DE3121398A1

DE3121398A1 - Einrichtung zur messung hoher wechselspannungen in hochspannungsschaltanlagen

Info

Publication number: DE3121398A1
Application number: DE19813121398
Authority: DE
Inventors: Gerhard 6905 Schriesheim Körner; Volker Dr.-Ing. 6100 Darmstadt Rees
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1981-05-29
Filing date: 1981-05-29
Publication date: 1982-12-16
Also published as: JPS5828667A; FR2506947A1; FR2506947B3

Description

RROWM.BOVERI & CIE AKTIENGESELLSCHAFT
Mannheim ?5. Mai ]Π81

ZPT/PJl-Ft/IIt Mp.-Mr. 560/81

"Einrichtung zur Messung hoher Wechselspannungen in HochsnannungsschaItanlagen"

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung hoher* '..'ochse] spannungen in Hochspannungsschaltanlagen, insbesondere in metallgekapselten _/ SF'S-gasisoliprten Hochspannungsschaltan-In gen, mit wenigstens zwei in Reihe zwischen Hochspannungspotential und Erde angeordneten, einen ohmschen Spannungsteiler bildenden ohmschen Hiderst-n'nden, von Honen der an Erde angeschlossene Widerstand als MeSwiderstand dient, wobei der hochspannungsseitige Widerstand und der Meßwiderstand aus jeweils wenigstens einem Widerstandselement r^pMldet sind, ''as bc.w. die aus einem Isolierkörper und darauf aufgebrachtpm

BAD ORSGiNAL

Widerstandsmaterial besteht bzw. bestehen.

Die DE-OS 29 30 672 hat zum Inhalt eine Einrichtung der eingangs genannten Art. Dort sind die einzelnen Widerstandsbahn^n auf Widerstandselementen aufgebracht und zwar derart, daß die einzelnen Uiderstandselemente entweder zu dem hochspannungsseitigen oder zu dem unterspannungsseitigen Widerstand des Spannungsteilers baukastenförmig zusammengesetzt werden. Die Widerstandselemente sind scheibenförmig ausgebildet, so daß ihr Aussendurchmesser und somit auch der Durchmesser des umgebenden geerdeten metallischen Gehäuses recht groß ist. Weiterhin sind bei der in der DE OS 29 30 672 beschriebenen ' Einrichtung zwischen den einzelnen scheibenförmigen Viiderstandselernenten kapazitive Steuerscheiben zur Steuerung der Spannungsverteilung bei transienten Vorgängen erforderlich.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Einrichtung
eingangs genannten Art zu schaffen, bei der zum einen die Anzahl der. Elemente gegenüber der in der DE-OS beschriebenen Einrichtung reduziert, so daß ein besonders einfacher Aufbau
entsteht, und zum anderen daß die Eaugröße deutlich verringert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgem^ß dadurch gelöst, daß der Isolierkörper rohrförmig ausgebildet ist und auf seiner Außenseite das Widerstandsmaterial aufgelegt ist, und daß die Steuerung der transienten Spannungsverteilung v^n eine«" einzigen haubenförmigen Steuerelektrode vorgenommen wird.

BAD ORIGINAL

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung, insbesondere die Anordnung der Widerstandsbahnen auf dem rohrförmigen Isolierkörper ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 6.

Es besteht auch die Möglichkeit, als Widerstandsmaterial an sich bekannte Widerstandsstreifen zu verwenden, die auf die Aussenseite des Isolierrohres aufgelegt und dort mittels metallischer Kontaktringe miteinander verbunden sind. Eine Lösung zur Festlegung der Widerstandsstreifen geht aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches ? hervor.

Als derartige Widerstandsstreifen werden Widerstandseiemente verwendet, die einen langgestreckten, streifenfö^nigen Keramikkörper aufweisen, auf dem eine Dickfilm-Widerstandsbahn aufgebracht ist. Die. Enden-dieser Film-Widerstandsbahn stehen _r:it einer auf dem Keramiktrnger aufgebrachten Kontaktierungsfl^che in Verbindung. Der Kontaktring bzw. die Kontaktringe überdecken dann im montierten Zustand die Kontaktierungsflnchen sich gegenüberliegender bzw. in einer Reihe angeordneter Widerstandsstreifen.

Zur Herstellung der Widerstandsbahn wird die Widerstandspaste oder

eine Dickfilm-Widerstandspaste benutzt, die aus fein verteiltem Widerstan material, Glaspartikeln, organischen Trägern und Zusetzen besteht. Die Pasta wird nach dem Auftragen auf den Trr'gerkörper, also entweder auf den Isolierkörper oder auf den Keramikkörper, bei ca. 1?.O C getrocknet und· bei ca. 850 °C 7U einen

BAD ORIGIN

'ir IJF-T — . ' * . . I

harten Widerstandsmaterial gesintert.

Der besondere Vorteil, der mit der erfindungsgemäßen Anordnung erreicht wird, besteht darin, daß die Meßeinrichtung in besonders einfacher Weise aus wenigen Bauteilen aufgebaut ist, und daß der Außendurchmesser der Einrichtung deutlich verringert wird.

Zur Steuerung der kapazitiven Spannungsverteilung ist eine Steuerelektrode vorgesehen, die so gestaltet ist, daß sie für die Betriebsfrequenz der zu messenden Viechseispannung des hochspa.mungsführenden Leiters die Feldverteilung· entlang der Oberfläche des rohrförmigen Widerstandes vergleichtiKiM^t. Man verwendet dabei vorzugsweise eine haubenförmige metallische oder aus metallisiertem Kvinststoff bestehende Steuerelektrode, die mechanisch und elektrisch mit dem

Leiter verbunden ist und die mit ihrer Länge die R^ ihensch.il -

obertung aus und/oder unterspannungsseitigern Widerstand zumindest teilweise überdeckt. Am unter'spannungsseitigen Ende der haubenförmigen Steuerelektrode ist ein ringförmiger Steuertorus zur Verminderung der dort auftretenden elektrischen Feldstärke
angebracht. Die haubenförmige Steuerelektrode ist mit Durchbrüchen, z. B. Schlitzen oder Bohrungen, zur besseren Abfuhr der im hochspannungsseitigen Widerstand umgesetzten Verlustwärme versehen. Die Kontur der haubenförmigen Steuerelektrode ist so dimensioniert, daß die Feldstärkenverteilung entlang des otcrund/cder unterspannungsseitigen Widerstandes bei Betriebsfrequenz einer linearen Verteilung angen^'h^rt ist, un^ da?, bein

Auftreten von Schalt- oder BlitzstoßspannunRen eine unzulässige dielektrische Beanspruchung der Widerstandselemente vermieden wird.

Anhand der Zeichnung, in der mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen derselben nMher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigt
Figur 1

Figur 2

ein Ersatzschaltbild der Ausführung gemäß DE-OS 29 30 6

bzw. der Erfindung, bei der der Me^wide^stand im Inneren der Kapselung angeordnet ist,

eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung für
eine einphasig gekapselte Hochspannungsschaltanlage.

Figur 3 eine Ausgestaltung -Ihnlich der der Figur ?, nur für
eine dreiphasig gekapselte Schaltanlage,

Figuren 4

bis 7 Darstellungen, mit denen die Art der Aufbringung der Widerstandsbahnen gezeigt ist,

Figur 8 eine perspektivische Teilansicht eines erfindungsgemäßen Widerstandes, mit Widerstandsstreifen,

Figur 9 eine Schnittansicht im Bereich A, in vergrößerter
Darstellung,

BAD ORIGINAL

-A(T

Figur 10 eine Aufsicht auf einen Widerstandsstreifen, der bei der Ausführung gem-iß den Figuren 8 und 9 zur Anwendung gelangt.

Figur 11 eine Detailansicht der Einspannung der haubenförmigen Steuerelektrode -zwischen Kochspannungsleiter und oberspannungsseitigern Widerstand.

Es sei Bezug genommen auf die Figur 1.

Dort ist ein Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung schematisch dargestellt:

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist in einer Metallkapselung 10 untergebracht, die geerdet ist. Die Metallkapselung 10 besitzt an ihrem Ende einen Flansch 12, an den ein Deckel V-. angeschlossen ist, der die Kapselung zum freien Ende hin abschließt. Im Inneren der Metallkapselung erkennt nan einen Hochspannungsleiter 16, an den sich ein obersoannungsseitiger oder hochspannungsseitiger Widerstand I^ anschließt, der mit einem unterspannungsseitigen oder erdseitigen Widerstand ?0 in Verbindung steht, der selbst wiederum an Erde angeschlossen ist, hier an den Deckel 14 der Metallkapselung.

Zwischen dem oberspannungsseitigen und dem unterspannungsseitigen Widerstand 18 bzw. 20 ist eine Meßleitung 22 angeschlossen, die auf einen Verstärker ?^Jl auf geschaltet ist, dessen Ausgangssignal einem Meßgerät 26 zugeführt wird. Die P.ückleitung vom Verstärker zur Erde hin ist mit 23 bezeichnet. Die Meßleitung 22 ist durch eine öffnung 30 im Deckel l^!l gegenüber dem Deckel VA isoliert hindurchgeführt. Der unterspannungsseitige Widerstand 20 ist dabei der Meßwiderstand. Zur Messung dient also der Spannungsabfall am Meßwiderstand.

Die Figur 2 zeigt die erf indungsgemiiße Einrichtung in schematischer Darstellung. An den Hochspannungsleiter 16 schließt

sich der oberspannungsseitige Widerstand 18 an, der durch ein^n rohrförmigen Isolierkörper 32 gebildet ist, wobei' auf dem rohrförmigen Isolierkörper 32 Widerstandsbahnen aufgebracht werden (vgl.Figuren 4 bis 10). An den oberspannungsseitigen Widerstand 18 schließt sich der unterspannungsseitige Meßwiderstand 20 an, der ebenfalls durch einen rohrförmigen Isolierkörper 34 gebildet ist, auf den in gleicher Weise wie auf den Isolierkörper 32 Widerstandsbahnen aufgebracht sind und zwar ähnlich der Ausgestaltung gem. den Figuren 4 bis 7 bzw. 8 bis 10. Die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Widerstand 18 und dem Widerstand 20 erfolgt über eine Metallplatte 3^ und auch der Meßwiderstand 20 ist mit einer Metallplatte 38 abgeschlossen. Der Keßleiter ?2 ist an der Metallplatte 3^ i"¹ Inneren des rohrförmigen Isolierkörpers 34 angeschlossen und durch diesen sowie durch eine Öffnung 40 durch die Metallplatte 38 und gegenüber dieser isoliert hindurchgeführt. Darüber hinaus ist die Metallplatte 33 mit Erde verbunden. Dies erfolgt in der Ausgestaltung gem. Figur 2 durch einen Verbindungsleiter 42, öer die Metallplatte 38 mit dem Deckel 14 verbindet. Außerhalb der Metallkapselung befindet sich der Verstärker 24 und das Meßgerät ?6.

Am unterspannungsseitigen Ende des Widerstandes 18 ist eine torusartige Steuerelektrode 44 angeordnet, an die sich eine haubenförmige Steuerelektrode 45 anschließt, die zwischen dem Hochspannungsleiter und dem Me^widerstand 18, also bei 48 eingespannt ist. Die haubenförmige Steuerelektrode verjüngt sich kegelstumpfartig von der Elektrode W und geht im Bereich

bad

des oberspannungsseitigen Endes des Widerstandes 18 in eine Art Halbschale 52 übe'r. Der kegelstumpfförmige Bereich 50 ist mit Öffnungen 54 versehen, die entweder als Bohrungen oder als Schlitze ausgebildet sein können, und die zur Abfuhr der W^rme dienen. Die Steuerelektrode HH/H6 dient zur VergleichmMssigung der elektrischen Feldstärke, wobei dies insbesondere für die Betriebsfrequenz aer zu messenden Viechseispannung des hochspannungsführenden Leiters 16 gilt. Zugleich kompensiert die Steuerelektrode zu einem großen Teil den Einfluß der Streukapazitäten zviischen dem Widerstand 18 und der Metallkapselung 10, so daß beim Auftreten von Sto^spannungen eine dielektrische Überbeanspruchung des hochspannungsseitigen Widerstandes 13 vermieden wird. Der Gasraun innerhalb der Ketallkapselung 10 ist mit Isoliergas, hi^r mit Schwefelhexafluorid.ausgefüllt.

Die Anordnung gempß der Figu^ 2 ist eine einphasig gekapselte Schaltanlage. Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, die erfindungsgem^Re Einrichtung bei einer dreiphasig gekapselten Schaltanlage anzuwenden. Diese Anwendung ist in der Figur ? dargestellt.· Innerhalb einer Metallkapselung 60, die ihren freien Ende mittels eines Deokols ^2 abgeschlossen ist, sind drei Hochspannungsleiter P/yP angeordnet, die durch einen Isolator 6*4, der als Schottisolator dienen kann, zumindest abe¹-ein Stützisolator ist, durchgeführt sind. Die Meßeinrichtung geirnß der Figur 3 ist nun sowohl an den Leiter K als auch an die Leiter S und T angeschlossen (um die Gemeinsamkeit mit der Einrichtung gem. der Figur 2 zu zeigen, besitzen die einze]nen Komponenten die gleichen Bezugsziffern mit den

BAD ORIGiNAU

entsprechenden Indizes R/Ι,Τ gekennzeichnet). Der Verstärker, der die Signale des Meßwiderstandes 20 R, 20 S und 20 T zu verarbeiten hat, besitzt die Bezugsziffer 66. Das Meßgerät selbst ist nicht dargestellt.

Sowohl der hochspannungsseitige Widerstand 18 als auch der unterspannungsseitige Widerstand 20 könen in der Weise ausgebildet sein, wie in den Figuren 4 bis 7 dargestellt. Auf den Isolierkörper 32 bzw. 3H sind Widerstandsbahnen 70 streifenförmig aufgebracht, derart, daß die Widerstandsbahnen 70 parallel zu de¹" Längsachse 72 des Isolierkörpers 32/34 auf der Außenfläche des Isolierkörpers verlaufen.

In der Ausgestaltung gemäß Figur 5 verlaufen die '.'iderstandsbahnen 7'I spiralförmig; in der Anordnung gemäß der Figur 6 verlaufen die Widerstandsbahnen 76 l^:Jngs der Achse 72 des Isolierkörpers und die Widerstandshahnen 78 quer zu der Längsachse 72, so daß sich eine Art kreuzförmiges Raster bildet mit in Reihe und parallelgeschalteten Widerstandsbahnen. Denkbar wäre eine Kombination der Anordnung gem. Figur 5 mit 6er Anordnung gem. der Figur ^ oder eine Anordnung der Figur 5 gemäß der Anordnung gemäß Figur 6.

Weiterhin ist eine Anordnung denkbar, bei der zwei spiralförmige V.'iderstandsbahnen gernrß Figur 5, die gegensinnig verlaufen, übereinander angeordnet werden, so daß ebenfalls eine Art kreuzförmiges Raster gebildet wir-d ( Bahnen 77 und 79).

In Fig. 7-9 ist das Dickfilm-Widerstandsmaterial als homogene Schicht auf den Isolierkörper 32 oder 3U aufgebracht.

Mittels der verschiedenen beschriebenen Möglichkeiten der Anordnung des Dickf ilm-Widerstandsmaterial r> auf dom Isolierkörper ist es möglich, den Widerstandsvert des hochspannun^sseitigen bzw. des erseitigen Widerstandes \n einen v?eite"er. Bereich einzustellen.

Es besteht auch die Möglichkeit, auf den Isolierkörper 32 oder 3^ Widerstandsstreifen aufzubringen, deren Form in der Figur I*"¹ dargestellt ist. Der Widerstandsstreifen gemäß der Figur 10 besitzt einen Tr^gerkörper 80 aus einem isolierenden Material, insbesondere aus Keramik, auf den ein» Widerstandsbahn 82 aus einer Dickfilmwiderstanndspaste aufgebracht ist. Die freien Enden der Widerstandsbahnen 82 sind mit elektrisch leitenden Kontaktflächen 81 und 86 verbunden. Der crf»3anitp Widerstan^sstreifen besitzt dabei die Bezugsziffer 88. In der Ausgestaltung der Figur 8 sind mehrere Reihen von miteinander fluchtenden Widerstandsbahnen -88 gleichmäßig verteilt auf dem Isolierkörper 32 oder dem Isolierkörper ^oil aufgebracht. Da^Kei enden die einzelnen Widerstandsstreifen 88 in einem Abstand D zueinander, 'welcher Abstand D von einem metallischen Konaktrin^ ?0 derart überdeckt ist, daß die Kontaktflächen 84 und riie Kontaktflächen 86 je zweier sich gegenüberliegender miteinander fluchtender Kontaktsreifen 38 elektrisch leitend über den Kontaktring 90 miteinander verbunden sind. Dadurch verden die einzelnen Reihen der Kontaktstreifen 88 und die einzelnen in

BAD ORIGINAL

einer Reihe liegenden Kontaktstreifen 30 elekrisch leitend miteinander verbunden. Die Kontaktringe QO besitzen eine zylinderförmige Innenfläche 92 und eine kreissegment- oder bogenartige Außenfläche 9*1, um Kanten zu vermeiden.

Figur 11 zeigt im Anschnitt eine beispielhafte Ausführung der Einspannung der haubenförmigen Steuerelektrode zwischen dem Hochspannungsleiter 16 und dem den oberspannungsseitigen Widerstand 18 tragenden Isolierkörper 32. Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Hochspannungsleiter 16 mit einem Ansatz 100 versehen, der zur Zentrierung der Steuerhaube bzw. des Haubenbodens 52 dient. Auf der dem Isolierkörper zugewandten Seite ist eine metallische Isolierrohrhalterung 101 angebracht. Kittels einer Schraubverbindung 102, die in ein Cewindeloch 10? im Leiter I^ eingreift, wird der Haubenboden zwischen die Stirnfläche 105 der Isolierrohrhalterung 101 und die Stirnfläche des Leiter 16 gepreßt. Der Isolierkörper 16 ist mittels einer Klebeverbindung 104 im inneren zylindrischen Bereich der Isolierrohrhalterung 101 befestigt.

Claims

3121390 Ansprüche

1.) Einrichtung zur Messung hoher Wechselspannungen in Hochspannungsschaltanlagen, insbesondere in metallgekapselten SFfi-gasisolierten Hochspannungsschaltanlagen, mit wenigstens zwei in Reihe zwischen Hochspannungspotential und Erde angeordneten, einen ohmsehen Spannungsteiler bildenden ohmschen W iderständen/von denen der an Erde angeschlossene Widerstand als Heßwiderstand dient,. wobei ■ der hochspannur.gsseitige Widerstand und der Meßwiderstand aus jeweils wenigstens eir.sir. Widerstandselement gebildet sind, das bzw. die aus einem Isolierkörper und darauf aufgebrachtem Widerstandsmaterial besteht bzw. bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper (32/3¹O rohrförmig ausgebildet und auf seiner Außenseite das Widerstandsmaterial aufgelegt ist und daß die transier.te Spannungsverteilung von einer einzigen, haubenförmigen Steuerelektrode ('46) gesteuert ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, de 3 das Widerstandsmaterial eine Dickfilmpaste ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsmaterial eine in Form von Widerstands^ahr.en auf den Isolierkörper aufgebrachte Pickf ilrr.paste ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsbahnen parallel zur Längsachse des Isolierkörpers verlaufen.

IAD ORiGIMAL

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5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis U, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsbahnen schraubenförmig auf den Isolierkörper aufgebracht sind.

6. Isolierkörper nach einem der Ansprüche <? bis 5, . dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsbahnen schraubenförmig und gegeneinander versetzt auf den Isolierkörper aufgebracht sind, so daß sich die einzelnen Widerstandsbahnen kreuzen.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennz., daß die V.'iderstandsbahnen zusätzlich auf einem Kreisurafang auf dem Isolierkörper aufgebracht sind.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennz., daß das Widerstandsmaterial homogen auf der Hantel fache des Isolierkörpers aufgebracht ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Isolierkörper handelsüblich erhältliche Widerstandsstreifen aufgebracht sind, welche in Längsrichtung des Isolierkörpers verlaufen und an den aufeinander zuweisenden Enden mittels eines Verbindungsleiters miteinander verbunden sind.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als metallische Verbindungsleiter Kontaktringe vorgesehen sind, welche die Kontaktierungsf l-Mchen je zweier sich gegenüberliegender Widerstandsstreifen überdecken und dabei zus^tz-

ORIGINAL

lieh die einzelnen Widerstandsstreifen am Isolierkörper festlegen

11. Einrichtung nach einen der vorigen Ansorüche, dadurch gekennzeichnet, daß der hochspannungsseitige Widerstand (IB) an seineia erdseitigen Ende von einer Ringelektrode (44) umgeben ist, an die sich eine in Richtung hochspannungsseitiges Ende des Widerstandes (18) sich verjüngende Steuerelektrode (^S)

anschließt.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die haubenförmige Steuerelektrode ('46) mit öffnungen (5^Ü) in Form von Schlitzen, Bohrungen und dergleichen, durchbrochen ist.

BAO ORIGINAL