DE4133508C1 - High voltage measurement transducer for gas insulated HV switchgear - has coil in recess of internal conductor having transmission circuit for conversion of digitised electrical signal to light signal - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen auf Hochspannungspotential befindlichen Meßwandler nach dem Oberbe­ griff des Anspruches 1.

Meßwandler der eingangs genannten Art dienen zur Erfas­ sung der Spannung und/oder des Stromes in einer gas- oder flüssigkeitsisolierten Hochspannungsschaltanlage.

Zur Erfassung der Spannung werden in ganz üblicher Weise kapazitive Spannungsmeßeinrichtungen vorgesehen, die als kapazitive Spannungsteiler ausgebildet sind und - im Prinzip - aus einem zwischen dem Innenleiter und einem in geringem Abstand zur Innnenfläche des Außenleiters (Me­ tallkapselung) und isoliert davon angeordneten Meßbelag befindlichen Oberspannungskondensator und einem Unter­ spannungskondensator bestehen, welch letzterer durch zwi­ schen dem Meßbelag und dem Außenleiter gebildet ist. Die Spannungsmeßwerte werden am Unterspannungskondensator aufgenommen.

Aus der DE-OS 25 46 694 ist ein Meßsendegerät für Hoch­ spannungsleitungen bekannt geworden, welches auf Be­ triebspotential, d. h. Hochspannungspotential, befindli­ che Meßwertaufnehmer für elektrische Größen der Hochspan­ nungsleitung aufweist. Die Ausgangssignale der Meßwert­ aufnehmer werden einem Umwandlungs-Digitalisierungsteil, der sich auf Betriebspotential befindet, zugeführt und als digitale Signale beispielsweise durch eine Sendeein­ richtung auf Erdpotential übertragen. Wie der Meßwertauf­ nehmer ausgebildet ist, ist aus der DE-OS 25 46 694 nicht zu ersehen.

Aus der DE-OS 37 12 190 ist ein Meßwandler der eingangs genannten Art bekannt geworden, dessen Meßwertaufnehmer in Form einer Rogowskyspule ausgebildet ist. Die Rogows­ kyspule ist außerhalb des Außenumfangs des elektrischen Leiters um diesen herumgewickelt. Die dabei aufgenommenen elektrischen Signale werden einer innerhalb des Innenlei­ ters befindlichen Meßeinheit zugeführt, von der aus die ausgewerteten Signale über eine Datenleitung in Form ei­ ner Glasfaserleitung durch einen Isolator nach außen her­ aus geführt werden. Die Stromversorgung für die Meßein­ heit erfolgt über eine weitere Glasfaserleitung, die von Erdpotential durch den Isolator hindurch auf Hochspan­ nungspotential geführt ist. Diese Ausgestaltung ist rela­ tiv kompliziert, insbesondere wegen der speziellen Strom­ versorgung für den Meßwertaufnehmer.

Eine weitere Ausführung von Meßwandlern sind induktive Meßwandler, siehe z. B. CH-PS 5 14 923, die im Bereich der Außenkapselung einen oder mehrere Ringkerne aufweisen, die den Leiter konzentrisch umgeben. Diese Meßwandler sind technisch aufwendig zu fertigen.

Zwar ist aus dem JP-Abstract 58-1 24 960 eine Meßanordnung bekannt geworden, die in einem halbzylindrischen Aus­ schnitt im Innenleiter angeordnet ist. Der Sensor ist ein Fotoelement, mit dem das elektrische Feld im Inneren des Ausschnittes detektiert wird. Bei dieser Ausgestaltung kommt es darauf an, daß dort, wo der Sensor angeordnet ist, die größte Konzentration der Strompfade vorhanden ist. Dies erfolgt bei der Anordnung nach dem JP-Abstract dadurch, daß der Ausschnitt, in dem sich der Sensor be­ findet, auf der gegenüberliegenden Seite des Innenleiters von zwei weiteren Ausschnitten flankiert wird, wodurch ein omega-förmiger oder meander-förmiger Strompfadverlauf erzeugt wird. Darüber hinaus ist ersichtlich, daß die Aus­ schnitte so tief eingefügt werden, daß die Böden der Aus­ schnitte auf der Mittelachse des Innenleiters liegen.

Aus der DE-OS 32 07 306 ist bekanntgeworden, wie Lichtleiter von Hoch- und Niederspannungspotential ge­ führt werden können. Allerdings handelt es sich bei dem bekannten Isolator nicht um einen innerhalb einer gasiso­ lierten, metallgekapselten Anlage befindlichen scheiben­ förmigen Stützisolator, sondern um einen Prozellanisola­ tor mit Tellern zur Verlängerung der Kriechstrecken. Au­ ßerdem befinden sich die Lichtleiter auf der Außenfläche und sie verlaufen wendelförmig, nicht aber spiralförmig.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Meßwandler der ein­ gangs genannten Art zu schaffen, der besonders zur Strommessung geeignet und dennoch einfach zu fertigen ist und eine hohe Meßgenauigkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Meßeinrichtung befindet sich erfindungsgemäß inner­ halb der Außenkontur innerhalb einer Vertiefung des auf Hochspannungspotential befindlichen Innenleiters; von der Meßeinheit erzeugte Lichtsignale werden dabei über Licht­ leiter durch den Stützisolator auf Erdpotential geführt.

Zwar ist, wie eingangs erwähnt, aus der DE-OS 37 12 190 eine auf Hochspannungspotential befindliche Meßanordnung, deren Meßsignale als Lichtsignale zum Erdpotential über­ tragen werden, bekannt. Von Bedeutung ist aber, daß die Energieversorgung einerseits und die Herausführung der in Lichtsignale umgewandelten Meßsignale anders ausgestaltet sind.

Die Ausführung nach der Erfindung ermöglicht es, eine Meßwandlereinheit zu bilden die in bestehende Anlagen nachgerüstet werden kann. Dadurch, daß der die Spule abdeckende Zylinder einen Aus­ sendurchmesser aufweist, der dem Außendurchmesser des In­ nenleiters gleicht, ändert sich die dielektrische Durch­ schlagsfestigkeit zwischen dem Innenleiter im Bereich der Spule und dem Außenleiter nicht.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann gemäß Anspruch 2 zur Spannungsversorgung der Über­ tragungsschaltungsanordnung ebenfalls innerhalb der Au­ ßenfläche des Innenleiters eine Kondensatoranordnung vor­ gesehen, die dadurch gebildet ist, daß der Innenleiter eine umlaufende Vertiefung aufweist, in der in Abstand zum Boden der Vertiefung eine Elektrode isoliert angeord­ net ist. Der Außendurchmesser der Elektrode entspricht dem Außendurchmesser des Innenleiters.

Wenn der Innenleiter oder die Innenleiter (bei einer mehrphasigen Anordnung) mittels eines scheibenförmigen Stützisolators innerhalb der Schaltanlage festgehalten sind, dann werden die Lichtleiter in bevorzugter Weise spiralförmig innerhalb des Stützisolators nach außen hin verlegt sein. Hierdurch ergibt sich eine günstige Anord­ nung bezüglich der Kriechstrecken über die Lichtleiter.

Der vom Meßwandler aufgenommene Strom ist an sich ein Analogsignal, und demgemäß ist in zweckmäßiger Weise die Übertragungsschaltungsanordnung als Analog/Digital-Wand­ ler mit einem Lichtsender ausgebildet, der das analoge Meßsignal in ein digitales Lichtsignal umwandelt, welches mittels der Lichtleiter zu einer außerhalb der Kapselung befindlichen Auswerteeinheit übertragen wird.

Die Meßwerte können zusätzlich in analoger Form mit einer weiteren Lichtleiterstrecke in den Außenraum zur Auswer­ teeinheit übertragen werden, um den Phasenwinkel genau erfassen zu können.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigt:

Die einzige Figur eine schematische Darstellung ei­ nes Stromwandlers innerhalb einer Hochspannungs­ schaltanlage.

Eine metallgekapselte, gasisolierte Hochspannungsschal­ tung, wie sie in der einzigen Figur dargestellt ist, be­ sitzt eine auf Erdpotential befindliche Außenkapselung 10, in der konzentrisch ein hohler, Hochspannungspoten­ tial Innenleiter führender angeordnet ist. Die Außenkap­ selung 10 ist aus zwei Kapselungsteilen 12, 13 zusammen­ gesetzt, an deren Stirnenden je ein Flansch 14 bzw. 15 vorgesehen ist, zwischen denen ein scheibenförmiger Stützisolator 16 für den Innenleiter 11 eingespannt ist. Anstatt eines Innenleiters 11 können selbstverständlich bei mehrphasig gekapselten Schaltanlagen auch eine der Anzahl der Phasen entsprechende Anzahl von Innenleitern vorgesehen werden.

Der Leiter 11 besitzt eine umlaufende weitere Vertiefung 30, auf deren Boden Isolierstege 31 und 32 angeordnet sind, mit­ tels denen eine Elektrode 33 gegenüber dem Innenleiter 11 isoliert abgestützt ist. Zwischen der Elektrode 33 und dem Boden der Vertiefung 30 ist somit ein Kondensator oder eine Kapazität 34, gebildet; mit der zwischen der Elektrode 33 und der Me­ tallkapselung 12 befindlichen Kapazität 35 bildet der Kondensator 34 einen kapazitiven Spannungsteiler.

Innerhalb des Innenleiters 11 ist eine umlaufende Vertiefung 40 eingebracht, die durch einen von einem Rand 41 der Vertiefung in Richtung der Außenfläche vorspringenden Abdeckzylinder 42 bis auf einen Spalt 43 abgedeckt ist. In dem durch den Zylinder 42 und den Boden der Vertiefung 40 befindlichen Innenraum 44 ist eine Spule 45 untergebracht, die bei­ spielsweise als Rogowskispule ausgebildet ist und deren Meßsignale über Leiter 46, 47 einer Schaltungsanordnung 25 zugeführt werden, die im Inneren des Innenleiters 11 angeordnet ist. In dieser werden die durch die Leiter 23 und 24 zu der Schaltungsanordnung 25 geführten analogen Meßsignale in digitale Signale umgewandelt. Demge­ mäß handelt es sich bei der Schaltungsanordnung 25 um ei­ nen Analog/Digital-Wandler. An dem Analog/Digital-Wandler 25 befindet sich ein Lichtsender 26, die zusammmen die Übertragungsschaltung bilden, wobei der Lichtsender 26 die digitalen Signale nach Umwandlung in Lichtsignale auf eine Licht­ leiteranordnung oder Lichtleiter 27 überträgt, die - wie in der Figur schematisch dargestellt - spiralförmig durch den Stütz­ isolator 16 nach außen herausgeführt ist. Man erkennt in der Figur die einzelnen Querschnitte der Lichtleiteran­ ordnung 27. Die Lichtleiteranordnung 27 ist mit einer Auswerteschaltung 28 verbunden, in der die Lichtsignale ausgewertet werden. Der Wandler 25 wird mittels der oben erwähnten Kondensatoranordnung 34/35 über Leiter 36/37 mit Spannung versorgt.

Es besteht natürlich die Möglichkeit, daß die Spannungs­ versorgung für den Wandler 25 und dem Lichtsender 26 von dem Meßwandler selbst und nicht mittels einer zusätzli­ chen Versorgungskapazität bereitgestellt wird.

Nicht dargestellt ist ein jeweils zusätzlicher Lichtlei­ ter, der dem induktiven Meßwandler 45 zugeordnet ist und der die von dem Meßwandler erzeugten Signale in analoger Form der Auswerteschaltung zuführt. Diese zusätzlichen Lichtleiteranordnungen würden ebenso spiralförmig durch den Stützisolator 26 hindurchgeführt; mit diesen analogen Signalen, die zur zu messenden Größe in gleicher Phase liegen, kann der Phasenwinkel genau erfaßt werden.

Die Erfindung ist anwendbar bei gas- oder flüssigkeits­ isolierten Hochspannungsschaltanlagen und sie besitzt insgesamt einen vergleichweise geringen Raumbedarf und ist außerdem mit geringem Aufwand herstellbar.

Die Figur zeigt lediglich einen Einzelleiter innerhalb der Metallkapselung; die Hochspannungsanlage kann natür­ lich auch mehrphasige gekapselte Anlage sein. Dann kann die Elektrode 33 nur über einen Teil des Umfangs ausge­ bildet sein, so daß die Spannungsversorgung für jeden einzelnen Innenleiter separat erfolgt.

Aufgrund der Ausgestaltung der Anordnung nach der Figur befindet sich im Inneren des Meßwandlers bzw. der Versor­ gungskapazität das gleiche Dielektrikum wie innerhalb der Außenkapselung 10, so daß die Meßsignale in erster Nähe­ rung temperaturabhängig sind.

Der Zylinder 42 endet, wie ersichtlich, in einem Abstand zu dem nächsten Rand der Vertiefung 40, wodurch der Spalt 43 gebildet ist. Dieser ist sehr wichtig, um eine magne­ tische Abschirmung der Spule bei Kurzschlußströmen zu vermeiden. Der Zylinder 42 dient lediglich als Abschir­ mung für die Spule 45, insoweit als Meßverfälschungen durch kapazitive Einsteuerungen vermieden werden. Die Spule 45 ist in zweckmäßiger Weise als Rogowskyspule aus­ gebildet.

Daß die Versorgung des Wandlers 25 als Spannungsversor­ gung ausgebildet ist, hat den Grund, daß Spannung immer vorhanden ist bzw. die Spannung dem Strom voreilt. Dies hat den Vorteil, daß die Versorgung des Wandlers 25 sowie des zugehörigen Lichtsenders 26 sichergestellt ist.

Claims (5)

1. Auf Hochspannungspotential befindlicher Meßwand­ ler für eine metallgekapselte, gasisolierte Hochspan­ nungsschaltanlage, mit wenigstens einem Innenleiter und einem diesen umgebenden Außenleiter, mit einer Spule und mit einer innerhalb des hohl ausgebildeten Innenleiters vorgesehenen, die elektrischen Meßsignale in Lichtsignale umwandelnden Übertragungsschaltungsanordnung, wobei die Lichtsignale von Hochspannungspotential mittels durch einen Stütziso­ lator zur Abstützung wenigstens eines Innenleiters hin­ durch geführter Lichtleiter auf Erdpotential geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenleiter (11) eine umlaufende Vertiefung (40) aufweist, die mittels eines an einem Rand der Vertiefung (40) elektrisch-lei­ tend anschließenden und in Abstand zum anderen Rand en­ denden Zylinders (42) abgedeckt ist, dessen Wandstärke dünner als die Wandstärke des Innenleiters (11) ist und dessen Außenumfang dem Außenumfang des In­ nenleiters (11) entspricht, und daß die Spule (45) im Innenraum (44) zwischen dem Boden der Vertiefung (40) und der Innenwand des Zylinders (42) angeordnet ist, deren Signale der Übertragungsschaltung (25, 26) zugeführt sind.

2. Meßwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß am Außenumfang des Innenleiters (11) eine weite­ re Vertiefung (30) eingebracht ist, in der gegenüber dem Innenleiter isoliert eine Elektrode (33) vorgesehen ist, deren Länge in Längsrichtung des Leiters kleiner ist als die Länge der Vertiefung (30) und deren Außendurchmesser gleich ist dem Außendurchmesser des Innenleiters, und daß die zwischen der Elektrode (33) und dem Innenleiter (11) befindliche Kapazität (34) die Signale erzeugt, die zur Spannungsversorgung der Übertragungsschaltung (25, 26) dienen.

3. Meßwandler nach einem der Ansprüche 1 und 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Lichtleiter (27) spiralför­ mig durch den Stützisolator (16) nach außen auf Erdpoten­ tial geführt sind.

4. Meßwandler nach einem der Ansprüche 2 und 3, da­ durch gekennzeichnet, daß am Boden der weiteren Vertiefung (30) Stege (31, 32) aus Isolierstoff angebracht sind, auf de­ nen die Elektrode (33) aufgebracht ist.

5. Meßwandler nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsschaltung (25, 26) einen Analog/Digital-Wandler oder einen Spannungs/ Frequenzwandler aufweist.