DE19809819A1 - Gekapselte Energierübertragungsanlage mit einem innerhalb der Kapselung angeordneten Sensor und mit einer dem Sensor zugeordneten Antenne - Google Patents

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektrischen Bauteile und ist bei der konstruktiven Ausgestaltung von Funkantennen anzuwenden, die innerhalb einer gekapselten Energieübertra­ gungsanlage zur Übertragung von Meßdaten dienen und dabei ei­ nem innerhalb der Kapselung angeordneten Sensor, beispiels­ weise einem Oberflächenwellensensor zur Erfassung der Tempe­ ratur des auf Hochspannungspotential liegenden Leiters, zuge­ ordnet sind.

Bei einer bekannten gekapselten Energieübertragungsanlage ist innerhalb der rohrförmigen Kapselung ein erstes Antennenele­ ment angeordnet, das zu einer außerhalb der Kapselung ange­ ordneten Steuer- und Überwachungseinrichtung gehört. Dieses erste Antennenelement kommuniziert mit einem weiteren, inner­ halb der Anlage weiter entfernt angeordneten Antennenelement. Das erste und/oder das weitere Antennenelement kann dabei auch mit Sensoren kommunizieren, die beispielsweise als Ober­ flächenwellensensoren ausgebildet sind und denen jeweils ein Sende- und Empfangsmittel, beispielsweise eine Funkantenne zugeordnet ist (WO 97/8587 A).

Zur Detektion von Teilentladungen in einer gekapselten, gasi­ solierten Hochspannungsanlage ist es weiterhin bekannt, die als Folge von Teilentladungen auftretenden elektromagne­ tischen Wellen mittels eines in der Kapselung angeordneten Schlitzes auszukoppeln, an dessen Seitenkanten direkt die beiden Leiter eines Koaxialkabels angeschlossen sind (EP 0 621 489 A2, Fig. 10).

Ausgehend von einer gekapselten Energieübertragungsanlage mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Funkantenne so aus zu­ gestalten, daß sie den hochfrequenztechnischen und den hoch­ spannungstechnischen Anforderungen genügt und einfach in den Leiter und/oder die Kapselung zu integrieren ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die Funkantenne aus einer planaren Antenne mit einem Strahlerelement und einer leitenden Grundplatte besteht, wo­ bei das Strahlerelement als Zunge ausgebildet ist, die frei­ tragend in einer Vertiefung der Grundplatte angeordnet und mit ihrem einen Ende gegen die Grundplatte kurzgeschlossen ist.

Funkantennen zur Abfrage von Sensoren in gekapselten Energie­ übertragungsanlagen haben zweckmäßig eine Betriebsfrequenz von etwa 500 MHz. Lamda/Halbe-Antennen weisen in diesem Fre­ quenzbereich eine Länge von etwa 20 bis 40 cm, Lamda/Viertel- Antennen von etwa 10 bis 20 cm auf. Bei sogenannten, an sich bekannten Patch-Antennen ist ein streifenförmiger, leitender Belag mit einem Abstand von einigen Millimetern zu einer lei­ tenden Grundplatte angeordnet. - Bei der gemäß der Erfindung ausgebildeten Antenne handelt es sich somit um eine modifi­ zierte Lamda/Viertel-Patch-Antenne, die bei geeigneter Bemes­ sung Resonanzcharakter hat, deren Größe den räumlichen Ver­ hältnissen in einer gekapselten Energieübertragungsanlage Rechnung trägt, die weiterhin an ihren Randbereichen mit hochspannungstechnisch erforderlichen Abrundungen ausrei­ chender Krümmungsradien versehen werden kann und die sich aufgrund ihrer geringen Bauhöhe in oberflächennahe Bereiche von Kapselung und/oder Leiter integrieren läßt. So kann bei einer solchen Antenne die Grundplatte aus einem im wesentli­ chen rechteckförmigen Einsatz oder Aufsatz in oder auf die Kapselung bzw. den Leiter bestehen. Zweckmäßig wird die mit einer Vertiefung versehene Grundplatte aber von dem Leiter bzw. der Kapselung selbst gebildet.

Die gemäß der Erfindung ausgebildete Funkantenne kann weiter­ hin so ausgestaltet werden, daß die Resonanzfrequenz des von Zunge und Grundplatte gebildeten Resonators veränderbar ist. Dies erfolgt zweckmäßig unter Verwendung eines U-förmig gebo­ genen Blechteiles, das zwischen der Zunge und der Grundplatte angeordnet wird, wobei die Enden der Schenkel des U-förmigen Blechteiles in Richtung der Zungenspitze zeigen. Die Abstim­ mung auf die jeweils gewünschte Resonanzfrequenz kann dann dadurch erfolgen, daß auswechselbare U-förmige Blechteile verwendet werden, wobei die Schenkel der verschiedenen Blech­ teile unterschiedlich lang sind. Eine weitere Feinabstimmung bezüglich der Resonanzfrequenz ist möglich, wenn die Lage der Zunge innerhalb der Vertiefung der Grundplatte in Längsrich­ tung justierbar und damit die Breite des zwischen Grundplatte und Zunge an der Zungenspitze gebildeten Spaltes einstellbar ist.

Die gemäß der Erfindung ausgebildete Funkantenne hat weiter­ hin den Vorteil, daß der Sensor in den Antennenaufbau inte­ griert werden kann, insbesondere zwischen dem Strahlerelement und der leitenden Grundplatte angeordnet werden kann. Eine zweckmäßige Ausgestaltung hierzu besteht darin, den Sensor in einer der Grundplatte zugewandten Nut der Zunge anzuordnen.

Drei Ausführungsbeispiele einer gemäß der Erfindung ausgebil­ deten Funkantenne sind in den Fig. 1 bis 7 dargestellt.

Dabei zeigen die Fig. 1 und 2 im Längs- und Querschnitt eine auf den Innenleiter einer gekapselten Energieübertragungsanlage auf­ gesetzte Funkantenne, die

Fig. 3 und 4 eine in einer Ausnehmung des Innenleiters einer gekapselten Energieübertragungsanlage eingesetzte, ab­ stimmbare Funkantenne und die

Fig. 5 bis 7 eine abstimmbare Funkantenne, deren Grundplatte von dem mit einer Vertiefung versehenen, auf Hochspannung liegenden Leiter einer gekapselten Energieüber­ tragungsanlage gebildet wird.

Gemäß den Fig. 1 und 2 ist auf den Innenleiter 2 einer gasisolierten, gekapselten Hochspannungsanlage eine Funkan­ tenne 1 aufgesetzt, die im wesentlichen aus der rechteckför­ migen, rahmenartigen Grundplatte 11 und dem Strahlerelement 13 besteht. Das Strahlerelement 13 weist eine rechteckförmige Zunge 14 mit einer Halterung 15 auf und ist in eine wannenar­ tige, rechteckförmige Ausnehmung 12 so eingesetzt, daß seine Oberflächenkontur mit der Oberflächenkontur der Grundplatte 11 übereinstimmt. Grundplatte 11 und Strahlerelement 13 sind dabei an die Umfangskrümmung des rohrförmigen Innenleiters 2 angepaßt. - Das Strahlerelement 13, dessen aktive Länge einer Viertel-Wellenlänge der Betriebsfrequenz entspricht, hat Ab­ messungen von etwa 4×22 cm. Der radiale Abstand des Strah­ lerelementes von der Grundplatte beträgt etwa 10 mm. - Alle hochspannungstechnisch relevanten Kanten der Funkantenne sind entsprechend abgerundet.

Die Funkantenne 3 gemäß den Fig. 3 und 4 besteht ebenfalls aus einer rahmenartigen Grundplatte 31 und dem Strahlerele­ ment 33, das die Form einer Zunge 34 aufweist und mit einer Halterung 35 auf der Grundplatte 31 befestigt ist. Hier ist die Grundplatte in eine rechteckförmige Ausnehmung 41 des rohrförmigen Innenleiters 4 eingesetzt. In den Hohlraum 32 zwischen Zunge 34 und Grundplatte 31 ist weiterhin ein Reso­ nanzblech 36 eingefügt, das im Querschnitt U-förmig gestaltet ist, wobei die freien Enden der Schenkel 37 und 38 im Bereich der Spitze der Zunge 34 enden. In die Grundplatte 31 ist wei­ terhin eine Abstimmschraube 39 eingefügt, mit der der Abstand zwischen den freien Schenkel 37 und 38 verändert werden kann. Hierdurch ist eine Abstimmung der Resonanzfrequenz der Funkantenne 3 möglich. - Im Hohlraum zwischen der Zunge 34 und der Grundplatte 31 ist noch in der Nähe zur Halterung 35 ein Sensorelement 40 angeordnet, bei dem es sich beispiels­ weise um einen Oberflächenwellensensor handelt.

Die Funkantenne 5 gemäß den Fig. 5 bis 7 (Fig. 7: Ansicht des Strahlerelementes von unten) ist so ausgebildet, daß die rahmenartige Grundplatte 51 vom rohrförmigen Leiter 6 gebil­ det ist; hierzu ist in dem entsprechenden Bereich des Leiters eine Ausnehmung 52 eingearbeitet. In diese Ausnehmung ist das Strahlerelement 53 in Form einer rechteckförmigen Zunge 54 mit Halterung 55 fluchtend zur Leiteroberfläche eingesetzt. In die innere Oberfläche des Strahlerelementes 53 ist noch eine längs verlaufende Nut 57 eingearbeitet, in die ein Ober­ flächenwellensensor eingesetzt werden kann. Weiterhin ist auch hier ein Resonanzblech 58 vorgesehen, das U-förmig ge­ staltet ist. Die Anpassung dieser Funkantenne an die jewei­ lige Frequenz kann hierbei durch Resonanzbleche 58 mit unter­ schiedlicher Länge der Schenkel vorgenommen werden. Eine Feinabstimmung ist dadurch vorgesehen, daß die Befestigungs­ löcher 56 in der Halterung 55 als Langlöcher ausgebildet sind, so daß das Strahlerelement 53 in Längsrichtung ver­ schiebbar ist, wodurch der Spalt s zwischen dem freien Ende der Zunge 54 und der gegenüberstehenden Wandung der Grund­ platte 51 justierbar ist. - Die Funkantenne gemäß den Fig. 5 bis 7 kann insbesondere bei Leiterstücken zur Anwendung kommen, die gegossen sind und die beispielsweise gleichzeitig zur Abstützung des rohrförmigen Innenleiters einer gasiso­ lierten gekapselten Hochspannungsanlage gegenüber der äußeren Kapselung verwendet werden, wie es beispielsweise in der äl­ teren Anmeldung DE 197 22 897.6 vorgeschlagen ist.

Claims (9)

1. Energieübertragungsanlage mit einer rohrförmigen Kapselung und einem in der Kapselung angeordneten, auf Hochspannungspo­ tential liegenden rohrförmigen Leiter,
bei der an der Innenwand der Kapselung oder an dem Leiter we­ nigstens ein Sensor und an der Innenwand der Kapselung oder auf der Oberfläche des Leiters eine dem Sensor zugeordnete Funkantenne angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Funkantenne (1) aus einer planaren Antenne mit einem Strahlerelement (13) und einer leitenden Grundplatte (11) be­ steht,
wobei das Strahlerelement (13) als Zunge (14) ausgebildet ist, die freitragend in einer Ausnehmung (12) der Grundplatte (11) angeordnet und mit ihrem als Halterung (16) ausgebilde­ ten Ende gegen die Grundplatte (11) kurzgeschlossen ist.

2. Energieübertragungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (11) aus einem im wesentlichen rechteck­ förmigen Einsatz (31) oder Aufsatz (11) in oder auf die Kap­ selung bzw. den Leiter (2) besteht.

3. Energieübertragungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (51) von dem Leiter (6) bzw. der Kapse­ lung gebildet ist.

4. Energieübertragungsanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenz des von Zunge (34) und Grundplatte (31) gebildeten Resonators veränderbar ist.

5. Energieübertragungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Zunge (54) und der Grundplatte (51) ein aus­ wechselbares Resonanzblech (58) in Form eines U-förmigen Blechteiles angeordnet ist.

6. Energieübertragungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunge (34) in Längsrichtung justierbar (56) ist.

7. Energieübertragungsanlage nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Dielektrikum zwischen dem Strahlerelement (33) und der leitenden Grundplatte (31) der Sensor (40) angeordnet ist.

8. Energieübertragungsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunge (53) mit einer der Grundplatte (51) zugewandten Nut (57) zur Aufnahme eines Sensors versehen ist.

9. Energieübertragungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunge (14) parallel zur Längsachse des rohrförmigen Innenleiters (2) bzw. der Kapselung angeordnet ist.