DE2341074B2

DE2341074B2 - Messeinrichtung fuer die spannung zwischen einem innenleiter und dem aussenrohr einer gekapselten hochspannungsschaltanlage

Info

Publication number: DE2341074B2
Application number: DE19732341074
Authority: DE
Inventors: Wolf gang Dr .-Ing.; Rosenberger Gerhard Dipl.-Ing.; Müller Willi Dr.-Ing.; 1000 Berlin Hermstein
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-08-10
Filing date: 1973-08-10
Publication date: 1976-10-21
Also published as: CS175385B2; US3938039A; JPS5344377B2; NL7409391A; FR2240455B1; CH567266A5; DE2341074A1; JPS5049622A; FR2240455A1; GB1474981A; IT1017960B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßeinrichtung für die Spannung zwischen einem Innenleiter und einem den Innenleiter umgebenden, geerdeten metallenen Außenrohr einer gekapselten Hochspannungsschaltanlage mittels eines in einer Erweiterung des Außenrohres untergebrachten und von polarisiertem Licht durchsetzten elektro-optischen Bauelementes, wobei das Licht nach Austritt aus dem elektro-optischen Bauelement in einer optischen Auswerteeinrichtung in eine der zu messenden Spannung proportionale elektrische Größe nmtri»sf»i7t u/irH

Bei einer bekannten Meßeinrichtung dieser Art f DT OS 21 30 046) besteht das elektro-optische Bauelement aus einem Lichtwellenleher, der zu einer Toro'^spule gewickelt ist Die Toroidspule ist in einer ringf&Tnigen Erweiterung des Außenrohres der Hochspannungsschaltanlage untergebracht Diese bekannte Einrichtung ist herstellungsmäßig relativ aufwendig, da ein Uchtwellenleiter verwendet wird, der zu einer Toroidspule gewickelt ist Außerdem sind Lichtwellenleiter verhältnismäßig teuer. Darüber hinaus ist die Herstellung einer ringförmigen Erweiterung eines Außenrohres verhältnismäßig aufwendig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinrichtung zur Messung der Spannung zwischen dem In: -"leiter und dem Außenrohr einer Hochspannungsschaltanlage vorzuschlagen, die sich kostengünstig herstellen läßt ...... .,„··,

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Meßeinrichtung der eingangs beschriebenen Art das elektro-optische Bauelement als Kerr-Zelle oder als Pockels-Zelie ausgebildet, die etwa in einem dem Absland des Außenrohre:, vom Innenleiter entsprechenden Abstand vom Innenleiter in der Erweiterung des Außenrohres untergebracht ist, und die Kerr- oder Pockels-Zelle ist auf ihrer vom Innenleiter abgewendeten Seite mit einer Metallschicht bedeckt, die mit dem Außenrohr galvanisch verbunden ist.

Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung bietet den Vorteil, daß anstelle einer verhältnismäßig kompliziert herzustellenden Toroidspule aus einem Lichtwellenleiter ein einziges kompaktes Bauelement in Form einer Kerr- oder einer Pockels-Zelle Verwendung findet und daß di<> zur Unterbringung dieser Zelle erforderliche Erweiterung im Außenrohr der Hochspannungsschaltanlage verhältnismäßig klein ausgebildet sein kann. Beispielsweise kann die Erweiterung in vorteilhafter Weise von einem nvt dem Außenrohr verbundenen metallenen Stutzen und aus einem den Stutzen nach außen abschließenden Flansch gebildet sein.

Wird bei der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung als elektro-optisches Bauelement eine Pockels-Zelle verwendet, dann ist die von dieser Zelle getragene Metallschicht vorteilhafterweise mit einer Eintritts- und einer Austrittsöffnung für das polarisierte Licht versehen, da das Licht zur Ausnutzung des Pockels-Effektes in Richtung der elektrischen Feldlinien verlaufen muß. damit es in seiner Polarisationsebene in Abhängigkeit von der elektrischen Feldstärke bzw. der angelegten Spannung gedreht wird. Zur Reflexion des durch das Eimrittsfenster in der Metallschicht einfallenden polarisierten Lichtes ist an der dem Innenleiter der Hochspannungsschaltanlage zugewendeten Seite der Pockels-Zelle zumindest ein Spiegel vorgesehen, der das Licht zum Austrittsfenster hin reflektiert.

Die Unterbringung einer das polarisierte Licht abgebenden Lichtquelle und der optischen Auswerteeinrichtung kann bei der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung unterschiedlich erfolgen. Als vorteilhaft wird es angesehen, wenn die das polarisierte Licht erzeugende Lichtquelle zusammen mit der Kerr- oder Pockels-Zelle sowie mit der optischen Auswerteeinrichtung in der Erweiterung des Außenrohres untergebracht sind, weil sie dort bei einer Anordnung der gesamten Hochspannungsschaltanlage im Freien ohne wesentlichen zusätzlichen Aufwand geschützt untergebracht werden kön

Gegebenenfalls kann es aber auch vorteilhaft sein, wenn das Außenrohr im Bereich der Erweiterung ein

f intritts- und ein Austrittsfenster für das polarisierte licht einer außerhalb des Außenrohres angeordneten lichtquelle enthält, und wenn sich die optische Auswerteeinrichtung außerhalb der Erweiterung des Außenrohres befindet. Lichtquelle und Auswertteinrichtung sind dann leicht zugänglich.

Grundsätzlich ist es zwar bekannt (Zeitschrift *ELEKTRIE«, 1968.22. Jahrgang, Heft 7, S. 261 bis 266), Kerr- und Pockels-Zellen zur Spannungsmessung unter Ausnutzung der elektrischen Feldstärke zu verwenden, so Jedoch geht aus diesem Aufsatz nicht hervor, daß eine Anordnung einer Kerr- oder einer Pockels-Zelle ohne Beeinträchtigung des Feldverlaufes der elektrischer! Feldstärke zwischen dem Innenleiier und dem Außenrohr einer Hochspannungsschaltanlage in einer Erweiterung des Außenrohres untergebracht werden kann, wenn zur Ermöglichung einer Spannungsmessung die Kerr- oder Pockels-Zelle auf ihrer vom Innenleiter abgewendeten Seite mit einer mit dem. Außenrohr galvanisch verbundenen Metallschicht versehen ist.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in F i g. 1 ein Ausfuhrungsbeispiel der erfindungsgemaßen Meßeinrichtung mit einer Kerr-Zelle und in F i g. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel nut einer Pockels-Zelle dargestellt.

Die in der Fig. 1 im Schnitt teilweise dargestellte Hochspannungsschaltanlage 1 enthält einen Innenleiter 2 iind ein Außenrohr 3. Das Außenrohr 3 ist mit einer Erweiterung 4 versehen, die von einem beispielweise durch Schweißung an dem Außenroh' 3 angebrachten Stutzen 5 und einem Flansch 6 gebildet ist. der die Erweiterung 4 nach außen hin dicht abschließt.

Innerhalb der Erweiterung 4 ist eim gleichen Abstand wie das Außenrohr 3 vom Innenleiter 2 eine Kerr-Zelle 7 angeordnet, die ein Gehäuse 8 aus nichtleitendem, lichtdurchlässigem Isolierstoff aufweist. An der \0111 Innenleiter 2 abgewendeten Seite trägt die Kerr-Zelle eine Metallschicht 9, die mittels einer Leitung 10 galvanisch mit dem Stutzen 5 verbunden ist; da das Außenrohr 3 geerdet ist und der Stutzen 5 galvanisch mit dem Außenrohr 3 in Verbindung steht, ist die Metallschicht 9 durch die Leitung 10 geerdet. Durch diese Anordnung und Ausbildung der Kerr-Zelle 7 ist einerseits erreicht, daß das elektrische Feld zwischen dem Innenleiter 2 und dem Außenrohr 3 durch die Kerr-Zelle 7 nicht störenU beeinflußt wird, und andererseits bewirkt, daß die elektrischen Feldlinien infolge der geerdeten Metallschicht 9 senkrecht zur Metallschicht 9 verlaufend die Kerr-Zelle 7 durchsetzt.

In der F i g. 1 ist unterhalb der Kerr-Zelle 7 in der Erweiterung 4 des Außenrohres 3 eine polarisiertes Licht 11 abgebende Lichtquelle 12 _owie eine optische Auswerteeinrichtung 13 angeordnet, der das in der Kerr-Zelle 7 entsprechend der elektrischen Feldstärke in seiner Polarisationsebene gedrehte Licht zugeführt wird. Um einen Durchtritt des polarisierten Lichtes 11 senkrecht zu den elektrischen Feldlinien in der Kerr-Zelle zu erreichen, ist eine optische Umlenkeinrichtung 14, beispielsweise ein Spiegel, vorgesehen; eine weitere Umlenkeinrichtung 15, z.B. ein weiterer Spiegel, ist vorhanden, um das aus der Kerr-Zelle 7 austretende Licht der optischen Auswerteeinrichtung 13 zuzuleiten.

Die von der optischen Auswerteeinrichtung 13 abgegebene, der Spannung zwischen dem Innenleiier 2 und dem Außenrohi 3 der Hocnspannungsschaltanlage 1 entsprechende elektrische Größe kann über nicht dargestellte elektrische Leitungen aus der Hochspannungsschaltanlage herausgeführt werden, um sie beispielsweise in einem Meßinstrument zur Anzeige zu bringen oder in einer Schutzeinrichtung weiter zu verarbeiten. Wird nur eine Ablesung der Spannung erwünscht, dann kann das Anzeigeinstrument ebenfalls innerhalb der Erweiterung des Au3enrohres untergebracht und durch ein Fenster im Stutzen 5 oder im Flansch 6 abgelesen werden.

Bei dem in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung ist in einer Erweiterung 20 eines Außenrohres 21 einer Hochspannungsschaltanlage 22 eine Pockels-Zelle 23 untergebracht, und zwar vorzugsweise etwa in gleichem Abstand vom Innenleiier 24 wie das Außenrohr 25 dei Hochspannungsschaltanlage. Die Pockels-Zelle 23 weist eine Isolierumhüllung 25 auf sowie auf ihrer \om Innenleiter 24 abgewendeten Seite eine Metallschicht 26, die über eine Leitung 27 mit einem gemeinsam mit einem Flansch 28 die Erweiterung 20 bildenden Stutzen 29 galvanisch verbunden ist. Der Stutzen 29 ist beispielsweise durch Schweißen galvanisch mit dem Außenrohr 21 verbunden, so daß die Metallschicht der Pockels-Zelle 23 über die elektrische Leitung 27 mn dem geerdeten Außenrohr 21 in Verbindung steht. Die Pockels-Zelle 23 west außerdem zumindest an ihrer dem Innenleiter 24 zugewendeten Seile einen Spiegel 30 auf, der durch ein Lintnttsfenster 31 in der Metallschicht 26 eintretendes polarisiertes Licht 32 zu einem Austrittsfenster 33 in der Metallschicht 26 lenkt und damit einer Auswertecinrichtung 34 zuführt. Das polarisierte Licht 32 wird von einer ebenso wie die optische Auswerteeinrichtung 34 in der Erweiterung 20 untergebrachten Lichtquelle 35 abgegeben.

Ls sei angemerkt, daß nur zur Darstellung der prinzipiellen Wirkungsweise der erfindungsgemaßen Meßeinrichtung ein Strahlenverlauf in der Pockels-Zelle 23 dargestellt ist, der eine erhebliche Neigung gegenüber den elektrischen Feldlinien aufweist, die senkrecht auf der Metallschicht 26 stehend die Pockels-Zelle 23 durchsetzen. Bei einer technischen Ausführung würde man dafür Sorge tragen, daß das polarisierte Licht durch mehrfache Reflexion innerhalb der Pockels-Zelle 23 etwa parallel zu den elektrischen Feldlinien verläuft, um unter Ausnutzung des Pockels-Effektes eine Drehung der Polarisationsebene des Lichtes entsprechend der in der Pockels-Zelle 23 herrschenden Feldstärke und damit in Abhängigkeil von der Spannung zwischen dem Innenleiter 24 und dem Außenrohr 21 zu erzielen.

Wie bereits im Zusammenhang mit der Erläuterung des Ausführungsbeispieles nach F i g. 1 beschrieben worden ist, wird von der optischen Ausw erieeinrichuing 34 eine der Spannung zwischen dem Innenleiter 24 und dem Außenrohr 21 entsprechende elektrische Größe abgegeben, die in einer Weise verarbeitet werden kann, wie es oben beschrieben worden ist.

Mit der Erfindung wird eine Meßeinrichtung für die Spannung zwischen einem Innenleiter und dem Außenrohr einer Hochspannungsschaltanlage vorgeschlagen, die sich verhältnismäßig kostengünstig herstellen läßt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Meßeinrichtung für die Spannung zwischen einem Innenleiter und einem den Innenleiter umgebenden, geerdeten metallenen Außenrohr einer gekapselten Hochspannungsschaltanlage mittels eines in einer Erweiterung des Außenrohres untergebrachten und von polarisiertem Licht durchsetzten elektro-optischen Bauelementes, wobei das Licht nach Austritt aus dem elektro-optischen Bauelement in einer optischen Auswerteeinrichtung in eine der zu messenden Spannung proportionale elektrische Größe umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das elektro-optische Bauelement eine Kerr-Zelle (7) oaer eine Poc*els-Zelle ist, die etwa in einem dem Abstand des Außenrohres (3) vom Innenleiter(2) entsprechenden Abstand vom innenleiter (2) in der Erweiterung (4) des Außenrohres (3) untergebracht ist, und daß die Kerr- oder Pockels-Zelle auf ihrer vom Innenleiter

(2) angewendeten Seite mit einer Metallschicht (9) bedeckt ist, die mit dem Außenrohr (3) galvanisch verbunden ist (F ig. 1).

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Pockels-Zelle (23) als elektro-optisches Bauelement die Metallschicht (26) mit einer Eintritts- und einer Austrittsöffnung (31, 33) für das polarisierte Licht (32) versehen ist und daß die Pockels-Zelle (23) zumindest an ihrer dem Innenleiter (24) der Hochspannungsschaltanlage (22) zugewendeten Seite mit einem Spiegel (30) zur Reflexion des polarisierten Lichtes (32) versehen ist (Fig. 2).

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die das polarisierte Licht (H) erzeugende Lichtquelle (12), die Kerr- oder Pockels-Zelle (7) und die optische Auswerteeinrichtung (13) in der Erweiterung (4) des Außenrohres

(3) untergebracht sind (F i g. 1).

4. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr im Bereich der Erweiterung ein Eintritts- und ein Austrittsfenster für das polarisierte Licht einer außerhalb des Außenrohres angeordneten Lichtquelle enthält und daß sich die optische Auswerteeinrichtung außerhalb der Erweiterung des Außenrohres befindet.

5. Meßeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwei- jo terung (4) des Außenrohres (3) von einem mit dem Außenrohr (3) verbundenen metallenen Stut/en (5) und aus einem den Stutzen (5) nach außen abschließenden Flansch (6) gebildet ist (F i g. 1).

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