DE2148768C2

DE2148768C2 - Anordnung zur Messung von Hochspannungen

Info

Publication number: DE2148768C2
Application number: DE19712148768
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Dipl.-Ing. 1000 Berlin Freygang
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-09-27
Filing date: 1971-09-27
Publication date: 1973-01-04
Also published as: JPS4843372A; DE2148768B2; DE2148768A1; CH546408A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Messung von Hochspannungen.

Hochspannungen wurden in der Anlagentechnik bisher meist unter Einsatz von kapazitiven oder induktiven Spannungswandlern gemessen, Die Spannungswandler sind jedoch insbesondere dann, wenn sehr hohe Spannungen gemessen werden sollen, verhältnismäßig aufwendig und haben außerdem einen großen Platzbedarf.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabenstellung zugrunde, eine Anordnung zur Messung von Hochspannungen zu schaffen, die sich durch einen geringen Platzbedarf auszeichnet und relativ kostengünstig hergestellt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Anordnung zur Messung von Hochspannungen geeignet, bei der erfindungsgemäß im. elektrischen Feld zwischen zwei an der zu messenden Hochspannung liegenden Elektroden ein Längenänderungen im elektrischen Feld erfahrendes Bauteil angeordnet ist, dem Bauteil eine Einrichtung zum Erfassen seiner Längenänderungen zugeordnet ist und an die Einrichtung eine Auswerteschaltung angeschlossen ist, in der die von der Einrichtung gelieferte Größe in eine zur Anzeige und

ίο oder Aufzeichnung geeignete, der Hochspannung proportionale elektrische Größe umgeformt wird.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung entfallen also Wicklungen überhaupt und damit auch die einen verhältnismäßig hohen Aufwand erfordernde Isola-

tion zwischen den Wicklungen bekannter Spannungswandler. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist nur dafür zu sorgen, daß sich das Bauteil in einem der Hochspannung proportionalen elektrischen Feld befindet. Die Erzeugung eines derartigen Feldes he-

reitet aber keine Schwierigkeiten, da die Gestaltung der Elektroden seit langem bekannt ist.

Das Längenänderungen im elektrischen Feld erfahrende Bauteil kann ganz allgemein ein Kristall sein. Es ist aber auch möglich. Bauteile aus künstlich hergestellten piezoelektrischen Werkstoffen einzusetzen.

Mit besonderem Vorteil läßt sich die erfindungsgemäße Anordnung dann anwenden, wenn die Spannung in einer vollisolierten metallgekapselten Hoch-

Spannungsschaltanlage hoher Systemspannung ermittelt werden soll. Verwendet man in einer solchen Schaltanlage den Innenleiter als die eine Elektrode der erfindungsgemäßen Anordnung und die Metallkapsel als die andere Elektrode und bringt in dem

elektrischen Feld innerhalb der Metallkapsel das Bauteil bzw. den Kristall unter, dann erfährt dieser Längenänderung in Abhängigkeit von der elektrischen Feldstärke und damit auch in Abhängigkeit von der zu messendert Hochspannung.

Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn der Erdbelag eines für metallgekapselte Hochspannungsschaltanlagen geeigneten Stromwandlers als eine Elektrode ausgenutzt wird; der Innenleiter der Anlage bildet die andere Elektrode.

Grundsätzlich kann bei der erfindungsgemäßen Anordnung jeder Kristall zum Einsatz gelangen; denn bekanntlich zeigen alle Kristalle im elektrischen Feld eine Längenänderung, die von der elektrischen Feldstärke abhängig ist. Dieser Effekt wird Elektrostriktion genannt. Im allgemeinen ist die Längenänderung von Kristallen dem Quadrat der Feldstärke proportional, so daß besondere Maßnahmen erforderlich sind, um aus der Längenänderung des Kristalls im elektrischen Feld auf die elektrische FeIdstärke und damit auf die zu messende Hochspannung schließen zu können.

Deshalb wird es als vorteilhaft angesehen, wenn ein den reziproken piezoelektrischen Effekt zeigender Kristall im Rahmen der erfindungsgemäßen Anordnung verwendet wird. Bei derartigen Kristallen ist nämlich die Längenänderung der elektrischen Feldstärke direkt proportional. Den reziproken piezoelektrischen Effekt zeigende Kristalle sind z. B. Quarzkristall und Turmalin.

Die Einrichtung zum Erfassen der Längenänderungen des im elektrischen Feld zwischen den Elektroden angeordneten Kristalls kann unterschiedlich aufgebaut sein. Beispielsweise kann sie von einer opti-

sehen Anordnung gebildet sein. Da eine derartige Anordnung verhältnismäßig aufwendig wäre, wird als Einrichtung zum Erfassen der Längenänderungen vorzugsweise ein Dehnungsmeßstreifen verwendet, der in bekannter Weise auf dem Kristall aufgeklebt oder in anderer Weise aufgebracht sein kann.

Die Auswerteschaltung der erfindungsgemäßen Anordnung enthält bei Verwendung von Dehnungsmeßstreifen vorteilhafterweise eine Brücjcenschaltung, in deren einem Brückenzweig der Dehnungsmeßstreifen angeordnet ist. Insbesondere zur Temperaturkompensation ist in einem weiteren Brückenzweig zweckmäßigerweise ein zusätzlicher Dehnungsmeßstreifen angeordnet.

Zum Schutz des Bedienungspersonals sind in der erfindungsgemäßen Anordnung Überspannungssicherungen vorgesehen, die Stoßspannungsvorgänge bei einem eventuellen Durchschlag zwischen den Elektroden von zugänglichen Bauteilen fernhalten sollen. Diese Überspannungsableiter sind den Dehnungsmeßstreifen vorteilhafte™ ;ise parallel geschaltet.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in der

F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgeführten Anordnung ohne Auswert-ischaltung dargestellt; in der

F i g. 2 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Auswerteschaltung wiedergegeben.

Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist in einem geerdeten Gehäuse G eine Elektrode E1 angeordnet, die über eine Durchführung D mit dem Leiter L an die zu messende Hochspannung angeschlossen ist.

Eine weitere Elektrode El ist am geerdeten Gehäuse G angebracht. Sie trägt beispielsweise einen Kristall K, der den reziproken piezoelektrischen Effekt zeigt. Auf den Kristall K ist ein Dehnungsmeßstreifen DMS1 als Einrichtung zum Erfassen der Längenänderung des Kristalls aufgebracht. Über Anschlußleitungen LIl und L12, die über Durchführungen DIl und D 12 aus dem Gehäuse G hinausgeführt sind, ist der Dehnungsmeßstreifen DMSl an eine in der F i g. 1 nicht dargestellte Auswerteschaltung angeschlossen.

Innerhalb der Elektrode El befindet sich ein zusätzlicher Dehnungsmeßstreifen DMSl, der gegenüber dem elektrischen Feld zwischen den Elektroden £1 und El abgeschirmt ist. Der zusätzliche Dehnungsmeßstreifen DMSl ist in möglichst unmittelbarer Nähe des Dehnungsmeßstreifens DMSI angeordnet, damit er den gleichen Temperatureinflüssen ausgesetzt ist. Der zusätzliche Dehnungsmeßstreifen

DMSl ist nämlich vorwiegend zur Temperaturkompensation vorgesehen. Über Leitungen L 21 und L11 sowie Durchführungen D 21 und D 22 ist er an die in F i g. 1 nicht gezeigte Auswerteschaltung angeschlossen.

ίο Sowohl die Elektrode El als auch die Elektrode El sind so ausgebildet, daß keine Vorentladungen eintreten können.

Die in der F i g. 2 dargestellte Auswerteschaltung enthält eine Brückenschaltung B, in deren einem

Brückenzweig sich der Dehnungsmeßstreifen DMS I befindet, der auf dem Kristall K aufgebracht ist. In Reihe mit dem Dehnungsmeßstreifen DMS1 liegt in der einen Brückenhälfte ein einstellbarer Widerstand R 1 und ein Festwiderstand R 2. Die andere Brückenhälfte wird von i-nem weiteren Festwiderstand R 3 in Reihe mit dem zusätzlichen Dehnungsmeßstreifen DMSl gebildet. Parallel zu den beiden Dehnungsmeßstreifen ist jeweils ein überspannungsableiter V I und Vl angeordnet, um Überspannungen unwirksam

as zu machen.

An Schaltungspunkte Sl und Sl ist an die Brükkenschaltung B eine stabilisierte Gleichspannung Ui; angeschlossen. Ar die Schaltungspunkte Si und SZ ist auch eine Reihenschaltung aus einem einstellbaren Kondensator Cl und einem festen Kondensator Cl angeschlossen.

An Schaltungspunkte 53 und 54, die die Meßdiagonale der Brückenschaltung B bilden, ist ein Verstärker V angeschlossen, dem in dem darges'ellten Ausführungsbeispiel ein Spannungsmesser M nachgeordnet ist. An dem Spannungsmesser M kann eine der Hochspannung proponionale Spannung abgelesen werden.

Mit der Erfindung wird eine Anordnung zur Messung von Hochspannungen vorgeschlagen, die auch

. bei der Messung von sehr hohen Spannungen kostengünstig und hinsichtlich des Platzbedarfs vorteilhaft ausgebildet werden kann, insbesondere dann, wenn zwischen den beiden Elektroden eine Gasisolierung, beispielsweise Schwefelhexafluorid, angeordnet ist, was bei metallgekapselten Hochspannungsschaltanlagen oft gegeben ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Messung von Hochspannungen, dadurch gekennzeichnet, daß im elektrischen Feld zwischen zwei an der zu messenden Hochspannung liegenden Elektroden ein Längenänderungen im elektrischen Feld erfahrendes Bauteil angeordnet ist, daß dem Bauteil eine Einrichtung zum Erfassen seiner Längenänderungen zugeordnet ist und daß an die Einrichtung eine Auswerteschaltung angeschlossen ist, in der die von der Einrichtung gelieferte Größe in eine zur Anzeige und/oder Aufzeichnung geeignete, der Hochspannung proportionale elektrische Größe umgeformt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil ein Kristall ist.

3. An< dnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden von dem Innenleiter und der Metallkapsel einer vollisolierten metallgekapselten Hochspannungsschaltanlage gebildet sind.

4. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein den reziproken piezoelektrischen Effekt zeigendes Bauteil verwendet ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil ein Quarz- oder Turmalinkr'jtall ist.

6. Anordnung nach einrm der vorangehenden Ansprüche, dadurch pekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erfassen der Lr ngenänderungen des Bauteils aus einem Dehnungsmeßstreifen besteht.

7. Anordnung nach Anspruch 6 und einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung eine Brückenanordnung enthält, in deren einem Brückenzweig der Dehnungsmeßstreifen angeordnet ist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in einem weiteren Brückenzweig ein zusätzlicher Dehnungsmeßstreifen zu Kompensationszwecken angeordnet ist.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß den Dehnungsmeßstreifen Überspannungsableiter parallel geschaltet sind.