DE4201432A1 - Stromwandler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Stromwandler nach dem Ober­ begriff des Patentanspruches nach Patent... (P 41 01 859.1-35).

Die Meßelektronik bei der Erfindung nach dem Hauptpa­ tent. . . (P 41 01 859.1-35), die als Wandlerschaltungsanordnung mit einem Lichtsender ausgebildet ist, befindet sich auf hohem Potential im stromführenden Innenleiter. Aus technischen Gründen, beispielsweise bei hohen Last­ strömen oder bei Sonneneinstrahlung, kann die Temperatur des Innenleiters über 80°C annehmen. Auch Temperaturanstiege bis 130°C können nicht ausgeschlossen werden.

Die sichere Funktion der Mikroelektronik und die zugehö­ rige Optoelektronik ist allerdings nur bis zu Grenzwerten der Einsatztemperatur gewährleistet; diese Grenzwerte liegen bei 75°C, in speziellen Fällen können sie bis 125°C annehmen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Erfindung gemäß dem Hauptpatent. . . (P 41 01 859.1-35) weiter zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeich­ nenden Merkmale des einzigen Patentanspruches gelöst.

Erfindungsgemäß also wird zur Kühlung der Wandlerschal­ tungsanordnung mit dem Lichtsender ein Peltier-Element benutzt; derartige Peltier-Elemente sind an sich bekannt, siehe beispielsweise Meyers-Lexikon der Technik und der exakten Naturwissenschaften, 3. Band, 1970, Bibliographi­ sches Institut Mannheim/Wien/Zürich.

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

Es zeigt die einzige Figur eine schematische Schnittansicht durch einen Stromwandler mit einem Peltier-Element.

Eine metallgekapselte Hochspannungsanlage besitzt einen Innenleiter 11 und einen diesen umgebende Kapselung 10, die zwei Kapselungsteile 12 und 13 aufweist. Die Kapse­ lungsteile oder Außenleiter 12 und 13 bilden die Kapse­ lung. Die beiden aufeinanderzuweisenden Enden besitzen Flansche 14 und 15, zwischen denen ein scheibenförmiger Stützisolator 16 für den Innenleiter 11 befestigt ist. Um nun die hochfrequenten Anteile eines Überstromes messen zu können, ist der Innenleiter 11 mit einer Vertiefung 17 versehen, so daß der Innenleiter 11 mit reduzierter Wand­ stärke ununterbrochen weiter- bzw. durchgeführt wird. Am Innenleiter 11 ist über der Vertiefung 17 ein dünnwandi­ ges Rohrstück 22 angeordnet, dessen Außendurchmesser dem Außendurchmesser des Innenleiters 11 in etwa gleicht. Die Länge des Rohrstückes 22 richtet sich nach der gewünsch­ ten Strommeßempfindlichkeit. An den Stirnseiten ist das Rohrstück 22 mit den radial verlaufenden Begrenzungswän­ den der Vertiefung 17 verbunden, so daß die hochfrequen­ ten Ströme bzw. die transienten Überspannungen aufgrund des Skin-Effektes durch das Rohrstück 22 hindurch flie­ ßen.

Der Spannungsabfall an dem Rohrstück 22, entlang dessen Mantellinie gemessen, ist ein Maß für den durch das Rohr­ stück 22 fließenden Strom. Zur Vermeidung einer Tempera­ turabhängigkeit wird das Rohrstück 22 zweckmäßig aus für Meßwiderstände typischem Widerstandsmaterial gefertigt, beispielsweise Manganin oder Isaohm. Der Spannungsabfall über dem Rohrstück 22 wird durch Leitungen 23 und 24 ab­ gegriffen und einer im Inneren des Innenleiters 11 be­ findlichen Schaltungsanordnung 25 zugeführt, in der die analogen Meßsignale in digitale Signale umgewandelt wer­ den. Bei der Schaltungsanordnung 25 handelt es sich dem­ gemäß um einen Analog/Digital-Wandler. An diesem Wandler 25 befindet sich ein Lichtsender 26, der die digitalen Signale nach Umwandlung in Lichtsignale auf eine Leiter­ anordnung 27 überträgt, die - wie in der einzigen 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 mit Spannung aus einer Kondensatoran­ ordnung 29 versorgt. Zu diesem Zweck besitzt der Innen­ leiter 11 eine Vertiefung 30, auf deren Boden Stege 31 und 32 aufgebracht sind, die in Verbindung mit einer Elektrode 33 und dem Boden der Vertiefung 30 einen Ver­ sorgungskondensator 34 bilden. Die zwischen der Elektrode 33 und dem Außenleiter 12 befindliche Kapazität besitzt die Bezugsziffer 35. Die Elektrode 33 einerseits und der Innenleiter 11 andererseits sind mittels elektrischer Leitungen 36 und 37 mit dem Wandler 25 verbunden.

Die Lichtsignale können also, wie dargestellt, über die Lichtleiter nach außen übertragen werden. Sie können aber auch über einen Lichtstrahl nach außen abgestrahlt wer­ den. Der Lichtstrahl ist mit der Bezugsziffer 40 bezeich­ net. Zu diesem Zweck sind im Innenleiter 11 und im Außen­ leiter 12 bzw. 13 radiale Bohrungen 41 und 42 vorgesehen, durch die das Licht von innen nach außen abgestrahlt wird. Daß natürlich insbesondere die Bohrung 42 am Außen­ leiter 13 abgedichtet sein muß, beispielsweise durch eine geeignete transparente Masse, ist selbstverständlich.

Auf einem Absatz 60 im Inneren des Innenleiters 11 ist ein Peltier-Element, das in seiner Gesamtheit mit 61 be­ zeichnet ist, aufgesetzt. Das Peltier-Element 61 besitzt, wie bekannt, Leitermaterialien unterschiedlicher elektri­ scher Leitfähigkeit, wie beispielsweise aus Meyers-Lexi­ kon der Technik und der exakten Naturwissenschaften, Band 3, Seite 1916 bekannt, so daß hier nicht näher auf die Zusammensetzung eingegangen werden muß.

Zur Verringerung der Betriebstemperaturen wird bzw. wer­ den die Übertragungsschaltungsanordnungen mit der kalten Fläche des Peltier-Elementes 61 thermisch kontaktiert.

Das Peltier-Element 61 wird mittels eines den Innenleiter 11 umgebenden geeignet bemessenen Stromwandlers 62 über Leitungen 63 und 64 mit Strom versorgt, so daß für die Übertragungsschaltungsanordnung 25/26 ein ausreichender Kühleffekt erzielt werden kann. Selbstverständlich könnte auch die Spannungsversorgung 29 benutzt werden. Daß ein Gleichrichter vorgesehen sein muß, ist selbstverständlich und in Fig. 4 nicht näher dargestellt.

Claims (1)

1. Stromwandler zur Messung von Über- oder Kurz­ schlußströmen, vorzugsweise in einer gasisolierten, me­ tallgekapselten Schaltanlage, mit mindestens einem auf Hochspannungspotential befindlichen Leiter (11), um den herum der Stromwandler angeordnet ist, wobei der Leiter (11) einen als im Vergleich zum Leiter dünnwandiges Rohr­ stück (22) ausgebildeten, stromführenden Bereich auf­ weist, welcher am Außenumfang des Leiters (11) angeordnet ist, wobei der Außendurchmesser des Rohrstückes (22) dem Außendurchmesser des Leiters (11) im wesentlichen gleicht, und wobei der Spannungsabfall entlang einer Man­ tellinie des Rohrstückes (22) ein Maß für den Kurzschluß­ strom ist, wobei zur Messung hochfrequenter, transienter Anteile der Leiter (11) eine am Außenumfang umlaufende Vertiefung (17) aufweist, die von dem Rohrstück (22), dessen Außendurchmesser dem Außendurchmesser des Innen­ leiters (11) im wesentlichen gleicht, abgedeckt ist und wobei das Rohrstück (22) im Bereich des Außendurchmessers des Leiters (11) mit dem Leiter (11) beidseitig elek­ trisch-leitend verbunden ist, und wobei an den Enden der Mantellinie des Rohrstückes (22) Anschlußleiter (23, 24) angeschlossen sind, die einer im Inneren des Leiters (11) angeordneten Wandlerschaltungsanordnung (25), vorzugs­ weise einer Analog-Digital-Wandlerschaltungsanordnung (25), zugeführt ist, deren Ausgangssignale elektrisch isoliert zu einer auf Erdpotential befindlichen Auswerte- Schaltung (28) geführt sind, nach Patent... (P 41 01 859.1-35), dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des hohl ausgebildeten Innenleiters (11) ein als Kühlelement die­ nendes Peltier-Element (61) vorgesehen ist, das mit der Wandlerschaltungsanordnung (25, 26) in thermisch engem Kontakt steht und ggf. mittels eines den Innenleiter umgebenden Stromwandlers (62) mit Strom versorgt wird.