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Spannungswandler für eine mehrere leiter führende Hochspannungsschaltanlage
Die Erfindung bezieht sich auf einen Spannungswandler für eine mehrere Leiter führende,
gas- oder flüssigkeitsisolierte Hochspannungsschaltanlage mit einer Metallkapselung.
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Es ist ein Spannungswandler für vollisolierte, metallgekapselte Hochspannungsschaltanlagen
bekannt ( DD-OS2 125 297 ), bei dem im Innern des metallischen Außenrohres der Hochspannungsschaltanlage
eine flächenhafte Elektrode angeordnet ist; die flächenhafte Elektrode bildet mit
dem Hochspannungsleiter der Anlage einen Oberspannungskondensator eines Spannungsteilers,
an dessen mit dem Oberspannungskon-' densator verbundenen Unterspannungskondensator
ein Verstärker mit nachgeordneter Bürde angeschlossen ist. Der bekannte Spannungswandler
ist seiner Konstruktion nach nur zum Einsatz e in denjenigen Hochspannungsschaltanlagen
g,eeignet, die in der Metallkapselung einen einzigen Hochspannungsleiter führen;
als Spannungswandler in einer mehrere Leiter führenden Hochspannungsschaltanlage
ist dieser bekannte Spannungswandler nicht einsetzbar.
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Ferner ist es bei einen Hochspannungsleiteraufnehmenden, vollisolierten
Hochspannungsschaltanlagen bekannt (Smit-Mededelingen, 24(1969)4, Seiten 223 bis
232), eine Spannungsmessung-mittels einer Anordnung vorzunehmen, die in Form eines
Ansatzes außen an der Metallkapselung der Hochspannungsschaltanlage angebracht ist.
Der Ansatz enthält eine mit dem Hochspannungsleiter der Anlage verbundenen stabförmigen
leiter, der die Hochspannungselektrode eines Oberspannungskondensators eines kapazitiven
Teiler bildet.
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Eine die andere Elektrode des Oberspannungskondensators bildende Meßelektrode
ist dadurch erzeugt, daß in dem Ansatz eine zylinderförmige weitere Elektrode den
Stab umgebend angeordnet ist. Die Meßelektrode ist außen an einen Kondensator geführt,
der den Unterspannungskondensator bildet. An den Unterspannungskondensator ist ein
Verstärker angeschlossen, an dessen Ausgang ein die Bünde des-Spannungswandlers
bildenderWiderstand in Form eines Meßgerätes oder einer Netzschutzeinrichtungliegt.
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Der Einsatz dieses bekannten Spannungswandlers bei einer mehrere Leiter
führenden Hochspannungsschaltanlage würde zu einem recht beträchtlichen zusätzlichen
Aufwand führen, da zur Messung der Spannung an jedem Leiter der Anlage ein Ansatz
vorgesehen werden müßte. Die Ansätze wurden auch zu einem hohen zusätzlichen Raumbedarf
der Anlage führen, was unerwünscht ist.
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Der Erfindung-liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Spannungswandler
für eine mehrere Leiter führende Hochspannungsschaltanlage zu schaffen, durch den
der Raumbedarf der Anlage nicht zusätzlich vergrößert wird. Außerdem wird eine kostengünstige
Lösung angestrebt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Spannungswandler
der
oben beschriebenen Art erfindungsgemäß den Leitern jeweils eine von einem gemeinsamen
Isolierkörper getragene flächenhafte Elektrode zugeordnet-; die mit dem Leiter jeweils
einen Oberspannungskondensator jeweils eines kapazitiven Spannungsteilers bilden0
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Spannungswandlers besteht vor allem darin, daß
infolge der Verwendung eines gemeinsamen Isolierkörpers die Herstellung des Spannungswandlers
verhältnismäßig einfach ist. Ferner wird die Montage des erfindungsgemäßen Spannungswandlers
verhältnismäßig einfach, da es nur einer Befestigung an wenigen Punkten bedarf,
um den erfindungsgemäßen Spannungswandler in der Metallkapselung in einer vorbestimmten
Lage zu halten.
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Als besonders vorteilhaft wird eine Ausführung des erfindungsgemäßen
Spannungswandlers angesehen, bei der der gemeinsame Isolierkörper in einer der Anordnung
der Leiter der Hochspannungsschaltanlage entsprechenden Anordnung Durchgangslöcher
zur Aufnahme der Leiter aufweist; innerhalb der Durchgangslöcher befindet sich jeweils
die flächenhafte Elektrode auf dem Isolierkörper, und das Dielektrikum des von dem
Leiter und der zugeordneten flächenhaften Elektrode gebildeten Oberspannungskondensators
ist von dem Isoliermaterial der Hochspannungsschaltanlage gebildet.-Diese Ausbildung
des erfindungsgemäßen Spannungswandlers hat den Vorteil, daß verhältnismäßig wenig
Material für den gemeinsamen Isolierkörper benötigt wird, da der die flächenhaften
Elektroden tragende Isolierkörper verhältnismäßig dünnwandig ausgeführt werden kann,
da er nicht hochspannungsmäßig beansprucht wird.
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Ferner wird es als vorteilhaft angesehen, wenn der gemeinsame Isolierkörper
eine der Anzahl der Leiter der Hochspannungsschaltanlage
entsprechende
Zahl von mit Durchgangslöchern zur Aufnahme der Leiter versehene Isolierkörper enthält,
die an ihrer äußeren Umfangsfläche eingezogen sind und im eingezogenen Bereich jeweils
die flächenhafte Elektrode tragen; die Isolierkörper bilden durch einen gemeinsamen
Verguß der eingezogenen Bereiche den gemeinsamen Isolierkörper, so daß das Dielektrikum
des von dem Leiter und der zugeordneten flächenhaften Elektrode jeweils gebildeten
Oberspannungskondensators von dem Isolierkörper gebildet ist. Der Vorteil dieser
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spannungswandlers wird darin gesehen, daß
vorgefertigte Isolierkörper verwendet werden können, die auch bei Hochspannungsschaltanlagen
mit einem einzigen Hochspannungsleiter Verwendung finden können. Dadurch wird die
Fertigung erleichtert.
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Bei einem erfindungsgemäßen Spannungswandler mit eingezogenen Bereichen
der Isolierkörper ist in dem eingezogenen Bereich auf vorteilhafte Weise ein einen
Unterspannungskondensator jeweils eines kapazitiven Spannungsteilers bildender Kondensator
untergebracht. Die Unterbringung des Unterspannungskondensators in dem eingezogenen
Bereich hat den Vorteil, daß das Dielektrikum des Unterspannungskondensators die
etwa gleiche Temperaturänderung erfährt wie das Dielektrikum des von dem Leiter
und der jeweils zugeordneten flächenhaften Elektrode gebildeten Oberspannungskondensators;
durch Temperaturänderungen werden daher gleiche ÄnderUngen der Kapazitäten von Ober-
und Unterspannungskondensator hervorgerufen und dadurch das Teilerverhältnis konstant
gehalten. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn jeder Isolierkörper aus einem
Isoliermaterial besteht, das auch bei dem Unterspannungskondensator als Dielektrikum
Verwendung findet.
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Ein solches Material kann Gießharz sein.
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Im eingezogenen Bereich der Isolierkörper kann jeweils auch ein Stromwandlerkern
mit aufgebrachtem Sekundärwicklungssystem untergebracht sein, wenn außer der Spannungsmessung
eine Strommessung erforderlich ist, Auf diese Weise entsteht dann ein kombinierter
Strom- und Spannungswandler für eine mehrere Leiter führende Hochspannungsschaltanlage
mit Metallkapselung0 Eine Unterbringung eines Stromwandlerkerns mit aufgebrachter
Sekundärwicklung ist auch in dem obenbeschriebenen gemeinsamen Isolierkörper möglich9
bei dem die flächenhafte Elektrode innerhalb von Durchgangslöchern des gemeinsamen
Isolierkörpers angebracht ist0 Der Stromwandlerkern mit aufgebrachter Sekundärwicklung
liegt dann vom Stromleiter gesehen jeweils außerhalb der flächenhaften Elektrode
im gemeinsamen Isolierkörper.
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Als flächenhafte Elektrode wird mit Vorteil eine Zylinderelektrode
verwendet, Diese Zylinderelektrode läßt sich am leichtesten herstellen, insbesondere
dann, wenn sie als Leitbelag auf der zylindrischen Innenfläche eines Durchgangsloches
des gemeinsamen Isolierkörpers oder im eingezogenen Bereich der Isolierkörper aufgebracht
ist.
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Besonders vorteilhaft erscheint eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Spannungswandlers 7 bei der jede flächenhafte Elektrode von einer geerdeten Schirmelektrode
umgeben ist,die aus jeweils einem auf der Außenfläche des gemeinsamen Isolierkörpers
aufgebrachten Leitbelag und aus einem im Zuge dieses Leitbelages im Innern des gemeinsamen
Isolierkörpers angeordneten, geerdeten Fotentialschirm besteht. Bei einem derartig
ausgebildeten Spannungswandler nach der Erfindung sind die Oberspannungskondensatoren
gegeneinander entkoppelt. Dies hat den Vorteil, daß am Unterspannungskondensator
eines jeden kapazitiven Spannungste ilers
jeweils nur ein Teil
derjenigen Spannung abgegriffen wird, die zwischen diesem Leiter und Erde vorhanden
ist.
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Es können keine Störspannungen aufgrund zwischen einer flächenhaften
Elektrode und den anderen, ihr nicht zugeordneten Leitern sich ausbildenden Rapazitäten
auftreten.
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Durch die Schirmelektroden bzw. Potentialschirme ist dies verhindert.
Es brauchen daher im an den kapazitiven Spannungsteiler angeschlossenen Verstärkerteil
des erfindungsgemäßen Spannungswandlers keine Maßnahmen ergriffen zu werden, um
Störspannungen zu kompensieren; es genügt daher, wenn an jeden Unterspannungskondensator
ein Verstärker angeschlossen ist, der eingangsseitig nur mit der am Unterspannungskondensator
abfallenden Spannung beaufschlagt ist.
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Der erfindungsgemäße Spannungswandler kann auf unterschiedliche Weise
in der Metallkapselung der Hochspannungsschaltanlage festgelegt sein. Als vorteilhaft
wird es angesehen, wenn an dem gemeinsamen Isolierkörper Befestigungsnasen vorgesehen
sind, die mit Befestigungsteilen an der Metallkapselung verbunden sind. Diese Art
der Anbringung erscheint vor allem angebracht, wenn zur Bildung eines Oberspannungskondensators
als Dielektrikum zwischen der flächenhaften Elektrode und dem jeweils zugeordneten
Leiter das gasförmig oder flüssige Isoliermaterial der Hochspannungsschaltanlage
herangezogen wird.
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Bei einer Ausführung des erfindungsgemäßen Spannungswandlers, bei
dem der Isolierkörper das Dielektrikum der Oberspannungskondensatoren bildet, kann
eine Anbringung in der Hochspannungsschaltanlage in einfacher Weise dadurch erfolgen,
daß der gemeinsame Isolierkörper auf die Leiter aufgeschoben und durch Flanschteile
auf den Leitern gegen axiale Verschiebung gesichert wird.
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Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur 1 teilweise eine Seitenansicht
und teilweise ein Längsschnitt durch ein Ausführungsbeis.i>iel des erfindungsgemäßen
Spannungswandlers und in der Figur 2 eine Ansicht auf die Stirnseite desselben Ausführungsbeispiels
gezeigt In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel teils in Seitenansicht und
teils im Längsschnitt und in der Figur 4 dasselbe Ausführungsbeispiel in einer Ansicht
auf die Stirnseite wiedergegeben.
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Bei dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten AusSührungsbeispiel ist
in einer Metallkapselung 1 einer Hochspannungsschaltanlage 2 ein gemeinsamer Isolierkörper
3 untergebracht, der Befestigungsnasen 4,5 und 6 aufweist. Die Befestigungsnasen
4 bis 6 sind mit Befestigungswinkeln 7, 8 und 9 mit der Metallkapselung 1 verbunden,
beispielsweise verschraubt. Damit ist der gemeinsame Isolierkörper 3 sicher in der
Metalllrapselung 1 gehalten.
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Der gemeinsame Isolierkörper 3 weist Durchgangslöcher 10, 11 und 12
auf, durch die Hochspannungsleiter 13, 14 und 15 geführt sind. Innerhalb der Durchgangslöcher
10 bis 12 sind auf dem gemeinsamen Isolierkörper 3 jeweils eine flächenhafte Elektrode
16 aufgebracht, die eine Zylinderelektrode darstellt. Beiderseits der flächenhaften
Elektrode 16 sind Schutzringelektroden 17 und 18 vorhanden. Die Schutzringelektroden
17 und 18 sind mit einem auf der Außenfläche des gemeinsamen Isolierkörpers 3 aufgebrachten
Leitbelag 19 verbunden, der geerdet ist. In Figur 2 ist erkennbar, daß die Erdung
über eine Brdleitung 20 erfolgt, die isoliert durch eine Öffnung 21 in der Metallkapselung
1 nach außen an Erde geführt ist. Diese Art der Erdung hat den Vorteil, daß Sinflüsse
von auf der geerdeten Metallkapselung vagabundierenden Strömen und Spannungen- auf
das Ubertragungsverhalten des erfindungsgemäßen Spannungswandlers ausgeschaltet
sind.
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Wie insbesondere die Figur 2 erkennen läßt, sind im Zuge des Leitbelages
19 im Innern des Isolierkörpers 3 Potentialschirme 22,. 23 und 24 angeordnet. Diese
Potentialschirme, die vorzugsweise von perforierten Blechen gebildet sind, sind
galvanisch untereinander verbunden und über eine Leitung 25 an die Erdleitung 20
herangeführt und damit ebenfalls geerdet. Durch den äußeren Leitbelag 19 und die
Potentialschirme 22 bis 24 ist eine gegenseitige Entkopplung der von der flächenhaften
Elektrode 16 und den jeweils in ihr verlaufenden Leitern 13 bis 15 gebildeten Oberspannungskondensatoren
erreicht und somit verhindert, daß außer der Spannung an dem jeweiligen Leiter Störspannungenmitgemessen
werden.
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Bei dem in den Siguren 3 und-4 dargestellten Ausführungsbeispiel enthält
der gemeinsame Isolierkörper 30 Isolierkörper 31, die jeweils mit einem Durchgangsloch
32 zur Aufnahme der Leiter -33, 34 und 35 der Hochspannungsschaltanlage 36 mit Metallkapselung
37-versehen sind. Innerhalb jedes Isolierkörpers 31 ist ein Metallzylinder 38 eingesetzt.
Der Innendurchmesser der Metallzylinder 38 entspricht unter Berücksichtigung notwendiger
Toleranzen dem Außendurc-hmesser der Leiter 33 bis 35.
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Jeder Isolierkörper 31 weist an seiner äußeren Umfangsfläche einen
eingezogenen Bereich 39 auf, in dem eine flächenhafte Elektrode 40 vorzugsweise
in Form eines Leitbelages auf den Isolikörper 31 aufgebracht-ist. Beiderseits der
flächenhaften Elektrode 40 erstrecken sich jeweils Schutzringelektroden 41 und 42.
Die flächenhafte Elektrode 40 und die Schutzringelektroden 41 und 42 sind mit jeweils
einem Kontaktring 43 sowie 44 und 45 versehen, an die Anschlußleitungen 46, 47 und
48 angeschlossen sind. Die Anschlußleitung 46 der flächenhaften Elektrode 40 ist
in
nicht dargestellter Weise mit einem Unterspannungskondensator
49 galvanisch verbunden, der in dem eingezogenen Bereich 39 des Isolierkörpers 31
untergebracht ist. Der Unterspannungskondensator 49 ist vorzugsweise als Rundwickelkondensator
ausgeführt.
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Ein in der beschriebenen Weise ausgebildeter Isolierkörper 31 ist
jedem Leiter 33 bis 35 der Hochspannungsschaltanlage 36 zugeordnet.
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Nachdem die Isolierkörper 31 mit der flächenhaften Elektrode 40 und
den Schutsringelektroden 41 und 42 sowie mit dem Unterspannungskondensator 49 versehen
sind, wird der eingezogene Bereich 39 aller Isolierkörper 31 gemeinsam vergossen
und dadurch ein gemeinsamer Isolierkörper 30 gebildet. Der gemeinsame Isolierkörper
30 wird bei seiner Montage auf die Leiter 33 bis 35 der Hochspannungsschaltanlage
36 aufgeschoben und gegen axiale Verschiebung durch an den Leitern 33 bis 35 befestigte
Flanschteile 51 und 52 gesichert. Die Montage des erfindungsgemäßen Spannungswandlers
ist daher einfach.
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Der gemeinsame Isolierkörper 30 ist außen mit einem Leitbelag 53 überzogen,
der über eine Verbindungsleitung 54 geerdet ist. Die Verbindungsleitung 54 ist isoliert
durch eine Öffnung 55 in der Metallkapselung 37 nach außen geführt, um eine galvanische
Verbindung mit der geerdeten Metallkapsel 37 zu vermeiden. Auf diese Weise läßt
sich nämlich erreichen, daß die übertragungsgenauigkeit des erfindungsgemäßen Spannungswandlers
nicht durch auf der Metallkapselung 37 vagabundierende Ströme oder Spannungen beeinflußt
wird.
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Um eine Ratkopplung der von den einzelnen Leitern 33 bis- 35 und den
jeweils zugeordneten flächenhaften Elektroden 40
gebildeten Oberspannungskondensatoren
untereinander zu erreichen, sind innerhalb des gemeinsamen Isolierkörpers 30 Potentialschirme
56, 57 und 58 angeordnet, die untereinander galvanisch verbunden sind. Gemeinsam
sind die Potentialschirme 56 bis 58 über eine Leitung 59 mit der Fzdleitung 54 verbunden.
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In Abweichung von dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Spanntmgswandlers kann zur Erzielung eines Spannungswandlers
mit Stromwandler in vorteilhafter Weiseaußerhalb der flächenhaften Elektroden jeweils
mindestens ein Stromwandlerkern mit aufgebrachtem Sekundärw icklungs system angeordnet
sein. Es ist dann die Erfassung von Strömen und Spannungen in der Hochspannungsschaltanlage
mit vergleichsweise geringem Aufwand möglich.
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Mit der Erfindung wird ein Spannungswandler für eine mehrere Leiter
führende, gas- oder flüssigkeitsisolierte Hochspannungsschaltanlage vorgeschlagen,
der sich unter Vermeidung eines zusätzlichen Raumbedarfes der Schaltanlage in kostengünstiger
Weise herstellen läßt.
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4 Figuren 10 Patentansprüche -