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Kopplungsvorrichtung Die Erfindung betrifft eine Kopplungavorrichtung
zum Ab.-greifen einer elektrischen Größe,-z.B* der Spannung, des Stromes oder der
Leistung, von einer Hochspannung führenden Starkstromleitung. Diese ist mit einem
langgestreckten, hohlen Stützorgan versehen, das ein offenes und ein geschlossenes
Ende besitzt und am geschlossenen Ende eine Ausnehmung zur Aufnahme des Hochspannungeleiters
sowie in seinem Innenraum. dicht beim geschlossenen Ende eine Spule aufweist, Die
Spulenachse nimmt eine bestimmte Lage zum Hochspannungsleiter ein, und ihre Anschlußleitungen
ragem
aus dem offenenEnde des Stützorgans heraus.
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Bisher bekannt gewordene Vorrichtungen zum Abgreifen von Spannungen
und ähnlichen elektrischen Größen von Starkstromleitungen, beispielsweise für Meß-
oder Steuerzwecke, sind verhältnismäßig verwickelt, schwierig an die Leiter der
Starkstromleitung anzuschließen, und sie können mit den Leitern der Starkstromleitung
nur verbunden werdeng wenn zeitraubende Sicherheitsmaßnahmen in Anwendung kommen*
Die Erfindung befaßt sich in erster Linie mit einer induktiven Kopplungsvorrichtung
oder Abgreifvorrichtungt die in der Lage istg die Phase und die Amplitude des Stromes
in der Starkstromleitung zu ermitteln, ohne einen elektrischen Anschluß an die Leitung
vorzunehmen* Es ist an sioh bereits aus der deutschen Auslegesehrift
1 018 985 bekannt, eine Kupplungsvorriohtung zum Abgreifen einer elektrischen
Größe von einer Hochspannung führenden Starkstromleiturig zu bauen, die aus einem
verhältnismäßig langgestreckten hohlen Stützorgan mit einem offenen und einem geschlossenen
Ende besteht. Diese Vorrichtung stellt aber bei genauer Betrachtung einen Meßwandler
dar, nicht aber eine Kopplungseinrichtung
zum Abgreifen einer elektrischen
Größe im eigentlichen, hier in Betracht gezogenen Sinne» Wesentlich ist, daß die
Kopplungseinrichtung jederzeit und an beliebigen Stellen an einer Hochspannungsleitung
anlegbar sein soll, ähnlich wie dies bei den bekannten Wandlerzangen der Fall ist,
so daß ein Auftrennen der Hochspannungsleitung zum-Einschalten des Meßwandlers nicht
erforderlich wird, Zur Lösung dieser Aufgabe wird die Kopplungsvorrichtung gemäß
der Erfindung so ausgebildet, daß das Stützorgan in an sich bekannter Weise aus
einem einzigen Teil besteht und eine nach außen hin offene Ausnehmung für die Aufnahme
des Hochspannungsleiters besitzt, so daß auch ein fest verlegter Hochspannungsleiter
von außen her in die Ausnehmung einführbar ist, indem man das Stützorgan von der
Seite her an den Hochspannungsleiter heranführt, oder umgekehrt, und daß sich die
Spule, die keinen oder einen offenen ferromagnetischen Kern besitzt, völlig ine
nerhalb des Hohlraumes des Stützorgans dicht bei dessen gesch ossenem Ende befindet
und hinsichtlich ihrer Achsrichtung#eine bAstimmte-Lage zum in der Ausnehmung liegenden
Hoch-B.,Pannungeleiter einnimmt.
Eine Kopplungsvorrichtung nach
der Erfindung läßt sich also noch einfacher als die bekannte Stromwandlerzange mit
der Hochspannungsleitung koppeln. Befindet sich die Hochspannungeleitung in der
für sie vorgesehenen Ausnehmung, so ist durch die festgelegte Richtung der Spulenachse
und den ebenfalls festgelegten Abstand zwischen Spulenachse bzw, -Kern einerseits
und Hochspannungsleitung andererseits eine eindeutige Kopplung erreicht, Aus-der
vorstehend-genannten Auslegesehrift ist es bekannt, einen Iqeßwandler in e inem
verhältnismäßig langgestreckten, hohlen.Stützorgan mit einem offenen und einem geschlossenen
Ende unterzubringen* Beim ihm ist das geschlossene Ende so geformt, daß es die Starkstromleitung
aufnehmen kann, wobei sich das Stützorgan in einer bestimmten axialen Lage gegenüber
der Längerichtung des Starkstromleiters befindät.*-Bei der bekannten Vorrichtung
ist ferner auch-dicht am geschlossenen Ende eine Spule, nämlieh die Sekundärepule
des Stromwandlers angebrachtg deren Achse eine ganz-bestimmte Lage gegenüber der
Richtung der äußeren Formgebung des geschlossenen Stützorgans besitzt, wobei zwei
Anschlußleitungen der Spule aus dem offenen Ende des Stützorgans herausragen, Bei
dieser bekannten Vorrichtung ist es aber völlig bedeutungslos, daß die Spulenachse
eine bestimmte Lage gegenüber der äußeren Form des Stützorgans besitzt* Die bekannte
Vorrichtung
vexwendet einen in sich geschlossenen Eisenkern,-mit dem der Hochspannungeleiter
gekoppelt wird, und daher ist das ringförmig geschlossene Eisen für die Kopplung
maßgebend, nicht die Richtung des Hochspannungeleiters, Beachtlich erscheint ferner,
daß bei dieser bekannten Vorrichtung der Isolator an seinem geschlossenen Ende mit
einer Querbohrung versehen ist, so daß der Hochspannungsleiter durch diese hindurchgefädelt
werden muß* Gegebenenfalls werden sogar aus dem Hochspannungeleiter mehrere, die
Querbohrung durchsetzenden Windungen gebildet* Ein einfaches Anlegen der Meßeinrichtung
an die Hochspannungeleitung ist demnach bei der bekannten Vorrichtung nicht möglich*
Es ist freilich in der Isolator-Technik allgemein bekannt, dem Isolierkopf zur.Aufnahme
der Leitung eine nach außen hin offene Ausnehmung zu geben, Bei einer Kopplungsvorrichtung
zum Abgreifen einer elektrischen Größe von einer Hochspannungeleitung, wie sie den
Gegenstand der Erfindung bildatg ist dies aber bisher noch nicht bekannt geworden,
Perner wurden auch schon Isolatoren mit eingebauten Wandlern aller Art versehen.
Dabei ist jedoch featzustelleng daß die bisher benutzten Bauarten sich sehr erheblich
von solchen gemäß der Erfindung unterscheiden. Von praktischer
Bedeutung
ist auch nochp daß bei einer Kopplungsvorrichtung nach der Erfindung die im Hohlraum
des Stützorgans untergebrachte Spule tief innen verborgen und daher gegenüber atmosphärischenEinflüssen
sehr gut geschützt-ist. Zweckmäßig ist es, diese Kopplangsvorrichtung so auszubildeng
daß das Stützorgan die Gestalt eines hohlen Hochspannungeisolatora aufweist und
beispielsweige aus einem keramischen Material oder ]Porzellan bestehte Dabei kann
es zweckmäßig seinp den Aufbau so zu treffeng daß der Stützisolator äußerlich einem
Hochspannungs-Leitungeiso. lator ähneltg aber eine becherartige Höhlung besitzt
und außen mit ringförmigen Nuten und Rändern sowie mit einer diametral verlaufenden
Nut in seinem geschlossenen Ende versehen istg die zur Aufnahme des Starkstromleiters
dient. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung kennzeichnet sich
dadurch, daß die Spulenachse im wesentliehen senkrecht zur Nut verläuf to Eine Köpplungsvorrichtung
mit den vorstehend erwähnten Merkmalen wird zwepkmäßig so gestaltet# daß eine zum
Beispiel aus Metall bestehende Kappe das offene Ende den Stützorgans bedeckt, wobei.sich
die Spulena-nochlußleitungen isoliert durch die Kappe erstrecken und Mittel vorgesehen
sind,
um die Kappe gegenüber dem Stützorgan abzudichtene Im Stützorgan kann dabei mit
Vorteil eine Füllung aus Isoliermaterial vorgesehen sein. Die Spule im Stützorgan
ist zweckmäßigerweise quer zu dessen Längsrichtung angeordnet, und es ist von Vorteil,
wenn sie zuvor im Vakuum mit einem Kunstharz imprägniert worden ist* Schließlich
kann es zweckmäßig erscheinen, wenn die Spule von einem nichtmagnetischen, elektrisch
leitenden Gehäuse umgeben ist, und wenn zwischen diesem Gehäuse und der Spule eine
Verbindung besteht* Andererseits kann bei'einem metallischen Spulengehäuseg daß
mit einer der Spulenanschlußleitungen verbunden ist, die isolierende Füllung des
Isolatore auch das Spulengehäuse ausfüllene Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist in der Zeichnung dargestellt, wobei Fige 1 ein Schaltschema einer Verkörperung
der-Erfindung zeigt, wobei die Kopplungsvorrichtung in einer Anlage zur Beeinflussung
des Leistungefaktors benutzt wird; Fige 2 zeigt einen Grundriß der Kopplungsvorrichtung;
Fig.
3 zeigt eine Seitenansichtg teilweise im Vertikalschnitt, der Kopplungsvorrichtung;
Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht in vergrößertem Maßstab der Abgreifspuleg die von
einem Metallgehäuse umgeben istg wobei das Gehäuse im Grundriß gezeigt ist; und
Fig. 5 zeigt einen Schnitt längs der Linie 5-5 durch die in Figur
4 gezeigte Spule.
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In Figur 1 ist eine Schaltung wiedergegeben, die in einer Phase
einer dreiphasigen Hochspannungsleitung 10, 11
liegt, welche Wechselstrom
führt und an einen Verteilertransformator 12 angeschlossen ist. Die Sekundärwicklung
14 des Transformators kann für,120 Volt Ausgang bemessen und an Klemmen 1.5,
16 eines Steuergerätes 18 angeschlossen sein, welches in seinen Einzelheiten
in der USA-Patentschrift 3 091 731 beschrieben ist, Das Gerät 18 besitzt
auch Klemmen 19, 20, die an eine Kopplungsvorrichtung 21 angeschlossen sind..
und diese Kopplungsvorrichtung ist dichtbei einem Leiter der Starkstromleitung#,-lO,
11 angeordnet; sie kann
auch zum Tragen dieser Leitung dienen. Die Kopplungsvorrichtung 21 enthält ein Kopplungsorgan,
z*B* eine Spule, die mit,der Leitung
10 gekoppelt ist und
auf induktivem Wege eine Spannung abgreift, die vom Strom durch diesen Leiter abhängt.
Hierbei ist es nicht erforderlich, diesen Leiter zu unterbrechen oder irgend einen
elektrischen Anschluß an dem Leiter vorzusehen* Die Ausgangsklemmen 23 und
24 des Steuergerätes 18 und ein Null-Leiter, der an der Klemme
16
angeschlossen sein kann, sind über Leitungen 25, 26 und 27-mit einer
Vorrichtung 30 verbunden, die aus einem-Ölschalter zum Anschließen bzw. Abtrennen
des festen Kondensators 31 an die bzw, von der Starkstromleitung
10, 11
dient, Das Steuergerät 18 vergleicht die Spannung der, Sekundärwicklung
14, welche der Spannung an der Starkstromleitung 10, 11 entspricht und praktisch
eine konstante Phasenlage gegenüber der Spannung der Starkstromleitung besitzt,
mit einer elektrischen Größe, die von der Kopplungsvorrichtung 21 geliefert wird
und hinsichtlich Amplitude und Phase dem Strom durch die Starkstromleitung entspricht*
Wenn die dem Gerät 18 von der Sekundärwicklung 14 und der Kopplungsvorrichtung
21 zugeführten elektrischen Größen besagen, daß die an die Starkstromleitu ng angeschlossene
Belastung eine bestimmte Blindleistung aufnimmt, dann wird der Schalter
30 betätigt und schaltet den Kondensato r 31 an die Leitung an. Der
Schalter 30
trennt den Kondennator 31 von der Starkstromleitungg wenn
die Blindleistung auf der Starkstromleitung einen anderen,
vorher
bestimmten Wert annimmt, In den Figuren 2t 3, 4.-und 5-ist die Kopplungsvorrichtung
21 dargestellt, die aus einem Isolator 75 besteht, welcher im all gemeinen
zylindrisch geformt und becherartig gästaltet ist, wobei er aus Porzellan oder einem
anderen geeigneten Material bestehen kann. Der Isolator kann mit den üblichen ringförmigen
Rippen 76 versehen sein, und sein geschlossenes Ende 77 weist außen
eine diametral verlaufende Nut 78 auf. Im Isolator ist nahe bei der Wandung
77 eine Induktionsspule 79 angebracht, deren Achse senkrecht zur-Richtung
der Nut 78 verkäuft, Zwei isolierte Leitungen 80 laufen von der Spule
durch eine Buchse 81, die sich in einem Basisteil 82 befindet, Welche's das
offene Ende des Isolators 75 abschließt. Der Basisteil 82 besteht
vorzugsweise aus einem metallischen Gußstück, das auf dem Isolator mittels eines
geeigneten Kittes 83 o* dgl# befestigt ist. Vorzugsweise ist der ganze Hohlraum
des Isolators 75 mit einer isolierenden Mischung 85, beispielsweise
Wachag ausgefüllt. Wie deutlich zu erkennen-istg weist der Isolator 75 die
übliche Form auf, wie sie zum Stützen von Hochspannung führenden Starkstromleitungen
benutzt wirdp und ist mit einer Ausnehmung versehen, die die Spule 79 aufnimmt,
Die Koppiung*ä#ior-richtüng kann so befestigt werden, daß der Leiter 10 in
der Nut 78 liegt, wobei der durch die Leitung fließende Strom in-der-bena.chbarten
Spule 79 eine Spannung
induziert, welche eine bestimmte
Amplitude und 2hase relativ zum'Leitungsstrom besitzt, Der wichtige Vorteil dieser*Kopplungsvorrichtung
besteht darin, daß sie eine Kopplung mit der Starkstromleitung ermöglicht, und zwar
ohne jeden elektrischen Anschluß an die Leitung, während beispielsweise die bisher
üblichen Stromwandler es erforderlich machen, daß die 2rimärwicklung in die Leitung
eingeschleift wird, und die ganze Anordnung würde eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung
umfassen, wobei eine Wicklung die andere umgibt. Die Kopplungsvorrichtung nach der
Erfindung jedoch enthält in ihrem ganzen Aufbau überhaupt keine Primärwicklung sondern
verwendet die in unmittelbarer Nachbarschaft befindliche äußere Leitung als Frimärwicklungg
wobei nur eine sekundäre Kopplungsspule vorgesehen ist, welche sich dicht bei der
Hochspannungsleitung befindet, aber von ihr getrennt ist. Vorzugsweise ist die bpule
mit dem üblichen axialen Kern 86 ausgestattet, Bei der Kopplungsvorrichtung
nach der Erfindung umgibt kein Teil dieser Vorrichtung, nielit einmal ein Teil des
Eisenkerns, den Hochspannung führenden Leiter» Indem der Isolator, der die Induktionespule
enthält, wie ein gewöhnlicher Stützisolator ausgebildet ist, ist es möglich, die
Vorrichtung nach der Erfindung so einzubauen, daß sie einen der üblichen Stützisolatoren
der leitung
ersetzt, Die Vorrichtung dient also nicht nur zum
Ab-
greifen des Stromes sondern darüber hinaus zum Tragen der Leitung* In
manchen Fällen ist es wünschenswert, die Induktionsspule und ihren Kern mit einem
harzähnlichen oder anderen plastischen Material zu imprägnieren, vorzugsweise einem
Epoxyd-Harz oder -Kunststoff. Diese Imprägnierung erfolgt vorzugsweise unter Vakuum,
so daß der Kunststoff alle Teile der Vorrichtung umfaßt, sämtliche Luft und alles
Wasser aus der Spule,entfernt sowie schließlich alle Zwischenräume mit dem Epoxyd-Material
ausfüllt. Auf diese Weise wird jede mögliche Wasseraufnahme und daraus sich ergebende
Gefahr elektrolytischer Korrosion verhindert, Wahlweise kann die Spule in einer
ein trockenes Gas enthaltenden Kammer hermetisch abgedichtet untergebracht sein.
Ferner ist es zweckmäßig, die Spule und ihren Kern mit einer Abschirmung aus nicht
magnetischem Metall, z.B. unmagnetischem, nicht rostendem Stahl, Messing oder Aluminium,
zu umgeben. hine solche Abschirmung ist in Gestalt eines Bechers 90 dargestellt,
in welchem sich die Spule befindet. Dieser Becher ist elektrisch auch mit einer
der beiden Spulenleitungen verbunden, wie bei 92
angedeutet. Der
Becher bildet eine elektrostatische Ab-
schirmung, die jedes nennenswerte
elektrische Feld in der Nähe der Spule unmöglich macht. Damit wird eine mögliche
Korrosionsursache behoben, da keinerlei Strom zur Spule hin oder von ihr fort fließen
kann, außer über die Spulenzuleitungen. Der Becher wirkt auch jeglicher Tendenz
zur Ausbildung einer Korronar-Entladung an der Spulenoberfläche entgegen. Da der
Becher aus nicht magnetischem Metall besteht, stört er die erwünschte, auf magnetischem
Wege induzierte Spannung in der Spule nichto Bei der in Figur 4 und 5 gezeigten
Ausführungsform ist der Becher 90 mit einem dicht schließenden Deckel
93 versehen. Der Deckel besitzt Wandabschnitte 94, die an den Spulenflanschen
95 anliegen. Der Becher 90 und sein Dekkel 93 bilden eine dicht
verschlossene Kammer, die anstelle einer Epoxyd-Füllung ein trockenes Gas enthalten
kann. Auf diese Weise wird ein angemessener Schutz der Spule gegen Feuchtigkeit
und Korrosion erreicht.
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Es versteht sich, daß der dargestellte Isolator mit einer flachen
Nut 78 für die Aufnahme des Starkstromleiters versehen ist, und diese Nut
bildet ein Mittel, um die Lage des Isolatore so festzulegen, daß die Spule die richtige
Winkellage gegenüber der Achse des Starkstromleiters besitzt.
Natürlich
ist es nicht entscheidend, daß fur diesen Zweck eine Nut Verwendung findet, und
der Isolator kann auch-eine andere Gestalt aufweisen, welche die Spulenrichtung
festlegt.-Eine weitere Möglichkeit besteht in j#er--Vre:hirendung einer irgendwie
gearteten Viarkierungg bzw. kann.auch die Lage des Nippels hierfür benutzt werden,
durch den die Anschlußleitungen in den Isolator hineingeführt sind.
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Die Erfindung wurde in Gestalt einer zweckmäßigen Ausführungsform
dargestellt und beschrieben, wobei die-Grundgedanken der ErfindunIce deutlich gemacht
-,-Jorden sind; es ist jedoch selbstverständlich, daß die Lrfindung auch auf andere
Weise verwirklicht werden kann, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen.