DE4322944A1 - Stromwandler einer mit Schutzgas gefüllten Schaltanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Stromwandler einer mit Isoliergas gefüllten Schaltanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Stromwandler ist aus dem DE-GM 70 17 125 bekannt. Der bekannte Stromwandler weist einen geradlinigen Leiter auf, der konzentrisch in rohrförmigen Kapselungsteilen angeordnet ist. Die Kapselungsteile sind mindestens zum Teil ineinandergeschoben und sind durch einen Ringspalt, der mit Isolierstoff ausgefüllt ist, voneinander getrennt. Auf dem äußeren der beiden Kapselungsteile sind Ringkerne mit Sekundärwicklungen aufgebracht. Durch den Ringspalt ist sichergestellt, daß kein Rückstrom durch die von den Ringkernen begrenzte Querschnittsfläche zurückfließt. Ein solcher Rückstrom würde den Betrag des in den Sekundärwicklungen induzierten Stromes vermindern und damit das Meßergebnis verfälschen. Eine Maßnahme zur Verhinderung des störenden Einflusses von - insbesondere bei Schaltvorgängen auftretenden - Wanderwellen auf das Meßergebnis ist nicht erwähnt.

Aus der DE 32 47 383 C2 ist ein Stromwandler bekannt, bei dem durch eine rohrförmige Abschirmung, auf der sich Ringkerne mit Sekundärwicklungen befinden, und durch einen Leiter, der koaxial durch die Abschirmung hindurchgeführt ist, eine Kapazität gebildet wird. Zwischen der Abschirmung und einer diese umgebenden gasdichten Kapselung des Stromwandlers sind Metallstege angeordnet, die einen kleinen Wellenwiderstand für einen hochfrequenten Strom darstellen, der bei der Ausbreitung einer Wanderwelle auf der Kapselung fließt. An der Abschirmung können sich bei Auftreten von Wanderwellen keine Überspannungen ausbilden. Es ist bei der Ausgestaltung der Abschirmung als Kondensatorelektrode nicht möglich, die von Wanderwellen herrührenden hochfrequenten Ströme über die Abschirmung durch die von den Ringkernen begrenzte Querschnittsfläche zurückfließen zu lassen, damit sich die durch den Leiter und die Abschirmung fließenden hochfrequenten Stromanteile in der Summe gegenseitig aufheben und in den Sekundärwicklungen keine störenden Ströme induzieren.

Beim Ein- und Ausschalten entstehen in der Schaltanlage Wanderwellen, die sich zwischen dem Leiter und den ihn umgebenden Kapselungsteilen ausbreiten. Die von diesen Wanderwellen herrührenden (hochfrequenten) magnetischen Felder sollen keine Ströme in den Sekundärwicklungen hervorrufen. Diese Ströme würden das Ergebnis der Messung des durch den Leiter fließenden Stromes erheblich verfälschen. Außerdem können die induzierten Ströme und Spannungen - als Folge mangelnder elektromagnetischer Verträglichkeit - Störungen in der zu der betreffenden Schaltanlage gehörenden Elektronik hervorrufen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stromwandler einer mit Isoliergas gefüllten Schaltanlage zu schaffen, in dem auch bei Ein- und Ausschaltvorgängen keine Störspannungen hervorgerufen werden, die die Funktionsfähigkeit der an den Stromwandler angeschlossenen Elektronik gefährden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen einphasigen Stromwandler einer mit Isoliergas gefüllten Schaltanlage gemäß Anspruch 1.

Bei diesem Stromwandler ist der Abschnitt des Trägers, auf dem die Ringkerne sitzen bei gewöhnlichem Betrieb mit Netzfrequenz praktisch nicht von einem Rückstrom durchflossen; bei Netzfrequenz wirkt der Kondensator also als Stromsperre (Isolierung). Gleichzeitig ist die außerhalb der Ringkerne befindliche Stromführungseinrichtung bei Netzfrequenz besonders gut leitend. Der Rückstrom nimmt also bei Netzfrequenz den Weg über die Stromführungseinrichtung (außerhalb der Ringkerne); daher wird das Magnetfeld, das von dem im Leiter fließenden Strom hervorgerufen wird, nicht durch den Rückstrom aufgehoben oder vermindert; der in den Sekundärwicklungen induzierte Strom ist dem Strom im Leiter proportional.

Lediglich hochfrequente Stromanteile, welche von schnellen Wanderwellen herrühren, fließen durch den Abschnitt des Trägers, der sich zwischen Leiter und Träger befindet.

Solche schnellen Wanderwellen entstehen in der Schaltanlage bei Ein- und Ausschaltvorgängen.

Dadurch daß der Abschnitt des Trägers leitend ist für die hochfrequenten Stromanteile, durchlaufen die Wanderwellen den Bereich des Stromwandlers, ohne Störspannungen in den Sekundärwicklungen hervorzurufen. Die hochfrequenten Stromanteile auf Träger und Leiter fließen in entgegengesetzter Richtung und heben sich bezüglich der von den Ringkernen begrenzten Querschnittsfläche praktisch gegenseitig auf; die hochfrequenten Stromanteile rufen demnach keine Ströme in den Sekundärwicklungen hervor; das Meßergebnis wird also durch die Wanderwellen nicht verfälscht.

Damit die hochfrequenten Stromanteile möglichst vollständig auf dem Träger unter den Ringkernen zurückfließen, ist die außerhalb der Ringkerne befindliche Stromführungseinrichtung in der Weise frequenzabhängig ausgelegt, daß sie bei hohen Frequenzen, die von Wanderwellen herrühren praktisch sperrt.

Als ein Kondensator, der in den Träger integriert ist und lediglich für hochfrequente Stromanteile, die bei Schaltvorgängen auftreten, durchlässig ist, eignet sich ein Kondensator gemäß Anspruch 2, der aus zwei konzentrischen rohrförmigen Elektroden besteht und dadurch nur eine sehr geringe Induktivität aufweist.

Da bei einer Ausführung gemäß Patentanspruch 6 in Höhe des Stromwandlers - wegen der gleichbleibenden Geometrie im Innern - keine erhebliche, sprunghafte Änderung des Wellenwiderstandes gegenüber benachbarten Abschnitten der Schaltanlage auftritt, werden unerwünschte Reflexionen im Bereich des Stromwandlers weitgehend verhindert.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den übrigen Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels, aus dem sich weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile ergeben, näher beschrieben.

Es zeigt die Figur im Längsschnitt einen in eine vollisolierte Schaltanlage integrierten Stromwandler.

Innerhalb eines leitenden Kapselungsteils (1), das Bestandteil einer Schaltanlage mit einem integrierten Stromwandler ist, befindet sich ein zylindrischer, durch (nicht dargestellte) Isolierstützer koaxial in dem Kapselungsteil (1) angeordneter Leiter (3), der den Strom einer Phase führt und die Primärwicklung für den Stromwandler bildet.

Der Leiter (3) ist im Bereich des Stromwandlers von einem weiteren leitenden Kapselungsteil, das als Träger (4) dient, umgeben. Der Träger (4) schirmt Hochspannung ab und hält - außen auf ihm angeordnete - Ringkerne (5) mit Sekundärwicklungen (6). An den Träger (4) schließen sich entlang der Längsachse des Leiters (3) weitere Kapselungsteile (1) an, von denen lediglich eines dargestellt ist.

Der Leiter (3) wird durch die Isolierstützer koaxial in dem Träger (4) gehalten, der innen rohrförmig ausgestaltet ist. Zwischen dem Träger (4) und dem - auf Erdpotential liegenden - Kapselungsteil (1) besteht lediglich über vier Metallstangen, die eine Stromführungseinrichtung (2) bilden, eine leitende Verbindung; die Stromführungseinrichtung (2) ist außerhalb des Trägers (4) und außerhalb der Ringkerne (5) angebracht; sie überbrückt von einem Flansch des Trägers (4) aus die Ringkerne (5) und ist zu einem Flansch des Kapselungsteils (1) geführt. Sie stellt die einzige leitende Verbindung zwischen dem Träger (4) und dem Kapselungsteil (1) dar, denn Träger (4) und Kapselungsteil (1) sind zwar benachbart angeordnet, sie sind jedoch an der Stelle, an der sie unmittelbar benachbart sind, gegeneinander isoliert.

Die Stromführungseinrichtung (2) leitet bei hohen Frequenzen schlechter als bei niedrigen; sie hat also induktives Verhalten.

Die vier Metallstangen der Stromführungseinrichtung (2) sind gleichmäßig über den Umfang des Trägers (4) verteilt und mit Abstand zu diesem und zu den Ringkernen (5) angeordnet.

Betriebsfrequente, erdseitige Rückströme fließen über die Stromführungseinrichtung (2), welche bei Netzfrequenz sehr gut leitet.

Bei dieser Frequenz fließt über den Abschnitt des Trägers (4), der unterhalb der Ringkerne (5) liegt, kein Strom, worauf weiter unten noch näher eingegangen wird.

Wenn der Leiter (3) von Wechselstrom durchflossen ist, bilden sich um den Leiter (3) kreisförmige Magnetfeldlinien, und die Ringkerne (5) sind von einem magnetischen Wechselfluß durchsetzt, der in den Sekundärwicklungen (6), die um die Ringkerne (5) geführt sind, einen Strom induziert. Innerhalb der Kapselungsteile (1, Träger 4) befindet sich Isoliergas, beispielsweise Schwefelhexafluorid (SF6). Der Leiter (3) dient als Primärwicklung. Über den in den Sekundärwicklungen (6) induzierten Strom kann die Stromstärke im Leiter (3) gemessen werden.

Das Kapselungsteil (1) und daneben plazierte Träger (4) sind an der Stelle, an der sie am nächsten benachbart angeordnet sind, mit einer Gießharzschicht (7) gegeneinander isoliert, so daß während des gewöhnlichen Betriebs - also bei einem Dauerbetrieb mit Netzfrequenz - durch den Abschnitt des Trägers (4), der von den Ringkernen (5) umgeben ist, kein (Rück-)Strom fließt. Durch eine von den Ringkernen (5) begrenzte Querschnittsfläche tritt lediglich der durch den Leiter (3) fließende Strom. Die Stelle, an der Kapselung (1) und Träger (4) gegeneinander isoliert sind, ist räumlich als ein konzentrisch um den Leiter (3) angeordneter Kondensator ausgebildet; in elektrischer Hinsicht ist dieser Kondensator zwischen dem Träger und dem Kapselungsteil (1) geschaltet. Dadurch können elektrische Wanderwellen diese Stelle weitgehend ungehindert passieren, wie weiter unten noch erläutert wird.

Der Kondensator mit einer Kapazität von ca. 1 nF ist ausgeführt durch zwei ineinanderliegende, rohrförmige Kondensatorelektroden, die mit Gießharz (7) gegeneinander isoliert sind. Die eine Kondensatorelektrode wird gebildet durch eine umlaufende Stufung (8) an der Außenfläche des Trägers (4) und die andere durch ein elektrisch mit der Kapselung (1) verbundenes Band (9), welches, getrennt durch Gießharz (7), mit seiner Breitseite der Stufung (8) gegenüberliegend angeordnet ist und um diese herum geführt ist. Der Abstand zwischen der Stufung (8) und dem Band (9) darf nur einige Millimeter betragen, damit eine genügend große Kapazität entsteht.

Der Innendurchmesser des Trägers (4) ist so groß wie der Innendurchmesser der Kapselung (1) in dem Bereich neben dem Stromwandler, dadurch werden Reflexionen im Bereich des Stromwandlers verhindert.

Wenn nun eine durch die Schaltanlage zwischen Leiter (3) und Kapselungsteil (1) laufende Wanderwelle auf den Stromwandler trifft, so läuft sie praktisch ungehindert zwischen Träger (4) und Leiter (3) weiter, ohne nennenswert Spannung und Strom an den Sekundärwicklungen (6) zu beeinflussen. Dies hat zur Folge, daß auch über die Anschlüsse der Sekundärwicklungen (6) keine Störspannungen ausgekoppelt werden, die nachgeschaltete, elektronische Einrichtungen in ihrer Funktion stören könnten, d. h. es wird eine bessere elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) der Schaltanlage erreicht.

An der Stelle, an der der Kondensator ausgebildet ist, könnte auch ein spannungsabhängiger Widerstand eingefügt werden; dazu käme beispielsweise die Sonderform eines MOV (Metal Oxide Varistor) in Frage. Bei diesem Varistor käme einerseits die hohe induktivitätsarme Kapazität zum Tragen, zum andern würde der Varistor im Falle eines hohen und steilen Spannungsanstiegs einen Kurzschluß zwischen Kapselungsteil (1) und Träger (4) herstellen; damit wäre ebenfalls eine ungehinderte Weiterleitung der Wanderwelle zwischen Leiter (3) und Kapselungsteil (1) gewährleistet.

Claims (7)

1. Stromwandler einer mit Schutzgas gefüllten Schaltanlage mit einem auf Hochspannungspotential liegenden, als Primärwicklung dienenden, durchgehenden Leiter, welcher von gasdichten Kapselungsteilen umgeben ist, wobei zwischen zwei Kapselungsteilen, von denen eines als Träger für mindestens einen außen auf ihm angebrachten Ringkern mit Sekundärwicklungen dient, umlaufend eine gasdichte Isolierzwischenschicht angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierzwischenschicht mit den benachbarten Kapselungsteilen (1) einen Kondensator bildet, daß dieser Kondensator einen zwischen dem/den Ringkern(en) (5) und dem Leiter (3) befindlichen Abschnitt des Trägers (4) mit dem unmittelbar benachbarten Kapselungsteil (1) verbindet, daß der Kondensator so bemessen ist, daß dieser Abschnitt des Trägers (4) ausschließlich für einen hochfrequenten Rückstrom weit oberhalb der Betriebsfrequenz stromführend ist, welcher von zwischen dem durchgehenden Leiter (3) und den Kapselungsteilen (1, Träger 4) laufenden, schnellen Wanderwellen herrührt, und daß außerhalb des/der Ringkerns/e (5) das dem Träger (4) unmittelbar benachbarte Kapselungsteil (1) über eine mit steigender Frequenz schlechter leitende Stromführungseinrichtung (2) mit dem Träger (4) verbunden ist.

2. Stromwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator zwei gegenüberliegende, gegeneinander isolierte, gewölbte, leitende Kondensatorelektroden aufweist, wobei die erste Kondensatorelektrode gebildet wird durch eine außen den Träger (4) umgebende Stufung (8) des Trägers (4) und die zweite durch einen die erste Kondensatorelektrode mit Abstand umgeben des, mit dem unmittelbar benachbarten Kapselungsteil (1) verbundenes leitfähiges Band (9).

3. Stromwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorelektroden rohrförmig ausgebildet sind.

4. Stromwandler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatorelektroden mit Gießharz (7) gegeneinander isoliert sind.

5. Stromwandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromführungseinrichtung (2) mehrere Stangen aus leitendem Material aufweist.

6. Stromwandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des Trägers (4) genauso groß ist wie der Innendurchmesser der neben dem Stromwandler befindlichen Kapselungsteile (1).

7. Stromwandler nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator eine Kapazität von ca. 0,5 bis 2 nF hat.