DE2363933C3

DE2363933C3 - Kombinierte Strom- und Spannungsmeßeinrichtung

Info

Publication number: DE2363933C3
Application number: DE2363933A
Authority: DE
Inventors: Werner 2431 Bentfeld Kohler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-12-20
Filing date: 1973-12-20
Publication date: 1980-09-04
Also published as: FR2255605A1; SE393683B; GB1471570A; DE2363933B2; BE823680A; FR2255605B1; SE7415396L; AT353890B; JPS50100540A; DE2363933A1; US4074193A; CH573166A5; ATA803774A; JPS5444491B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine kombinierte Strom- und Spannungsmeßeinrichtung mit einem Gießharzkörper, der als Dielektrikum für den Oberspannungskondensator des kapazitiven Spannungsteilers mit nachgeordnetem Verstärker eines kapazitiven Spannungsmeßteiles mitausgenutzt ist, indem der Gießharzkörper eine auf einem erdpotentialnahen Potential befindliche, teilweise zylindrische Elektrode trägt, von dem den zu messenden Strom führenden Primärleiter durchsetzt ist und einen Strommeßteil enthält, der einen Meßfühler aus einer eisenkernlosen Wicklung aufweist.

Bei einem bekannten kombinierten Strom- und Spannungswandler dieser Art (DE-AS 11 14 921) ist der Oberspannungskondensator des kapazitiven Teilers von zwei leitenden Belägen gebildet, die auf die Wicklungsisolation des Strommeßteils aufgebracht sind. Dies ist nicht nur relativ aufwendig, sondern führt auch zu einem Oberspannungskondensator, dessen Kapazität wegen der komplizierten Gestalt der Beläge kaum vorausbestimmbar ist.

Außerdem läßt die Konstruktion dieses bekannten kombinierten Strom- und Spannungswandlers insofern zu wünschen übrig, als dadurch eine verhältnismäßig großvolumige Ausführung entsteht; dies ist darauf zurückzuführen, daß ein relativ großer Strommeßteil in Form einer Sekundärwicklung mit Eisenkern verwendet wird, der zu einem entsprechend großen Gießharzkörper führt. Dadurch werden die Herstellungskosten und auch das Gewicht des bekannten kombinierten Wandlers verhältnismäßig hoch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kombinierte Strom- und Spannungsmeßeinrichtung vorzuschlagen, die sich sowohl hinsichtlich der Herstellungskosten als auch der Baugröße sowie der Ausbildung des Oberspannungskondensators vorteilhaft von der bekannten Ausführung unterscheidet

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer kombinierten Strom- und Spannungsmeßeinrichtung der eingangs

ίο beschriebenen Art erfindungsgemäß die vollkommen zylindrisch ausgebildete Elektrode in dem Gießharzkörper eingebettet und bildet mit einem sie durchsetzenden, stabförmig ausgebildeten Primärleiter den Oberspannungskondensator des kapazitiven Spannungsteilers; die eisenkernlose Wicklung umgibt die zylindrische Elektrode auf ihrer Außenseite, und beiderseits der zylindrischen Elektrode sind geerdete Schutzringelektroden in dem Gießharzkörper eingebettet; mindestens eine Einrichtung mit einem Eisenkern und aufgebrachter Wicklung ist im Gießharzkörper vorhanden, die die eine Schutzringelektrode auf ihrer vom Primärleiter abgewandten Seite umgibt und mit dem Primärleiter einen Sättigungsstromwandler bildet, und die Enden der eisenkernlosen Wicklung sind an den Eingang eines weiteren Verstärkers angeschlossen, dessen Betriebsspannung von der Wicklung des Sättigungsstromwandlers abgegeben wird.

Die erfindungsgemäße kombinierte Strom- und Spannungsmeßeinrichtung weist zunächst den Vorteil auf, daß bei ihr ein Oberspannungskondensator unter Verwendung einer einzigen in den Gießharzkörper eingebetteten zylindrischen Elektrode ermöglicht ist, weil die andere Elektrode des Oberspannungskondensators von dem den zu messenden Strom führenden Primärleiter selbst gebildet ist. Die zylindrische Elektrode hat auch die Funktion, zu einer Vergleichmäßigung der Spannungsbeanspruchung des Gießharzes zwischen dem Hochspannungsleiter und der eisenkernlosen Wicklung beizutragen, so daß infolge der Verwendung der zylindrischen Elektrode auch der Gießharzkörper verhältnismäßig dünn bemessen werden kann. Dadurch ergibt sich eine verhältnismäßig kompakte Bauform des Gießharzkörpers und eine Einsparung an Gießharz. Zu diesen vorteilhaften Eigenschaften der erfindungsgemäßen kombinierten Strom- und Spannungsmeßeinrichtung trägt noch zusätzlich bei, daß der Strommeßteil aus einer eisenkernlosen Wicklung besteht, die infolge Fehlens eines Eisenkernes eine kompakte Ausführung der gesamten Einrichtung erleichtert. Darüber hinaus wird durch die Verwendung einer eisenkernlosen Spule das Auftreten von Sättigungserscheinungen und damit ein

erhöhter Wandlerfehler bei Überströmen vermieden.

Es ist zwar bereits bekannt (DE-PS 7 16 374), eine Anordnung zur kapazitiven Messung der Spannung dadurch zu gewinnen, daß bei einem Einleiterstromwandler der Durchführungsbolzen in der Nähe der Fassung mit einem zylindrischen Metallschirm umgeben ist, jedoch geht aus dieser Patentschrift nicht hervor, in welcher Weise dieser zylindrische Metallschirm anzuordnen ist und daß dieser zylindrische Metallschirm außerdem zu einer Entlastung der Isolation beiträgt, indem die Sekundärwicklung des Stromwandlers außerhalb des zylindrischen Metallschirms angeordnet ist, wie dies bei der erfindungsgemäße Meßeinrichtung Mer Fall ist. Bei dem bekannten Einleiterstromwandler handelt es sich im übrigen offensichtlich um einen Wandler, bei dem ein die Sekundärwicklung traeender

Eisenkern zur Gewinnung der Sekundärgröße eingesetzt ist, also keine eisenkernlose Wicklung wie bei der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung.

Ferner ist eine kombinierte Strom- und Spannungsmeßeinrichtung mit einem Oberspannungskondensator bekannt (DE-OS 21 25 297), der aus dem Primärleiter und einem zylindrisch ausgebildeten Belag auf einem Gießharzkörper besteht und bei dem Schutzringelektroden vorhanden sind, jedoch ist hier nicht die zylindrische Elektrode im Gießharz eingebettet, um — wie es bei der erfindungsgemäßen Einrichtung der Fall ist — eine Vergleichmäßigung der Spannungsbeanspruchung des Gießharzes und damit einen möglichst geringen Abstand der eisenkernlosen Wicklung vom Primärleiter zu erreichen. Ferner weist die bekannte is Einrichtung keinen Sättigungsstromwandler auf, der im Bereich zumindest einer Schutzringelektrode angeordnet ist Die Verwendung des Sättigungsstromwandlers zusammen mit der eisenkernlosen Wicklung bringt den Vorteil, daß ein der eisenkernlosen Wicklung nachgeordneter Verstärker mit Betriebsenergie aus dem Sättigungsstromwandler versorgt werden kann. Es ist damit hinsichtlich des Strommeßteils eine kombinierte Strom- und Spannungsmeßeinrichtung geschaffen, die wegen der Verwendung einer eisenkernlosen Wicklung optimale meßtechnische Eigenschaften aufweist und infolge Verwendung eines zusätzlichen Sättigungsstromwandlers keine zusätzliche Hilfsenergie zur Speisung des der eisenkernlosen Wicklung nachgeordneten Verstärkers benötigt.

Wie oben bereits ausgeführt wurde, ist bei -,1er erfindungsgemäßen kombinierten Strom- und Spannungsmeßeinrichtung die Anordnung der zylindrischen Elektrode derart getroffen, daß sie zu einer Vergleichmäßigung der Spannungsbeansp' uchung des zwischen dem Primärleiter und der eisenkernlosen Wicklung liegenden Bereiches des Gießharzkörpers beiträgt; die zylindrische Elektrode ist daher vorteilhafterweise auf einem erdpotentialnahen Potential angeordnet.

Neben der zylindrischen Elektrode sind in dem Gießharzkörper an beiden Seiten Schutzringelektroden eingebettet, die sich vorteilhaft auf den Verlauf des elektrischen Feldes zwischen der zylindrischen Elektrode und dem Primärleiter auswirken und außerdem ebenfalls zur Vergleichmäßigung der elektrischen Beanspruchung des Gießharzkörpers beitragen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung ist mindestens eine Einrichtung mit einem Eisenkern und aufgebrachter Wicklung vorhanden, die die eine Schutzringelektrode auf ihrer vom Primärleiter abgewandten Seite umgibt und mit dem Primärleiter einen Sättigungsstromwandler bildet; die Enden der eisenkernlosen Wicklung sind an dem Eingang eines weiteren Verstärkers angeschlossen, dessen Betriebsspannung von der Wicklung des Sättigungsstromwandlers abgegeben wird. Durch eine derartige Ausführung der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung ist eine Unabhängigkeit des Strommeßteiles von einer zusätzlichen Betriebsspannungsquelle erreicht. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, die erfindungsgemäße Meßeinricrü.i,!·* ohne einen Sättigungsstromwandler zu betreiben, indem dann auf eine zur Verfügung zu stellende Betriebsspannungsquelle zurückgegriffen wird, die zur Speisung des Verstärkers des Spannungsmeßteiles in der Regel ohnehin vorgesehen sein wird. Es tritt in diesem Falle nur eine stärkere Belastung der Betriebsspannungsquelle ein, was insbesondere dann störend ist, wenn die Betriebsspannungsquelle aus Batterien besteht

'Die Einrichtung mit Eisenkern und aufgebrachter Wicklung kann grundsätzlich unterschiedlich angeordnet sein; beispielsweise kann die Einrichtung auf dem Gießharzkörper aufgebracht sein. Als vorteilhaft wird es jedoch schon zum Schütze vor Beschädigungen angesehen, wenn die Einrichtung mit Eisenkern und Wicklung ebenso wie die eisenkernlose Wicklung in dem Gießharzkörper eingebettet ist.

Dem vorzugsweise von dem Sättigungsstromwandler gespeisten Verstärker der erfindungsgemäßen Einrichtung kann direkt eine elektronische Schutzeinrichtung oder ein entsprechender Zähler nacbgeordnet sein. Ist eine Fernübertragung des von dem Strommeßteil abgegebenen Sekundärwertes erwünscht dann ist dem weiteren Verstärker vorteilhafterweise ein Spannungs-Frequenz-Umsetzer nachgeordnet

Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen kombinierten Strom- und Spannungsmeßeinrichtung dargestellt

Die erfindungsgemäße kombinierte Strom- und Spannungsmeßeinrichtung enthält einen Gießharzkörper 1, der zur Verlängerung des Kriechweges mit Rippen 2 versehen ist. Der Gießharzkörper 1 ist von einem Primärleiter 3 durchsetzt, der an der zu messenden Spannung liegt und den zu messenden Strom führt.

In dem Gießharzkörper 1 ist eine zylindrische Elektrode 4 eingebettet, die mit dem Primärleiter 3 den Oberspannungskondensator eines kapazitiven Spannungsteilers bildet, dessen Unterspannungskondensator 5 außerhalb des Gießharzkörpers 1 angeordnet ist. Dem kapazitiven Spannungsteiler ist ein Verstärker 6 nachgeordnet, dessen einer Eingang 7 geerdet ist; der andere Eingang 8 des Verstärkers 6 ist mit dem erdabgewandten Anschluß 9 des Unterspannungskondensators 5 verbunden. An den Verstärker 6 ist ein Widerstahd 10 angeschlossen. Dem Widerstand 10 ist ein Spannungsmeßgerät H parallelgeschaltet, an dem eine der Spannung am Primärleiter 3 proportionale Spannung abgelesen werden kann.

Der Gießharzkörper 1 der erfindungsgemäßen kombinierten Strom- und Spannungsmeßeinrichtung enthält neben der zylindrischen Elektrode 4 einen Strommeßteil, der aus einer eisenkernlosen Wicklung 18 und mindestens einer Einrichtung 19 besteht, die einen Eisenkern 20 mit Wicklung 21 enthält. Die Einrichtung 19 mit Eisenkern 20 und Wicklung 21, die außerhalb einer Schutzringelektrode 13 angeordnet ist, bildet zusammen mit dem Primärleiter 3 einen Sättigungsstromwandler. Sie sorgt dafür, daß unter Verwendung eines an die Wicklung 21 angeschlossenen Gleichrichters 22 ein an die Enden der eisenkernlosen Wicklung 18 angeschlossener Verstärker 23 mit Betriebsenergie versorgt werden kann. Von dem Verstärker 23 wird dann eine Spannung abgegeben, die ein Maß für den Strom im Primärleiter 3 ist und die gegebenenfalls in einer elektronischen Schutzanordnung weiterverarbeitet werden kann. Wird eine Fernübertragung der Ausgangsspannung des Verstärkers 23 gewünscht, oder ist dies sogar erforderlich, dann ist dem Verstärker 23 zweckmäßigerweise ein Analog-Digital-Umsetzer 24 nach^eordnet, der an seinem Ausgang 25 bei Verwendung eines Spannungs-Frequenz-Umsetzers eine dem Strom in Primärleiter 3 proportionale Frequenz abgibt.

Um die Stromversorgung des Verstärkers 23 und gegebenenfalls auch des Analog-Digital-Umsetzers 24

auch bei kleinen Strömen im Primärleiter 3 zu gewährleisten, können mehrere Einrichtungen mit Eisenkern und Wicklung vorgesehen sein, die jeweils einen Sättigungsstromwandler mit dem Primärleiter 3 bilden. In der Figur ist nur eine weitere Einrichtung 26 dargestellt, die außerhalb einer weiteren Schutzringelektrode 14 angeordnet ist. Diese Einrichtung 26 wird bei kleinen Strömen im Primärleiter 3 zwec weise in Reihe mit der Einrichtung 19 und gi falls weiteren Einrichtungen geschaltet, wöbe Reihenschaltung elektronische Umschaltmitti det werden können; diese sind der besseren 1 lichkeit halber in der Figur nicht dargestellt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1
Patentanspruch:

Kombinierte Strom- und Spannungsmeßeinrichtung mit einem Gießharzkörper, der als Dielektrikum für den Oberspannungskondensator des kapazitiven Spannungsteilers mit nachgeordnetem Verstärker eines kapazitiven Spannungsmeßteiles mitausgenutzt ist, indem der Gießharzkörper eine auf einem erdpotentialnahen Potential befindliche, teilweise zylindrische Elektrode trägt, von dem den zu messenden Strom führenden Primärleiter durchsetzt ist und einen Strommeßteil enthält, der einen Meßfühler aus einer eisenkernlosen Wicklung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die vollkommen zylindrisch ausgebildete Elektrode (4) in dem Gießharzkörper (1) eingebettet ist und mit einem sie durchsetzenden, stabförmig ausgebildeten Primärleiter (3) den Oberspannungskondensator des kapazitiven Spannungsteilers bildet, daß die eisenkernlose Wicklung (18) die zylindrische Elektrode (4) auf ihrer Außenseite umgibt, daß beiderseits der zylindrischen Elektrode (4) geerdete Schutzringelektroden (13, 14) in dem Gießharzkörper (1) eingebettet sind, daß mindestens eine Einrichtung (19) mit einem Eisenkern (20) und aufgebrachter Wicklung (21) im Gießharzkörper (1) vorhanden ist, die die eine Schutzringelektrode (13) auf ihrer vom Primärleiter (3) abgewandten Seite umgibt und mit dem Primärleiter (3) einen Sättigungsstromwandler bildet, und daß die Enden der eisenkernlosen Wicklung (18) an den Eingang eines weiteren Verstärkers (23) angeschlossen sind, dessen Betriebsspannung von der Wicklung (21) des Sättigungsstromwandlers abgegeben wird.