; KR20170104478A; CN107110891A; CN115166329A; WO2016112933A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kupplung (6) zur elektrischen und mechanischen Verbindung von Komponenten der Mittelspannungstechnik oder der Hochspannungstechnik, insbesondere für Spannungen von 1 kV bis 52 kV, mit – einem ersten Anschlussstück (8) zum mechanischen und elektrischen Anschluss einer Komponente der Mittelspannungstechnik oder der Hochspannungstechnik, insbesondere zum Anschluss an ein komplementäres Anschlussstück einer Durchführung eines Schaltschranks, und – einem zweiten Anschlussstück (7) zum mechanischen und elektrischen Anschluss einer anderen Komponente der Mittelspannungstechnik oder der Hochspannungstechnik, insbesondere zum Anschluss an ein komplementäres Anschlussstück eines Elektrokabels, wobei die beiden Anschlussstücke (7, 8) der Kupplung (6) komplementären Anschlusstypen angehören, die mechanisch zusammen passen, sowie mit – einem niederohmigen Strommesswiderstand (10, 11, 12), der baulich in die Kupplung (6) integriert ist und elektrisch zwischen das erste Anschlussstück (8) und das zweite Anschlussstück (7) geschaltet ist, um einen Stromfluss zwischen dem ersten Anschlussstück (8) und dem zweiten Anschlussstück (7) zu messen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplung zur elektrischen und mechanischen Verbindung von Komponenten der Mittelspannungstechnik oder der Hochspannungstechnik, insbesondere für Spannung von 1 kV bis 52 kV.
10 zeigt in schematischer Form eine herkömmliche Mittelspannungsanlage mit einem Schaltschrank 1, an den ein Elektrokabel 2 angeschlossen werden kann. Hierzu weist der Schaltschrank 1 in seiner Gehäusewandung eine Durchführung 3 auf, die gemäß den technischen Normen DIN EN 50180 oder DIN EN 50181 ausgebildet ist und beispielsweise ein steckbares Anschlussstück 4 mit einem Außenkonus aufweist. Das Elektrokabel 2 weist an seinem freien Ende ein komplementäres Anschlussstück 5 auf, das mit dem Anschlussstück 4 der Durchführung 3 des Schaltschranks 1 zusammengesteckt werden kann, um eine mechanische und elektrische Verbindung zu bilden.
Bei derartigen Mittelspannungsanlagen besteht zunehmend ein Bedürfnis nach einer Messung des Stroms durch die Verbindungsstelle zwischen den beiden Anschlussstücken 4, 5. Hierzu sind aus dem Stand der Technik induktive Messwandler bekannt, die jedoch nur eine Messung mit einer relativ geringen Bandbreite ermöglichen und deshalb nicht geeignet sind, um auch Oberwellenanteile messen zu können.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, bei Anlagen der Mittelspannungstechnik und der Hochspannungstechnik eine möglichst einfache Strommessung zu ermöglichen, die auch die Messung von Oberwellenanteilen erlaubt.
Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Kupplung gemäß dem Hauptanspruch gelöst.
Die Erfindung geht von herkömmlichen Kupplungen aus, die in Anlagen der Mittelspannungstechnik oder der Hochspannungstechnik (z. B. bei Spannungen von 1 kV bis 52 kV) verwendet werden, um Anschlussstücke von Komponenten (z. B. Elektrokabeln, Durchführungen) miteinander zu verbinden.
Derartige Kupplungen weisen herkömmlicherweise ein erstes Anschlussstück auf, das mit einer Komponente der Mittelspannungstechnik oder der Hochspannungstechnik verbunden werden kann, wie beispielsweise einem komplementären Anschlussstück einer Durchführung eines Schaltschranks.
Darüber hinaus weisen derartige Kupplungen herkömmlicherweise ein zweites Anschlussstück auf, um eine Verbindung mit einer anderen Komponente der Mittelspannungstechnik oder der Hochspannungstechnik zu ermöglichen, wie beispielsweise einem entsprechenden komplementären Anschlussstück eines Stromkabels.
Hierbei ist zu erwähnen, dass die beiden Anschlussstücke der erfindungsgemäßen Kupplung komplementären Anschlussstücken angehören, die mechanisch und elektrisch zusammenpassen. Dies bietet den Vorteil, dass die erfindungsgemäße Kupplung einfach zwischen zwei komplementäre Anschlussstücke einer Verbindung eingesetzt werden kann. Hierzu müssen lediglich die komplementären Anschlussstücke der Verbindung voneinander getrennt werden. Anschließend kann die erfindungsgemäße Kupplung dann zwischen die beiden komplementären Anschlussstücke eingesetzt und mit diesen verbunden werden. Auf diese Weise kann die erfindungsgemäße Kupplung in einfacher Weise in eine bestehende Verbindung eingefügt werden.
Die erfindungsgemäße Kupplung zeichnet sich nun gegenüber herkömmlichen Kupplungen dadurch aus, dass in die Kupplung ein niederohmiger Strommesswiderstand (”Shunt”) integriert ist, der elektrisch zwischen die beiden komplementären Anschlussstücke geschaltet ist, so dass der Stromfluss zwischen den beiden Anschlussstücken durch den Strommesswiderstand fließt, was eine Strommessung ermöglicht. Diese Shuntbasierte Strommessung ermöglicht auch die Messung von Oberwellenanteilen des Stroms, wie nachfolgend noch detailliert beschrieben wird. Darüber hinaus ermöglicht die Shuntbasierte Strommessung einen Verzicht auf einen induktiven Messwandler, wie er ansonsten erforderlich ist. Schließlich ermöglicht die erfindungsgemäße Kupplung eine einfache Kontaktierung des Strommesswiderstands im Stromflusspfad.
Vorzugsweise ist in die Kupplung auch eine Messeinrichtung integriert, wobei die Messeinrichtung beispielsweise den Spannungsabfall über dem Strommesswiderstand messen kann, woraus sich dann in an sich bekannter Weise nach dem Ohmschen Gesetz der Strom durch den Strommesswiderstand ergibt.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass die Messeinrichtung die Spannung an einem Messpunkt an dem Strommesswiderstand in Bezug auf ein Referenzpotenzial (z. B. Massepotenzial) misst.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung misst die Einrichtung jedoch beide Größen, nämlich den Spannungsabfall über dem Strommesswiderstand und die Spannung an einem Messpunkt an dem Strommesswiderstand in Bezug auf ein Massepotenzial.
Hierbei ist zu erwähnen, dass die Messeinrichtung die jeweilige Spannung vorzugsweise mit einer hohen Abtastraste misst, die vorzugsweise mindestens 100 Hz, 200 Hz, 500 Hz, 1 kHz, 1.500 Hz, 2 kHz, 5 kHz, 10 kHz oder sogar 15 kHz beträgt. Eine so hohe Abtastraste ermöglicht auch die Messung von Oberwellenanteilen der Spannung, was in Stromversorgungsnetzen wichtig ist.
Bei der Messung der Spannung an dem Strommesswiderstand ist zu berücksichtigen, dass die gemessene Spannung im Mittelspannungsbereich oder Hochspannungsbereich liegt und deshalb messtechnisch schwer zu verarbeiten ist. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Messeinrichtung deshalb einen Spannungsteiler auf, der mit dem Messpunkt an dem Strommesswiderstand verbunden ist, um die gemessene Spannung aufzuteilen und dadurch die messtechnische Verarbeitung zu erleichtern. Vorzugsweise besteht der Spannungsteiler aus mehreren Ohmschen Widerständen oder Kapazitäten und weist ein Teilungsverhältnis von mehr als 1.000, 10.000 oder sogar mehr als 100.000 auf.
Darüber hinaus ist zu erwähnen, dass die erfindungsgemäße Kupplung vorzugsweise eine galvanische Trennung ermöglicht zwischen der Kupplung auf dem Mittelspannungspotenzial oder Hochspannungspotenzial einerseits und der externen Auswertungseinheit auf dem Massepotenzial andererseits. Die Übertragung der Messdaten von der Messeinrichtung zu der externen Auswertungseinheit kann deshalb nicht einfach über eine Datenleitung erfolgen. Die erfindungsgemäße Kupplung weist deshalb vorzugsweise eine Datenübertragungseinrichtung mit einem elektro-optischen Wandler auf, der die zu übertragenden elektrischen Messdaten in optische Signale umwandelt, die dann an einem ersten Lichtleiteranschluss ausgegeben werden. An den ersten Lichtleiteranschluss der Kupplung kann dann ein erster Lichtleiter angeschlossen werden, über den die Messdaten dann zu der externen Auswertungseinheit übertragen werden.
Die Datenübertragungseinrichtung der Kupplung weist vorzugsweise einen Sendepuffer auf, um die zu sendenden Messdaten vor einer Übertragung zwischenzuspeichern. Dies ist sinnvoll, weil der vorstehend erwähnte elektro-optische Wandler einen relativ großen Stromverbrauch aufweist und deshalb vorzugsweise nur intermittierend eingeschaltet und dann wieder ausgeschaltet wird, um im zeitlichen Mittel einen möglichst geringen Stromverbrauch zu erreichen. In den Ausschaltphasen des elektro-optischen Wandlers werden die in der Kupplung gewonnenen Messdaten dann in den Sendepuffer geschrieben. In den Einschaltphasen des elektro-optischen Wandlers werden die zwischengespeicherten Messdaten dann aus dem Sendepuffer ausgelesen und übertragen.
Die Übertragung der Messdaten kann beispielsweise in Form von Telegrammen erfolgen, die jeweils mehrere Datensätze enthalten, die jeweils einem bestimmten Messzeitpunkt entsprechen. Die Transferrate der einzelnen aufeinanderfolgenden Telegramme ist hierbei vorzugsweise wesentlich kleiner als die Abtastrate, mit der die eigentliche Messung erfolgt. Dies hat zur Folge, dass nur relativ selten Telegramme übertragen werden, so dass der elektro-optische Wandler nur relativ selten eingeschaltet werden muss, was zu einem entsprechend geringen mittleren Stromverbrauch führt, da der elektro-optische Wandler der Hauptstromverbraucher in der Kupplung ist.
Ferner enthält die erfindungsgemäße Kupplung vorzugsweise auch eine integrierte Stromversorgungseinrichtung zur Stromversorgung der Messeinrichtung und/oder der Datenübertragungseinrichtung. Es wurde bereits vorstehend erwähnt, dass die Übertragung der Messdaten galvanisch getrennt erfolgt. Es ist deshalb vorzugsweise auch vorgesehen, dass die Stromversorgung galvanisch getrennt erfolgt, indem optische Energie zugeführt wird. Hierzu kann die erfindungsgemäße Kupplung einen zweiten Lichtleiteranschluss aufweisen, um einen zweiten Lichtleiter anzuschließen, über den die optische Energie zugeführt werden kann, wobei diese optische Energie beispielsweise von einem externen Laser erzeugt werden kann. Hierbei befindet sich in der Kupplung eine Solarzelle zur Umwandlung der zugeführten optischen Energie in elektrische Energie für die Stromversorgung, wobei die Solarzelle in der Kupplung mit dem zweiten Lichtleiteranschluss verbunden ist.
In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, dass die Stromversorgung durch optische Energie im Vergleich zu einer Stromversorgung über Elektroleitungen nur eine relativ geringe Energiezufuhr ermöglicht. Aus diesem Grunde ist es vorteilhaft, wenn der elektro-optische Wandler als Hauptstromverbraucher nur intermittierend ein- bzw. ausgeschaltet wird, wie vorstehend bereits erwähnt wurde, da dadurch der mittlere Stromverbrauch verringert wird.
Zur Pufferung der Stromversorgung weist die Stromversorgungseinrichtung vorzugsweise einen Energiespeicher auf, um auch im eingeschalteten Zustand des elektro-optischen Wandlers genügend Strom bereitstellen zu können. Bei diesem Energiespeicher kann es sich beispielsweise um eine Kondensator handeln, der vorzugsweise eine Kapazität von mindestens 500 mF oder 1 mF aufweist.
Zu dem konstruktiven Aufbau der erfindungsgemäßen Kupplung ist zu erwähnen, dass die Kupplung vorzugsweise ein Gehäuse aufweist, das eine Steuerelektrode aus elektrisch leitfähigem Kunststoff enthält, wobei die Steuerelektrode die Feldlinien des elektrischen Feldes leitet und in ihrem Inneren Elektronikkomponenten aufnehmen kann, wie beispielsweise die Messeinrichtung, die Stromversorgungseinrichtung und/oder die Datenübertragungseinrichtung.
Darüber hinaus kann das Gehäuse der Kupplung eine Kapselung aus elektrisch leitfähigem Kunststoff aufweisen, wobei die Kapselung die Steuerelektrode und die Elektronikkomponenten enthält.
Zwischen der Kapselung und der Steuerelektrode kann sich ein elektrisch isolierender Silikonverguss befinden.
Ferner kann das Gehäuse eine elektrisch leitfähige Umwandung aufweisen, die beispielsweise aus Aluminium bestehen kann, insbesondere in Form von zwei Halbschalen, wobei die elektrisch leitfähige Umwandung innen vorzugsweise einen elektrischen Kontakt aufweist, der zum einen mit dem Spannungsteiler und zum anderen mit einem Massekontakt verbunden ist.
Zu den Anschlussstücken der erfindungsgemäßen Kupplung ist zu erwähnen, dass es sich vorzugsweise um steckbare Anschlussstücke mit einem Innenkonus bzw. einem Außenkonus handelt, wie sie beispielsweise in den technischen Normen DIN EN 50181 und DIN EN 50180 beschrieben sind. Die Anschlussstücke können beispielsweise den Anschlusstypen A, B oder C der vorstehend erwähnten technischen Normen entsprechen, jedoch sind grundsätzlich auch andere Anschlusstypen im Rahmen der Erfindung möglich.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass die erfindungsgemäße Kupplung vorzugsweise geeignet für elektrische Ströme von mehr als 250 A und Spannung von mehr als 25 kV.
Es wurde bereits vorstehend erwähnt, dass die erfindungsgemäße einen niederohmigen Strommesswiderstand enthält, wobei der Widerstandswert des niederohmigen Strommesswiderstands vorzugsweise kleiner als 1 mΩ, 500 μΩ, 250 μΩ, 100 μΩ, 50 μΩ oder sogar kleiner als 25 μΩ ist.
Hinsichtlich der Bauform des Strommesswiderstands besteht die Möglichkeit einer rotationssymmetrischen oder eine plattenförmigen Formgebung, wie sie aus EP 0 605 800 A1 bekannt ist.
Zu der Wärmekapazität des Strommesswiderstands ist zu erwähnen, dass die Wärmekapazität vorzugsweise mindestens 50 J/K, 100 J/K, 200 J/K oder sogar mehr als 300 J/K beträgt. Eine so hohe Wärmekapazität ist vorteilhaft, weil dann auch bei einer starken Strombelastung nur eine geringfügige Erwärmung des Strommesswiderstands erfolgt, die nicht zu einer Verfälschung der Messung führt. Hierzu muss der Strommesswiderstand lediglich eine entsprechend hohe Masse haben, um die gewünschte thermische Pufferung zu erreichen.
Schließlich ist zu erwähnen, dass die Erfindung nicht nur Schutz beansprucht für die vorstehend beschriebene Kupplung als einzelnes Bauteil. Vielmehr beansprucht die Erfindung auch Schutz für eine entsprechende Anlage der Mittelspannungstechnik oder der Hochspannungstechnik mit einer solchen Kupplung, welche zwei Komponenten (z. B. Schaltschrank und Elektrokabel) der Mittelspannungstechnik bzw. der Hochspannungstechnik miteinander verbindet.
Diese Anlage kann auch eine Lichtquelle (z. B. Laser) enthalten, die dann zur Stromversorgung der erfindungsgemäßen Kupplung dient.
Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Anlage auch eine Auswertungseinheit enthalten, welche über einen Lichtleiter mit der erfindungsgemäßen Kupplung verbunden ist, um die Messdaten zu empfangen.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Kupplung,
2 eine Vorderansicht der erfindungsgemäßen Kupplung gemäß 1 von links,
3 eine Rückansicht der Kupplung in 1 von rechts,
4 eine Querschnittsansicht der Kupplung aus den 1 bis 3,
5 eine Seitenansicht einer Steuerelektrode, die in der Kupplung enthalten ist,
6 eine Aufsicht auf einen niederohmigen Strommesswiderstand aus der Kupplung mit einer Messeinrichtung,
7 eine andere Ansicht des Strommesswiderstands mit der Messeinrichtung,
8A eine erfindungsgemäße Mittelspannungsanlage mit der erfindungsgemäßen Kupplung vor der Montage,
8B die Mittelspannungsanlage aus 8A im zusammengefügten Zustand,
9 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Mittelspannungsanlage mit der erfindungsgemäßen Kupplung und einer externen Auswertungseinheit, sowie
10 eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Mittelspannungsanlage.
Die Zeichnungen zeigen eine erfindungsgemäße Kupplung 6 zur elektrischen und mechanischen Verbindung des Anschlussstücks 4 an dem Schaltschrank 1 mit dem komplementären Anschlussstück 5 des Elektrokabels 2 (vgl. 8A).
Zur Verbindung mit dem Anschlussstück 5 des Elektrokabels 2 weist die Kupplung 6 ein Anschlussstück 7 mit einem Außenkonus auf, wobei das Anschlussstück 7 gemäß DIN EN 50180 und DIN EN 50181 ausgebildet ist.
Auf der gegenüberliegenden Seite weist die Kupplung 6 ein weiteres Anschlussstück 8 mit einem Innenkonus auf, wobei das Anschlussstück 8 ebenfalls gemäß DIN EN 50180 und DIN EN 50181 ausgebildet ist und eine elektrische und mechanische Verbindung mit dem Anschlussstück 4 der Durchführung 3 des Schaltschranks 1 ermöglicht.
Hierbei ist zu erwähnen, dass die beiden Anschlussstücke 7, 8 komplementären Anschlusstypen angehören. Dies bedeutet, dass das Anschlussstück 7 an ein Anschlussstück angeschlossen werden kann, das demselben Anschlusstyp angehört wie das Anschlussstück 8. Weiterhin bedeutet dies, dass das Anschlussstück 8 an ein Anschlussstück angeschlossen werden kann, das demselben Anschlusstyp angehört wie das Anschlussstück 7.
In der Kupplung 6 befindet sich ein niederohmiger Strommesswiderstand 9 mit zwei Anschlussteilen 10, 11 aus Kupfer und einem dazwischen befindlichen Widerstandselement 12 aus einer niederohmigen Widerstandslegierung, wie beispielsweise einer Kupfer-Mangan-Nickel-Legierung (vgl. 6 und 7).
Der Strommesswiderstand 9 ist elektrisch zwischen die beiden Anschlussstücke 7, 8 geschaltet, so dass der zu messende elektrische Strom durch den Strommesswiderstand 9 fließt.
An dem Strommesswiderstand 9 ist eine Leiterplatte 13 angebracht, die eine Messschaltung enthält. Zu einem misst die Messschaltung auf der Leiterplatte 13 den Spannungsabfall über dem Widerstandselement 12 des Strommesswiderstands 9, da dieser Spannungsabfall entsprechend dem Ohmschen Gesetz ein Maß für den Strom durch den Strommesswiderstand 9 ist. Zum anderen misst die Messschaltung auf der Leiterplatte 13 aber auch die Spannung an einem Messpunkt 20 des Strommesswiderstands 9, wie noch detailliert beschrieben wird.
Der Strommesswiderstand 9 befindet sich jeweils zusammen mit der Leiterplatte 13 und der darauf befindlichen Messschaltung innerhalb einer Steuerelektrode 14 aus leitfähigem Kunststoff.
Die Steuerelektrode 14 ist wiederum von einem Silikonverguss 15 und einer äußeren Kapselung 16 umgeben, wie aus 4 ersichtlich ist.
Weiterhin sind aus 4 zwei Ohmsche Widerstände 17, 18 ersichtlich, die zusammen einen Spannungsteiler bilden, wobei die Funktion dieses Spannungsteilers nachfolgend noch detailliert beschrieben wird.
Im Folgenden wird nun Bezug genommen auf die schematische Darstellung in 9, um die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Kupplung 6 zu erläutern.
In dieser Zeichnung ist eine Messeinrichtung 19 dargestellt, die auf der Leiterplatte 13 angeordnet ist. Zum einen misst die Messeinrichtung 19 den Spannungsabfall über dem Strommesswiderstand 9, um daraus entsprechend dem Ohmschen Gesetz bekannterweise den Strom durch den Strommesswiderstand 9 zu berechnen. Zum anderen misst die Messeinrichtung 19 aber auch die Spannung an einem Messpunkt 20 an dem Strommesswiderstand 9 in Bezug auf ein Massepotenzial. Die Spannung an dem Messpunkt 20 ist jedoch messtechnisch schwierig zu verarbeiten, da es sich hierbei um ein Mittelspannungspotenzial oder ein Hochspannungspotenzial handelt. Die Messeinrichtung 19 misst deshalb lediglich den Spannungsabfall über dem Widerstand 19 des Spannungsteilers, der aus den beiden Widerständen 17, 18 besteht, wobei der Spannungsteiler ein Teilungsverhältnis von beispielsweise 1:1.100.000 aufweisen kann.
Darüber hinaus enthält die Kupplung 6 eine Datenübertragungseinrichtung mit einem elektro-optischen Wandler 21, der von der Messeinrichtung 19 Messdaten in elektrischer Form erhält und diese Messdaten in optische Signale umwandelt. Die optischen Messsignale werden dann über einen Lichtleiter 22 an einem Lichteranschluss 23 bereitgestellt und können dort ausgelesen werden, wie noch detailliert beschrieben wird.
Die Ausgabe der Messdaten erfolgt also über Lichtwellenleiter, d. h. galvanisch getrennt. Dies ist vorteilhaft, weil sich die Kupplung 6 auf einem Hochspannungspotenzial oder einem Mittelspannungspotenzial befindet. Dies macht auch die Stromversorgung schwierig, die ebenfalls galvanisch entkoppelt erfolgen muss. Hierzu weist die Kupplung 6 einen weiteren Lichtleiteranschluss 24 auf, an dem optische Energie bereitgestellt werden kann, wie noch detailliert beschrieben wird. In der Kupplung 6 ist der Lichterleiteranschluss 24 über einen Lichtleiter 25 mit einem opto-elektrischen Wandler 26 (Solarzelle) verbunden, der die zugeführte optische Energie in elektrische Energie umwandelt.
Die von dem opto-elektrischen Wandler 26 bereitgestellte elektrische Energie wird dann einer Stromversorgungseinrichtung 27 zugeführt, die auch die Aufgabe hat, die zugeführte elektrische Energie zu puffern. Dies ist wichtig, weil der elektro-optische Wandler 21 der Hauptstromverbraucher innerhalb der Kupplung 6 ist. Der elektro-optische Wandler 21 wird deshalb nur intermittierend ausgeschaltet bzw. eingeschaltet, um den mittleren Stromverbrauch möglichst gering zu halten. Zur Pufferung des Stromverbrauchs während der Einschaltphasen des elektro-optischen Wandlers 21 weist die Stromversorgungseinrichtung 27 einen Pufferkondensator auf.
Darüber hinaus zeigt die Zeichnung eine externe Schnittstelleneinheit 28 mit zwei Lichtleiteranschlüssen 29, 30, die über jeweils einen Lichtleiter 31 bzw. 32 mit den Lichtleiteranschlüssen 23 bzw. 24 der Kupplung 6 verbunden sind. Die beiden Lichtleiter 31, 32 gehören hierbei zu einem Duplex-Lichtwellenleiterkabel 33.
Zum einen enthält die Schnittstelleneinheit 28 einen Laser 34, der über den Lichtleiteranschluss 29, den Lichtleiter 31, den Lichtleiteranschluss 24 und den Lichtleiter 25 den opto-elektrischen Wandler 26 mit optischer Energie versorgt, um die Stromversorgung der elektronischen Komponenten der Kupplung 6 sicherzustellen.
Zum anderen enthält die Schnittstelleneinheit 28 eine Auswertungseinheit 35 mit einem opto-elektrischen Wandler 36, der über den Lichtleiteranschluss 30, den Lichtleiter 32, den Lichtleiteranschluss 23 und den Lichtleiter 22 die optischen Messsignale von dem elektro-optischen Wandler 21 empfängt.
Darüber hinaus ist die Schnittstelleneinheit 28 an einen Ethernet-Bus 37 angeschlossen.
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Darüber hinaus beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den jeweils in Bezug genommenen Ansprüchen.
Bezugszeichenliste

1: Schaltschrank
2: Elektrokabel
3: Durchführung
4: Anschlussstück der Durchführung
5: Anschlussstück des Elektrokabels
6: Kupplung
7: Anschlussstück mit Außenkonus
8: Anschlussstück mit Innenkonus
9: Strommesswiderstand
10: Anschlussteil des Strommesswiderstands
11: Anschlussteil des Strommesswiderstands
12: Widerstandselement des Strommesswiderstands
13: Leiterplatte
14: Steuerelektrode aus leitfähigem Kunststoff
15: Silikonverguss
16: Kapselung
17: Widerstand des Spannungsteilers
18: Widerstand des Spannungsteilers
19: Messeinrichtung
20: Messpunkt für Spannungsmessung
21: Elektro-optischer Wandler
22: Lichtleiter
23: Lichtleiteranschluss
24: Lichtleiteranschluss
25: Lichtleiter
26: Opto-elektrischer Wandler
27: Stromversorgungseinrichtung
28: Schnittstelleneinheit
29: Lichtleiteranschluss
30: Lichtleiteranschluss
31: Lichtleiter
32: Lichtleiter
33: Duplex-Lichtwellenleiterkabel
34: Laser
35: Auswertungseinheit
36: Opto-elektrischer Wandler
37: Ethernet-Bus

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0605800 A1 [0029]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Normen DIN EN 50180 [0002]
DIN EN 50181 [0002]
Normen DIN EN 50181 [0026]
DIN EN 50180 [0026]
DIN EN 50180 [0047]
DIN EN 50181 [0047]
DIN EN 50180 [0048]
DIN EN 50181 [0048]

Claims

Kupplung (6) zur elektrischen und mechanischen Verbindung von Komponenten der Mittelspannungstechnik oder der Hochspannungstechnik, insbesondere für Spannungen von 1 kV bis 52 kV, mit a) einem ersten Anschlussstück (8) zum mechanischen und elektrischen Anschluss einer Komponente (1) der Mittelspannungstechnik oder der Hochspannungstechnik, insbesondere zum Anschluss an ein komplementäres Anschlussstück (4) einer Durchführung eines Schaltschranks (1), und b) einem zweiten Anschlussstück (7) zum mechanischen und elektrischen Anschluss einer anderen Komponente (2) der Mittelspannungstechnik oder der Hochspannungstechnik, insbesondere zum Anschluss an ein komplementäres Anschlussstück (5) eines Elektrokabels (2), c) wobei die beiden Anschlussstücke (7, 8) der Kupplung (6) komplementären Anschlusstypen angehören, die mechanisch zusammen passen, gekennzeichnet durch d) einen niederohmigen Strommesswiderstand (9), der baulich in die Kupplung (6) integriert ist und elektrisch zwischen das erste Anschlussstück (8) und das zweite Anschlussstück (7) geschaltet ist, um einen Stromfluss zwischen dem ersten Anschlussstück (8) und dem zweiten Anschlussstück (7) zu messen.
Kupplung (6) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine baulich in die Kupplung (6) integrierte Messeinrichtung (19) zur Messung a) der Spannung über dem Strommesswiderstand (9) und/oder b) der Spannung an dem Strommesswiderstand (9) in Bezug auf ein Massepotential.
Kupplung (6) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Messeinrichtung (19) die Spannung über dem Strommesswiderstand (9) und/oder die Spannung an dem Strommesswiderstand (9) mit einer bestimmten Abtastrate misst, und b) dass die Abtastrate mindestens 100 Hz, 200 Hz, 500 Hz, 1000 Hz, 1500 Hz, 2000 Hz, 5000 Hz, 10 kHz oder 15 kHz beträgt, um auch Oberwellenanteile der Spannung über dem Strommesswiderstand (9) und/oder der Spannung an dem Strommesswiderstand (9) messen zu können.
Kupplung (6) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Messeinrichtung (19) einen Spannungsteiler (17, 18) aufweist, der mit dem Strommesswiderstand (9) verbunden ist, um die Spannung an dem Strommesswiderstand (9) aufzuteilen, und/oder b) dass der Spannungsteiler (17, 18) aus ohmschen Widerständen (17, 18) besteht, und/oder c) dass der Spannungsteiler (17, 18) aus Kondensatoren (17, 18) besteht, und/oder d) dass der Spannungsteiler (17, 18) ein Teilungsverhältnis von mehr als 1.000, 10.000 oder 100.000 aufweist.
Kupplung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine baulich in die Kupplung (6) integrierte Datenübertragungseinrichtung (19, 21) zur Übertragung von Messdaten betreffend den Stromfluss, mit a) einem ersten Lichtleiteranschluss (23) zum Anschluss eines ersten Lichtleiters zur Übertragung der Messdaten an eine externe Auswertungseinheit (35), und b) einem elektro-optischen Wandler (21) zur Umwandlung der zu übertragenden elektrischen Messdaten in optische Signale, wobei der elektro-optische Wandler (21) ausgangsseitig mit dem ersten Lichtleiteranschluss (23) verbunden ist.
Kupplung (6) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Datenübertragungseinrichtung (19, 21) einen Sendepuffer aufweist, um die zu sendenden Messdaten vor einer Übertragung zwischen zu speichern, b) dass die Datenübertragungseinrichtung (19, 21) den elektro-optischen Wandler (21) intermittierend einschaltet und ausschaltet, um einen geringen Stromverbrauch zu erreichen, c) dass die Datenübertragungseinrichtung (19, 21) in Ausschaltphasen des elektro-optischen Wandlers (21) die Messdaten in den Sendepuffer schreibt, und d) dass die Datenübertragungseinrichtung (19, 21) in Einschaltphasen des elektro-optischen Wandler (21) die zwischengespeicherten Messdaten aus dem Sendepuffer ausliest und überträgt.
Kupplung (6) nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Datenübertragungseinrichtung (19, 21) die zwischengespeicherten Messdaten jeweils in Form von Telegrammen mit einer bestimmten Transferrate überträgt, wobei die Transferrate die Anzahl der übertragenen Telegramme pro Zeiteinheit wiedergibt, und b) dass die Transferrate wesentlich kleiner ist als die Abtastrate.
Kupplung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch a) eine baulich in die Kupplung (6) integrierte Stromversorgungseinrichtung (27) zur Stromversorgung der Datenübertragungseinrichtung (19, 21) und/oder der Messeinrichtung (19), b) einen zweiten Lichtleiteranschluss (24) zum Anschluss eines zweiten Lichtleiters (31, 33) zur Zuführung von optischer Energie zur Stromversorgung, insbesondere von einem externen Laser (34), und c) eine Solarzelle (26) zur Umwandlung der optischen Energie in elektrische Energie für die Stromversorgung, wobei die Solarzelle (26) mit dem zweiten Lichtleiteranschluss (24) verbunden ist.
Kupplung (6) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Stromversorgungseinrichtung (27) einen Energiespeicher aufweist, um elektrische Energie für den Sendebetrieb des elektro-optischen Wandlers (21) zu speichern, und/oder b) dass der Energiespeicher einen Kondensator aufweist, und/oder c) dass der Kondensator eine Kapazität von mindestens 500 nF oder 1 mF aufweist.
Kupplung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Gehäuse mit folgenden Bauteilen: a) einer Steuerelektrode (14) aus elektrisch leitfähigem Kunststoff, die Feldlinien des elektrischen Feldes leitet und in ihrem Inneren Elektronikkomponenten aufnimmt, insbesondere die Messeinrichtung (19), die Stromversorgungseinrichtung (27) und/oder die Datenübertragungseinrichtung (21), und/oder b) einer Kapselung (16) aus elektrisch leitfähigem Kunststoff, wobei die Kapselung (16) die Steuerelektrode (14) und die Elektronikkomponenten enthält, insbesondere die Messeinrichtung (19), die Stromversorgungseinrichtung (27) und/oder die Datenübertragungseinrichtung (21), und/oder c) einem elektrisch isolierenden Silikonverguss (15) zwischen der Kapselung (16) und der Steuerelektrode (14), d) eine elektrische leitfähige Umwandung, insbesondere aus Aluminium, insbesondere in Form von zwei Halbschalen, wobei die elektrisch leitfähige Umwandung innen vorzugsweise einen elektrischen Kontakt aufweist, der zum einen mit dem Spannungsteiler (17, 18) und zum anderen mit einem Messekontakt verbunden ist.
Kupplung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass das erste Anschlussstück (8) steckbar ist und einen Innenkonus aufweist, und b) dass das zweite Anschlussstück (7) steckbar ist und einen Außenkonus aufweist, wobei der Außenkonus des zweiten Anschlussstücks komplementär zu dem Innenkonus des ersten Anschlussstücks (8) ausgebildet ist.
Kupplung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass das erste Anschlussstück (8) und/oder das zweite Anschlussstück (7) gemäß der technischen Norm DIN EN 50181 ausgebildet ist und zwar gemäß Anschlusstyp A, B oder C der technischen Norm DIN EN 50181, und/oder b) dass die Kupplung (6) geeignet ist für elektrische Ströme von 250 A und Spannungen von 25 kV, oder c) dass die Kupplung (6) geeignet ist für elektrische Ströme von 250 A oder 400 A und Spannungen von 36 kV, oder d) dass die Kupplung (6) geeignet ist für elektrische Ströme von 630 A oder 1250 A und Spannungen von 36 kV.
Kupplung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass der niederohmige Strommesswiderstand (9) einen Widerstandswert von weniger als 1 mΩ, 500 μΩ, 250 μΩ, 100 μΩ, 50 μΩ oder 25 μΩ, aufweist, und/oder b) dass der niederohmige Strommesswiderstand (9) im Wesentlichen rotationssymmetrisch ist, und/oder c) dass der niederohmige Strommesswiderstand (9) eine Wärmekapazität von mindestens 50 J/K, 100 J/K, 200 J/K oder 300 J/K aufweist.
Anlage der Mittelspannungstechnik oder der Hochspannungstechnik, mit a) einer Kupplung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, b) einer ersten Komponente (1) der Mittelspannungstechnik oder der Hochspannungstechnik, insbesondere einem Schaltschrank (1) mit einer Durchführung (3), wobei die erste Komponente (1) ein drittes Anschlussstück (4) aufweist, das komplementär zu dem ersten Anschlussstück (8) der Kupplung (6) ausgebildet und an das erste Anschlussstück (8) der Kupplung (6) angeschlossen ist, und c) einer zweiten Komponente (2) der Mittelspannungstechnik oder der Hochspannungstechnik, insbesondere einem Elektrokabel (2), wobei die zweite Komponente (2) ein viertes Anschlussstück (5) aufweist, das komplementär zu dem zweiten Anschlussstück (7) der Kupplung (6) ausgebildet und an das zweite Anschlussstück (7) der Kupplung (6) angeschlossen ist.
Anlage nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch a) eine Lichtquelle (34), insbesondere einen Laser (34), zur Versorgung der Stromversorgungseinrichtung (27) mit optischer Energie, wobei die Lichtquelle (34) baulich von der Kupplung (6) getrennt und über einen Lichtleiter (31, 33) mit der Solarzelle (26) in der Kupplung (6) verbunden ist, und/oder b) eine Auswertungseinheit (35) mit einem opto-elektrischen Wandler 36), der über einen Lichtleiter (32, 33) mit dem elektro-optischen Wandler (21) in der Kupplung (6) verbunden ist, wobei die Auswertungseinheit (35) baulich von der Kupplung (6) getrennt ist.