DE2816647A1 - Vorrichtung zum messen der spannung eines wechselstromfuehrenden innenleiters einer gekapselten hochspannungsschaltanlage - Google Patents

Vorrichtung zum messen der spannung eines wechselstromfuehrenden innenleiters einer gekapselten hochspannungsschaltanlage

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Description

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"4" ;.o16647
Vorrichtung zum Messen der Spannung eines wechselstromführenden Innenleiters einer gekapselten Hochspannungsschaltanlage
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus Smit-Mededelingen No. 4 - 1969 der Smit Nijmegen Electrotechnisehe Fabriken N.V. "The ESPOM a capacitor - coupled electronic voltage transformer" von M. Groenenboom und H.A.J.M. Spoorenberg bekannt. Hierbei wirken der Oberspannungs- und der Unterspannungskondensator als Spannungsteiler, wobei die zu messende Spannung vom Verbindungspunkt beider Kondensatoren über ein Messkabel dem Eingang eines Verstärkers zugeführt wird. Die Güte der Spannungsmessung hängt entscheidend von der Konstarz des Verhältnisses der beiden Kapazitäten der Kondensatoren zueinander ab. Der durch den Oberspannungskondensator abgegebene Strom wird nun in dem als Rückkopplungselement des Verstärkers geschalteten Unterspannungskondensator derart kompensiert, dass die Verstärkereingangsspannung im wesentlichen verschwindet. Durch diese Massnahme wird eine von Streu-Isolations- und Kabelkapazitäten weitgehend unabhängige Spannungsmessung ermöglicht.
Das Verhältnis der Kondensatorkapazitäten hängt bei dieser bekannten Vorrichtung jedoch noch vom Druck und der Temperatur des Isoliermittels ab3 wodurch gegebenenfalls beträchtliche Abweichungen des Messwertes vom wahren Wert auftreten.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Spannungsmessung unabhängig von Druck und Temperatur des verwendeten Isoliermittels stets mit der gleichen Genauigkeit durchgeführt werden kann und welche darüber hinaus im Bedarfsfall unabhängig von einem zusätzlichen Versorgungsnetz betrieben werden kann.
Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Massnahmen gelöst. Da beide Kondensatoren nun im gleichen Isoliernrifcfcel angeordnet sind, wird das Verhältnis ihrer Kapazitäten zueinander unabhängig von Druck und Temperatur des Isoliermittels, so dass eine besonders hohe Messgenauigkeit der Spannung des stromführenden Innenleiters gegeben ist.
Durch die Massnahmen gemäss dem Kennzeichen von Anspruch 2 wird eine einfache und zuverlässige Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung bestimmt.
Eine weitere Vereinfachung und daher Verbilligung der erfindungsgemässen Vorrichtung wird durch die im Kennzeichen von Anspruch 3 festgelegten Massnahmen erreicht.
Eine im Hinblick auf die Messgenauigkeit erwünschte grosse Kapazität des Unterspannungskondensators bei gleichzeitig geringem Raumbedarf zeichnet die Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung gemäss den Massnahmen des Kennzeichens von Anspruch 4 aus.
In der Praxis besonders bewährt haben sich Ausführungsformeη der erfindungsgemässen Vorrichtung gemäss den Massnahmen der Kennzeichen der Ansprüche 5 und 6.
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Ein besonderer Vorteil der Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung gemäss dem Kennzeichen von Anspruch J besteht darin, dass Ober- und Unterspannungskondensator ohne enge Bearbeitungstoleranzen hergestellt werden kö.nnen,da das Verhältnis der Kapazitäten von Ober- und Unterspannungskondensator einen fast beliebigen festen Wert annehmen kann. Nach Ermittlung dieses Werts durch Eichmessungen wird das Uebertragungsverhältnis des den Unterspannungskondensator speisenden, annähernd stufenlos regelbaren Transformator lediglieh entsprechend eingestellt. Betriebsspannung und Kapazität des Unterspannungskondensators können daher bei dessen konstruktiver Gestaltung in Hinblick auf Pertigungs- und Isolationsaufwand optimal gegeneinander ausgewogen werden.
Wird die erfindungsgemässe Vorrichtung gemäss den Massnahmen nach den Kennzeichen der Ansprüche 8 und 9 ausgestaltet, so lässt sie sich sogar unabhängig von einem zusätzlichen Versorgungsnetz betreiben.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung vereinfacht wiedergegeben.
Die Figur zeigt eine Aufsicht auf einen senkrecht zur Mittelachse des stromführenden Innenleiters einer gekapselten Hochspannungsschaltanlage geführten Schnitt durch eine erfindungsgemässe Vorrichtung, wobei der Verstärker und dessen Energieversorgung lediglich als Schaltschema dargestellt sind.
In der Figur bezeichnet 1 einen wechselstromführenden, in einer mit einem gasförmigen Isoliermittel, etwa SFg, gefüllten Metallkapselung 2 einer Hochspannungsschaltanlage angeordneten Innenleiter. Dieser Innenleiter stellt die Hochspannungselektrode, die Metallplatte 3 - gegebenenfalls zusammen mit einem den Innenleiter teilweise umgebenden Zylindersegment 3a - die Messelektrode eines Oberspannungskondensators C1
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dar. Die Messelektrode 3 ist gleichzeitig eine der beiden Elektroden 3, 4 eines Unterspannungskondensators Cp. Diese beiden Elektroden sind vorzugsweise derart gestaltet, dass sie um eine auf der Mittelachse des Innenleiters senkrecht stehende Drehachse rotationssymmetrisch sind. Beide Elektroden bestehen nach einer bevorzugten Ausführungsform aus zwei stirnseitig einander gegenüberstehenden Platten von verschiedenen Durchmessern. Diese Platten weisen in den einander gegenüberstehenden Stirnflächen derart bemessene, geschlossene ringförmige Ausnehmungen 5 auf, dass die Platte mit dem kleineren Durchmesser berührungslos in die Platte mit dem grösseren Durchmesser hineingeschoben werden kann. Beide Platten 33 4 werden durch zwei getrennte Isolierkörper 6 bzw. 6a gehalten, die ihrerseits auf geerdeten Kapselungsteilen 9 ruhen. In der als Messelektrode wirkenden Platte 3 mit dem grösseren Durchmesser befindet sich eine Oeffnung 7, durch welche Isoliermittel in den zwischen beiden Platten 3, ^ verbleibenden Raum 5 ein- und austreten kann. Beide Batten sind in einer Rohrverzweigung 8 der Metallkapselung 2 angeordnet. Der auf einer Metallplatte 9 der Metallkapselung angebrachte Isolierkörper 6a verschliesst die Rohrverzweigung nach aussen als Blindflansch. Die grössere der beiden Elektroden des Kondensators C?ist über eine Durchführung 10 und ein abgeschirmtes Messkabel 11 mit dem Eingang eines Vorverstärkers V verbunden, die kleinere der beiden Elektroden dieses Kondensators hingegen über eine Durchführung 12 und ein abgeschirmtes Kabel 13 mit der Sekundärseite eines dem Vorverstärker V und einem erdfreien Transformator Tr, nachgeschalteten, annähernd stufenlos regelbaren Transformators Tr2.
Diese Vorrichtung ist ein aktiver kapazitiver Spannungsteiler. Der vom Oberspannungskondensator C1 abgegebene Strom wird durch den mit dem Verstärker rückgekoppelten Unterspannungskondensator Cp derart kompensiert, dass die Ver-
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Stärkereingangsspannung im wesentlichen Null ist. Nach Verstärkung im Vorverstärker V liegt dann an der Sekundärx^icklung des erdungsfreien Transformators Tr, die Messspannung LT 2, welche annähernd dem C,/(^-fachen der zu messenden Hochc spannung U, , wobei C bzw. C„ die Kapazität des Kondensators C, bzw. C2 bedeutet, ist. Die Streu- oder Messkabelkapazitäten können das Messergebnis nicht beeinflussen, da sie durch die Gegenkopplung spannungslos gehalten werden. Durch die Trennung des Isolierkörpers in den ring- und den scheibenförmigen Teil 6 und 6a werden darüber hinaus jegliche Streufelder von Elektrode zu Elektrode eliminiert. Beide Messkapazitäten bestehen somit nahezu ausschliesslich aus Gasstrecken. Eine das Messergebnis verfälschende Aenderung des Uebersetzungsverhältnis C2/C1 der erfindungsgemässen Vorrichtung durch Druck- und Temperatureinwirkung auf das die Grosse der Kapazitäten mitbestimmende gasförmige Isoliermittel ist ausgeschlossen, da die Kapazitäten durch die Dimensionierung von Gasstrecken festgelegt sind, die geometrischen Abmessungen der Gasstrecken bei Temperatur- und Druckänderungen des Isoliermittels praktisch erhalten bleiben und die Aenderung der Dielektrizitätskonstante des Isoliermittels in beiden Kondensatoren jeweils um den gleichen Betrag erfolgt.
Eine Verkleinerung des Uebersetzungsverhältnisses C^/Gj und damit die Ermöglichung einer mechanisch einfachen Gestaltung von Cp ohne enge Bearbeitungstoleranzen wird dadurch erreicht, dass der dem erdfreien Transformator Tr, nachgeschaltete Transformator Tr„ den Kondensator C„ mit einer gegenüber der Messspannung U„ mehrfach, beispielsweise 10-fach, übersetzten Spannung speist. Besonders vorteilhaft ist es, das Uebersetzungsverhältnis des Transformators Tr2 annähernd stufenlos regelbar zu gestalten, da dann lediglich
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der Wert des fast beliebig wählbaren Uebersetzungsverhältnisses festzulegen und der Transformator Tr so einzuregeln ist, dass die Ausgangsspannung U- dem festgelegten Wandlerübersetzungsverhältnis entspricht.
Die Energieversorgung des den Vorverstärker V und die beiden Transformatoren Tr, und Tr2 enthaltenden Verstärkers erfolgt über einen weiteren in der Metallkapselung 2 angeordneten Hochspannungskondensator Cv, dessen eine Elektrode an den Innenleiter gekoppelt ist, und einen ebenfalls in der Kapselung angeordneten Transformator Tr, mit einem Uebersetzungsverhältnis grosser 1, dessen Primärwicklung mit der anderen Elektrode des Hochspannungskondensators C^ verbunden ist, sowie eine ausserhalb der Kapselung 2 befindliche Gleichrichterschaltung, welche über eine Durchführung 14 mit der Sekundärwicklung des Transformators Tr, in Verbindung steht. Dieser Transformator ist durch ein parallel zur Primärwicklung geschaltetes spannuhgsbegrenzendes Element, etwa eine Zenerdiode, eine Glimmlampe oder einen Varistor, vor Ueberspannungen geschützt. Die Gleichrichterschaltung weist zwei Dioden D, und Dp auf, welche in einer Zweiwegschaltung angeordnet sind und eine gerichtete Aufladung der Elektrolytkondensatoren CL, und Cn, ermöglichen.
E1 E2
Es hat sich als zweckmässig erwiesen, den Hochspannungsteil der Energieversorgung des Verstärkers in einer Kammer und den ünterspannungskondensator C2 in der gegenüberliegenden Kammer eines als Kreuzstück ausgebildeten Teils der Metallkapselung 2 der Hochspannungsschaltanlage unterzubringen. Falls erforderlich, kann die' Energieversorgung auch in einer weiteren Rohrverzweigung der Metallkapselung 2 angeordnet werden, so dass in den beiden Kammern des Kreuzstückes durch Einbau zweier Kondensatoren C zwei Messstellen untergebracht werden können.
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Um in einer 220 kV-Anlage Messspannungen von ca. 100 V bei 20-30 VA zu erhalten, sind etwa folgende Werte für die erfindungsgemässe Vorrichtung typisch:
Übersetzungsverhältnis der Kapazitäten Q, Uebersetzungsverhältnis des Transformators Tr „ : 1:10 Kapazität des Kondensators C„ : 0,2-2nF
Uebersezungsverhaltnis des Transformators Tr,: 100:1.... 1000:1
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Claims (9)

2316647 38/78 BBC Aktiengesellschaft 7.3.1978 Brown, Boveri & Cie. Ka/Fs Baden/Schweiz Patentansprüche
1.j Vorrichtung zum Messen der Spannung eines wechselstrom- ^ führenden Innenleiters einer Hochspannungsschaltanlage mit einer geerdeten und mit einem Isoliermittel gefüllten Metallkapselung, in der ein OberSpannungskondensator mit dem Innenleiter als Hochspannungselektrode und mit einer auf einem Isolierkörper angebrachten Messelektrode vorgesehen ist, mit einem mit dem Oberspannungskondensator verbundenen Unterspannungskondensator und mit einem über den Unterspannungskondensator rückgekoppelten, eingangsseitig mit der Messelektrode(3)verbundenen Verstärker sowie mit Mitteln zum Speisen des Verstärkers, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterspannungskondensator (Cp) in der mit Isoliermittel gefüllten Metallkapselung (2) angeordnet ist. ,
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste der beiden Elektroden (334) des Unterspannungskondensators (Cp) Messelektrode (3) des Oberspannungskondensators (C,) ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elektroden (3,4) des Unterspannungskondensators (Cp) um eine auf der Mittelachse (M) des Innenleiters (1) senkrecht stehende Drehachse (R) rotationssymmetrisch sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterspannungskondensator (Cp) zwei einander stirnseitig gegenüberstehende Platten (3,4) von verschiedenen Durchmessern als Elektroden aufweist, und dass in den einander
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gegenüberstehenden Stirnflächen dieser Platten (3,4)
ringförmige Ausnehmungen (5) derart vorgesehen sind,
dass die Platte (4) mit dem kleineren Durchmesser berührungslos in die Platte (3) mit dem grösseren Durchmesser hineingeschoben werden kann.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass beide Platten (3,4) auf Isolierkörpern(6,6a) angebracht
sind, und dass in der Platte (3) mit dem grösseren Durchmesser eine Oeffnung (7) zum Eintritt von Isoliermittel
IQ in den zwischen beiden Platten (334) befindlichen Raum
(5) vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass beide Platten (3,4) in aner Rohrverzweigung (8) der
Metallkapselung (2) angeordnet sind, wobei die Platte mit
]_5 dem grösseren Durchmesser (3) auf einem ringförmigen Isolierkörper (6a) angebracht ist, welcher zusammen mit einer Metallplatte (9) der Kapselung (2) die Rohrverzweigung (8) als Blindflansch nach aussen abschliesst.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite der beiden Elektroden (334) des Unterspannungskondensators (C„) über eine Durchführung
(10) und ein abgeschirmtes Kabel (12) mit der Sekundärseite eines einem Vorverstärker (V) nachgeschalteten, annähernd stufenlos regelbaren Transformator (Tr ) verbunden
ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch J3 dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zum Speisen des den Vorverstärker (V) und den nachgeschalteten Transformator (Tr0) enthaltenden Ver-„
stärkers in der Metallkapselung (2) ein Hochspannungsicondensator (C-y), dessen eine Elektrode an den Innenleiftf,^^.
gekoppelt ist, und ein Transformator (Tr,) mit einem Uebersetzungsverhältnis grosser I, dessen Primäranschluss mit
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der anderen Elektrode des Hochspannungskondensators (Cy.) verbunden ist, vorgesehen sind, und dass der Sekundäranschluss des Transformators (Tr,) über eine Durchführung (13) mit einer Gleichrichterschaltung in Verbindung steht.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärwicklung des Transformators (Tr,) ein spannungsbegrenzendes Element (A) parallel geschaltet ist, und dass die Gleichrichterschaltung zwei gegenläufig geschaltete Dioden (D,, Dp) und zwei Elektrolytkondensatoren (C„ ,
C_ ) aufweist.
E2
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DE19782816647 1978-03-23 1978-04-17 Vorrichtung zum messen der spannung eines wechselstromfuehrenden innenleiters einer gekapselten hochspannungsschaltanlage Granted DE2816647A1 (de)

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