DE2413927B2

DE2413927B2 - Anordnung mit einem hochspannungsmesskondensator

Info

Publication number: DE2413927B2
Application number: DE19742413927
Authority: DE
Inventors: Reinhold Dipl.-Ing.; Margaris Panajotis; Freygang Hans-Joachim Dipl.-Ing.; 1000 Berlin Schmitt
Original assignee: Ausscheidung in: 24 62 252 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München
Priority date: 1974-03-20
Filing date: 1974-03-20
Publication date: 1976-08-19
Also published as: CH581324A5; SE396143B; JPS50129073A; GB1494423A; SE7502508L; DE2413927C3; NL7502340A; DE2413927A1; US4052668A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung mit einem Hochspannungsmeßkondensitor, insbesondere mit einem von einem Hochspannungsleiter einer vollisolierten, metallgekapselten Hochspannungsschaltanlage und einer diesem zugeordneten flächenhaften Elektrode gebildeten Hochspannungsmeßkondensator, mit Mitteln zur Kompensation von durch äußere Einflüsse verursachten Kapazitätsänderungen des Hochspannungsmeßkondensators.

Wild mit einem Hochspannungsmeßkondensator beispielsweise in einer Anordnung mit einem Unterspannungskondensator zur Bildung eines kapazitiven Spannungsteilers eine Messung der Hochspannung vorgenommen, dann läßt sich eine Spannungsmessung ohne wesentlichen Fehler nur dann durchführen, wenn die Kapazität des Hochspannungsmeßkondensators bei konstantem Wert des Unterspannungskondensators einen gleichbleibenden Wert aufweist. Da ein Hochspannungsme!3kondensator in der Regel zumindest Temperaturänderungen ausgesetzt ist uind sein Dielektrikum eine Temperaturabhängigkeit zeigt, ergeben sich bei der Spannungsmessung mit einem Hochspannungs-

:4 13

meOkondensator meistens mehr oder weniger grolle Fehler.

Zur Vermeidung dieser Fehler ist es bekannt (DT-OS 15 Ib 372). die durch Temperaturschwankungen verursachten Kapazitatsänderungen unter Einsat/ von Heizwiderständen zu kompensieren, die von von der Leitungsspanmmg oder vom LeitungsMrom abhängigen Strömen durchflossen werden. Dadurch lassen sich jedoch die Kapazitätsänderungen nur sehr grob und fur genaue Messungen nur unzureichend kompensieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine genaue Spannungsmessung unbeeinflußt von Änderungen der Kapazität des Hoehspannungsmeßkondensa-K>rs durchzufuhren, die durch äußere Einflüsse auf das Dielektrikum und die geometrischen Abmessungen, z. B. durch Änderungen von Temperatur. Druck u. dgl, verursacht sein können.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Anordnung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dem Hochspannungsmeßkondensator ein denselben äußeren Einflüssen ausgesetzter Hilfskondensator zugeordnet, und der Hilfskondensator ist Bestandteil einer Auswerteeinrichtung. die ein der durch äußere Einflüsse verursachten Kapazitätsänderung des Hilfskondensator entsprechendes Signal erzeugt; der Auswerteeinrichtung sind eine Meldeeinnchtung zur Signalisierung der Kapazitätsänderung und/oder die Mittel zur Kompensation der durch dieselben äußeren Einflüsse verursachten Kapazitätsanderungen des Hochspannungsmeßkondensators nachgeordnet.

Die erfindungsgemäße Anordnung weist den Vorteil auf. daß entweder durch eine Signalisierung der Kapazitätsänderung des Hilfskondensator das Meßergebnis der Hochspannungsmessung beeinträchtigende Änderungen der Kapazität des Hochspannungsmeß- JS kondensators signalisiert werden können, so daß die Messung unterbrochen wird.oderdaßdie Kapazitätsänderung des Hilfskondensators mittels der Auswerteeinrichtung ausgewertet wird, welche die Mittel zur Kompensation der Kapazitätsänderung des Hochspannungsmeßkondensators beeinflußt. Im letzteren Falle kann die Messung der Hochspannung ohne nennenswerten Fehler, beispielsweise auch bei Temperaturänderungen, weitergeführt werden. Die Genauigkeit einer Spannungsmessung mit der erfindungsgemäßen Anordnung ist daher beispielsweise auch bei Temperaturänderungen nicht beeinflußt.

Der Hilfskondensator braucht nicht in jedem Falle in mit dem Dielektrikum des Hochspannungsmeßkondensators übereinstimmendes Dielektrikum aufweisen; beispielsweise ist es möglich, das unterschiedliche Verhalten des Dielektrikums des Hilfskondensators infolge \on beispielsweise Temperatur- und Druckänderungen durch eine entsprechend gestalte.e Steuer- bzw. Regelu^gsemnchiung zu berücksichtiger., so daß auch SS bei unterschiedlichem Dielektrikum des Hilfskondensator und des Hochspannungsmeßkondensaiors ein Einfluß ton Kapazitätsänderungen des HochspannungsmeBkorsdensators auf das Meßergebnis der Hochspannj-gsmessung ausgeschaltet ist.

Da t*- Kondensatoren mit unterschiedlicher?! Verhallen ati D:e'^!e*i!nkums ein verhältnismäßig großer Sc'ha.'ruT-es.iuiwand in der Auswert eeinrichtung oder in den MiueiT, zur Kompensation erforderlich ist. wird es ah vc'Hc ;hi.·: angesehen, wenn das Dielektrikum des ^f Hochroar.n-jngsrneßkondensators hinsichtlich seines Tt~ptrjt:ur- und. oder Druckverhaltens mit dem des Hiiit;ko->densätors übereinstimmt. Der Einfachheit halber wird man bestrebt sein, einen Hilfskondensator mit demselben Dielektrikum zu verwenden, wie es im Hochspannungsmeßkondens-uor vorhanden ist Außerdem sollte der Hilfskondensator zweckmäßigerweise so ausgebildet sein, daß seine durch thermische Ausdehnungen hervorgerufenen Kapazitätsänderungen proportional zu denen des Hochspannungsmeßkondensators sind

Die Mittel zur Kompensation von Kapazitätsänderungen des Hochspannungsmeßkondensators können unterschiedlich ausgebildet und angeordnet sein. Als vorteilhaft wird es angesehen wenn sie einen mit einer Elektrode des Hochspannungsmeßkondensaiors derart verbundenen Antrieb aufweisen, daß eine dem Signal der Auswerteeinrichtung entsprechende Verschiebung der Elektrode zur Kornpensation einer Kapazitätsänderung des Hochspannungsmeßkondensators erfolgt. Einer derartigen Ausbildung der Mittel zur Kompensation von Kapazitätsänderungen wird man vor allem dann den Vorzug geben, wenn der Hochspannungsmeßkondensator nach Art eines Plattenkondensators ausgebildet ist.

Weitgehend unabhängig vom konstruktiven Aufbau des Hochspannungsmeßkondensaiors lassen sich Mittel zur Kompensation von Kapazitatsanderungen de¹ Hochspannungsmeßkondensators einsetzen, die dh-, einem an die Auswerteeinnchtung angeschlossenen thermischen System bestehen, das dem Signa: der Auswerteeinrichtung entsprechend eine Kühlung oder Erwärmung des Hocftspannungsmeßkondensaiors zur Kompensation von durch Temperaturanderungen verursachten Kapazitatsanderungen bewirkt.

Ist der Hochspannungsmeßkondensaior der erfindungsgemaßen Anordnung in Reihe mit einem Lnter-Spannungskondensator zur Bildung eines kapazitiven Teilers angeordnet, dann können Änderungen des Teilerverhältnisses infolge Kjpa/itat'.anderungen des Hochspannungsmeßkondensators infolge von Temperaturschwankungen dadurch vermieden werden, daß die Mittel zur Kompensation eine Einrichtung erhalten, die in Abhängigkeit vom Signa! der Auswerteeinnchiung eine Kühlung oder eine Erwärmung des Unterspannungskondensators zur Kompensation von Einflüssen von temperaturbedirigten Kapazitätsänderungen des Hochspannungsmeßkondensators auf das Teilerverhältnis des kapazitiven Spannungsteilers bewirkt.

Ist bei einer Anordnung gemäß der Erfindung mit von dem Hochspannungsmeßkondensator und einem Unterspannungskondensator gebildeten kapazitiven Spannungsteiler dem Unterspannungskondensator in an sich bekannter Weise (US-PS 3t> 84 948) ein Abgleichkondensator zugeordnet, dann ist die Auswerteeinrichtung vorteilhafterweise derart mit dem Abgleichkondensptor verbunden, daß sich in Abhängigkeit von dem Signal der Auswerfeinrichtung eine Änderung der Kapazität des Abgleichkondensator zur Kompensaiion des Einflusses von Kapazitätsänderungen des Hochspannungsmeßkondensators auf das Teilerverhältnis des kapazitiven Teilers ergibL

Insbesondere in der F =!^er- ,n deren lediglich eine Signahsicung eine" - ■- H.xnsparsri-ngsmessung störend bee^fLsv.·- . " A'-aerung der Kapazität des Hothspar.nungsmeLJkondersators erwünscht ist. wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Auswerfeinrichtung einen Oszillator enthält, dessen frequenzbestimmendes Glied der Hilfskondensator ist: die Abweichung de- Frequenz des Oi.ziliators von einer Nennfrequenz stellt dann ein Maß für die Änderung der Kapazität dar.

Als besonders vorteilhaft wird eine Ausbildung der Auswerteeinrichtung der erfindungsgemäßen Anordnung angesehen, bei der die Auswerteeinrichtung eine Brückenschaltung enthält, deren einer Brückenzweig von dem Hilfskondensator gebildet ist, während in den übrigen Brückenzweigen zusätzliche Kondensatoren angeordnet sind; an die eine Brückendiagonale ist eine Wechselspannung und an die andere Brückendiagonale ein Differenzverstärker angeschlossen, dessen Ausgangsgröße das Signal der Auswerteeinrichlung darstellt. Die Ausgangsgröße der Brückenschaltung kann sowohl zur Signalisierung einer Kapazitätsänderung als auch zur Kompensation der Kapazitätsänderung benutzt werden, indem die Ausgangsgröße auch an die Mittel zur Kompensation angeschlossen ist. «

Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung mit Signalisierung einer die Genauigkeit einer die Spannungsmessung beeinträchtigenden Kapazitätsänderung des Hochspannungsmeßkondensators dargestellt.

In der Figur ist in einem schematisch angedeuteten Gasraum 1 ein Hochspannungsmeßkondensator 2 untergebracht, der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Hochspannung führenden Leiter 3 und einer diesem Hochspannungsleiter 3 umgebenden zylindrischen Elektrode 4 besteht. Die zylindrische Elektrode 4 kann beispielsweise auf einem Gießharzkörper 5 aufgebracht sein, der an seinen abgerundeten Stirnseiten isoliert von der zylindrischen Elektrode 4 jeweils eine Schutzringelektrode 6 bzw. 7 aufweist; sowohl die zylindrische Elektrode 4 als auch die Schutzringelektroden 6 und 7 können von leitenden Belägen auf dem Isolierkörper 5 gebildet sein. An seinem äußeren Umfange kann der Isolierkörper 5 einen weiteren leitenden Belag tragen, der über eine Leitung 9 geerdet ist Der Isolierkörper 5 mit den genannten leitenden Belägen kann in einem Rohrstück einer vollisolierten, metallgekapselten Hochspannungsschaltanlage untergebracht sein, wobei dann der Gasraum 1 von dem Innenraum der Hochspannungsschaltanlage gebildet ist.

Die zylindrische Elektrode 4 ist über eine Leitung 10 mit einem Unterspannungskondensator 11 verbunden, der mit dem von dem Hochspannungsleiter 3 und der zylindrischen Elektrode 4 gebildeten Hochspannungsmeßkondensator 2 einen kapazitiven Spannungsteiler bildet An einer Ausgangsklemme 12 kann eine der Hochspannung proportionale Spannung vorzugsweise nach Verstärkung abgenommen werden.

In dem Gasraum 1 ist ein Hilfskondensator 13 dem aus Hochspannungsleiter 3 und zylindrischer Elektrode 4 gebildeten Hochspannungsmeßkondensator 2 benachbart angeordnet. Der Hilfskondensator 13 ist ähnlich dem Hochspannungsmeßkondensator 2 ausgebildet, indem er einen Innenleiter 14 als eine Elektrode und eine zylindrische Außenelektrode 15 als weitere

S Elektrode aufweist. Der Hilfskondensator 13 ist über jeweils eine Verbindungsleitung 16 bzw. 17 mit einer auf Niederspannungspotential angeordneten Brückenschaltung verbunden, die in weiteren Brückenzweigen weitere Kondensatoren 18, 19 und 20 aufweist. Der

ίο Hilfskondensator 13 und die weiteren Kondensatoren

18 bis 20 sind derart angeordnet, daß der Hilfskondensator 13 mit dem weiteren Kondensator 20 in einer Brückenhälfte und die weiteren Kondensatoren 18 und

19 in einer weiteren Brückenhälfte liegen. An eine von Schaltungspunkten 21 und 22 gebildete Brückendiagonale ist eine von einer Wechselspannungsquelle 23 abgegebene Wechselspannung angelegt; an einer von Schaltungspunkten 24 und 25 gebildeten weiteren Diagonale ist an Klemmen 26 und 27 eine Signalspannung Us abnehmbar. Diese Signalspannung kann beispielsweise zur Erzeugung eines optischen oder akustischen Signals benutzt werden, um einer Bedienungsperson einen Hinweis auf eine Änderung der Kapazität des Hochspannungsmeßkondensators 2 zu geben. Ergibt sich nämlich an den Ausgängen 26 und 27 der von der Brückenschaltung gebildeten Auswerteeinrichtung die Signalspannung Us, dann ist dies ein Anzeichen dafür, daß durch eine Kapazitätsänderung des Hilfskondensators 13 das Brückengleichgewicht gestört ist. Eine Kapazitätsänderung des Hilfskondensators 13 ist aber im dargestellten Ausführungsbeispiel nur aufgrund einer Änderung der Temperatur im Gasraum 1, einer Änderung des Gasdruckes in diesem Raum oder einer Änderung des Gasgemisches möglich. In allen

diesen Fällen erfährt der vom Hochspannungsleiter 3 und der zylindrischen Elektrode 4 gebildete Hochspannungsmeßkondensator 2 eine der Kapazitätsänderung des Hilfskondensators 13 entsprechende Änderung seiner Kapazität; an der Klemme 12 am Unterspannungskondensator 11 ergibt sich daher infolge des gestörten Teilerverhältnisses eine fehlerbehaftete Meßspannung. Die Messung kann dann auf ein durch die Signalspannung Us hervorgerufenes optisches oder akustisches Signal unterbrochen werden, oder es können Maßnahmen getroffen werden, um die Kapazitätsänderung des Hochspannungsmeßkondensators zu kompensieren.

Mit der Erfindung wird eine Anordnung mit einem Hochspannungsmeßkondensator vorgeschlagen, mit

der eine exakte Messung der Hochspannung auch bei beispielsweise durch Temperaturänderungen verursachten Änderungen der Kapazität des Hochspannungsmeßkondensators möglich ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

3684

Claims

24 13 Patentansprüche:

1. Anordnung mit einem Hochspannungsmeßkonderivator, insbesondere mit einem von einem Hochspannungsleiter einer vollisolierten, metallgekapsehen Hochspannungsschaltanlage und einer diesem zugeordneten flächenhaften Elektrode gebildeten Hochspannungsmeßkondensator, mit Mitteln zur Kompensation von durch äußere Einflüsse verursachten Kapazitätsänderungen des Hochspan- »o nungsmeßkondensators, dadurch gekennzeichnet . daß dem Hochspannungsmeßkondensator (2) ein denselben äußeren Einflüssen ausgesetzter Hilfskondensator (13) zugeordnet ist, daß der Hilfskondensator (13) Bestandteil einer Auswerte- ¹S einrichtung ist. die ein der durch äußere Einflüsse verursachten Kapazitätsänderung des Hilfskondensator (13) entsprechendes Signal erzeugt, und daß der Auswerteeinrichtung eine Meldeeinrichiung zur Signalisierung der Kapazitätsänderung und/oder die *» Mittel zur Kompensation der durch dieselben äußeren Einflüsse verursachten Kapa/itätsänderun· gen des HochspannungsineOkondensators (2) nachgeordnet sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ²S zeichnet, daß das Dielektrikum des Hochspannungsmeßkondensators (2) hinsichtlich seines Temperatur- und/oder Druckvcrhaitens mit dem des Hilfskondensator (13) übereinstimmt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskondensator im Hinblick auf die Ausgestaltung des Hochspannungsmeßkondensators derart ausgebildet ist, daß seine durch thermische Ausdehnungen hervorgerufenen Kapazitätsanderungen denen des Hochspannungsmeßkondensators proportional sind.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Kompensation aus einem mit einer Elektrode des Hochspannungskondensators verbundenen Antrieb bestehen, der unter dem Einfluß der Auswerteeinhchtung eine dem Signal dieser Einrichtung entsprechende Verschiebung der Elektrode zur Kompensation einer Kapazitätsänderung des Hochspannungsmeßkondensators bewirkt.

5. Anordnung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Kompensation ein thermisches System enthalten, das unter dem Einfluß der Auswerteeinrichtung dem Signal der Auswerteeinrichtung entsprechend eine Kühlung oder Erwärmung des Hochspannungsmeßkondensators zur Kompensation einer durch Temperaturschwankungen verursachten Kapazitätsänderung bewirkt.

b. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Hochspannungsmeßkondensator mit einem vom Gas gebildeten Dielektrikum, dadurch gekennzeichnet, diß an die Auswerteeinrichtung als Mittel zur Kompensation eine Druckregeleinrichtung angeschlossen ist. von der der Druck des Gases im *° Hochspannungsmeßkondensator zur Kompensation der Kapazitätsänderung entsprechend verändert wird.

7. Anordnung nach Anspruch I oder 2 mit einem an den Hochspannungsmeßkondensator (Oberspan nungskondensator) angeschlossenen weiteren Kondensator (Unterspannungskondensator) zur Bildung eines kapazitiven Spannungsteilers, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Kompensation aus einer Einrichtung bestehen, die unter dem Einfluß der Auswerteeinrichtung in Abhängigkeit vom Signal dieser Einrichtung eine Kühlung oder eine Erwärmung des Unterspannungskondensators zur Kompensation von Einflüssen von iemperaturbedingten Kapazitätsänder;;ngen des Hochspannungsmeßkondensators auf das Teilerverhältnis des kapazitiven Spannungsteilers bewirken.

8. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2 mit einem an den Hochspannungsmeßkondensator (Oberspannungskondensator) angeschlossenen weiteren Kondensator (Unterspannungskondensator) zur Bildung

. eines kapazitiven Spannungsteilers, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerfeinrichtung in einer derartigen Verbindung mit einem in an sich bekannter Weise dem Unterspannungskondensator zugeordneten Abgleichkondensator steht, daß sich in Abhängigkeit von dem Signal der Auswerteeinrichtung eine Änderung der Kapazität des Abgleichkondensators zur Kompensation von Einflüssen von Kapazitätsänderungen des Hochspannungsmeßkondensators auf das Teilerverhältnis de* kapazitiven Spannungsteilers ergibt.

9. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn/eichnet, daß die Auswerteeinrichtung einen Oszillator enthält, dessen frequenzbestimmendes Glied der Hilfskondensator ist. ν.· daß die Abweichung der Frequenz des Oszillators von einer Nennfrequenz ein Maß für die Änderung der Kapazität darstellt.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung eine Brückenschaltung enthält, deren einer Brückenzweig von dem Hilfskondensator (13) gebildet ist. während in den übrigen Brückenzweigen zusätzliche Kondensatoren (18,119, 20) angeordnet sind, und daß an die eine Brückendiagonale (21, 22) eine Wechselspannung und an die andere Brückendiagonale (24, 25) ein Differenzverstärker angeschlossen ist. dessen Ausgangsgröße das Signal der Auswerteeinrichtung darstellt.