DE102020212350A1 - Encapsulated high-voltage device and current transformer for the encapsulated high-voltage device - Google Patents

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Thomas Hilker
Henry Jenichen
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stromwandler (2) für gekapselte Hochspannungsgeräte (1) und ein gekapseltes Hochspannungsgerät (1) mit dem Stromwandler (2), wobei der Stromwandler (2) wenigstens eine Spule (3) aufweist, welche um wenigstens einen stromdurchflossenen Leiter (4) angeordnet ist, wobei der wenigstens eine stromdurchflossene Leiter (4) in einem Kapselungsgehäuse (5) angeordnet ist und die wenigstens eine Spule (3) eine magnetkernlose Luftspule ist.The invention relates to a current transformer (2) for encapsulated high-voltage devices (1) and an encapsulated high-voltage device (1) with the current transformer (2), the current transformer (2) having at least one coil (3) which is wound around at least one current-carrying conductor (4 ) is arranged, wherein the at least one current-carrying conductor (4) is arranged in an encapsulating housing (5) and the at least one coil (3) is an air-core coil without a magnetic core.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stromwandler für gekapselte Hochspannungsgeräte und ein gekapseltes Hochspannungsgerät mit dem Stromwandler, wobei der Stromwandler wenigstens eine Spule aufweist, welche um wenigstens einen stromdurchflossenen Leiter angeordnet ist, wobei der wenigstens eine stromdurchflossene Leiter in einem Kapselungsgehäuse angeordnet ist.The invention relates to a current transformer for encapsulated high-voltage devices and an encapsulated high-voltage device with the current transformer, the current transformer having at least one coil which is arranged around at least one current-carrying conductor, the at least one current-carrying conductor being arranged in an encapsulating housing.

Hochspannungsgeräte sind ausgebildet für Spannungen in einem zweistelligen Kilovolt-Bereich bis zu einem Spannungs-Bereich von einigen hundert Kilovolt, insbesondere 1200 kV, und für Ströme im Bereich von bis zu einigen hundert Kilo-Ampere. Hochspannungsgeräte umfassen z. B. Schaltanlagen mit Hochspannungsleistungsschaltern, Trenner, Transformatoren, Ableiter, Messwandler und/oder Durchführungen. Schaltanlagen sind z. B. Freiluftschaltanlagen und/oder Gas-Isolierte-Schaltanlagen, d. h. Gas-Insulated-Switchgears, welche als Live-Tank, d. h. auf Hochspannungspotential, mit einer Schalteinheit in einem Isolator, wie z. B. in einem gerippten Keramik-, Silikon- und/oder Kompositwerkstoff-Isolatorgehäuse angeordnet, ausgeführt sind, oder als Dead-Tank, d. h. mit einer Schalteinheit in einem geerdeten Gehäuse, insbesondere in Kesselform, angeordnet ausgeführt sind.High-voltage devices are designed for voltages in a two-digit kilovolt range up to a voltage range of a few hundred kilovolts, in particular 1200 kV, and for currents in the range of up to a few hundred kiloamperes. High voltage devices include e.g. B. switchgear with high-voltage circuit breakers, isolators, transformers, arresters, instrument transformers and/or bushings. Switchgear are e.g. B. Outdoor switchgear and/or gas-insulated switchgear, d. H. Gas-insulated switchgears, which as a live tank, i. H. at high voltage potential, with a switching unit in an insulator, such as. B. arranged in a ribbed ceramic, silicone and / or composite material insulator housing, executed, or as a dead tank, d. H. are arranged with a switching unit in a grounded housing, in particular in the form of a tank.

Die Messung elektrischer Ströme an gekapselten Hochspannungsgeräten, insbesondere Gas-Insulated-Switchgears als Dead Tank ausgeführt, ist für den Betrieb der Geräte wesentlich, insbesondere zur Überwachung, Steuerung und/oder Regelung. Elektrische Ströme im Bereich der gekapselten Hochspannungsgeräte werden z. B. mit induktiven Durchsteckstromwandlern gemessen, welche um stromdurchflossene Leiter des Hochspannungsgerätes angeordnet sind. Dieser Stromwandler-Typ besteht aus einem Ringkern mit Sekundärwicklung, welcher konzentrisch um den stromdurchflossenen Leiter angeordnet ist. Der Ringkern wird aus hochwertigen Blechen hoher Permeabilität gefertigt und mit einer entsprechenden insbesondere Sekundär-Wicklung versehen. Neben guter Messgenauigkeit, auch bei hohen transienten Spannungen/Strömen, und thermischer Überstromfestigkeit ist erforderlich, dass die Messeinrichtung den auftretenden mechanischen Belastungen, verursacht durch hohe Ströme und/oder Magnetfelder, standhält, ohne Beschädigung und/oder dauerhafte Zerstörung.The measurement of electrical currents in encapsulated high-voltage devices, in particular gas-insulated switchgears designed as dead tanks, is essential for the operation of the devices, in particular for monitoring, controlling and/or regulating. Electrical currents in the field of encapsulated high-voltage devices are z. B. measured with inductive plug-in current transformers, which are arranged around current-carrying conductors of the high-voltage device. This type of current transformer consists of a toroidal core with a secondary winding, which is arranged concentrically around the current-carrying conductor. The toroidal core is made of high-quality sheet metal with high permeability and is provided with a corresponding secondary winding in particular. In addition to good measuring accuracy, even with high transient voltages/currents, and thermal overcurrent resistance, it is necessary for the measuring device to withstand the mechanical loads that occur, caused by high currents and/or magnetic fields, without damage and/or permanent destruction.

Durchsteckstromwandler weisen ein hohes Eigengewicht auf und benötigen einen großen Bauraum, sind mit hohen Kosten insbesondere durch den Ringkern verbunden, und weisen frequenz- und amplitudenabhängige Nicht-Linearitäten auf.Push-through current transformers have a high intrinsic weight and require a large installation space, are associated with high costs, in particular due to the toroidal core, and have frequency- and amplitude-dependent non-linearities.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Stromwandler für gekapselte Hochspannungsgeräte und ein gekapseltes Hochspannungsgerät mit dem Stromwandler anzugeben, welche die zuvor beschriebenen Probleme lösen. Insbesondere ist es Aufgabe einen Stromwandler für gekapselte Hochspannungsgeräte anzugeben, welcher einfach und kostengünstig ist, ein geringes Gewicht aufweist, keinen Ringkern benötigt, welcher keine frequenz- und amplitudenabhängige Nicht-Linearitäten aufweist, und welcher einen sicheren, dauerhaften, zerstörungsfreien Betrieb des Hochspannungsgerätes mit dem Stromwandler ermöglicht.The object of the present invention is to provide a current transformer for encapsulated high-voltage devices and an encapsulated high-voltage device with the current transformer, which solve the problems described above. In particular, the task is to specify a current transformer for encapsulated high-voltage devices which is simple and inexpensive, has a low weight, does not require a toroidal core, which has no frequency- and amplitude-dependent non-linearities, and which ensures safe, permanent, non-destructive operation of the high-voltage device with the Current transformer allows.

Die angegebene Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Stromwandler für gekapselte Hochspannungsgeräte mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 und/oder durch ein gekapseltes Hochspannungsgerät gemäß Patentanspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Stromwandlers für gekapselte Hochspannungsgeräte und/oder des erfindungsgemäßen gekapselten Hochspannungsgeräts, sind in den Unteransprüchen angegeben. Dabei sind Gegenstände des Hauptanspruchs mit Merkmalen von Unteransprüchen und Merkmale der Unteransprüche untereinander kombinierbar.The specified object is achieved according to the invention by a current transformer for encapsulated high-voltage devices having the features according to patent claim 1 and/or by an encapsulated high-voltage device according to patent claim 12 . Advantageous configurations of the current transformer according to the invention for encapsulated high-voltage devices and/or the encapsulated high-voltage device according to the invention are specified in the dependent claims. Subjects of the main claim can be combined with features of the subclaims and features of the subclaims.

Ein erfindungsgemäßer Stromwandler für gekapselte Hochspannungsgeräte umfasst wenigstens eine Spule, welche um wenigstens einen stromdurchflossenen Leiter angeordnet ist, wobei der wenigstens eine stromdurchflossene Leiter in einem Kapselungsgehäuse angeordnet ist. Die wenigstens eine Spule ist in Form einer magnetkernlose Luftspule ausgebildet bzw. ist eine magnetkernlose Luftspule.A current transformer according to the invention for encapsulated high-voltage devices comprises at least one coil, which is arranged around at least one current-carrying conductor, wherein the at least one current-carrying conductor is arranged in an encapsulating housing. The at least one coil is designed in the form of an air coil without a magnetic core or is an air coil without a magnetic core.

Eine Luftspule ohne magnetischen Kern, d. h. eine magnetkernlose Luftspule spart einen Ringkern ein, weist ein geringeres Gewicht auf verglichen mit einer Spule mit magnetischem Kern, ist einfach und kostengünstig, und weist keine frequenz- und amplitudenabhängigen Nicht-Linearitäten einer Spule mit Ringkern auf. Der erfindungsgemäße Stromwandler mit der magnetkernlosen Luftspule ist kleiner in der Bauform als mit Spulen mit magnetischem Kern, leichter, günstiger in der Anschaffung, die Messung besitzt im gesamten Messbereich eine hohe Linearität und es treten keine Sättigungseffekte auf. Weiterhin treten auch bei hohen Strömen nur geringe elektrische Verluste auf und es wirken keine Kräfte auf das Messsystem, d. h. den Stromwandler, womit eine erheblich vereinfachte konstruktive Implementierung des Messsystems verbunden ist. Es können identische Spulen für den gesamten Strommessbereich von einigen Amper bis zu einigen hundert Kilo-Amper verwendet werden, was ebenfalls einen kostentechnischen Vorteil darstellt. Weitere Vorteile ergeben sich durch ein geringeres Gefahrenpotenzial für z. B. Wartungspersonal im Umgang mit dem Stromwandler und Hochspannungsgerät, insbesondere bei der Installation und Wartung. Dadurch ist ein sicherer, dauerhafter, zerstörungsfreier Betrieb des Hochspannungsgerätes mit dem Stromwandler ermöglich.An air coil without a magnetic core, ie an air coil without a magnetic core, saves a toroidal core, has a lower weight compared to a coil with a magnetic core, is simple and inexpensive, and has no frequency- and amplitude-dependent non-linearities of a coil with a toroidal core. The current transformer according to the invention with the air coil without a magnetic core is smaller in design than with coils with a magnetic core, is lighter and cheaper to buy, the measurement has a high linearity over the entire measuring range and there are no saturation effects. Furthermore, only small electrical losses occur even with high currents and no forces act on the measuring system, ie the current transformer, which means that the implementation of the measuring system in terms of design is considerably simplified. Identical coils can be used for the entire current measurement range from a few amperes to a few hundred kiloamperes, which also represents a cost advantage. Further advantages result from a lower Danger potential for e.g. B. Maintenance personnel dealing with the current transformer and high-voltage device, especially during installation and maintenance. This enables safe, permanent, non-destructive operation of the high-voltage device with the current transformer.

Die magnetkernlose Luftspule kann nach Art einer Rogowski-Spule ausgebildet sein. Rogowski-Spulen sind einfach und kostengünstig in hohen Stückzahlen zu fertigen und weisen die zuvor beschriebenen Vorteile auf.The air-core coil without a magnetic core can be designed in the manner of a Rogowski coil. Rogowski coils can be manufactured easily and inexpensively in large quantities and have the advantages described above.

Die wenigstens eine Spule kann außerhalb des Kapselungsgehäuses angeordnet sein. Dadurch ist eine einfache Wartung, ohne Öffnung des Kapselungsgehäuses möglich und Bauraum im Kapselungsgehäuse wird eingespart, was insbesondere Kosten und Material spart.The at least one coil can be arranged outside of the encapsulating housing. As a result, simple maintenance is possible without opening the encapsulating housing and installation space in the encapsulating housing is saved, which in particular saves costs and material.

Die wenigstens eine Spule kann in einer Halterung angeordnet sein, insbesondere in einer Nut, welche in der Halterung ausgebildet sein kann. Die Anordnung der wenigstens einen Spule in einer Halterung, insbesondere in einer Nut, ermöglicht eine genaue räumliche und dauerhafte Positionierung der wenigstens einen Spule. Dies ermöglicht eine genaue, fehlerfreie Messung des Stroms durch den stromdurchflossenen Leiter mit dem Stromwandler bzw. der wenigstens einen Spule.The at least one coil can be arranged in a holder, in particular in a groove which can be formed in the holder. The arrangement of the at least one coil in a holder, in particular in a groove, enables precise spatial and permanent positioning of the at least one coil. This enables a precise, error-free measurement of the current through the current-carrying conductor with the current transformer or the at least one coil.

Die Halterung kann eine Abdeckung umfassen, welche die wenigstens eine Spule insbesondere vollständig bedeckt. Dadurch ist ein dauerhafter Schutz der wenigstens einen Spule in der Halterung insbesondere gegenüber Umwelteinflüssen, z. B. Wettereinflüssen ermöglicht.The holder can include a cover which in particular completely covers the at least one coil. This ensures permanent protection of the at least one coil in the holder, in particular against environmental influences, e.g. B. allows weather influences.

Die Halterung kann aus einem elektrisch nichtleitenden Material, insbesondere Kunststoff bestehen. Kunststoff ermöglicht eine Messung von Magnetfeldern um einen stromdurchflossenen Leiter mit einer Spule ohne Messfehler bzw. Verfälschungen.The mount can be made of an electrically non-conductive material, in particular plastic. Plastic enables magnetic fields to be measured around a current-carrying conductor with a coil without measuring errors or falsifications.

Die wenigstens eine Spule kann kreisförmig ausgebildet sein, und im Mittelpunkt der Kreisform kann der wenigstens eine stromdurchflossene Leiter angeordnet sein, insbesondere mit seiner Längsachse senkrecht zur Kreisebene. Eine genaue Positionierung der Spule um den stromdurchflossenen Leiter, insbesondere zeitlich konstant in einer Nut, mit dem stromdurchflossenen Leiter im Mittelpunkt der Kreisform der Spule, ermöglicht eine fehlerfreie Messung und Bestimmung des Stroms, welcher durch den stromdurchflossenen Leiter fließt.The at least one coil can be circular, and the at least one current-carrying conductor can be arranged in the center of the circular shape, in particular with its longitudinal axis perpendicular to the plane of the circle. Precise positioning of the coil around the current-carrying conductor, in particular constant over time in a groove, with the current-carrying conductor at the center of the circular shape of the coil, enables error-free measurement and determination of the current flowing through the current-carrying conductor.

Das Kapselungsgehäuse kann Aluminium umfassen und/oder aus Aluminium bestehen. Aluminium verfälscht magnetische Felder des stromdurchflossenen Leiters nicht bzw. nur geringfügig, womit eine fehlerfreie bzw. im Wesentlichen fehlerfreie Messung des Stroms durch den stromdurchflossenen Leiter ermöglicht wird, über das dadurch erzeugte magnetische Feld um den Leiter und durch den in der Spule induzierten Strom durch das Feld, mit einer Spule außerhalb des Kapselungsgehäuses.The encapsulating housing can include aluminum and/or consist of aluminum. Aluminum does not or only slightly falsifies magnetic fields of the current-carrying conductor, which enables an error-free or essentially error-free measurement of the current through the current-carrying conductor, via the magnetic field generated around the conductor and by the current induced in the coil through the field, with a coil outside the encapsulating case.

Die wenigstens eine Spule kann aus einem ummantelten elektrischen Leiter bestehen, insbesondere einem Kupfer-Leiter, insbesondere mit einer Ummantelung aus elektrisch nichtleitendem Kunststoff. Derartige ummantelte Leiter, d. h. Leitungen bzw. Kabel, sind einfach und kostengünstig zu einer Spule zu formen bzw. zu wickeln. Kupferleiter-Spulen sind gut geeignet für elektrische Messungen, insbesondere induzierter Ströme.The at least one coil can consist of a sheathed electrical conductor, in particular a copper conductor, in particular with a sheath made of electrically non-conductive plastic. Such sheathed conductors, i. H. Lines or cables are simple and inexpensive to form or wind into a coil. Copper conductor coils are well suited for electrical measurements, especially induced currents.

Die wenigstens eine Spule kann auf einem Träger, insbesondere einem Träger aus elektrisch nichtleitendem Material, insbesondere Papier, Kunststoff und/oder Teflon, gewickelt sein. Die Wicklung auf einem Träger ist kostengünstig und einfach möglich, und der Träger gibt der Wicklung mechanisch dauerhaft halt. Träger aus Papier, Kunststoff und/oder Teflon verfälschen die Induktion und Messungen von Strömen, in Leitern induziert, nicht. Damit sind diese gut für die Verwendung in Stromwandlern mit magnetkernlosen Spulen geeignet.The at least one coil can be wound on a carrier, in particular a carrier made of electrically non-conductive material, in particular paper, plastic and/or Teflon. Winding on a carrier is inexpensive and easy, and the carrier gives the winding a permanent mechanical hold. Paper, plastic and/or Teflon supports do not falsify induction and measurements of currents induced in conductors. This makes them well suited for use in current transformers with coils without a magnetic core.

Hilfseinheiten, insbesondere wenigstens eine Auswerteeinheit, ein Verstärker, und/oder eine Spannungsversorgung, können vom erfindungsgemäßen Stromwandler umfasst sein, insbesondere angeordnet in einem Gehäuse in Form einer Box und/oder eines Schrankes, insbesondere angeordnet am und/oder nahe dem Kapselungsgehäuse, insbesondere mit wenigstens einer Kabelverbindung der wenigstens einen Spule mit den Hilfseinheiten. Auxiliary units, in particular at least one evaluation unit, an amplifier, and/or a power supply can be included in the current transformer according to the invention, in particular arranged in a housing in the form of a box and/or a cabinet, in particular arranged on and/or near the encapsulating housing, in particular with at least one cable connection of the at least one coil to the auxiliary units.

Die Hilfseinheiten ermöglichen eine Messung mit Hilfe der Spule und eine Auswertung, Anzeige und/oder Übermittlung von Messergebnissen. Die Anordnung in einem Gehäuse außerhalb des Kapselungsgehäuses ermöglicht eine einfache, störungsfreie Auswertung und Ablesung sowie Übermittlung von Messergebnissen, sowie eine einfache Wartung der Hilfseinheiten.The auxiliary units enable a measurement using the coil and an evaluation, display and/or transmission of measurement results. The arrangement in a housing outside the encapsulating housing enables simple, trouble-free evaluation and reading as well as transmission of measurement results, as well as easy maintenance of the auxiliary units.

Ein erfindungsgemäßes gekapseltes Hochspannungsgerät umfasst wenigstens einen zuvor beschriebenen Stromwandler, insbesondere außerhalb eines Kapselungsgehäuses angeordnet, welches gasdicht ausgeführt ist und/oder mit einem Schaltgas, insbesondere SF6 und/oder Clean Air, befüllt ist.An encapsulated high-voltage device according to the invention comprises at least one current transformer as described above, in particular arranged outside of an encapsulating housing which is gas-tight and/or is filled with a switching gas, in particular SF 6 and/or clean air.

Ein Hochspannungsleistungsschalter kann vom gekapselten Hochspannungsgerät umfasst sein, welcher durch den wenigstens einen stromdurchflossenen Leiter insbesondere an Stromerzeuger, Stromverbraucher und/oder Stromleitungen eines Stromnetzes angeschlossen sein kann.A high voltage circuit breaker may be included in the high voltage enclosure be, which can be connected by the at least one current-carrying conductor in particular to power generators, power consumers and / or power lines of a power grid.

Das gekapselte Hochspannungsgerät kann nach Art eines Gas-Insulated-Switchgears sein, insbesondere einem Dead-Tank Gas-Insulated-Switchgear.The encapsulated high-voltage device can be in the form of a gas-insulated switchgear, in particular a dead-tank gas-insulated switchgear.

Die Vorteile des gekapseltes Hochspannungsgeräts gemäß Anspruch 12 sind analog den zuvor beschriebenen Vorteilen des erfindungsgemäßen Stromwandlers für gekapselte Hochspannungsgeräte gemäß Anspruch 1 und umgekehrt.The advantages of the encapsulated high-voltage device according to claim 12 are analogous to the previously described advantages of the current transformer according to the invention for encapsulated high-voltage devices according to claim 1 and vice versa.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch in den Figuren dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.In the following, an exemplary embodiment of the invention is illustrated schematically in the figures and described in more detail below.

Dabei zeigen die

  • 1 schematisch ein gekapseltes Hochspannungsgerät 1 mit einem stromdurchflossenen Leiter in einem Kapselungsgehäuse 5, an welchem ein Stromwandler 9 nach dem Stand der Technik mit einem Ringkern mit Sekundärwicklung und ein erfindungsgemäßer Stromwandler 2 mit einer magnetkernlosen Luftspule angeordnet sind, und
  • 2 den Stromwandler 2 der 1 vergrößert dargestellt, mit einer Halterung 6 der magnetkernlosen Luftspule mit Abdeckung 8 am Kapselungsgehäuse 5 angeordnet, und
  • 3 den Stromwandler 2 der 2, mit der Halterung 6 ohne Abdeckung 8 und der Spule 3 in einer Nut 7 angeordnet.
The show
  • 1 schematically shows an encapsulated high-voltage device 1 with a current-carrying conductor in an encapsulating housing 5, on which a current transformer 9 according to the prior art with a toroidal core with secondary winding and a current transformer 2 according to the invention with an air coil without a magnetic core are arranged, and
  • 2 the current transformer 2 of 1 shown enlarged, arranged with a holder 6 of the air coil without a magnetic core with a cover 8 on the encapsulating housing 5, and
  • 3 the current transformer 2 of 2 , arranged with the holder 6 without cover 8 and the coil 3 in a groove 7.

In 1 ist schematisch ein gekapseltes Hochspannungsgerät 1 mit einem Kapselungsgehäuse 5 dargestellt. Das Hochspannungsgerät 1 ist z. B. als eine Schaltanlage ausgebildet, mit einem Hochspannungsleistungsschalter im Inneren des Kapselungsgehäuses 5. Die Schaltanlage ist insbesondere als Dead-Tank Gas-Isolierte-Schaltanlage ausgebildet, d. h. Gas-Insulated-Switchgear, mit dem Hochspannungsleistungsschalter bzw. der Schalteinheit in einem geerdeten Gehäuse angeordnet. Das Hochspannungsgerät 1 ist z. B. ausgebildet für Spannungen in einem zweistelligen Kilovolt-Bereich bis zu einem Spannungs-Bereich von einigen hundert Kilovolt, insbesondere 1200 kV, und für Ströme im Bereich von bis zu einigen hundert Kilo-Ampere.In 1 an encapsulated high-voltage device 1 with an encapsulating housing 5 is shown schematically. The high-voltage device 1 is z. B. designed as a switchgear, with a high-voltage circuit breaker inside the encapsulating housing 5. The switchgear is designed in particular as a dead-tank gas-insulated switchgear, ie gas-insulated switchgear, with the high-voltage circuit breaker or the switching unit in a grounded housing . The high-voltage device 1 is z. B. designed for voltages in a two-digit kilovolt range up to a voltage range of a few hundred kilovolts, in particular 1200 kV, and for currents in the range of up to a few hundred kiloamperes.

Das Kapselungsgehäuse 5 ist z. B. in Kesselform ausgebildet und ist z. B. aus Aluminium. Zwei Durchführungen für stromdurchflossene Leiter bzw. Anschlüsse mit Anschlussfahnen für elektrische Strom-Erzeuger, Verbraucher und/oder Netzleitungen sind an dem Kapselungsgehäuse 5 angeordnet, insbesondere in schrägem Winkel nach oben vom Kapselungsgehäuse 5 weggeführt. Die stromdurchflossenen Leiter sind im Inneren der Durchführungen angeordnet, und in der Außenansicht der 1 nicht dargestellt. Die Durchführungen sind z. B. aus Keramik, Silikon und/oder einem Kompositwerkstoff. Die stromdurchflossenen Leiter verbinden z. B. den Hochspannungsleistungsschalter im Inneren des Kapselungsgehäuses 5 elektrisch mit den Anschlussfahnen für die elektrischen Strom-Erzeuger, Verbraucher und/oder Netzleitungen.The encapsulating housing 5 is z. B. in the form of a kettle and z. B. aluminum. Two bushings for current-carrying conductors or connections with connection lugs for electrical power generators, consumers and/or mains lines are arranged on the encapsulating housing 5 , in particular led away from the encapsulating housing 5 upwards at an oblique angle. The current-carrying conductors are arranged inside the bushings, and in the external view of the 1 not shown. The implementations are z. B. made of ceramic, silicone and / or a composite material. The current-carrying conductors connect z. B. the high-voltage circuit breaker inside the encapsulating housing 5 electrically with the terminal lugs for the electrical power generator, consumer and / or power lines.

Das Kapselungsgehäuse 5 ist z. B. auf zwei mechanisch stabilen Trägern angeordnet, insbesondere zwei leiterförmigen Metallgestellen, welche auf einem Fundament, z. B. aus Beton, angeordnet sind. Ein Stromwandler 9 nach dem Stand der Technik, mit einem Ringkern mit Sekundärwicklung, ist am Umfang einer Durchführung bzw. um eine Durchführung herum angeordnet, in 1 auf der rechten Seite des Kapselungsgehäuses 5 dargestellt. Der Stromwandler 9 mit Ringkern und Sekundärwicklung ist z. B. als induktiver Durchsteckstromwandler ausgebildet. Der Ringkern wird aus hochwertigen Blechen hoher Permeabilität gefertigt und mit einer entsprechenden Sekundär-Wicklung versehen. Der Ringkern aus Blechen führt zu einer räumlich voluminösen Bauform des Stromwandlers 9, mit hohem Gewicht, und erfordert eine massive Ausführung mit hoher mechanischer Stabilität, um Belastungen zu widerstehen, welche durch hohe Ströme bzw. Magnetfelder verursacht werden.The encapsulating housing 5 is z. B. arranged on two mechanically stable supports, in particular two ladder-shaped metal frames, which on a foundation, z. B. concrete, are arranged. A current transformer 9 according to the prior art, with a toroidal core with a secondary winding, is arranged on the periphery of a bushing or around a bushing, in 1 shown on the right side of the encapsulating housing 5. The current transformer 9 with toroidal core and secondary winding is z. B. formed as an inductive plug-in current transformer. The toroidal core is made of high-quality sheet metal with high permeability and is provided with an appropriate secondary winding. The toroidal core made of laminations leads to a spatially voluminous design of the current transformer 9, with a high weight, and requires a solid design with high mechanical stability in order to withstand loads which are caused by high currents or magnetic fields.

Ein erfindungsgemäßer Stromwandler 2 mit einer magnetkernlosen Luftspule ist in 1 auf der linken Seite des Kapselungsgehäuses 5 dargestellt, benachbart zur Durchführung auf der linken Seite. In den 2 und 3 ist die Anordnung des erfindungsgemäßen Stromwandlers 2 am Kapselungsgehäuse 5 vergrößert, im Detail dargestellt. Der stromdurchflossene Leiter 4 im Inneren der Durchführungen, welcher in das Kapselungsgehäuse 5 ragt bzw. im Kapselungsgehäuse 5 verläuft, ist in den 2 und 3 gestrichelt dargestellt. Der Leiter 4 ist z. B. stangenförmig und/oder schienenförmig ausgebildet, insbesondere massiv aus Kupfer, Aluminium und/oder Stahl. Die Leiter 4, welche von den Anschlussfahnen für elektrische Strom-Erzeuger, Verbraucher und/oder Netzleitungen zum Hochspannungsschaltgerät bzw. der Schalteinheit im Inneren des Kapselungsgehäuses 5 führen, und die Schalteinheit mit dem Stromnetz und/oder Geräten im Netz verbinden, sind z. B. im eingeschalteten Zustand der Schalteinheit stromdurchflossen, mit Strömen im Bereich von bis zu einigen hundert Ampere.A current transformer 2 according to the invention with an air coil without a magnetic core is in 1 shown on the left side of the encapsulation housing 5, adjacent to the bushing on the left side. In the 2 and 3 the arrangement of the current transformer 2 according to the invention on the encapsulating housing 5 is enlarged, shown in detail. The current-carrying conductor 4 inside the bushings, which projects into the encapsulating housing 5 or runs in the encapsulating housing 5, is in the 2 and 3 shown dashed. The head 4 is z. B. rod-shaped and / or rail-shaped, in particular solid copper, aluminum and / or steel. The conductors 4, which lead from the connection lugs for electrical power generators, consumers and / or power lines to the high-voltage switching device or the switching unit inside the encapsulating housing 5, and connect the switching unit to the power supply and / or devices in the network are z. B. current flows when the switching unit is switched on, with currents in the range of up to a few hundred amperes.

Die Ströme erzeugen ein Magnetfeld, welches das Kapselungsgehäuse 5, insbesondere aus Aluminium, durchdringt und vom erfindungsgemäßen Stromwandler 2 gemessen wird, durch Induktion von Strom in einer magnetkernlosen Spule 3 des Stromwandlers 2. Der Stromwandler 2 misst somit den Strom über einen Leiter 4 im Kapselungsgehäuse 5 bzw. über die Schalteinheit. Dies ist für einen sicheren, störungsfreien Betrieb z. B. der Schalteinheit und/oder verbundener Geräte sowie des Netzes notwendig. Der Zustand der Schalteinheit und dessen störungsfreie Funktion können derart festgestellt werden und insbesondere bei kritischen Strömen kann z. B. eine Abschaltung erfolgen.The currents generate a magnetic field which the encapsulating housing 5, in particular Aluminum penetrates and is measured by the current transformer 2 according to the invention, by induction of current in a magnetic coreless coil 3 of the current transformer 2. The current transformer 2 thus measures the current via a conductor 4 in the encapsulating housing 5 or via the switching unit. This is necessary for safe, trouble-free operation, e.g. B. the switching unit and / or connected devices and the network necessary. The state of the switching unit and its trouble-free function can be determined in this way and, in particular with critical currents, z. B. take place a shutdown.

Das Kapselungsgehäuse 5 des Hochspannungsgerätes 1 weist an der Anschlussstelle zur Durchführung des Leiters 4 einen Flansch auf, insbesondere einen hohlzylinderförmigen Flansch als Öffnung des kesselförmigen Kapselungsgehäuses 5. Der erfindungsgemäße Stromwandler 2 mit magnetkernloser Luftspule ist außen, kreisförmig um den Flansch herum angeordnet. Der Stromwandler 2 weist eine Halterung 6 auf, in der die Spule 3 angeordnet ist. In 2 ist die Halterung 6 mit einer Abdeckung 8 dargestellt, welche die Spule 6 bedeckt und gegen Umwelteinflüsse wie z. B. Feuchtigkeit, UV-Strahlung und/oder andere Wettereinflüsse schützt. Die Halterung 6 mit Abdeckung 8 kapselt die Spule 3 insbesondere vollständig ein, z. B. wasserdicht.The encapsulating housing 5 of the high-voltage device 1 has a flange at the connection point for feeding through the conductor 4, in particular a hollow-cylindrical flange as an opening in the encapsulating housing 5. The current transformer 2 according to the invention with an air coil without a magnetic core is arranged on the outside in a circle around the flange. The current transformer 2 has a holder 6 in which the coil 3 is arranged. In 2 the holder 6 is shown with a cover 8, which covers the coil 6 and against environmental influences such. B. moisture, UV radiation and / or other weather conditions protects. The holder 6 with the cover 8 encapsulates the coil 3 in particular completely, e.g. B. waterproof.

In 3 ist die Halterung 6 ohne Abdeckung 8 dargestellt. Die Halterung 6 ist ringförmig mit insbesondere kreisrunder Form ausgebildet, und weist eine Nut 7 auf, d. h. eine insbesondere kreisringförmige Ausnehmung in der Halterung 6. In der Nut 7 ist die magnetkernlose Spule 6 angeordnet, insbesondere räumlich fixiert gelagert. Die räumliche Fixierung der Spule 3 in der Halterung 6 mit Nut 7 ermöglicht eine fehlerfreie Messung von Strömen im stromdurchflossenen Leiter 4 mit Hilfe der Spule 4. Durch die Fixierung der Spule 3 in der Nut 7 der Halterung 6 ist die Spule räumlich und zeitlich unverändert gelagert, auch bei großen Kräften auf die Spule 3 insbesondere durch Magnetfelder und in der Spule 3 induzierten Strömen.In 3 the holder 6 is shown without the cover 8. The holder 6 is ring-shaped, in particular circular in shape, and has a groove 7, ie a particularly annular recess in the holder 6. The coil 6 without a magnet core is arranged in the groove 7, in particular mounted in a spatially fixed manner. The spatial fixation of the coil 3 in the holder 6 with groove 7 enables an error-free measurement of currents in the current-carrying conductor 4 with the help of the coil 4. By fixing the coil 3 in the groove 7 of the holder 6, the coil is stored unchanged in terms of space and time , Even with large forces on the coil 3 in particular by magnetic fields and in the coil 3 induced currents.

Die Halterung 6 und damit die Spule 3 in der Nut 7 der Halterung 6, sind derart um den stromdurchflossenen Leiter angeordnet, dass bei kreisrunder Spule 3 der stromdurchflossene Leiter 4 mit seiner Längsachse senkrecht die Ebene der Spule 3 durchstößt, insbesondere im Mittelpunkt der Kreisform der Spule 3. Dadurch ist eine dauerhaft fehlerfreie, genaue Messung der Ströme ermöglicht. Die Halterung 6 und/oder die Abdeckung 8 sind z. B. aus Kunststoff ausgebildet, und über Befestigungsmittel wie z. B. Schrauben und/oder Klemmen am Kapselungsgehäuse 5 zeitlich unveränderlich und räumlich stabil befestigt. Die magnetkernlose Spule 3 ist insbesondere nach Art einer Rogowski-Spule ausgebildet. Die Spule 3 ist über elektrische Leitungen insbesondere mit Hilfseinheiten, z. B. einer Auswerteeinheit, einem Verstärker, und/oder einer Spannungsversorgung verbunden, welche der Einfachheit halber in den Figuren nicht dargestellt sind. Mit Hilfe der Hilfseinheiten sind die in der Spule 3 induzierten Ströme insbesondere messbar, auswertbar, anzeigbar und/oder an andere Einrichtungen sendbar, wie z. B. an eine zentrale Leitwarte, Sense-Boxen, und/oder dezentrale Handheldgeräte wie z. B. Laptops, Tablets, und/oder Handys.The holder 6 and thus the coil 3 in the groove 7 of the holder 6 are arranged around the current-carrying conductor such that when the coil 3 is circular, the current-carrying conductor 4 penetrates with its longitudinal axis perpendicularly the plane of the coil 3, in particular in the center of the circular shape of the Coil 3. This enables a permanently error-free, precise measurement of the currents. The bracket 6 and / or the cover 8 are z. B. made of plastic, and fastening means such. B. screws and / or clamps on the encapsulating housing 5 temporally unchangeable and spatially stable. The coil 3 without a magnetic core is designed in particular in the manner of a Rogowski coil. The coil 3 is connected in particular to auxiliary units, e.g. B. an evaluation unit, an amplifier, and / or a power supply, which are not shown for the sake of simplicity in the figures. With the aid of the auxiliary units, the currents induced in the coil 3 can be measured, evaluated, displayed and/or sent to other devices, such as B. to a central control room, sense boxes, and / or decentralized handheld devices such. e.g. laptops, tablets, and/or cell phones.

Wie in der 1 veranschaulicht ist, ist ein erfindungsgemäßer Stromwandler 2 mit einer magnetkernlosen Spule 3, insbesondere mit Halterung 6 und Abdeckung 8, räumlich wesentlich kleiner als ein Stromwandler 9 nach dem Stand der Technik mit einem Ringkern mit Sekundärwicklung, insbesondere in einem dazugehörigen Gehäuse, gewichtsmäßig leichter, und ermöglicht eine dauerhafte, zuverlässige fehlerfreie Messung der Ströme durch einen im Kapselungsgehäuse 5 angeordneten stromdurchflossenen Leiter 4 des erfindungsgemäßen gekapselten Hochspannungsgerätes 1.Like in the 1 is illustrated, a current transformer 2 according to the invention with a coil 3 without a magnetic core, in particular with a holder 6 and cover 8, is spatially much smaller than a current transformer 9 according to the prior art with a toroidal core with a secondary winding, in particular in an associated housing, is lighter in terms of weight, and enables permanent, reliable, error-free measurement of the currents through a current-carrying conductor 4, arranged in the encapsulation housing 5, of the encapsulated high-voltage device 1 according to the invention.

Die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele können untereinander kombiniert werden und/oder können mit dem Stand der Technik kombiniert werden. So können z. B. wie in 1 dargestellt ist, klassische Stromwandler 9 nach dem Stand der Technik mit einem Ringkern mit Sekundärwicklung sowie erfindungsgemäße Stromwandler 2 mit einer magnetkernlosen Spule 3, insbesondere einer Rogowski-Spule, an einem gekapselten Hochspannungsgerät 1 verwendet werden, insbesondere gleichzeitig verwendet werden. Das Hochspannungsgerät 1 ist oder umfasst z. B. einen Hochspannungsleistungsschalter, einen Trenner, einen Ableiter und/oder eine Durchführung für Hochspannungen, und/oder kann in Mittelspannungsanwendungen eingesetzt werden. Das Hochspannungsgerät 1 ist z. B. als Freiluftschaltanlage und/oder als Gas-Isolierte-Schaltanlage ausgeführt. Die Ausführung erfolgt z. B. als Live-Tank, mit einer Schalteinheit in einem Isolator angeordnet, wie z. B. in einem gerippten Keramik-, Silikon- und/oder Kompositwerkstoff-Isolatorgehäuse, oder als Dead-Tank, d. h. mit einer Schalteinheit in einem geerdeten Gehäuse angeordnet, insbesondere einem Gehäuse in Kesselform. Die Spule 3 umfasst z. B. ein insbesondere ummanteltes Kupferkabel, und/oder Kabel aus elektrisch leitenden Materialien wie z. B. Aluminium und/oder Stahl, oder Supraleiter. Die Halterung 6 und/oder die Abdeckung 8 sind z. B. aus Kunststoff, und/oder umfassen Keramik-, Silikon- und/oder Kompositwerkstoffe.The exemplary embodiments described above can be combined with one another and/or can be combined with the prior art. So e.g. as in 1 is shown, classic current transformers 9 according to the prior art with a toroidal core with secondary winding and current transformers 2 according to the invention with a coil 3 without a magnetic core, in particular a Rogowski coil, are used on an encapsulated high-voltage device 1, in particular used simultaneously. The high-voltage device 1 is or includes z. a high voltage circuit breaker, isolator, arrester and/or bushing for high voltage, and/or may be used in medium voltage applications. The high-voltage device 1 is z. B. designed as an outdoor switchgear and / or as a gas-insulated switchgear. The execution is z. B. as a live tank, arranged with a switching unit in an isolator, such as. B. in a ribbed ceramic, silicone and / or composite material insulator housing, or as a dead tank, ie arranged with a switching unit in a grounded housing, in particular a housing in the form of a kettle. The coil 3 includes z. B. a particular sheathed copper cable, and / or cables made of electrically conductive materials such. As aluminum and / or steel, or superconductors. The bracket 6 and / or the cover 8 are z. B. made of plastic, and / or include ceramic, silicone and / or composite materials.

BezugszeichenlisteReference List

11
gekapseltes Hochspannungsgerätencapsulated high-voltage device
22
Stromwandler mit magnetkernloser LuftspuleCurrent transformer with an air coil without a magnetic core
33
magnetkernlose Spulecoil without a magnetic core
44
stromdurchflossener Leitercurrent-carrying conductor
55
Kapselungsgehäuseencapsulation housing
66
Halterungbracket
77
Nutgroove
88th
Abdeckungcover
99
Stromwandler mit RingkernCurrent transformer with toroidal core

Claims (14)

Stromwandler (2) für gekapselte Hochspannungsgeräte (1), mit wenigstens einer Spule (3), welche um wenigstens einen stromdurchflossenen Leiter (4) angeordnet ist, wobei der wenigstens eine stromdurchflossene Leiter (4) in einem Kapselungsgehäuse (5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Spule (3) eine magnetkernlose Luftspule ist.Current transformer (2) for encapsulated high-voltage devices (1), with at least one coil (3), which is arranged around at least one current-carrying conductor (4), wherein the at least one current-carrying conductor (4) is arranged in an encapsulating housing (5), characterized characterized in that the at least one coil (3) is an air coil without a magnetic core. Stromwandler (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetkernlose Luftspule nach Art einer Rogowski-Spule ausgebildet ist.Current transformer (2) after claim 1 , characterized in that the air-core coil without a magnetic core is designed in the manner of a Rogowski coil. Stromwandler (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Spule (3) außerhalb des Kapselungsgehäuses (5) angeordnet ist.Current transformer (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one coil (3) is arranged outside the encapsulating housing (5). Stromwandler (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Spule (3) in einer Halterung (6) angeordnet ist, insbesondere in einer Nut (7), welche in der Halterung (6) ausgebildet ist.Current transformer (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one coil (3) is arranged in a holder (6), in particular in a groove (7) which is formed in the holder (6). Stromwandler (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (6) eine Abdeckung (8) umfasst, welche die wenigstens eine Spule (3) insbesondere vollständig bedeckt.Current transformer (2) after claim 4 , characterized in that the holder (6) comprises a cover (8) which in particular completely covers the at least one coil (3). Stromwandler (2) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (6) aus einem elektrisch nichtleitenden Material, insbesondere Kunststoff besteht.Current transformer (2) according to one of Claims 4 or 5 , characterized in that the holder (6) consists of an electrically non-conductive material, in particular plastic. Stromwandler (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Spule (3) kreisförmig ausgebildet ist, und im Mittelpunkt der Kreisform der wenigstens eine stromdurchflossene Leiter (4) angeordnet ist.Current transformer (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one coil (3) is of circular design and the at least one current-carrying conductor (4) is arranged in the center of the circular shape. Stromwandler (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapselungsgehäuse (5) Aluminium umfasst und/oder aus Aluminium besteht.Current transformer (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the encapsulating housing (5) comprises aluminum and/or consists of aluminum. Stromwandler (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Spule (3) aus einem ummantelten elektrischen Leiter besteht, insbesondere einem Kupfer-Leiter, insbesondere mit einer Ummantelung aus elektrisch nichtleitendem Kunststoff.Current transformer (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one coil (3) consists of a sheathed electrical conductor, in particular a copper conductor, in particular with a sheath made of electrically non-conductive plastic. Stromwandler (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Spule (3) auf einem Träger, insbesondere einem Träger aus elektrisch nichtleitendem Material, insbesondere Papier, Kunststoff und/oder Teflon, gewickelt ist.Current transformer (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one coil (3) is wound on a carrier, in particular a carrier made of electrically non-conductive material, in particular paper, plastic and/or Teflon. Stromwandler (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Hilfseinheiten, insbesondere wenigstens eine Auswerteeinheit, ein Verstärker, und/oder eine Spannungsversorgung, umfasst sind, insbesondere angeordnet in einem Gehäuse in Form einer Box und/oder eines Schrankes, insbesondere angeordnet am und/oder nahe dem Kapselungsgehäuse (5), insbesondere mit wenigstens einer Kabelverbindung der wenigstens einen Spule (3) mit den Hilfseinheiten.Current transformer (2) according to one of the preceding claims, characterized in that auxiliary units, in particular at least one evaluation unit, an amplifier and/or a voltage supply, are included, in particular arranged in a housing in the form of a box and/or a cabinet, in particular arranged on and/or near the encapsulating housing (5), in particular with at least one cable connection of the at least one coil (3) to the auxiliary units. Gekapseltes Hochspannungsgerät (1), dadurch gekennzeichnet, dass das gekapselte Hochspannungsgerät (1) wenigstens einen Stromwandler (2) nach einem der vorergehenden Ansprüche aufweist, insbesondere außerhalb eines Kapselungsgehäuses (5) angeordnet, welches gasdicht ausgeführt ist und/oder mit einem Schaltgas, insbesondere SF6 und/oder Clean Air, befüllt ist.Encapsulated high-voltage device (1), characterized in that the encapsulated high-voltage device (1) has at least one current transformer (2) according to one of the preceding claims, in particular arranged outside an encapsulating housing (5) which is designed to be gas-tight and/or with a switching gas, in particular SF 6 and/or Clean Air, is filled. Gekapseltes Hochspannungsgerät (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hochspannungsleistungsschalter umfasst ist, welcher durch den wenigstens einen stromdurchflossenen Leiter (4) insbesondere an Stromerzeuger, Stromverbraucher und/oder Stromleitungen eines Stromnetzes angeschlossen ist.Encapsulated high-voltage device (1) after claim 12 , characterized in that a high-voltage circuit breaker is included, which is connected by the at least one current-carrying conductor (4) in particular to power generators, power consumers and / or power lines of a power grid. Gekapseltes Hochspannungsgerät (1) nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das gekapselte Hochspannungsgerät (1) nach Art eines Gas-Insulated-Switchgears ist, insbesondere einem Dead-Tank Gas-Insulated-Switchgear.Encapsulated high-voltage device (1) according to one of Claims 12 or 13 , characterized in that the encapsulated high-voltage device (1) is in the manner of a gas-insulated switchgear, in particular a dead-tank gas-insulated switchgear.
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