DE2313478C3 - Spannungswandler für eine mehrere Leiter führende, vollisolierte Hochspannungsschaltanlage - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Spannungswunc ler für eine mehrere Leiter führende, vollisolierte Hochspannungsschaltanlage mit einer der Anzahl der Leiter entsprechenden Zahl von Elektroden, die außerhalb der Anordnung der Leiter derart angeordnet sind, daß jeweils eine Elektrode einem Leiter benachbart ist, wobei jede Elektrode mit dem benachbarten Leiter jeweils einen Oberspannungskondensator jeweils eines kapazitiven Spannungsteilers bildet, dessen Unterspannungskondensator außerhalb der Elektroden angeordnet ist.

Bei einem bekannten Spannungswandler für eine dreiphasige Anlage (JP-OS 2073/73) sind auf einem isolierenden Abstandshalter Metallfolien nur auf dem jedem Leiter gegenüberliegenden Teil des Abstandshalters aufgebracht. Die Metallfolien bilden mit dem jeweils benachbarten Leiter einen Kondensator, der über jeweils einen Widerstand geerdet ist; jeweils ein Kondensator bildet zusammen mit dem jeweils in Reihe liegenden Widerstand einen Spannungsteiler. Der an dem Widerstand auftretende Spannungsabfall wird von einem Meßinstrument mit vorgeschaltetem Transistorverstärker angezeigt

Dieser bekannte Spannungswandler liefert dann gute Meßergebnisse, wenn die drei Phasenleiter des Drehstromsystems in untereinander gleichem Abstand angeordnet und die Elektroden gleichmäßig auf einem Kreis um den Mittelpunkt der Anordnung der Leiter angeordnet sind. Bei einem derartig ausgebildeten Spannungswandler ergibt sich bei völlig symmetrischer Anordnung der drei Leiter und symmetrischem Dreiphasensystem, daß jeder Meßspannung überlagerte Störspannungen, die durch sich zwischen der jeweiligen

Elektrode und den jeweils beiden anderen nicht benachbarten Leitern der Hochspannungsschaltanlage ausbildende Kapazitäten entstehen, sich hinsichtlich ihres Winkelfehlers gegeneinander aufheben und daher die Meßspannung nur hinsichtlich des Betrages beeinflussen. Durch eine entsprechende Einstellung eines jeweils an den Widerstand des Spannungsteilers angeschlossenen Verstärkers kann dieser Betragsfehler ohne nennenswerten Aufwand kompensiert werden. Anders hingegen liegen die Verhältnisse, wenn die

Leiter nicht genau symmetrisch angeordnet sind, weil sich dann die Störspannungen in den Meßspannungen weder nach Betrag noch nach Phase kompensieren.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Spannungswandler für eine mehrere Leiter führende, vollisolierte Hochspannungsschaltanlage vorzuschlagen, der auch bei nicht genau symmetrischer Anordnung der Leiter in der Hochspannungsschaltanlage Meßspannungen abgibt die den Hochspannungen an den Leitern exakt entsprechen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Spannungswandler der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß mit jeder Elektrode jeweils ein Summierverstärker mit seinem Eingang verbunden, und an den Eingang jedes Summierverstärkers sind auch die Ausgänge der jeweils anderen Summierverstärker angeschlossen.

Der erfindungsgemäße Spannungswandler hat den Vorteil, daß die Summierverstärker eine Kompensationsanordnung für die Störspannungen bilden, so daß diese eliminiert werden. Durch einfache Justierarbeiten an den Eingangswiderständen der Summierverstärker, die vorzugsweise als Operationsverstärker ausgebildet sind, läßt sich eine geeignete Bewertung der einzelnen an den Eingängen der Summierverstärker anstehenden Spannungen erreichen.

Jedem Summierverstärker ist vorzugsweise ein Vorverstärker vorgeordnet

Bei dem erfindungsgemäßen Spannungswandler sind die Elektroden vorzugsweise gemeinsam von einer Bezugselektrode umgeben.

Die Bezugselektrode des erfindungsgemäßen Spannungswandlers braucht nicht in jedem Falle eine besondere Elektrode zu sein; handelt es sich nämlich bei der vollisolierten Hochspannungsschaltanlage um eine Schaltanlage mit Metallkapselung, dann kann die Bezugselektrode in vorteilhafter Weise voir der Metallkapselung der Anlage gebildet sein.

Falls sich erweisen sollte, daß bei einer von einer Metallkapselung einer Hochspannungsschaltanlage gebildeten Bezugselektrode auf Grund der in der Anlage vagabundierenden Ströme und Spannungen eine Beeinträchtigung der Übertragungsgenauigkeit des erfindungsgemäßen Spannungswandlers zu erwarten ist, dann erscheint es vorteilhaft, wenn die Bezugselektrode

ein besonderes Bauteil bildet und durch Isoliereinlagen von der Metallkapselung isoliert angeordnet ist

Bei dem erfindungsgemäßen Spannungswandler ist jede Elektrode mit einer Anschlußleitung versehen, die durch Löcher in der Bezugselektrode und gegebenenfalls in der Metallkapselung isoliert herausgeführt sind. Eine derartige Ausführung ist selbstverständlich nur dann erforderlich, wenn es sich bei der vollisolierten Hochspannungsichaltanlage, die mit dem Spannungswandler nach der Erfindung ausgerüstet werden soll, um eine solche mit Metallkapselung handelt Weist dagegen die Hochspannungsschaltanlage eine Metallkapselung nicht auf, dann besteht auch die Möglichkeit, die Anschlußleitungen der Elektroden seitlich an der verhältnismäßig schmalen Bezugselektrode herauszuführen.

Unabhängig davon, ob es sich um eine Hochspannungsschaltanlage mit Metallkapselung oder ohne handelt, kann die Bezugselektrode geerdet sein. Dies hat den Vorteil, daß bei Erdung von nachgeordneten Verstärkern auf demselben Potential eindeutige Verhältnisse definiert sind.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in der

F i g. 1 ein Schnitt durch eine Hochspannungsschaltanlage mit drei Leitern wiedergegeben, denen jeweils eine Elektrode und gemeinsam eine Bezugselektrode gemäß der Erfindung zugeordnet ist; in

F i g. 2 ist eine Abwicklung der Hochspannungsschaltanlage im Bereich des Spannungswandlers wiedergegeben; in

F i g. 3 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Spannungswandlers dargestellt.

In F i g. 1 ist eine vollisolierte Hochspannungsschaltanlage 1 zu erkennen, die drei Leiter 2,3 und 4 führt Die Leiter 2, 3 und 4 sind in einer Metallkapselung 5 untergebracht Die Metallkapselung 5 ist nach außen überall abgedichtet und im Innern beispielsweise mit einem Isoliergas gefüllt

Innerhalb der Metallkapselung 5 ist eine Bezugselektrode 6 angeordnet die durch Isoliereinlagen 7 gegenüber der Metallkapselung 5 isoliert angeordnet ist Auf ihrer den Leitern 2,3 und 4 zugewendeten Seite ist die Bezugselektrode 6 mit einer weiteren Isoliereinlage 8 versehen, auf der Elektroden 9,10 und 11 aufgebracht sind. Die Elektroden 9,10 und 11 sind entsprechend der Bezugselektrode 6 geformt bilden also bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit kreiszylindrisch ausgebildeter Bezugselektrode 6 Abschnitte eines Kreiszylinders. Die Elektroden 9, 10 und 11 sind mit jeweils einer Anschlußleitung 12, 13 und 14 versehen, die durch Löcher 15,16 und 17 in der Bezugselektrode 6 und der Metallkapselung 5 isoliert hinausgeführt sind.

Wie die in der F i g. 2 dargestellte Abwicklung der Hochspannungsschaltanlage im Bereich des Spannungswandlers erkennen läßt erstrecken sich die Elektroden 9,10 und 11 über eine verhältnismäßig kurze Länge der vollisolierten Hochspannungsschaltanlage 1. Etwas langer als die Elektroden 9, 10 und 11 erstreckt sich in Längsrichtung der Anlage die Bezugselektrode 6.

Jeder Leiter 2 bis 4 der vollisolierten Hochspannungs

schaltanlage 1 bildei mit der jeweils benachbarten Elektrode 9 bis U einen Oberspannungskondensator eines kapazitiven Spannungsteilers, dessen Unterspannungskondensator in den F i g. 1 und 2 nicht dargestellt ist Zusätzlich bilden sich zwischen der Elektrode 3 und den Leitern 3 und 4 bzw. der Elektrode 10 und den Leitern 2 und 4 bzw. der Elektrode 11 und den Leitern 2 und 3 zusätzliche Kapazitäten aus, die dazu führen, daß die über die Anschlußleitungen 12, 13 und 14

ίο abgegriffenen Meßspannungen nicht nur jeweils der Spannung an den Leitern 2, 3 und 4 entsprechen, sondern auch noch Störspannungen beinhalten, die durch die beschriebenen Kapazitäten abgegriffen werden. Diese Störspannungen verfälschen das Meßergebnis, wenn bei nicht völlig symmetrischem Aufbau des Spannungswandlers und bei symmetrischem Dreiphasenbetrieb keine besonderen Vorkehrungen getroffen werden.
In Fig.3 ist eine Schaltungsanordnung angegeben, mit der es möglich ist, den Einfluß ve -t Störspannungen zu eliminieren.

In F i g. 3 ist jeweils strichliert in seinem Ersatzschaltbild ein Kondensator 20, 21 und 22 dargestellt; jeder Kondensator 20 bis 22 soll die Kapazitäten verkörpern, die sich .'.wischen den Elektroden und den Leitern der Hochspannungsschaltanlage ergeben. An die Kondensatoren 20 bis 22 ist zur Bildung jeweils eines kapazitiven Teilers ein Unterspannungskondensator 23,

24 und 25 angeschlossen. Über jeweils einen von einem Operationsverstärker 26, 27 und 28 gebildeten Vorverstärker sind die Unterspannungskondensatoren 23 bis

25 an jeweils einen Summierverstärker 29, 30 und 31 angeschlossen, die von einem entsprechend geschalteten Operationsverstärker gebildet sind. Am Ausgang der Summierverstärker 28 bis 31 liegende Widerstände 35,36 und 37 bilden die bei Spannungswandlern übliche Bürde. Diese Bürde kann beispielsweise von einem Meßinstrument oder von einer NetzschutzanorJnung gebildet sein.

Die Ausgänge 38, 39 und 40 der Summierverstärker 29 t.s 31 sind jeweils mit den Eingängen der anderen Summierverstärker 29 bis 31 verbunden, d.h., der Ausgang 38 des Summierverstärkers 29 ist sowohl mit dem Eingang des Summierverstärkers 30 als auch mit dem des Summierverstärkers 31, der Ausgang 38 des Summierverstärkers 30 mit dem Eingang des Summierverstärkers 31 und des Summierverstärkers 29 und der Ausgang 40 des Summierverstärkers 31 mit den Eingängen der Summierverstärker 29 und 30 verbunden. Durch entsprechende Einstellung der Eingangswiderstände 41 und 42 des Summierverstärkers 29 bzw. der Eingangswiderstände 43 und 44 des Summierverstärke'« .10 bzw. der Eingangswiderstände 45 und 46 des Summierverstärkers 31 läßt sich erreichen, daß die an den Bürden 35 bis 3J der Summierverstärker 29 bis 31 abfallenden Spannungen den Spannungen jedes Leiters der Hochspannungsschaltanlage gegen Erde entsprechen. Der Einfluß der Störspannungen auf das Meßergebnis ist damit eliminiert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Spannungswandler für eine mehrere Leiter führende, vollisolierte Hochspannungsschaltanlage mit einer der Anzahl der Leiter entsprechenden Zahl von Elektroden, die außerhalb der Anordnung der Leiter derart angeordnet sind, daß jeweils eine Elektrode mit dem benachbarter. Leiter jeweils einen Oberspannungskondensator jeweils eines kapazitiven Spannungsteilers bildet, dessen Unterspannungskondensator außerhalb der Elektroden angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß mit jeder Elektrode (9, 10, 11) jeweils ein Summierverstärker (29,30,31) mit seinem Eingang verbunden ist und daß an den Eingang jedes Summierverstärkers (z.B. 29) auch die Ausgänge (z. B. 39,40) der jeweils anderen Summierverstärker (z. B. 30,31) angeschlossen sind.

2. SpanBi'agswandler nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß jedem Summierveretärker (29, 30,31) ein Vorverstärker (26,27,28) vorgeordnet ist (F ig. 3).

3. Spannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (9, 10, 11) gemeinsam von einer Bezugsc'.ektrode (6) umgeben sind (Fig. 1).

4. Spannungswandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugselektrode bei einer vollisolierten Hochspannungsschaltanlage mit Metallkapselung von der Metallkapselung der Anlage gebildet ist

5. Spannungswandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bez« ^elektrode (6) bei einer vollisolierten Hochspannungsschaltanlage (1) mit Metallkapselung (5) durch Isoliereinlagen (7) von der Metallkapselung (5) isoliert angeordnet ist (Fig. 1).

6. Spannungswandler nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektrode (9, 10, U) mit einer Anschlußleitung (12, 13,14) versehen ist, die durch Löcher (15,16,17) in der Bezugselektrode (6) und gegebenenfalls in der Metallkapselung (5) isoliert herausgeführt sind (Fig. 1).