DE2462252C3 - Arrangement with a high-voltage measuring capacitor - Google Patents

Arrangement with a high-voltage measuring capacitor

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DE2462252C3 DE19742462252 DE2462252A DE2462252C3 DE 2462252 C3 DE2462252 C3 DE 2462252C3 DE 19742462252 DE19742462252 DE 19742462252 DE 2462252 A DE2462252 A DE 2462252A DE 2462252 C3 DE2462252 C3 DE 2462252C3
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung mit einem von einem Hochspannungsleiter einer vollisolierten, metallgekapselten Hochspannungsschaltanlage und einer diesem zugeordneten flächenhaften Elektrode gebildeten Hochspannungsmeßkondensator als Oberspannungskondensator, an den zur Bildung eines kapazitiven Spannungsteilers ein weiterer Kondensator als Unterspannungskondensator mit einer nachgeordneten Verstärkereinrichtung angeschlossen ist.The invention relates to an arrangement with one of a high-voltage conductor of a fully insulated, metal-enclosed high-voltage switchgear and a flat electrode associated with this formed high-voltage measuring capacitor as a high-voltage capacitor to which to form a capacitive voltage divider another capacitor is connected as an undervoltage capacitor with a downstream amplifier device.

Wird mit einem Hochspannungsmeßkondensator 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 Wen aufweist. Da ein Hochspannungsmeßkondensator in der Regel zumindest TcmpcraUiriindcrungcn ausgesetzt ist und sein Dielektrikum eine Temperaturabhängigkeit zeigt, ergeben sich bei der Spannungsmessung mit einem Hochspannungsmeßkondensator meiIf a high-voltage measuring capacitor is used in an arrangement with a low-voltage capacitor to form a capacitive voltage divider Measurement of the high voltage carried out, then a voltage measurement can be made without significant errors Carry out only if the capacitance of the high-voltage measuring capacitor is at a constant value of the undervoltage capacitor has a constant value. Since a high-voltage measuring capacitor is usually at least TcmpcraUiriindcrungcn is exposed and its dielectric shows a temperature dependency, result from voltage measurement with a high-voltage measuring capacitor mei stens mehr oder weniger große Fehler.at least more or less major errors.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine genaue Spannungsmessung unbeeinflußt von Änderungen der Kapazität des Hochspannungsmeßkondensators durchzuführen, die durch äußere Einflüsse auf das Dielektrikum und die geometrischen Abmessungen, z. B. durch Änderungen von Temperatur und Druck, verursacht sein können. Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer AnordnungThe invention is based on the object of performing an accurate voltage measurement unaffected by changes in the capacitance of the high-voltage measuring capacitor, which are caused by external influences on the Dielectric and the geometric dimensions, e.g. B. caused by changes in temperature and pressure. To solve this problem is in an arrangement

to der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dem Hochspannungsmeßkondensator benachbart ein Hilfskondensator zugeordnet, und der Hilfskondensator ist Bestandteil einer Auswerteeinrichtung, die ein einer durch äußere Einflüsse verursachten Kapazitätsände-to the type described above according to the invention An auxiliary capacitor is assigned to the high-voltage measuring capacitor, and the auxiliary capacitor is Part of an evaluation device, which is a capacity change caused by external influences

is rung des Hilfskondensators entsprechendes Signal erzeugt und an die Auswerteeinrichtung ist eine Verstärkereinrichtung derart angeschlossen, daß sich in Abhängigkeit von dem Signal der Auswerteeinrichtung eine Erhöhung oder eine Erniedrigung des VerstärThe corresponding signal is generated by the auxiliary capacitor generated and an amplifier device is connected to the evaluation device in such a way that in Depending on the signal from the evaluation device, an increase or decrease in the gain kungsfaktors zur Kompensation von Einflüssen von Kapazitätsänderungen des Hochspannungsmeßkondensators auf die Ausgangsgröße der Verstärkereinrichtung ergibt. Die erfindungsgemäße Anordnung weist den Vorteilfactor to compensate for the effects of Changes in capacitance of the high-voltage measuring capacitor results in the output variable of the amplifier device. The arrangement according to the invention has the advantage auf, daß die Kapazitätsänderung des Hilfskondensators mittels der Auswerteeinrichtung ausgewertet und in Abhängigkeit von dem Signal der Auswerteeinrichtung eine Erhöhung oder Erniedrigung des Verstärkungsfaktors zur Kompensation von Einflüssen von Kapazitäts-on that the change in capacitance of the auxiliary capacitor evaluated by means of the evaluation device and as a function of the signal from the evaluation device an increase or decrease in the gain factor to compensate for the effects of capacitance änderungen des Hochspannungsmeßkondensators auf die Ausgangsgröße der Verstärkereinrichtung vorgenommen wird. Die Messung der Hochspannung kann dann ohne nennenswerten Fehler, beispielsweise auch bei Temperaturänderungen, weitergeführt werden. DieChanges in the high-voltage measuring capacitor are made on the output variable of the amplifier device. The measurement of the high voltage can can then be continued without significant errors, for example also in the event of temperature changes. the Genauigkeit einer Spannungsmessung mit der erfindungsgemäßen Anordnung ist daher beispielsweise auch durch Temperaturänderungen nicht beeinflußtAccuracy of a voltage measurement with the arrangement according to the invention is therefore for example also not influenced by temperature changes

Der Hilfskondensator braucht nicht in jedem Falle ein mit dem Dielektrikum des HochspannungsmeßkondenThe auxiliary capacitor does not always need to be connected to the dielectric of the high-voltage measuring capacitor sators übereinstimmendes Dielektrikum aufweisen; beispielsweise ist es möglich, das unterschiedliche Verhalten des Dielektrikums des Hilfskondensators infolge von beispielsweise Temperatur- und Druckänderungen durch eine entsprechend gestaltete Auswerte-sators have matching dielectric; for example, it is possible to use the different behavior of the dielectric of the auxiliary capacitor as a result of, for example, temperature and pressure changes through an appropriately designed evaluation einrichtung zu berücksichtigen, so daß auch bei unterschiedlichem Dielektrikum des Hilfskondensators und des Hochspannungsmeßkondensators ein Einfluß von Kapazitätsänderungen des Hochspannungsmeßkondensators auf das Meßergebnis der Hochspannungs-device to be taken into account, so that even with different dielectric of the auxiliary capacitor and the high-voltage measuring capacitor, an influence of changes in capacitance of the high-voltage measuring capacitor on the measurement result of the high-voltage messung ausgeschaltet istmeasurement is switched off

Da bei Kondensatoren mit. unterschiedlichem Verhalten des Dielektrikums ein verhältnismäßig großer Schaltungsaufwand in der Auswerteeinrichtung erforderlich ist, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn dasSince with capacitors with. different behavior of the dielectric a relatively large one Circuit complexity is required in the evaluation device, it is considered advantageous if the Dielektrikum des Hochspannungsmeßkondensators hinsichtlich seines Temperatur- und/oder Druckverhaltens mit dem des Hilfskondensators übereinstimmt. Der Einfachheit halber wird man bestrebt sein, einen Hilfskondensator mit demselben Dielektrikum zuThe dielectric of the high-voltage measuring capacitor matches that of the auxiliary capacitor in terms of its temperature and / or pressure behavior. Of the For the sake of simplicity, efforts will be made to add an auxiliary capacitor with the same dielectric

M) verwenden, wie es im Hochspannungsmeßkondensator vorhanden ist.M) as it is in the high-voltage measuring capacitor is available.

Als besonders vorteilhaft wird eine Ausbildung der Auswerteeinrichtung der erfindungsgemäßen Anordnung angesehen, bei der die Auswerteeinrichtung eineA design of the evaluation device of the arrangement according to the invention in which the evaluation device has a

ht Brückcnschaliung enthalt, deren einer Brückenzweig von dem Hilfskondensator gebildet ist, während in den übrigen Brückenzweigen zusätzliche Kondensatoren angeordnet sind; an die eine Brückendiagonale ist eineht contains bridge cladding, one of which is a bridge branch is formed by the auxiliary capacitor, while additional capacitors in the remaining bridge branches are arranged; on one diagonal of the bridge there is one

Wechselspannung und an die andere Brückendiagonale ein Differenzverstärker angeschlossen, dessen Ausgang mit der Verstärkereinrichtung verbunden istAC voltage and a differential amplifier connected to the other bridge diagonal, its output is connected to the amplifier device

Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur ein Allsführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung zur Kompensation des Einflusses von Kapazitätsänderungen des Hochspannungsmeßkondcnsalors auf das Ergebnis einer Spannungsmessung wiedergegeben.To explain the invention, the figure shows a general example of the arrangement according to the invention to compensate for the influence of changes in capacitance of the high-voltage measuring capacitor the result of a voltage measurement is reproduced.

In der Figur ist in einem schematisch angedeuteten Gasraum ϊ ein Hochspannungsmeßkondensator 2 untergebracht, der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Hochspannung !führenden Leiter 3 und einer diesen 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 ais 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 !eilenden 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 istIn the figure, a high-voltage measuring capacitor 2 is shown in a schematically indicated gas space ϊ housed, which in the illustrated embodiment consists of a high-voltage conductor 3 and a cylindrical electrode 4 surrounding this high voltage conductor 3. The cylindrical Electrode 4 can for example be applied to a cast resin body 5, which is rounded on its Front sides insulated from the cylindrical electrode 4 each have a guard ring electrode 6 or 7; Both the cylindrical electrode 4 and the guard ring electrodes 6 and 7 can be made of conductive Deposits may be formed on the insulating body 5. On its outer circumference, the insulating body 5 to carry another hurrying surface over a Line 9 is grounded. The insulating body 5 with the aforementioned conductive coatings can be in a pipe section be housed in a fully insulated metal-enclosed high-voltage switchgear, in which case the Gas space 1 is formed by the interior of the high-voltage switchgear

Die zylindrische Elektrode 4 ist über eine Leitung 10 3U mit einem Unterspannungskondensator 32 verbunden, der mit dem von dem Hochspannungsleiter 3 und der zylindrischen Elektrode 4 gebildeten Hochspannungsmeßkondensator 2 einen kapazitiven Spannungsteiler bildetThe cylindrical electrode 4 is connected via a line 10 3U to an undervoltage capacitor 32 which, together with the high-voltage measuring capacitor 2 formed by the high-voltage conductor 3 and the cylindrical electrode 4, forms a capacitive voltage divider

An den Unterspannungskondensator 32 ist ein von einem Operationsverstärker 33 gebildeter Vorverstärker angeschlossen, dem ein von einem weiteren Operationsverstärker gebildeter Leistungsverstärker 34 nachgeordnet ist An den Ausgang des Leistungsverstärkers 34 ist eine Primärwicklung 35 eines Ausgangswandlers 36 angeschlossen, an dessen Sekundärwicklung 37 eine Bürde 38 liegt.A preamplifier formed by an operational amplifier 33 is connected to the undervoltage capacitor 32 connected to which a power amplifier 34 formed by a further operational amplifier downstream is to the output of the power amplifier 34, a primary winding 35 of an output transducer 36 is connected to its secondary winding 37 a burden 38 lies.

Im Gasraum I ist dem Hochspannungsmeßkondensator 2 benachbart ein Hilfskondensator 39 mit einem dem Aufbau des Hochspannungsmeßkondensators 2 ähnlichen Aufbau angeordnet. Der Hilfskondensator 39 liegt in einer Brückenschaltung einer Auswerteeinrichtung 40 in Reihe mit einem weiteren Kondensator 41 in einer Brückenhälfte; in der anderen Brückenhälfte befinden x sich weitere Kondensatoren 42 iinil 43. An eine Diagonale 44. 45 der lirilikciisclialtu-ig isl lllicr cmc Verbindungsleitung 46 die Ausgangsspannung des Leistungsverstärkers 34 angeschlossen. An die weitere Brückendiagonale 47, 48 der Brückenschaltung ist ein als Differenzverstärker 49 geschalteter Operationsverstärker angeschlossen. Von dem Differenzverstärker 49 wird an seinem Ausgang 50 eine Ausgangsgröße abgegeben, die hinsichtlich ihres Wertes ein Maß für den Betrag der Kapazitätsänderung im Hilfskondensator 39 darstellt und bezüglich ihrer Phasenlage einen Anhalt über die Art der Änderung der Kapazität im Hilfskondensator 39 in positiver oder in negativer Richtung von einem angenommenen Ausgangswert aus gibt. Die Ausgangsgröße des Differenzverstärkers 49 wird über einen Widerstand 51 einem Eingang 52 des Leistungsverstärkers 34 zugeführt, mit dem auch der Ausgang des Vorverstärkers 33 verbunden ist Der andere Eingang 53 des Leistungsverstärkers 34 ist an Masse angeschlossen. Am Ausgang 54 des Leistungsverstärkers 34 ergibt sich demzufolge eine Ausgangsgröße, in der die Änderung der Kapazität des Hilfskondensator; 39 berücksichtigt ist.In the gas space I, adjacent to the high-voltage measuring capacitor 2, an auxiliary capacitor 39 with a structure similar to that of the high-voltage measuring capacitor 2 is arranged. The auxiliary capacitor 39 is located in a bridge circuit of an evaluation device 40 in series with a further capacitor 41 in one half of the bridge; located in the other bridge half is further capacitors x 42 iinil 43. At a diagonal 44 45-ig the lirilikciisclialtu isl lllicr cmc connecting line 46 connected to the output voltage of the power amplifier 34th An operational amplifier connected as a differential amplifier 49 is connected to the further bridge diagonal 47, 48 of the bridge circuit. The differential amplifier 49 emits an output variable at its output 50 which, with regard to its value, represents a measure of the amount of the change in capacitance in the auxiliary capacitor 39 and, with regard to its phase position, an indication of the type of change in the capacitance in the auxiliary capacitor 39 in the positive or negative direction from an assumed initial value. The output of the differential amplifier 49 is fed via a resistor 51 to an input 52 of the power amplifier 34, to which the output of the preamplifier 33 is also connected. The other input 53 of the power amplifier 34 is connected to ground. At the output 54 of the power amplifier 34 there is consequently an output variable in which the change in the capacitance of the auxiliary capacitor; 39 is taken into account.

Da die Änderung der Kapazität im Hilfskondensator 39 der Kapazitätsänderung im Hochspannungsmeßkondensator 2 bei Temperatur-, Druck- und/oder Gasgemischänderungen proportional ist, ist bei entsprechender Auslegung der dargestellten Anordnung am Ausgang 54 des Leistungsverstärkers 34 eine Meßgröße gewonnen, die unabhängig von Änderungen der Kapazität des Hochspannungsmeßkondensators 2 der Spannung am Hochspannungsmeßkondensator proportional ist An der Bürde 38 läßt sich also in jedem Falle eine Spannung abnehmen, die mit der Hochspannung über ein konstantes Übersetzungsverhältnis verknüpft istSince the change in capacitance in the auxiliary capacitor 39 is the change in capacitance in the high-voltage measuring capacitor 2 is proportional to changes in temperature, pressure and / or gas mixture, is proportional to changes in temperature, pressure and / or gas mixture Design of the arrangement shown at the output 54 of the power amplifier 34 is a measured variable obtained, regardless of changes in the capacitance of the high voltage measuring capacitor 2 of the The voltage at the high-voltage measuring capacitor is proportional decrease a voltage that is linked to the high voltage via a constant transmission ratio is

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel läßt sich gegebenenfalls (angedeutet durch eine strichlierte Leitung 55) ein Relais 56 an den Ausgang 50 des Differenzverstärkers 49 anschließen, mit dessen Kontakt 57 eine Signallampe 58 an eine Batterie 59 anschließbar ist Ein Aufleuchten der Signallampe 58 signalisiert dann eine Änderung der Kapazität des Hochspaniuingsmcßkondcnsators.In the illustrated embodiment (indicated by a dashed line Line 55) connect a relay 56 to the output 50 of the differential amplifier 49, with its contact 57 a signal lamp 58 can be connected to a battery 59. The signal lamp 58 lights up then signals a change in the capacitance of the high voltage capacitor.

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.With the invention, an arrangement with a High-voltage measuring capacitor proposed with which an exact measurement of the high voltage is also possible for example, changes in the capacitance of the high-voltage measuring capacitor caused by temperature changes is possible.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Anordnung mit einem von einem Hochspannungsleiter einer vollisolierten, metallgekapselten Hochspannungsschaltanlage und einer diesem zugeordneten flächenhaften Elektrode gebildeten Hochspannungsmeßkondensator als Oberspannungskondensator, an den zur Bildung eines kapazitiven Spannungsteilers ein weiterer Kondensator als Unterspannungskondensator mit einer nachgeordneten Verstärkereinrichtung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Hochspannungsmeßkondensator (2) benachbart ein Hilfskondensator (39) zugeordnet ist, daß der Hilfskondensator (39) Bestandteil einer Auswerteeinrichtung (40) ist, die ein einer durch äußere Einflüsse verursachten Kapazitätsänderung des Hil'skondcnsators (39) entsprechendes Signal erzeugt, und daß die Verstärkereinrichtung (33) an die Auswerteeinrichtung (40) derart angeschlossen ist, daß sich in Abhängigkeit von dem Signal der Auswerfeinrichtung (40) eine Erhöhung oder eine Erniedrigung des Verstärkungsfaktors zur Kompensation von Einflüssen von Kapazitätsänderungen des Hochspannungsmeßkondensators auf die Ausgangsgröße der Verstärkereinrichtung (33,34) ergibt.1. Arrangement with a fully insulated, metal-encapsulated from a high-voltage conductor High-voltage switchgear and a flat electrode assigned to it High-voltage measuring capacitor as a high-voltage capacitor to which to form a capacitive voltage divider another capacitor as an undervoltage capacitor with a downstream amplifier device is connected, characterized in that the Hochspannungsmeßkondensator (2) adjacent an auxiliary capacitor (39) is assigned that the Auxiliary capacitor (39) is part of an evaluation device (40), which is an external Influences caused a change in capacitance of the Hil'skondcnsators (39) generates a corresponding signal, and that the amplifier device (33) to the Evaluation device (40) is connected in such a way that depending on the signal of the Ejection device (40) an increase or a decrease in the gain factor to compensate for influences of changes in capacitance of the Hochspannungsmeßkondensators on the output of the amplifier device (33,34) results. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum des Hochspannungsmeßkondensators (2) hinsichtlich seines Temperatur- und/oder Druckverhaltens mit dem des Hilfskondensators (39) übereinstimmt2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the dielectric of the high-voltage measuring capacitor (2) in terms of its temperature and / or pressure behavior with that of the Auxiliary capacitor (39) matches 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung eine Brückenschaltung enthält deren einer Brückenzweig von dem Hilfskondensator (39) gebildet ist während in den übrigen Brückenzweigen zusätzliche Kondensatoren (41,42,43) angeordnet sind, und daß an die eine Brückendiagonale (44, 48) eine Wechselspannung und an die andere Brückcndiagonalc (47,48) ein Differenzverstärker (49) angeschlossen ist, dessen Ausgang mit der Verstärkereinrichtung (33) verbunden ist.3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the evaluation device has a Bridge circuit contains one branch of which is formed by the auxiliary capacitor (39) while additional capacitors (41,42,43) are arranged in the remaining bridge branches, and that an alternating voltage is connected to one bridge diagonal (44, 48) and a differential amplifier (49), the output of which is connected to the amplifier device (33), is connected to the other bridge diagonal (47, 48).
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