DE2439080A1

DE2439080A1 - Spannungs-messeinrichtung fuer eine vollisolierte, metallgekapselte hochspannungsschaltanlage

Info

Publication number: DE2439080A1
Application number: DE2439080A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Kleen
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-08-12
Filing date: 1974-08-12
Publication date: 1976-02-26
Also published as: JPS5142569A

Description

Spannungs-Meßeinrichtung für eine vollisolierte, metallgekapselte Hochspannungsschaltanlage Die Erfindung bezieht sich auf eine Spannungs-Meßeinrichtung mit einem kapazitiven Spannungsteiler und einem Verstärker für eine vollisolierte, metallgekapselte Hochspannungsschaltanlage, an deren Metallkapsel ein Ansatz zur AuSnahme des kapazitiven Spannungsteilers angebracht ist.
Bei einer bekannten Spannungs-Meßeinrichtung ("Smit-Mededelingen" 24 (1969) 4, Seiten 223 bis 232) wird die Spannungsmessung mittels eines kapazitiven Spannungsteilers und einer an diesen Spannungsteiler angeschlossenen Verstärkerschaltung vorgenommen. Der Oberspannungskondensator des Spannungsteilers ist in einem mit der Metallkapsel der Schaltanlage verbundenen Kessel untergebracht und besteht aus einer Hochspannungselektrode, die von einem an den Hochspannungsleiter der Schaltanlage angeschlossenen elektrischen Leiter gebildet ist, während die zweite Elektrode (Meßelektrode) des Oberspannungskondensators aus einem Metallzylinder besteht, der den an den Hochspannungsleiter angeschlossenen elektrischen Leiter konzentrisch umgibt. Der Unterspannungskondensator ist außerhalb des Kessels als selbständiges Bauteil angeordnet. Eine über ein Koaxialkabel an die Meßelektrode angeschlossene Verstärkerschaltung liefert ein Signal, das die Sekundärgröße der bekannten Spannungs-Neßeinrichtung darstellt.
Nachteilig ist diese bekannte Meßeinrichtung vor allem deshalb, als durch die räumliche Trennung von Ober- und Unterspannungskondensator beide unterschiedlichen Temperaturschwankungen ausgesetzt sein können, was infolge Temperaturabhängigkeit der Dielektrika zu einer unerwünschten Änderung des Teilerverhältnisses führen kann.
Bei einer anderen bekannten Spannungs-Meßeinrichtung für vollisolierte, metallgekapselte Hochspannungsschaltanlagen (DT-OS 2 215 928) umschließt die Meßelektrode des Oberspannungskondensators des kapazitiven Spannungsteilers die Hochspannungselektrode zur Erzielung einer großen Kapazität vollständig oder nahezu vollständig; der Unterspannungskondensator des kapazitiven Spannungsteilers ist unter Bildung einer konstruktiven Einheit mit dem Oberspannungskondensator im Ansatz untergebracht, und von der Meßelektrode und einer sie vollständig oder nahezu vollständig umgebenden Niederspannungselektrode gebildet.
Der Vorteil dieser bekannten Spannungs-Meßeinrichtung besteht unter anderem darin, daß infolge der engen räumlichen Zuordnung von Ober- und Unterspannungskondensa.tor des kapazitiven Spannungsteilers bei Temperaturänderungen beide Kondensatoren mit den gleichen Temperaturänderungen beaufschlagt werden, wodurch das Dielektrikum beider Kondensatoren etwa gleiche Änderungen der Dielektrizitätskonstante infolge Gemperaturänderungen erfährt; das Teilerverhältnis wird dadurch nicht verändert und die Meßgenauigkeit durch Temperaturschwankung nicht beeinflußt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen in einem Ansatz einer vollisolierten, metallgekapselten Hochspannungsschaltanlage unterbringbaren kapazitiven Spannungsteiler zu schaffen, der sich mit vergleichsweise geringem Aufwand herstellen läßt.
Zur Lösung dieser Aufgabe besteht bei einer Spannungs-Meßeinrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß der kapazitive Spannungsteiler aus einer Reihenschaltung mehrerer Plattenkondensatoren, die alle in dem Ansatz untergebracht sind; das eine Ende der Reihenschaltung ist mit dem Innenleiter der Hochspannungsschaltanlage verbunden, und das andere Ende ist geerdet, während ein zwischen zwei Plattenkondensatoren angeschlossener Spannungsabgriff mit dem Eingang des Verstärkers verbunden ist.
Der Vprteil der erfindungsgemäßen Spannungs-Meßeinrichtung besteht vor allem darin, daß herkömmliche und handelsübliche Plattenkondensatoren beispielsweise in Form von Scheiben-Kondensatoren verwendet werden, die den Vorteil bieten, daß ihre Anordnung in dem Ansatz insofern keine Probleme aufwirft, als Zentrierungen, wie sie bei den genannten bekannten Spannungs-Meßeinrichtungen erforderlich sind, nicht vorgenommen zu werden brauchen. Die erzielbaren Kapazitäten lassen sich weitgehend durch Verwendung von geeigneten Dielektrika für die Plattenkondensatoren bestimmen, wobei durch die bevorzugte Verwendung von Kondensatoren mit keramischem Dielektrikum sich der Vorteil einer hohen Durchschlagsfestigkeit bei kleinem Verlustfaktor ergibt; der Temperaturkoeffizient ist klein, so daß kaum Änderungen des Teileverhältnisses bei Temperaturunterschieden zwischen Ober-und Unterspannungskondensator zu erwarten sind, zumal die Temperaturunterschiede infolge olge der engen räumlichen Anordnung beider Kondensatoren des kapazitiven Spannungsteilers gering sind. Ein weiterer Vorteil der bei der erfindungsgemäßen Spannungs-Meßeinrichtung möglichen Verwendung keramischer Dielektrika wird darin gesehen, daß der Spannungsteiler in einem gewissen Frequenzbereich von Brequenzänderungen unabhängig ist.
Bei der erfindungsgemäßen Spannungs-Meßeinrichtung können die Plattenkondensatoren zur Bildung einer Reihenschaltung in unterschiedlicher Weise miteinander verbunden werden. Als vorteilhaft erscheint es jedoch, wenn die Plattenkondensatoren mittels metallener Verbindungsglieder miteinander verbunden sind, die an die Beläge der Plattenkondensatoren angelötet sind. Auf diese Weise ergibt sich nicht nur eine elektrische Reihenschaltung der zur Bildung des kapazitiven Spannungsteilers erforderlichen Plattenkondensatoren, sondern es entsteht auch ein mechanisch stabiles Gebilde, das sich in vorteilhaft einfacher Weise im Ansatz halten läßt.
Als besonders vorteilhaft wird es erachtet, wenn die metallenen Verbindungsglieder Rohre sind, die an den Enden Plansche tragen. Die Rohre vermeiden einerseits Konzentrationen des elektrischen Feldes und bedingen andererseits in vorteilhafter Weise eine besonders hohe mechanische Festigkeit der Kondensator-Anordnung.
Die Reihenschaltung der Kondensatoren ist in vorteilhafter Weise mittels eines metallenen Rohrstückes mit dem Innenleiter der Hochspannungsschaltanlage verbunden, wobei durch die Anbringung des Rohrstückes an dem Innenleiter die gesamte Anordnung der Plattenkondensatoren mechanisch gehalten ist.
Ist der Ansatz der Metallkapsel der Hochspannungsschalta.nlage von einer Haube aus Metall nach außen begrenzt, dann kann durch ein weiteres Rohr das niederspannungsseitige Ende des kapazitiven Spannungsteilers mit der geerdeten Haube verbunden werden, so daß dann der kapazitive Spannungsteiler aus den einzelnen Plattenkondensatoren einerseits an dem Innenleiter und andererseits an der Ha.ube befestigt ist.
Ist der kapazitive Spannungsteiler aus den Plattenkondensatoren in einem Gießharzkörper eingebettet, was ebenfalls als vorteilhaft angesehen wird, dann erscheint es ausreichend, wenn der kapazitive Spannungsteiler mit seinem niederpannungsseitigen Ende über eine Drahtverbindung mit einem auf dem Gießharzkörper befindlichen geerdeten, leitenden Belag verbunden ist. Der Gießharzkörper.mit dem eingebetteten kapazitiven Spannungsteiler ist dann ebenso wie im Falle der Verwendung einer Haube mit der metallgekapselten Hochspannungsschalta.nlage nach außen gasdicht verbunden.
Der Spannungsa.bgriff des kapazitiven Spannungsteilers ist vorteilhafterweise von einem metallenen Rohrteil gebildet, das mit dem metallenen Verbindungsglied zwischen den entsprechenden Plattenkondensatoren galvanisch verbunden ist.
Die Verwendung eines metallenen Rohrteiles gegenüber einer einfachen Leistung hat den Vorteil, daß Feldkonzentrationen mit der Gefahr eines Durchschlages weitgehend vermieden sind.
Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Spannungs-Neßeinrichtung gezeigt.
Die Spannungs-Meßeinrichtung ist in einem Ansatz 1 einer Metallkapsel 2 einer ansonsten nicht dargestellten Hochspannungsschaltanlage untergebracht. Der Ansatz 1 weist einen Gießharzkörper 3 auf, der an seinem in der Figur unteren Ende einen Flansch 4 zur Befestigung an einem entsprechenden Flansch 5 der Metallkapsel 2 trägt.
In dem Gießharzkörper 3 ist ein kapazitiver Spannungsteiler 6 eingebettet, der aus mehreren Plattenkondensatoren 7, 8, 9, 10 und 11 besteht. Die Plattenkondensatoren 7 bis 11 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel nach Art von Scheibenkondensatoren ausgebildet, indem sie jeweils einen Keramikkörper 12, z.B. aus Steatit, aufweisen, der auf seinen beiden Seiten jeweils einen leitenden Belag 13 und 14 als Elektroden trägt. Die einzelnen Plattenkondensatoren 7 bis 11 sind untereinander mittels als Rohre 15 ausgebildeter metallener Verbindungsglieder verbunden. Um eine ausreichend feste Verbindung zu erhalten, tragen die Rohre 15 an ihren Enden jeweils Flansche 16 und 17; im Bereich der Flansche 16 und 17 sind die Rohre 15 jeweils mit den Belägen 13 und 14 der Plattenkondensatoren 7 bis 11 verlötet.
Mit dem an Hochspannung liegenden Belag 18 des Plattenkondensators 7 ist ein Rohrstück 19 an seinem Flansch 20 verlötet; das Relaisstück 19 ist mit seinem in der Figur nicht dargestellten Ende mit dem ebenfalls nicht gezeigten Innenleiter der Hochspannungsschaltanlage verbunden. Damit ist der kapazitive Spannungsteiler nicht nur galvanisch mit dem Innenleiter verbunden, sondern auch mechanisch an der Hochspannungsschaltanlage bzw. dessen Innenleiter befestigt.
Das niederspannungsseitige andere Ende der Reihenschaltung der Plattenkondensatoren 7 bis 11 ist mittels einer an einen Belag 21 des Plattenkondensators 11 angeschlossenen Leitung 22 mit einem leitenden Belag 25 verbunden, der auf dem Gießharzkörper 3 aufgebracht ist; der leitende Belag 23 ist einerseits über eine leitung 24 geerdet und andererseits über eine galvanische Verbindung im Bereich der Flansche 4 und 5 mit der geerdeten Metallkapsel 2 galvanisch verbunden.
An dem Rohr 15 zwischen dem Plattenkondensator 10 und dem Plattenkondensator 11 ist ein Rohrteil 25 befestigt, das den Spannungsabgriff des kapazitiven Spannungsteilers darstellt. Das Rohrteil 25 ist isoliert durch den leitenden Belag 23 nach außen gefuhrt und mit einem Eingang 26 eines Verstärkers 27 verbunden. Der andere Eingang 28 des Verstärkers ist geerdet. Am Ausgang des Verstärkers ist eine Bürde 29 angeschlossen, an der eine Spannung abfällt, die der Spannung zwischen dem nicht dargestellten Innenleiter der Hochspannungsschaltanlage und der Metallkapsel 2 entspricht.
Mlt der Erfindung wird eine Spannungs-Meßeinrichtung für vollisolierte, metallgekapselte Hochspannungsschaltanlagen vorgeschlagen, deren kapazitiver Spannungsteiler sich mit verhältnismäßig geringem wirtschaftlichen Aufwand infolge Verwendung herkömmlicher Plattenkondensatoren herstellen läßt, wobei durch Auswahl geeigneter Plattenkondensatoren die Meßgenauigkeit der erfindungsgemäßen Spannungs-Meßeinrichtung auch bei Temperatur- und Frequenzänderungen erhalten bleibt.
1 Figur 8 Patentansprüche

Claims

Patentansprüche r Spannungs-Meßeinrichtung mit einem kapazitiven Spannungsteiler und einem Verstärker für eine vollisolierte, metallgekapselte Hochspannungsschaltanlage, an deren Metallkapsel ein Ansatz zur Aufnahme des kapazitiven Spannungsteilers angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß der kapazitive Spannungsteiler (6) aus einer Reihenschaltung mehrerer Plattenkondensatoren (7 bis 11) besteht, die alle in dem Ansatz (1) untergebracht sind, daß das eine Ende der Reihenschaltung mit dem Innenleiter der Hochspannungsschaltanlage verbunden ist und das andere Ende geerdet ist und daß ein zwischen zwei Plattenkondensatoren (10, 11) angeschlossener Spannungsabgriff mit dem Eingang des Verstärkers (27) verbunden ist.
2. Spannungs-Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattenkondensatoren (7 bis 11) ein keramisches Dielektrikum aufweisen.
3. Spannungs-Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattenkondensatoren (7 bis 11) mittels metallener Verbindungsglieder (15) miteinander verbunden sind, die an die Beläge (13, 14) der Plattenkondensatoren (7 bis 11) angelötet sind.
4. Spannungs-Meßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die metallenen Verbindungsglieder Rohre (15) sind, die an den Enden Flansche (16, 17) tragen.
5. Spannungs-Meßeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende der Reihenschaltung der Plattenkondensatoren (7 bis 11) mittels eines metallenen Rohrstückes (19) mit dem Innenleiter der Hochspannungsschaltanlage verbunden ist.
6. Spannungs-Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsabgriff von einem metallenen Rohrteil (25) gebildet ist, das mit dem metallenen Verbindungsglied (15) zwischen den entsprechenden Plattenkondensatoren (10, 11) galvanisch verbunden ist.
7. Spannungs-Meßeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattenkondensatoren in einer metallenen Haube untergebracht sind, die mit ihrer offenen Seite an der Netallkapsel der Hochspannungsscha.ltanla.ge befestigt ist.
8. Spannungs-Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattenkondensatoren (7 bis 11) in einem Gießharzkörper (3) eingebettet sind, der außen mit einem mit der Metallkapsel (2) der Hochspannungsschaltanlage galvanisch verbindbaren leitenden Belag (23) versehen ist.