DE2930672A1

DE2930672A1 - Einrichtung zur messung hoher wechselspannungen in hochspannungsschaltanlagen

Info

Publication number: DE2930672A1
Application number: DE19792930672
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl Ing Dr Koelsch; Gerhard Koerner; Volker Dipl Ing Dr Rees; Wolfgang Dipl Ing Schmitz
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1979-07-28
Filing date: 1979-07-28
Publication date: 1981-02-12
Also published as: JPS5622965A; SE8005424L; FR2462712A1; SE441219B; DE2930672C2

Description

BROW K /BOVERI & CIE AKTIENGESELLSCHAFT

Mannheim 25. Juli 1979

Mp.-Ur. 598/79 ZFE/P4-Pt/Ht

"Einrichtung zur Messung hoher Wechselspannungen in Kochspannungsschaltanlagen"

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung hoher Wechselspannungen in Hochspannungsschaltanlage^ insbesondere in metallgekapselten SF ,.-gasisolierten Hochspannungsschaltanlagen mit wenigstens zwei in Reihe zwischen Hochspannungspotential und Erde angeordneten, einen ohmschen Spannungsteiler bildenden ohmschen Widerständen, von denen der an Erde angeschlossene Widerstand als Meßwiderstand dient.

Bei elektrischen Schaltanlagen ist es erforderlich, die Wechsel;

stehen.

Wechselspannungen zu messen, die an der Schaltanlage an-

Es ist bekannt, zur Messung hoher Wechselspannungen in Hochspannungsschaltanlagen induktive oder auch kapazitive

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Spannungswandler zu verwenden. Rein kapazitive Spannungswandler, bei denen Primär- und Sekundärwicklung zwecks elektrischer Isolation mit Gießharz umgössen sind, sind mit wirtschaftlich und technologisch vertretbarem Aufwand nur für Nennspannungen bis etwa 145 kV herzustellen. Der Anwendung für höhere Spannungsebenen sind durch die Größe des zu verarbeitenden Gießharzvolumens Grenzen gesetzt.

Kapazitive Spannungswandler für gekapselte Schaltanlagen, bei denen die Oberspannungskapazität, d. h. diejenige Kapazität, die im Bereich des Ilochspannungspotentials liegt, in konventioneller Bauart mit öl-, Papier-Isolation in einem Isolierrohr ausgeführt ist, welches in einem gesonderten Metallgehäuse mit Isoliergasfüllung untergebracht ist, haben große Abmessungen und neigen in Verbindung mit dem erforderlichen induktiven Teil zu Kippschwingungen und Ferroresonanzen.

Kapazitive Spannungswandler mit Isoliergas als Dielektrikum für die Oberspannungskapazität sind aus den DE-OS'en 23 25 und 23 25 438 bekanntgeworden. Bei diesen wild die Oberspannungskapazität von einer konzentrischen Anordnung Leiter-Schirmelektrode gebildet, wobei bei SF,-gekapselten Schalt-

anlagen das in der Schaltanlage befindliche SF,-Isoliergas

als Dielektrikum verwendet wird.

Die als Meßkondensator dienende Unterspannungskapazität, d. h. diejenige Kapazität, die sich im Bereich des Erdpotentials befindet, wird von einem außerhalb der MetaHkapselung angeordneten Kondensator bzw. aus einer Elektrodenanordnung mit festem Dielektrikum innerhalb der Kapselung gebildet." Es ist dabei zu beachten, daß bei Anordnung des Meßkondensa tors außerhalb der Metallkapselung das Teilerverhältnis temperaturabhängig ist, da die Oberspannungs- und Unterspannungskapazität im allgemeinen unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt sind und möglicherweise das Temperaturverhalten der Ober- und Unterspannungskapazität unterschiedlich ist.

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Wird der Unterspannungskondensator aus einer Elektrodenanordnung innerhalb der Metallkapselung der Schaltanlage mit Feststoff als Dielektrikum gebildet, so kann dabei ebenfalls das Teilerverhältnis temperaturabhängig sein, da das gasförmige Dielektrikum der Oberspannungskapazität und das Feststoffdielektrikum der Unterspannungskapazität ein unterschiedliches Temperaturverhalten der Dielektrizitätszahl haben können. Ein rein kapazitiver Teiler ist ferner auch nicht ohne weiteres in der Lage, eine abgeschaltete Hochspannungsleitung zu entladen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei '"ar neben einem optimalen Temperaturverhalten auch eine geringe Baugröße erreicht wird. Ferner soll eine einfache und wirtschaftliche Anpassung an unterschiedliche Nennspannungsebenen möglich sein.

2Q Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der hochspannungsseitige Widerstand und/oder der Meßwiderstand aus im wesentlichen gleich ausgebildeten Widerstandselementen baukastenförmig zusammensetzbar ist, wobei zur Bildung eines Widerstandselementes ein Isolierkörper vorgesehen ist, der als Träger für Widerstandsmaterial dient und auf deren Außenfläche das Widerstandsmaterial aufgebracht ist. Der oberspannungsseitige oder hochspannungsseitige ohmsche Widerstand kann aus im wesentlichen gleich ausgebildeten Widerstandselementen gebildet sein, so daß durch eine konstruktiv einfach durchzuführende Reihenschaltung einerAn-

■ ^: zahl von Teilwiderständen zu einem gemeinsamen oberspannungsseitigen Widerstand der ohmsche Spannungsteiler den unterschiedlichen Nennspannungsebenen angepaßt werden kann. Dadurch, daß die einzelnen Widerstandselemente gleich ausgebildet sind, kann der hochspannungsseitige Widerstand baukastenartig aus mehreren Teilen - angepaßt an die betreffenden

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und erforderlichen Nennspannungsebenen - zusammengebaut werden.

Es besteht, wie eben erwähnt, die Möglichkeit, die Widerstände in ihren Dimensionen gleich auszubilden; es besteht natürlich auch die Möglichkeit, die einzelnen Widerstandseleraente mit unterschiedlichen Abmessungen auszubilden; dann kann man die Anpassung an die entsprechenden Nennspannungsebenen dadurch erreichen, daß man die einzelnen, entsprechend ausgewählten Widerstandselemente in eine Metallkapselung einbaut, die für viele Nennspannungsebenen die Gleiche ist. \

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann zur Bildung eines Widerstandselementes ein Isolierkörper vorgesehen sein, der als Träger für Widerstandsmaterial dient. Die Verwendung des Isolierkörpers begünstig dabei die mechanische Festigkeit der einzelnen Widerstandselemente.

Man kann den Isolierkörper zweckmäßigerweise scheibenförmig ausbilden, wobei auf jeder Scheibenfläche das Widerstandsmaterial aufgebracht werden kann. Der einzelne Isolierkörper kann dabei eine in radialer Richtung gesehen gleichförmige Dicke aufweisen; er kann auch diskusförmig mit nach außen hin verringerter Dicke ausgebildet sein. Es besteht die Möglichkeit, daß der scheibenförmige Isolierkörper mit annähernd gleicher Dicke im Bereich seiner Mittelachse eine zumindest nach einer Seite hin vorspringende, zur Abstandshalterung zweier benachbarter Isolierkörper dienende Verdickung aufweisen; die Verdickung kann auch am Umfang vorgesehen sein,

JO wobei sie im letzteren Falle mit annähernd radial verlaufenden Schlitzen versehen sein kann. Die diskusartige Form wird man deswegen wählen, weil diese der dielektrischen Beanspruchung im Isolierkörper und in der Gasstrecke zwischen zwei benachbarten Isolierkörpern am optimalsten angepaßt ist.

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Es besteht nun die Möglichkeit, zur Kontaktierung der Isolierkörper zueinander jeden Isolierkörper mit wenigstens einer quer zur Achse verlaufenden Fläche auf jeder Seite zu versehen, wobei bei Nebeneinanderanordnung zweier Isolierkörper sich gegenüberliegende Flächen berühren, wobei an einer Berührungsstelle eine galvanische Kontaktierung der einzelnen Widerstände erfolgt. Dies ist günstig dann, wenn die Berührung der beiden Isolierkörper in der Mitte oder an ihrem Umfang erfolgt. Dieser elektrische Kontakt zwischen zwei benachbarten Widerstandselementen kann in diesem Falle ohne besondere zusätzliche 'laßnahmen hergestellt werden.

Es besteht auch die Möglichkeit, zwei Widerstandselemente dadurch miteinander zu verbinden, daß eine metallische Buchse zwischen beiden vorgesehen wird, die einerseits der Abstandshalterung der beiden Widerstandselemente und andererseits der elektrischen Verbindung bzw. Kontaktierung der Widerstandselemente dient.

Das Widerstandsmaterial sollte zweckmäßigerweise platzsparend auf die Seitenflächen des Isolierkörpers aufgebracht werden, !lan kann hierbei das Widerstandsmaterial spiralförmig auf den Seitenflächen des Isolierkörpers aufbringen, strahlenförmig oder meanderförmig; zweckmäßigerweise wird das Widerstandsmaterial so auf den beiden Seitenflächen des Isolierkörpers aufgebracht, daß die Materialbahnen auf der einen Seitenflasche ^araffeffPzu "denken der anderen verlaufen. Hierdurch ergibt sich eine induktionsarme Anordnung, da die Stromrichtung auf der einen Seite des Isolierkörpers entgegen der Stromrichtung auf der anderen Seite verläuft, so daß sich das Magnetfeld insgesamt teilweise aufhebt4 Dies kann weiter dadurch noch unterstützt werden, daß man auf einer Seite des Trägerkörpers die Bahnen des Widerstandsmaterials so anordnet, daß sie von dem Strom

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In entgegengesetzter Richtung durchflossen werden. Es be steht auch die Möglichkeit, das Widerstandsmaterial in Bahnen so auf den Isolierkörper aufzubringen, daß die einzelnen Bahnen wenigstens teilweise elektrisch parallelgeschaltet sind.

Als Widerstandsmaterial kann man vorzugsweise eine sogenann te Widerstandskordel verwenden; eine solche Widerstandskordel ist ein auf einem aus Fasern aus isolierendem Material hergestellten Seil aufgewickelter Draht, der im Handel erhältlich ist. Diesen Widerstandsdraht kann man auf die Seitenfläche des Isolierkörpers aufkleben oder in an den Seitenflächen jedes Isolierkörpers angeordnete Rillen einlegen und darin gegebenenfalls mittels Gießharz befestigen.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung kann darin bestehen, daß man als Widerstandsmaterial eine sogenannte Dickfilm-Widerstandspaste benutzt; dies ist ein Material, welches aus fein verteiltem Widerstandsmaterial, Glaspartikeln und organischen Trägern und Zusätzen besteht? die Paste wird nach dem Auftragen bei ca. 130 °c getrocknet und bei 850 ⁰C gebrannt. Dadurch sind dann Widerstandsmaterial und Glas zu einem harten Widerstandsband zusammengesintert. Anstatt einer Dickfilm-Widerstandspaste kann man auch eine Metallegierung verwenden, die als Widerstandsmaterial auf den Isolierkörper aufgedampft wird.

Benutzt man die erfindungsgemäße Einrichtung bei einer SF--gasisolieten Hochspannungsanlage, dann kann der auf Hochspan- nungspotential befindliche Widerstand und der an Erde angeschlossene Meßwiderstand im Inneren der Metallkapselung angeordnet sein. Dieses Teilerverhältnis wird nahezu temperaturunabhängig, da Oberspannungs-und Meßwiderstand gleichen Temperaturverhältnissen im inneren der Kapselung ausgesetzt Sind.

Aus diesem Grunde ist die andere Möglichkeit, den Meßwiderstand

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außerhalb der Metallkapselung vorzusehen, nicht ganz so optimal; unter bestimmten Voraussetzungen jedoch kann diese Anordnung aus konstruktiven Gründen günstiger sein.

Um die einzelnen Widerstandselemente nach dem Zusammenbau kapazitiv zu steuern, wird man zwischen den Isolierkörpern kapazitive Steuerelemente vorsehen, die plattenförmig ausgebildet sein können und an ihrem Umfang mit toroidartig ausgebildeten Abschirmringen versehen sind. Man kann auch die kapazitiven Steuerelemente topfartig ausbilden; die toroidartigen Abschirmringe sind dann an dem freien Rand befestigt. Die kapazitive Abschirmung ist aus folgendern Grund notwendig: Bei bestimmten Schaltvorgängen besteht die Möglichkeit, daß relativ hohe Einschaltspannungsüberhchungen auftreten, die zu einem Überschlag zwischen den oberspannungsseitigen Widerstandselementen und der MetallJ-npselung führen können. Dies kann mit den kapazitiven Steuerelementen vermindert werden. Darüberhinaus wird auch verhindert, daß kapazitive Ableitströme fliessen können.

Mit dem erfindungsgemäßen, ohmschen Spannungsteiler, der aus wenigstens einem an Hochspannung anliegendem Widerstandselement und einem an Erdpotential anliegenden, als Meßwiderstand dienenden weiteren Widerstandselement besteht, wird zu den schon bekannten kapazitiven und induktiven Spannungswandlern oder Spannungsmeßeinrichtungen eine v/eitere Lösung bereitgestellt, die eine Reihe von Vorteilen bietet, wobei der wesent liche Vorteil darin besteht, daß durch die Aufteilung des an Hochspannungspotential anliegenden Widerstandes in einzelne in Reihe geschdtete Widerstandselemente nach dem Baukasten prinzip die Meßeinrichtung einfach und sehr vorteilhaft.an unterschiedliche Nennspannungsebenen angepaßt werden kann, so daß gegenüber bekannten induktiven oder kapazitiven Spannungswandlern, insbesondere für hohe Nennspannungen wirtschaftliche Vorteile erzielt werden können.

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Anhand der Zeichnungen, in denen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere Vorteile, Ausgestaltungen und Verbesserungen näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigen:

Figur 1 ein Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Ausführung, bei der der Meßwiderstand in Inneren der Kapselung angeordnet ist,

Figur 2 ein Ersatzschaltbild ähnlich dem der Figur 1, wobei der Meßwiderstand außerhalb der Kapselung angeordnet ist,

Figur 3 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Einrichtung,

Figur 4 einen Querschnitt durch eine v/eitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Einrichtung,

Figur 5 unterschiedliche Ausführungsformen des Trägerkörpers, bis 11

Figur 12 unterschiedliche Arten der Anordnung des Widerstands-■ is lö _materials auf dem Trägerkörper.

Es sei nun Bezug genommen auf die Figur 1. In der Figur 1 ist ebenso wie in der Figur 2 ein Ersatzschaltbild der Anordnung schematisch dargestellt. Man erkennt eine Metallkapselung 10 auf Erdpotential , die an ihrem rechten Ende in einem Flansch 12 endet, der mittels eines Deckels 14 verschlossen ist. Im Inneren ist ein Phasenleiter 16 vorgesehen, der das Hochspannungspotential führt und an den ein erster Widerstand 18 und ein elektrisch damit in Reihe liegender zweiter Widerstand 20 angeschlossen sind, wobei der Widerstand 18 als Oberspannungswiderstand und der Widerstand

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nachqereicht

als Meßwiderstand bezeichnet sind; der Begriff Oberspannungswiderstand bedeutet, daß der Widerstand mit seiner einen Anschlußseite am Hochspannungspotential des Phasenleiters anliegt. Der Heßwiderstand 20 ist mit seinem nicht mit dem Widerstand 18 verbundenen anderen Ende an den auf Erdpotential liegenden Deckel 14 angeschlossen. Zwischen den Widerständen 18 und 20 ist eine Meßleitung 22 angeschlossen, mit der die Spannung gegen Erde am Meßwiderstand 20 als Abbild der zu messenden Spannung zwischen dem Phasenleiter 16 und Erdpotential erfaßt wird und die auf eine hier nicht näher beschriebene, dem Stand der Technik entsprechende elektronische Verstärkereinrichtung aufgeschaltet ist, die das am Meßwiderstand 20 abgegriffene Meßsignal derart verstärkt, daß dem Meßgerät bzw. der Schutzeinrichtung 26 die erforderliehe Eingangsleistung zur Verfügung steht. Selbstverständlich kann der Meßwiderstand 20 auch aus mehreren Widerstandselementen bestehen. Die Meßleitung 22 ist durch eine öffnung 30 im Deckel 14 gegenüber dem Deckel 14 isoliert hindurchgeführt.

Jie Widerstände 18 und 20 sind als Spannungsteiler zusammengeschaltet, wobei der Meßwiderstand 20 im Inneren der Kapselung 10 liegt. Dies hat den Vorteil, daß der Meßwiderstand 20 praktisch die gleiche Temperatur aufweist, wie der OberSpannungswiderstand 18, so daß das an beiden Widerständen bestimmte Teilerverhältnis praktisch temperatur unabhängig ist.

In Figur 2 erkennt man das Ersatzschaltbild einer weiteren Ausgestaltung. Die Kapselung ist wieder mit 10, der Deckel mit 14, der Phasenleiter mit 16, der Oberspannungswiderstand mit 18 und der Meßwiderstand mit 20 bezeichnet. Man erkennt, daß der Oberspannungswiderstand im Inneren der Kapselung und der Meßwiderstand 20 außerhalb der Kapselung angeordnet ist. Die elektronische Verstärkereinrichtung 24 ist mit ihrem einen Eingang zwischen den Meßwiderstand 20 und dem OberSpannungswiderstand 18 eingeschaltet und liegt mit ihrem anderen Ende an Erde an. Die Anordnung nach der Figur

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ist unter gewissen Umständen einfacher herzustellen, hat jedoch den Nachteil/ daß am Oberspannungswiderstand 18 andere Temperaturen herrschen können als an Meßv;iderstand 20, wodurch Meßergebnisse verfälscht v/erden können.

üie Figur 3 zeigt nun eine erste Ausführungsform einer konkret auszuführenden Einrichtung gemäß der Erfindung. Man erkennt die Kapselung IO sowie den Deckel 14 und den Flansch 12. Ferner ist auch der Phasenleiter 16 eingezeichnet. Der Oberspannungnwiderstand 18 besteht aus mehreren gleich ausgebildeten in Reihe geschalteten Widerstandselementen 32, deren konkreter Aufbau weiter unten näher beschrieben ist. Diese Widerstandselemente besitzen, wie der aus dem Widerstandselement 34 gebildete Meßwiderstand, eine Durchgangsbohrung

•J5 36; und nach Nebeneinanderanordnung der einzelnen Widerstandselemente 32 und 34 wird durch die Bohrung 36 ein Isolierstab 38 hindurchgesteckt, der schraubenbolzenartig ist und an seinem einen Ende einen Gewindeabschnitt 4o und an seinem anderen Ende einen Sechskantmutterkopf 42 aufweist. Der Phasenleiter 16 besitzt ein Gewindesackloch 44, in das der Gewindeabschnitt 40 der Isolierstange 38 eingeschraubt ist, wodurch die einzelnen Widerstandselemente 32 negeneinander und gegen den Phasenleiter 16 verspannt werden. Zwischen den einzelnen Widerstandselementen (in der Figur 3 nur zwischen den drei links liegenden Widerstandselementen eingezeichnet) sind kapazitive Steuerelemente 46 und 48 geklemmt, die, wie man aus der Figur 3 entnehmen kann, . topfförmig

ausgebildet sind. Sie besitzen ein quer zur Längsachse der Einrichtung angeordnetes Bodenteil 52 und 54, welches zwisehen die Widerstandselemente 32 geklemmt ist,und einen senkrecht dazu verlaufenden zylindrischen Randabschnitt 56 und 58, an dessen freiem Rand ein toroidförmiger Abschirmring 60 bzw. 62 angeformt bzw. befestigt ist.

Mit diesen kapazitiven Steuerelementen wird eine Verzerrung des elektrischen Feldes, die bei transienten Spannungsbeanspruchungen aufgrund der zwischen den Widerstandselementen

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und dem geerdeten Gehäuse 10 bzw. zwischen den Widerstandselementen 32 untereinander wirksamen Streukapazitäten weitgehendst vermieden, so daß auch bei Schaltstoß- oder Blitzstoßspannungen (mit höheren Spannungsfrequenzen) die Spannungsverteilung auf die einzelnen Widerstandselemente annähernd gleich der Spannungsverteilung bei Nennfrequenz ist und somit örtliche dielektrische überbeanspruchungen vermieden werden. Weiterhin ist bei optimaler Dimensionierung der kapazitiven Steuerelemente das Teilerverhältnis in einem ge-■jO wissen Frequenzbereich nahezu von der Frequenz unabhängig. Man erkennt in der Figur 3, daß die Widerstandselemente 32 annähernd diskusförmig ausgebildet sind.

In Figur 3 wird das Widerstandselement 34 vorteilhaft als Meßv/iderstand ausgebildet. Durch den nit dem oberspannungsseitigen Widerstandselementen 3 2 vergleichbaren Aufbau des Meßwiderstandes ist sichergestellt, daß der Meßwiderstand 34 den gleichen thermischen Verhältnissen wie die oberspannungsseitigen Widerstandselemente ausgesetzt ist, so daß das Teilerverhältnis weitgehend temperaturunabhängig ist.

Die Anschlüsse der Meßkabel an den Meßwiderstand 34 sind in Figur 3 nicht näher eingezeichnet.

In der Figur 4 ist eine weitere Ausgestaltung der Erfindung dargestellt; dort sind die einzelnen Widerstandselemente nicht diskusförmig, sondern scheibenförmig ausgebildet, wo rauf weiter unten noch näher eingegangen werden soll. Man erkennt wieder die Kapselung 10, den Deckel 14, den Phasenleiter 16 und die einzelnen Widerstandselemente 32 und 34. Es sind hier die gleichen Bezugsziffern deshalb gewählt worden, um zu verdeutlichen, daß die konstruktive Ausge- · staltung bzw. die prinzipielle Ausbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung der Figur 4 gleich ist der Einrichtung nach der Figur 3. Der Meßwiderstand 34, der geschnitten dargestellt ist, besitzt wieder die öffnung bzw. Durchbohrung und man erkennt wieder den Isolierstab 38, der allerdings

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keinen Schraubenmutterkopf 32 besitzt, sondern der an dessen Stelle einen Gewindeabschnitt 64 aufweist, auf dem eine Mutter 66 aufgeschraubt ist, wobei zwischen der Mutter 66 und dem Widerstandselement 36 eine Distanzscheibe 68 aus isolie-· rendem Material zwischengeschaltet ist. Als kapazitive Steuerelemente sind keine topfförmigen Elemente vorgesehen wie in der Figur 3, sondern plattenförmige, die die Bezugsziffer 70 aufweisen; die Abschirmringe sind dabei am Umfang bzw. an der Peripherie der plattenförmigen Steuerlemente angeordnet.

Es ist selbstverständlich, daß die in Fig. 4 gezeigten plattenförmigen Steuerelemente 70 auch mit den in Fig. 3 gezeichneten diskusförmigen Widerstandselementen 3 2 kombinierbar sind. Ebenso ist die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsform der kapazitiven Steuerelemente 52 und 56 bzw. 54 und 58 r.it den in Fig.4 skizzierten, scheibenförmig ausgebildeten Widerstandselementen 32 und 34 kombinierbar.

Die Meßleitung 22 ist im Bereich zwischem dem rechts befindliehen Widerstandselement 32 und dem .Ießwiderstand 34 angeschlossen und durch die öffnung bzw. Bohrung 36 und die Bohrung 30 nach außen geführt; die Verstärkerschaltung 24 ist nicht näher dargestellt.

Alle Widerstandselemente sowohl die Teilwideistände für den Oberspannungswiderstand, als auch dasjenige für den Meßwiderstand, sind aus einem aus Isolierstoff, beispielsweise aus Gießharz oder aus Keramik aufgebauten platten- oder diskusförmigen Körper gebildet, auf dem Widerstandsmaterial in weiter unten dargestellter Weise aufgebracht ist. In der Figur 5 erkennt man eine erste Ausgestaltung eines solchen Trägerkörpers, der plattenförmig ausgebildet ist mit einem

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außenliegenden plattenförmigen Bereich 100 und einem innenliegenden plattenförmigen Bereich 102, dessen Dicke im Vergleich zu der im Bereich 100 vergrößert ist. Man erkennt, daß der plattenförmige Bereich 100 Rillen 104 aufweist, die beispielsweise spiralförmig von innen nach außen verlaufen können und die zur Aufnahme des Widerstandsmaterials dienen können. Der dickere Bereich 102 ist deswegen vorzusehen, damit ein Abstand D zwischen den Eereichen 100 zweier nebeneinanderliegender Trägerkörper erzeugt werden kann, der notwendig ist, um Überschläge zwischen benachbarten Trägerkörpern mit Widerstandsmaterial zu vermeiden. Die beiden Stirnflächen 106 und 108 jedes Ptörpers sind mit Kontaktmaterial beschichtet, um eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Widerstandselementen zu erzielen.

Die Figur 6 zeigt die diskusförmige Ausgestaltung des Plattenkörpers; man erkennt, daß sich die Dicke der Scheibe radial von innen nach außen verringert; die beiden Stirnflächen und 112 im dickeren Bereich 114 sind wieder mit Kontaktmaterial beschichtet.

Bei der Ausführungsform nach Figur 6 ist der Plattenquerschnitt vorteilhaft den dielektrischen Beanspruchungen sowohl im Isolierkörper als auch in der Gasstrecke zwischen jev/eils zwei benachbarten, mit Widerstandsmaterial versehenen Isolierkörpern angepaßt. Weiterhin wird durch den sich radial nach aussen erweiternden Gasspalt zwischen zwei benachbarten Isolierkörpern die Abfuhr der im Widerstandsmaterial erzeugten Verlustwärme begünstigt.

Eine v/eitere Ausgestaltung erkennt man in der Fig. 7. Dort sind die einzelnen Trägerkörper, die hier die Bezugsziffer 120 und 122 aufweisen, radförmig ausgebildet mit einem plattenartigen inneren Bereich 124 und einen dickeren äußeren Um-

isich
fangsbereich 126. DabeiberühreriÖie Stirnflächen 128 und 130

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des äußeren Bereiches jedes Trägerkörpers 120 oder 122; der Strom fließt vom Phasenleiter 16 über ein metallisches Zwischenstück 17 zu der Fläche 130 des Träyerkörpers 120 und von dort zu dem Widerstandsmaterial auf einer Seite, welches über die Mittelbohruncf mit dem auf der anderen Seite aufgebrachten Widerstandsmaterial verbunden ist.

Ja durch die Ausführung nach der Figur 7 zv/isehen zwei Trägerkörpern ein freier Innenraum 134 gebildet ist, in dem evtl. auftretende Wärme sich stauen könnte, müssen die äußeren Abschnitte 126 Kanäle 136 aufweisen, durch die innen auftretende Warmluft nach außen abströmen kann. Eine derartige Ausführungist in der Figur 8 dargestellt; dabei erkennt man oberhalb der horizontal verlaufenden Mittelachse insgesamt sieben Schlitze 13 6. Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, die dickeren Abschnitte·126 so anzuordnen wie in der Figur 9; man benötigt dann lediglich drei sternartig zur Mittelachse angeordnete dickere Abschnitte 138, 140 und 14 2.

In der Figur 10 ist dargestellt, daß der Abschnitt bzw. Bereich mit größerer Dicke nicht so wie in der Figur 5 dargestellt, gebildet werden kann, sondern dadurch, daß die Verdickung lediglich auf einer Seitenfläche vorspringt. Diese Verdickung ist mit der Bezugsziffer 144 bezeichnet, die an einem plattenförmigen Trägerkörper 146 angeformt ist. Die Mittelbohrung besitzt wieder die Bezugsziffer 36, um zu verdeutlichen, daß diese der Bohrung 36 des Widerstandselementes 34 in der Figur 4 entspricht.

Ein ähnlich einseitig bzw. nach einer Richtung vorspringender dickerer Abschnitt kann auch bei den Anordnungen nach den Figuren 6 bis 9 vorgesehen se"in.
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Eine noch einfachere Ausgestaltung zweier-nebeneinander anzuordnender Trägerkörper 150 bzw. 152 zeigt die Fig. 11. Diese beiden Trägerkörper sind als gleichförmig dicke Platten ausgebildet, die von einer Distanzbüchse

154 aus elektrisch leitendem Material in Abstand gehalten sind. Die Flächenbereiche um die mittlere Bohrung 36 sind auf beiden Seiten 150 oder 152 mit elektrisch leitfähigem Material beschichtet, an welchen Schichten die Distanzbüchse anliegt.

-J₀ ^Den in Fig. 6 bis 11 gezeigten Ausführungsformen der Trägerkörper ist gemeinsam, daß bei deren Aneinanderreihung auf einen Isolierstab 38 gem. Fig. 3 und Fig. 4 eine besonders . einfach herzustellende elektrische Verbindung über die mit elektrisch leitfühigem Material beschichteten Kontaktflächen zu den kapazitiven Steuerelementen 52 und 56 bzw. 54 und 58 in Fig. 3 bzw. 70 in Fig. 4 geschaffen wird.

Bei Verwendung von Distanzbüchsen 154 unterschiedlicher Länge kann der Abstand und damit die Kapazität zwischen den bei-

2Q den Trägerkörpern 150 und 152 variiert werden. Auf diese Weise wird, wie mit den Steuerelementen 46 und 48 in Fig. 3 oder 70 in Fig. 4 eine kapazitive Steuerung längs des Stapels von Tragkörpern zur Bildung von Oberspannungs- und Außenwiderstand erreicht, wenn der Abstand zwischen den Trägerkörpern gezielt durch unterschiedliche Längen der Distanzbuchsen oder mehrere gleich lange Distanzbuchsen zwischen den Trägerkörpern eingestellt wird. Diese Methode zur kapazitiven Steuerung ist nicht auf Trägerkörper nach Fig. 11 beschränkt. Sie ist auch anwendbar bei Verwendung von Trägerkörpern nach Fig. 5 bis 10.

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In der vorgenannten Darstellung sind mehrere konstruktive Ausgestaltungen der Trägerkörper dargestellt. Die Anordnung des Widerstandsmaterials ist aus den Figuren 12 bis 18 ersihtlich.
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Bei dem Widerstandselement nach der Figur 12 ist das Widerstandsmaterial ausgehend von der mit elektrisch leitfähigem Material beschichteten inneren Kontaktfläche 112, 110 oder 108 und 106 das Widerstandsmaterial spiralförmig nach aussen verlaufend aufgebracht. Es besteht auch die Möglichkeit, daß Widerstandsmaterial radial-mäanderförmig (vgl. Fig. 13) oder strahlenförmig (vgl. Fig. 14 bis 16) aufzubringen. In der Figur 14 ist das Widerstandsmaterial 164, ausgehend von der Mitte, zickzackförrig aufgelegt, wobei insgesamt sechs Strahlen gebildet sind. In der Figur 16 ist das Widerstandsmaterial 166 speichenartig und in der Figur 15 ähnlich v/ie in der Figur 13 radial-mäanderföruig. Dort besitzt das Widerstandsmaterial die Bezugsziffer 163.

Eine v/eitere Art, das Widerstandsmaterial aufzubringen, ist jeweils in den Figuren 17 und 18 gezeigt. In Fig. 17 ist das Widerstandsmaterial spiralförmig-mäanderförmig aufgelegt. In der Fig. ist dargestellt, daß das Widerstandsmaterial 181 teils radialstrahlenförmig, teils kreisförmig auf den Trägerkörper aufge- bracht v/erden kann, wodurch das Widerstandsmaterial teilweise elektrisch parallel geschaltet ist.

Als Widerstandsmaterial kann man einen Widerstandsdraht verwenden, der aus einer Kordel und einem darum herumgewickelten dünnen Draht besteht, welche Widerstandskordel im Handel erworben werden kann. Die Widerstandskordel kann auf die glatte Außenfläche des Trägerkörpers aufgeklebt oder in Rillen 104 eingelegt und dann ggf. mit Gießharz zugegossen werden.

Anstatt einer Widerstandskordel könnte auch eine sogenannte Dickfilm-Widerstandspaste verwendet werden, die ebenfalls im Handel zu erwerben ist.

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Als Widerstandspaste ist dabei ein Material definiert, welches aus feinverteiltem Widerstandsmaterial, Glaspartikeln, organischen Trägern und Zusätzen besteht. Die Paste wird nach dem Auftragen auf den Trägerkörper bei ca. 130 ⁰C ge-

trocknet und bei ca. 850 ⁰C gebrannt, wodurch dann das Widerstandsmaterial und das Glas zu einem harten Widerstandsband zusammensintern. Eine weitere Möglichkeit, Widerstandsmaterial auf den Trägerkörper aufzubringen, besteht darin, eine Metallegierung auf den Isolier- oder Trägerkörper aufzudampfen; diese Aufdainpfverfahren auf Keramiken sind ansich bekannt.

Sofern die Dickfilm-Viiderstandspaste verwendet wird, besteht die Möglichkeit, gleichzeitig auch kapazitive Teile auf das Trägermaterial aufzubringen, um damit eine kapazitive Steuerung, wie schon oben beschrieben, zu erreichen.

Die Widerstandsbahnen können auf den einzelnen Trägerkörpern so aufgebracht werden, daß eine"Reihenschaltung" gebildet ist (vgl. Fig. 12, 13, 15 und 17). Es besteht auch die Möglichkeit, die einzelnen Widerstandsdrähte parallelzuschalten (Fig. 14, 16 und 18); dann verlaufen sie von der Mitte ausgehend auf einer Seite des Trägerkörpors nach außen und vom Außenrand wieder auf der anderen Fläche bzw. Seitenfläche des Trägerkörpers nach innen. Der wesentliche Vorteil einer An-Ordnung mit parallelgeschalteten Widerstandsstrombahnen gegenüber einer solchen mit in Reihe geschalteten ist darin zu sehen, daß bei Ausfall einer Bahn, z. B. durch Bruch, die dazu parallelgeschalteten Bahnen die Spannungsmessung weiterhin ermöglichen. Durch diese Redundanz wird die Verfügbarkeit der Meßeinrichtung wesentlich erhöht. Bei Ausfall einer von ■ mehreren in Reihe geschalteten Bahnen fällt die Meßeinrichtung aus. Eine Erhöhung parallelgeschalteter Widerstandsbahnen ist 2. B. möglich, wenn zusätzlich zu der Anordnung nach Fig. oder 16 kreisförmige Widerstandsbahnen ähnlich wie in der Fig. 18 aufgebracht werden.

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Grundsätzlich ist man bestrebt, die Widerstandsbahnen auf einer Seite so anzuordnen, daß parallel zueinander verlaufen-■ de Bahnstrecken gebildet werden, so daß der Strom in einer Bahnstrecke hin und in der daneben liegenden zurückfließt. Dies wäre mit dem mäanderartigen Verlauf der Fig. 13, 15 und insbesondere 17 optimal erreicht. Sind Widerstandsbahnen auf beiden Seiten eines Trägerkörpers aufgebracht, so werden die Bahnen auf einer Seite parallel und gegensinnig zu denen auf der anderen Seite des Trägerkörpers aufgebracht. Mit beiden Maßnahmen ist die Induktivität der Anordnung möglichst gering zu halten. Hier liegt der Vorteil der mäanderförmigen Anordnung nach den Figuren 13, 15 und 17 bezüglich nebeneinanderliegender Bahnen auf einer Seite des Trägerkörpers. Je gerinner die Induktivität ist, desto höherfrequente Spannungen können gemessen werden.

'Wesentlich bei der Anordnung dos Widerstandsmaterial auf den einzelnen Trägerplatten oder Trägerteilen ist, daß das Material zur Lildung eines bestimmten Uiderstandswertes in entsprechender Dichte oder entsprechender Weise auf den einzelnen Trägerkörper aufgebracht ist. Durch die Aufteilung des Oberspannungswiderstandes in einzelne Widerstandselenente, die gleich ausgebildet sein und auch den gleichen Widerstandswert besitzen können, besteht die Möglichkeit, einen Oberspannuncrswiderstand mit ge-v/ünschtem. oder beliebigem Widerstandswert einfach dadurch zu schaffen, daß man mehrere Widerstandselemente nach Bedarf hintereinander schaltet. Der Spannungsteiler, der dann zur Messung verwendet werden kann, ist dann baukastenförmig aus einzelnen Widerstandselementen aufzubauen. Die hintereinandergeschalteten Widerstandselemente müssen aber nicht wie in Fig. 3 bis 12 dargestellt unbedingt gleiche Durchmesser haben. Alternativen, beliebige Widerstandswerte bei konstanter Anzahl von Widerstandselementen zu erreichen, bestehen darin, die Durchmesser der Elemente abzustufen oder bei gleichem Durchmesser unterschiedliche Mengen von Widerstandsmaterial aufzubringen. Dabei geht allerdings der Vorteil des baukastenförmigen Aufbaus mehr oder weniger verloren.

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Claims

Ansprüche

ίlJ Einrichtung zur Messung hoher U'echselspannuncien in HocKspannungsschaltanlagen, insbesondere in metallgekapselten SFg-gasisolierten Hochspannungsschaltanlagen mit wenigstens zwei in Reihe zwischen Hochspannungspotential und Erde angeordneten, einen ohmschen Spannungsteiler bil-

■I5 denden ohmschen Widerständen, von denen der an Erde angeschlossene Widerstand als Meßwiderstand dient, dadurch gekennzeichnet, daß der hochspannungsseitige Widerstand und/ oder der Meßwiderstand aus im wesentlichen gleich ausgebildeten Widerstandselementen baukastenförmig zusammensetzbar ist, wobei zur Bildung eines Widerstandselementes ein Isolierkörper vorgesehen ist, der als Träger für Widerstandsmaterial dient und auf deren Außenfläche das Widerstandsmaterial aufgebrach ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper scheibenförmig ausgebildet ist, wobei auf wenigstens einer Scheibenfläche das Widerstandsmaterial aufgebracht ist.

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3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der scheibenförmige Isolierkörper mit annähernd gleicher Dicke im Bereich seiner Mittelachse eine zumindest nach einer Seite hin vorspringende, zur Abstandshalterung zweier benachbarter Isolierkörper dienende Verdickung aufweist.
4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der annähernd mit gleicher Dicke ausgebildete Isolierkörper an seinem Umfang mit einer nach wenigstens einer Seite hin vorspringenden Verdickung ausgebildet ist, wobei zur Erzielung einer Kühlwirkung (Luftströmung) zwischen zwei benachbarten Isolierkörpern die Verdickung mit annähernd radial verlaufenden Schlitzen versehen ist.
5. Einrichtung nach eine., der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich jeder Isolierkörper nach aussen hin verjüngt.
6 . Einrichtung nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper im Bereich seiner Mittelachse eine zumindest nach einer Seite hin vorspringende, zur Abstandshalterung zweier benachbarter Isolierkörper dienende Verdickung aufweist.
7 . Einrichtung nach einem, der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Isolierkörper mit wenigstens einer quer zur Achse verlaufenden Fläche auf jeder Seite versehen ist, und daß bei Nebeneinanderanordnung zweier Isolierkörper sich gegenüberliegende Flächen berühren, wobei an einer Berührungsstelle eine galvanische Kontaktierung der einzelnen Widerstandselemente erfolgt.

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8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Fläche im Bereich der Mittelachse des Isolierkörpers konzentrisch zur Mittelachse angeordnet ist·
9· Einrichtung nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Fläche am Umfang jedes Isolierkörpers vorgesehen ist.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2,3, 5 bis

8, dadurch gekennzeichnet, daß zv/ei benachbarte Isolierkörper mittels wenigstens einer zur elektrisch leitenden Verbindung der Widerstandsbahnen der beiden Isolierkörper dienenden metallischen Büchse auf Distanz gehalten sind.
11. Einrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Isolierkörper aus Gießharz besteht.
2Q 12. Einrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Isolierkörper aus Keramik besteht.
13. . Einrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsmaterial so auf den heften Seitenflächen des Isolierkörpers aufgebracht ist, daß die Materialbahnen auf der einen Seitenfläche parallel zu denen auf der anderen verlaufen.
14. Einrichtung nach Anspruch 13 , dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbahnen auf der einen Seitenfläche gegensinnig zu denen auf der anderen verlaufen.
15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 und 14 , dadurch gekennzeichnet, daß Widerstandsbahnen auf einer Seitenfläche des Trägerkörpers nebeneinander und parallel so angeordnet sind, daß sie vom Strom in entgegengesetzter Richtung durchflossen sind.

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16. Einrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsbahnen zumindest teilweise auch elektrisch parallelgeschalfeet auf dem Trägerkörper aufgebracht sind.
17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 und 14 , dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsmaterial spiralförmig auf den Seitenflächen des Isolierkörpers aufgebracht ist.
18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 , 14 und 16 dadurch gekonnzeichnet, daß das WiderStandsmaterial strahlenförmig beidseitig auf den Seitenflächen des Isolierkörpers so aufgebracht ist, daß die Materialbahn auf der einen Seitenfläche annähernd parallel zu der Materialbahn auf der anderen Seitenfläche verläuft.
19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16 dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsmaterial auf jeder Seitenfläche des Isolierkörpers mäanderförmig aufgebracht ist.
20. Einrichtung nach Anspruch 19 , dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstansmaterial radial- und/oder spiralmäanderförmig aufgebracht ist.
21. Einrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Widerstandsmaterial ein Widerstandsdraht vorgesehen ist, der auf die Seitenflächen jedes Isolierkörpers aufgeklebt ist.
22. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20. dadurch gekennzeichnet, daß das als Widerstandsdraht ausgebildete Widerstandsmaterial in auf den Seitenflächen jedes Isolierkörpers angeordneten Rillen eingelegt und darin geschoss nenfalls mittels Gießharz befestigt ist.

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23. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20 dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsmaterial aus einer Dickfilm-Widerstandspaste besteht.
24. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsmaterial aus einer auf dem Isolierkörper aufgedampften Metallegierung besteht.
25. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 24, die bei SFg-gasisolierten, metallgekapselten Hochspannungsanlagen

verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der auf Hochspannungspotential befindliche Widerstand als auch der an Erde angeschlossene Meßwiderstand im Inneren der Metallkapselung angeordnet sind.
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26. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24 _t dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwiderstand außerhalb der Metallkapselung vorgesehen ist.
27. Einrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekenneeichnet, daß jeder Isolierkörper eine mittlere Durchgangsbohrung aufweist, durch welche ein aus Isoliermaterial hergestellter, schraubenbolzenartiger Stab hindurchgreift, dessen mit einem Gewinde versehenes Ende in eine Gewindebohrung an der Stirnfläche des Leiters eingeschraubt ist, dessen Wechselspannung gemessen werden soll und mit dem die Isolierkörper gegeneinander und gegen die Stirnfläche verspannbar sind.
28. Einrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den einzelnen Isolierkörpern kapazitive Steuerelemente vorgesehen sind.
29. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die kapazitiven Steuerelemente plattenförmig ausgebildet und an ihrem Umfang mit toroidartig ausgebildeten Abschirmring versehen sind.

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30. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die kapazitiven Steuerelemente topfartig ausgebildet sind, wobei an dem freien Rand ringartig ausgebildete, toroidartige Abschirmringe befestigt sind.
31. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß zur kapativen Steuerung kapazitive Elemente auf den Isolierkörper mittels der Dickfilm-Widerstandspaste aufgebracht sind.

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