DE19613664A1 - Meßvorrichtung zum Messen elektrischer Ströme in einem kraftbelasteten Stromleiter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen elektri­ scher Ströme in wenigstens einem mit mechanischen Kräften be­ lasteten Stromleiter.

In der elektrischen Energieübertragungs- und Energievertei­ lungstechnik müssen elektrische Ströme und elektrische Span­ nungen in einem auf Hochspannungspotential liegenden Strom­ leiter gemessen werden und die Meßsignale auf Erdpotential übertragen werden. Zur Potentialtrennung (elektrische Isola­ tion) werden zur Strommessung vorgesehene Stromwandler oder zur Spannungsmessung vorgesehene Spannungswandler im allge­ meinen in einem Porzellanisolator untergebracht, der fest mit der Erde verbunden ist. Bei Erdbeben in erdbebengefährdeten Gebieten in den letzten Jahren hat sich gezeigt, daß die Por­ zellanisolatoren selbst bei Erdbeben geringer Stärke bereits zerstört werden. Ein weiteres Problem sind die in Hochspan­ nungsleitungen üblicherweise herrschenden beachtlichen mecha­ nischen Kräfte, insbesondere Zugkräfte, infolge des Gewichts der Leitungen und ihrer thermischen Ausdehnung. Diese mecha­ nischen ,Kräfte müssen bei den genannten Systemen von den Por­ zellanisolatoren aufgenommen werden.

Aus der Firmenschrift ABB Technik 3/1994, Seiten 12 bis 18, insbesondere Fig. 2, ist ein Strommeßsystem bekannt mit einem auf hohem Potential liegenden Sensorkopf, der in die Strom­ leitungen gespannt ist und somit die Kräfte in den Leitungen aufnimmt und der eine Luftkernspule mit einer Bürde zum Mes­ sen des Stroms und einen Analog-Digital-Wandler sowie eine Sendeeinheit mit LED zum digitalen optischen Übertragen der Meßsignale über einen Lichtwellenleiter auf Erdpotential ent­ hält. Der Sensorkopf wird optisch über denselben Lichtwellen­ leiter mit Energie versorgt. Der Lichtwellenleiter ist in ei­ nem flexiblen Isolator geführt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Meßvor­ richtung zum Messen elektrischer Ströme in wenigstens einem mit mechanischen Kräften belasteten Stromleiter anzugeben.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit den Merkma­ len des Anspruchs 1. Die Vorrichtung zum Messen elektrischer Ströme in wenigstens einem mit mechanischen Kräften belaste­ ten Stromleiter umfaßt wenigstens eine Stromsensoreinrichtung und ein Trennteil, das elektrisch isolierend in den Stromlei­ ter geschaltet ist, also den Stromleiter elektrisch unter­ bricht, und das ferner die Kräfte in dem Stromleiter auf­ nimmt. Die Stromsensoreinrichtung ist in einen zum Trennteil elektrisch parallelgeschalteten Stromzweig (Leitungszweig) geschaltet. Da das Trennteil die Kräfte in dem wenigstens ei­ nen Stromleiter aufnimmt, muß die Stromsensoreinrichtung die­ se Kräfte nicht mehr tragen und kann daher mechanisch einfa­ cher ausgeführt werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Vorrich­ tung ergeben sich aus den vom Anspruch 1 abhängigen Ansprü­ chen.

Demnach ist in einer ersten Ausführungsform das Trennteil über einen flexiblen Isolator an einer auf Erdpotential be­ findlichen Verankerung befestigt. In einer zweiten Ausfüh­ rungsform ist der wenigstens eine Stromleiter über einen fle­ xiblen Isolator an einer Verankerung auf Erdpotential befe­ stigt. Diese Ausführungsformen zeichnen sich durch eine er­ höhte Erdbebensicherheit aus, da Bewegungen der Verankerung vom flexiblen Isolator praktisch nicht auf das Trennteil und den Stromleiter übertragen werden.

In dem flexiblen Isolator ist vorzugsweise wenigstens ein Lichtleiter geführt zum optischen Übertragen eines Meßsignals der Stromsensoreinrichtung und zum optischen Übertragen von Versorgungsleistung (Versorgungsenergie) für die Stromsen­ soreinrichtung.

Die Gewichtskraft der Stromsensoreinrichtung wird im allge­ meinen von dem Stromleiter aufgenommen.

Das Trennteil kann ferner mehrere mit Kräften belastete Stromleiter zugleich elektrisch unterbrechen und die in die­ sen Stromleitern wirkenden Kräfte aufnehmen.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren

Fig. 1 eine Vorrichtung zum Messen elektrischer Ströme in Stromleitungen mit einem Meßwiderstand,

Fig. 2 eine Meßvorrichtung zum Messen elektrischer Ströme in einem rohrförmigen Stromleiter mit einem Meßwiderstand und

Fig. 3 eine Meßvorrichtung zum Messen elektrischer Ströme in Stromleitungen mit einem induktiven Stromwandler
jeweils schematisch dargestellt sind. Einander entsprechende Teile sind mit denselben Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 sind mehrere Stromleitungen mit 2, ein Trennteil (Zwischenstück) mit 3, ein Meßwiderstand mit 4, ein Hohllei­ ter mit 5, ein flexibler (beweglicher) Isolator mit 6, elek­ trische Zuleitungen mit 7 und 8, ein Lichtleiter mit 9, eine Verankerung mit 10 und eine Befestigungsvorrichtung mit 11 bezeichnet. Die Stromleitungen 2 hängen im allgemeinen zwi­ schen zwei nicht dargestellten Strommasten, an denen sie be­ festigt sind. Durch das Eigengewicht der Stromleitungen 2 und durch thermische Ausdehnung in den Stromleitungen 2 wirken in den Stromleitungen 2 mechanische Kräfte, insbesondere Zug­ kräfte in ihrer Längsrichtung. Die Stromleitungen 2 sind nun mit Hilfe des Trennteils 3 elektrisch aufgetrennt. Das Trenn­ teil 3 ist bezüglich seiner Abmessungen und seinen Materiali­ en so ausgebildet, daß es die Stromleitungen 2 wirksam elek­ trisch unterbricht, also kein Stromfluß durch das Trennteil 3 stattfindet, und zugleich die mechanischen Kräfte in den Stromleitungen 2 aufnimmt. In der dargestellten Ausführungs­ form umfaßt das Trennteil 3 zwei im wesentlichen parallel zur Längsrichtung der Stromleitungen 2 verlaufende längliche Tei­ le 30 und 31, die über eine dielektrische Glaskappe 32 mit­ einander verbunden sind. An dem ersten Teil 30 sind für jede Stromleitung 2 jeweils eine Zuleitung 7 mechanisch befestigt, die mit der dazugehörigen Stromleitung 2 elektrisch verbunden ist. Auf der anderen Seite am anderen Teil 31 des Trennteils 3 sind ebenfalls für jede Stromleitung 2 eine Zuleitung 8 be­ festigt, die mit der zugehörigen Stromleitung 2 elektrisch verbunden ist.

Zwischen die Zuleitungen 7 und die Zuleitungen 8 sind der Meßwiderstand 4 und der Hohlleiter 5 elektrisch in Reihe ge­ schaltet. Die Zuleitungen 7 sind dabei mit dem Hohlleiter 5 elektrisch verbunden und die Zuleitungen 8 mit dem Meßwider­ stand 4. Eine elektrisch an dem Meßwiderstand 4 abgegriffene Spannung als Maß für einen durch den Meßwiderstand 4 fließen­ den elektrischen Strom wird als Meßsignal über nicht darge­ stellte elektrische Meßkabel in den Hohlleiter 5 geführt, in dem eine nicht dargestellte Meßelektronik für das Meßsignal angeordnet ist. Schaltungstechnisch ist die Reihenschaltung aus Meßwiderstand 4 und Hohlleiter 5 elektrisch parallel ge­ schaltet zu dem Trennteil 3 und wird von den in den Stromlei­ tungen 2 fließenden Strömen durchflossen. Wegen der Anordnung in dem Hohlleiter 5 wird die Meßelektronik durch das Magnet­ feld des elektrischen Stromes bzw. der elektrischen Ströme in den Stromleitungen 2 praktisch nicht beeinflußt. Die Meßelek­ tronik verarbeitet das elektrische Meßsignal des Meßwider­ stands 4 weiter. Insbesondere wandelt die Meßelektronik das elektrische Meßsignal in ein optisches Meßsignal um, das über den Lichtleiter 9 übertragen wird. Der Lichtleiter 9 ist durch eine Öffnung in dem Hohlleiter 5 geführt. Der Meßwider­ stand 4 und der Hohlleiter 5 mit der darin angeordneten Meß­ elektronik bilden eine Stromsensoreinrichtung 14, die ein (optisches) Meßsignal für den Strom in den Stromleitungen 2 liefert.

Über den Lichtleiter 9 oder auch einen weiteren, nicht darge­ stellten Lichtleiter wird die Meßelektronik im Hohlleiter 5 vorzugsweise auch mit Energie versorgt. Dazu ist ein nicht dargestelltes, an sich bekanntes optisches Energieversor­ gungssystem mit einer Lichtquelle, beispielsweise einem La­ ser, und einem photoelektrischen Wandler vorgesehen.

Die beiden Teile 30 und 31 des Trennteils 3 können wenigstens teilweise aus dielektrischem Material bestehen oder auch aus einem leitenden Material, beispielsweise aus einem Metall. Die elektrische Isolation der Stromleitungen 2 durch das Trennteil 3 wird im allgemeinen von der einen Glaskappe 32 oder auch mehreren solcher Glaskappen übernommen.

An dem Trennteil 3 ist nun der flexible Isolator 6 über die Befestigungsvorrichtung 11 befestigt. Die Befestigungsvor­ richtung 11 kann beispielsweise eine Spannvorrichtung mit ei­ nem Seil und gegebenenfalls einer Zugfeder sein. Innerhalb des flexiblen Isolators 6 verläuft der Lichtwellenleiter 9 bis zur Verankerung 10, die auf Erdpotential liegt. Der fle­ xible Isolator 6 ist an der Verankerung 10 befestigt. Die Be­ festigungsvorrichtung 11 kann auch am Fuß des Isolators 6 an der Verankerung 10 vorgesehen sein. Außerdem kann der Isola­ tor 6 auch oben und unten festgespannt sein. Von der Veranke­ rung 10 kann das optische Meßsignal über Lichtwellenlei­ tererdkabel bis zu einer Meßwarte geführt werden. Durch die optische Übertragung ist eine potentialgetrennte Übertragung des Meßsignals gewährleistet. Der flexible Isolator 6 mini­ miert Kriechströme zwischen dem auf Hochspannungspotential liegenden Stromleiter 2 und der auf Erdpotential liegenden Verankerung 10.

Das Eigengewicht des Meßwiderstands 4 und des Hohlleiters 5 mit der darin angeordneten Meßelektronik wird über die Zulei­ tungen 7 und 8 von dem Trennteil 3 und damit von den Strom­ leitungen 2 aufgenommen. Der flexible Isolator 6 hat somit außer gegebenenfalls Spannkräften durch die Befestigungsvor­ richtung 11 keine weiteren mechanischen Kräfte zu tragen, insbesondere auch nicht die Gewichtskraft des als Stromsen­ sors vorgesehenen Meßwiderstands 4 und des Hohlleiters 5 oder die mechanischen Kräfte in den Stromleitungen 2. Dieser Auf­ bau gewährleistet eine hohe Erdbebensicherheit. Im Falle ei­ nes Erdbebens und einer dadurch bewirkten Erschütterung und Bewegung der Verankerung 10 folgen der flexible Isolator 6 und die ebenfalls flexiblen Stromleitungen 2 sowie der frei verlaufende Lichtleiter 9 einfach den Bewegungen der Veranke­ rung 10, und eine Zerstörung der Meßvorrichtung wird somit verhindert.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform einer Meßvorrichtung zum Messen eines elektrischen Stromes in einem rohrförmigen Stromleiter 2′. Das Trennteil 3 ist vorzugsweise einfach mit einer dielektrischen Scheibe oder einem dielektrischen Ring mit einer zur elektrischen Isolation ausreichenden Dicke und zur Aufnahme der Kräfte in dem Stromleiter 2′ ausreichenden Festigkeit vorgesehen. Zum Messen des Stromes ist wieder eine Stromsensoreinrichtung 14 mit einem Meßwiderstand 4 und einem zugehörigen Hohlleiter 5, der die Meßelektronik beinhaltet, vorgesehen, die über Zuleitungen 7 und 8 vom Stromleiter 2′ abgehängt ist und mit dem Teilbereich des Stromleiters 2′, der durch das Trennteil 3 elektrisch unterbrochen ist, elek­ trisch parallel geschaltet ist. Der flexible Isolator 6 ist über die Befestigungsvorrichtung 11 an dem Stromleiter 2′ be­ festigt und vorzugsweise wieder gespannt. In dieser Ausfüh­ rungsform muß der flexible Isolator 6 die gesamte Potential­ differenz zwischen Stromleiter 2′ und dem Erdpotential an der Verankerung 10 elektrisch isolieren.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 sind wieder hängende Strom­ leitungen 2 vorgesehen, die wieder über ein Trennteil 3 wie in Fig. 1 elektrisch unterbrochen sind. Im Unterschied zur Ausführungsform der Fig. 1 ist anstelle eines Meßwiderstands 4 ein induktiver Stromwandler 4′ vorgesehen. Die Stromsen­ soreinrichtung mit dem Stromwandler 4′ und dem Hohlleiter 5 ist mit 14′ bezeichnet. Das Meßsignal des induktiven Strom­ wandlers 4′ wird über ein Meßkabel 12 in den zugeordneten Hohlleiter 5 geführt, in dem die zugehörige Meßelektronik an­ geordnet ist. Es wird wieder ein optisches Meßsignal über ei­ nen Lichtleiter 9 und den beweglichen Isolator 6 auf Erdpo­ tential geführt.

Als parallel zum Trennteil 3 geschaltete Stromsensoreinrich­ tung kann prinzipiell jede geeignete Stromsensoreinrichtung verwendet werden, insbesondere eine elektrische Stromsen­ soreinrichtung, die ein elektrisches Meßsignal liefert, aber auch ein magnetooptischer Faraday-Stromwandler, der direkt ein optisches Meßsignal liefert. Bei einem magnetooptischen Stromwandler ist der Hohlleiter 5 in der Regel nicht mehr notwendig.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Messen elektrischer Ströme in wenigstens einem mit mechanischen Kräften belasteten Stromleiter (2, 2′) mit

• a) wenigstens einer Stromsensoreinrichtung (14, 14′) und mit
• b) einem Trennteil (3), das den Stromleiter (2, 2′) elektrisch unterbricht und die Kräfte in dem Stromleiter (2, 2′) aufnimmt,

wobei

• c) die Stromsensoreinrichtung (14, 14′) in einen zum Trennteil (3) elektrisch parallelgeschalteten Stromzweig geschaltet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Trennteil (3) über einen flexiblen Isolator (6) an einer auf Erdpotential befindlichen Verankerung (10) befestigt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der wenigstens eine Stromleiter (2′) über einen flexiblen Isolator (6) an einer auf Erdpotential befindlichen Verankerung (10) befestigt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, bei der in dem flexiblen Isolator (6) wenigstens ein Lichtleiter (9) geführt ist zum optischen Übertragen von Meßsignalen der Stromsensoreinrichtung (14, 14′) und optischen Übertragen von Versorgungsenergie für die Stromsensoreinrichtung (14, 14′).

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Trennteil (3) mehrere mit Kräften belastete Strom­ leiter (2) elektrisch unterbricht und die in diesen Strom­ leitern (2) wirkenden Kräfte aufnimmt.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Stromleiter (2,2′) die Gewichtskraft der Strom­ sensoreinrichtung (14, 14′) aufnimmt.