DE4322944C2 - Current transformer of an electrical switchgear filled with protective gas - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Stromwandler einer mit Schutzgas gefüllten elektrischen Schaltanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a current transformer with a protective gas filled electrical switchgear according to the preamble of claim 1.
Ein derartiger Stromwandler ist aus dem DE-GM 70 17 125 bekannt. Der bekannte Stromwandler weist einen geradlinigen, hochspannungsführenden Leiter auf, der koaxial in rohrförmigen Kapselungsteilen angeordnet ist. Die Kapselungsteile sind mindestens zum Teil ineinander geschoben und durch einen Ringspalt, der mit Isolierstoff ausgefüllt ist, voneinander getrennt. Auf diese Weise wird im Überlappungsbereich der Kapselungsteile eine Kapazität gebildet. Auf dem äußeren der beiden Kapselungsteile sind Ringkerne mit Sekundärwicklungen angebracht. Durch den Ringspalt soll sichergestellt werden, 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.Such a current transformer is from DE-GM 70 17 125 known. The known current transformer has a rectilinear, high-voltage conductor on the coaxial in tubular Encapsulation parts is arranged. The encapsulation parts are at least partially pushed into each other and by one Annular gap, which is filled with insulating material, from each other Cut. In this way, the Encapsulation parts formed a capacity. On the outside of the both encapsulation parts are toroidal cores with secondary windings appropriate. The annular gap is intended to ensure that no backflow through the ring cores Cross-sectional area flows back. Such a backflow would Amount of current induced in the secondary windings reduce and thus falsify the measurement result.
Eine Maßnahme zur Führung von bei Betriebsfrequenz fließendem Rückstrom durch eine außerhalb der Ringkerne angebrachte Stromführungseinrichtung ist nicht gewährleistet. Auf die Problematik des störenden Einflusses von hochfrequenten - insbesondere bei Schaltvorgängen auftretenden - Wanderwellen wird nicht eingegangen.A measure for the management of flowing at operating frequency Reverse current through one installed outside the toroidal cores Current supply equipment is not guaranteed. On the problem the disruptive influence of high-frequency - especially at Switching occurring - traveling waves will not received.
Aus der DE 32 47 383 C2 ist ein von leitenden Kapselungsteilen umschlossener Stromwandler bekannt, der im Innern eine rohrförmige Abschirmung enthält. Die Abschirmung umgibt koaxial einen als Primärwicklung für den Stromwandler dienenden hochspannungsführenden Leiter. Auf der rohrförmigen Abschirmung befinden sich Ringkerne mit Sekundärwicklungen. Die Abschirmung und die Kapselungsteile sind über Metallstege leitend miteinander verbunden. Die Metallstege weisen einen kleinen Wellenwiderstand für hochfrequente, bei der Ausbreitung von Wanderwellen fließende Ströme auf. DE 32 47 383 C2 describes one of conductive encapsulation parts enclosed current transformer known, the one inside contains tubular shielding. The shield coaxially surrounds one serving as the primary winding for the current transformer high-voltage conductor. On the tubular Shielding are toroidal cores with secondary windings. The shielding and the encapsulation parts are over metal bars conductively connected. The metal bars have one small wave resistance for high frequency, when propagating currents flowing from traveling waves.
Die Abschirmung und der Leiter bilden zusammen eine Kapazität. 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 folglich in den Sekundärwicklungen keine störenden Ströme induzieren.The shield and the conductor together form a capacitance. It is in the design of the shield as Capacitor electrode not possible from traveling waves resulting high-frequency currents across the shield due to the cross-sectional area limited by the toroidal cores to let it flow back so that it can flow through the conductor and the Shielding flowing high-frequency electricity components in total cancel each other out and consequently in the secondary windings do not induce interfering currents.
Außerhalb der Ringkerne sind zwei Kapselungsteile über Flansche miteinander verschraubt. Eine Maßnahme, die weitgehend verhindert, daß Rückströme hoher Frequenz nur innerhalb der Ringkerne und nicht (zusätzlich) außerhalb durch die Kapselungsteile fließen, ist nicht erwähnt.Outside the ring cores are two encapsulation parts over flanges screwed together. A measure that is largely prevents reverse currents of high frequency only within the Toroids and not (additionally) outside by the Flowing encapsulation parts is not mentioned.
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.When switching on and off occur in the switchgear Traveling waves that are between the conductor and him Spread out the surrounding encapsulation parts. The one of these Traveling waves originating from (high-frequency) magnetic fields should not cause currents in the secondary windings. These currents would be the result of measuring the through the Falsify the current flowing considerably. Furthermore can the induced currents and voltages - as a result lack of electromagnetic compatibility - interference in the electronics belonging to the relevant switchgear cause.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stromwandler einer mit Schutzgas gefüllten elektrischen Schaltanlage zu schaffen, in dem auch bei Ein- und Ausschaltvorgängen keine Störspannungen hervorgerufen werden, die die Funktionsfähigkeit der an den Stromwandler angeschlossenen Elektronik gefährden.The invention has for its object a current transformer to create an electrical switchgear filled with protective gas, in which No interference voltages even when switching on and off are caused, which the functionality of the Current transformer endanger electronics.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen einphasigen Stromwandler einer mit Schutzgas gefüllten elektrischen Schaltanlage gemäß Anspruch 1.This task is solved by a single-phase current transformer an electrical switchgear filled with protective gas according to claim 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. In this current transformer, the section of the carrier on which the ring cores are seated in normal operation at mains frequency practically not flowed through by a backflow.
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.At the mains frequency, the capacitor acts as a current block (Insulation). At the same time, it is outside the ring cores current carrying device located at network frequency particularly good conduct. The reverse current therefore takes the path at the mains frequency via the current carrying device (outside the toroidal cores); therefore, the magnetic field from that flowing in the conductor Current is caused, not by the reverse current canceled or diminished; the one in the secondary windings induced current is proportional to the current in the conductor.
Lediglich hochfrequente Stromanteile, welche von schnellen Wanderwellen herrühren, fließen durch den Abschnitt des Trägers, der sich zwischen Leiter und den Ringkernen befindet. Only high-frequency electricity components, which of fast Wandering waves originate, flow through the section of the Carrier located between the conductor and the toroidal cores located.
Solche schnellen Wanderwellen entstehen in der Schaltanlage bei Ein- und Ausschaltvorgängen.Such fast traveling waves occur in the switchgear at and shutdowns.
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.Because the section of the carrier is conductive for the high-frequency current components, the traveling waves pass through the area of the current transformer, without interference voltages in the secondary windings to evoke. The high-frequency current components on the carrier and conductor flow in the opposite direction and rise with respect to the cross-sectional area limited by the ring cores practically each other; the high-frequency components therefore do not call Currents emerge in the secondary windings; the measurement result is thus not distorted by the traveling waves.
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.So that the high-frequency current components as completely as possible on the The back flow under the toroidal cores is outside of the Ring cores located in the way frequency-dependent designed that at high frequencies that of Traveling waves come from, practically blocks.
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.As a capacitor that is integrated in the carrier and only for high-frequency current components that occur during switching operations is permeable, a capacitor according to claim 2 is suitable consists of two concentric tubular electrodes and thereby has only a very low inductance.
Da bei einer Ausführung gemäß Patentanspruch 5 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.Since in an embodiment according to claim 5 in the amount of Current transformer - because of the constant geometry in the Inside - no significant, sudden change in the Characteristic impedance to adjacent sections of the Switchgear occurs, unwanted reflections in the area of Current transformer largely prevented.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den übrigen Unteransprüchen zu entnehmen.Further advantageous configurations are the others See subclaims.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels, aus dem sich weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile ergeben, näher beschrieben.The invention is described below using an exemplary embodiment, from which further features, details and advantages result, described in more detail.
Es zeigt die Figur im Längsschnitt einen in eine vollisolierte Schaltanlage integrierten Stromwandler.It shows the figure in longitudinal section in a fully insulated Switchgear integrated current transformer.
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 rohrförmigen Kapselungsteil (1) angeordneter Leiter (3), der den Strom einer Phase führt und die Primärwicklung für den Stromwandler bildet.Inside a conductive encapsulation part ( 1 ), which is part of a switchgear with an integrated current transformer, there is a cylindrical conductor ( 3 ), which is arranged coaxially in the tubular encapsulation part ( 1 ) and is carried by the insulation support (not shown) and carries the current of one phase and forms the primary winding for the current transformer.
Der Leiter (3) ist im Bereich des Stromwandlers von einem weiteren elektrisch leitenden rohrförmigen 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.The conductor ( 3 ) is surrounded in the area of the current transformer by another electrically conductive tubular encapsulation part, which serves as a carrier ( 4 ). The carrier ( 4 ) shields high voltage and holds - arranged on it on the outside - toroidal cores ( 5 ) with secondary windings ( 6 ). Further encapsulation parts ( 1 ) adjoin the carrier ( 4 ) along the longitudinal axis of the conductor ( 3 ), only one of which is shown.
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.The conductor ( 3 ) is held coaxially by the insulating supports in the carrier ( 4 ), which is tubular on the inside. There is only a conductive connection between the support ( 4 ) and the encapsulation part ( 1 ), which is at ground potential, via four metal rods, which form a current-carrying device ( 2 ); the current carrying device ( 2 ) is mounted outside the carrier ( 4 ) and outside the toroidal cores ( 5 ); it bridges the ring cores ( 5 ) from a flange of the carrier ( 4 ) and is guided to a flange of the encapsulation part ( 1 ). It represents the only conductive connection between the carrier ( 4 ) and the encapsulation part ( 1 ), since the carrier ( 4 ) and the encapsulation part ( 1 ) are arranged adjacent to one another, but they are at the point at which they are directly adjacent to one another isolated.
Die Stromführungseinrichtung (2) leitet bei hohen Frequenzen schlechter als bei niedrigen; sie hat also induktives Verhalten.The current carrying device ( 2 ) conducts poorly at high frequencies than at low ones; so it has inductive behavior.
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.The four metal rods of the current-carrying device ( 2 ) are distributed uniformly over the circumference of the carrier ( 4 ) and are arranged at a distance from the latter and from the ring cores ( 5 ).
Betriebsfrequente, erdseitige Rückströme fließen über die Stromführungseinrichtung (2), welche bei Netzfrequenz sehr gut leitet. Operating frequencies, ground-side return currents flow through the current carrying device ( 2 ), which conducts very well at the mains frequency.
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.At this frequency, no current flows over the section of the carrier ( 4 ) that lies below the ring cores ( 5 ), which will be discussed in more detail below.
Wenn der Leiter (3) von Wechselstrom durchflossen ist, dann 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 Schutzgas, 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.When the conductor (3) is flowed through by alternating current, are then formed around the conductor (3) circular magnetic field lines, and the ring cores (5) are penetrated by an alternating magnetic flux that in the secondary windings (6) wound around the toroidal cores (5 ) induced a current. Protective gas, for example sulfur hexafluoride (SF 6 ), is located within the encapsulation parts ( 1 , carrier 4 ). The conductor ( 3 ) serves as the primary winding. The current intensity in the conductor ( 3 ) can be measured via the current induced in the secondary windings ( 6 ).
Das Kapselungsteil (1) und der 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.The encapsulation part ( 1 ) and the carrier ( 4 ) placed next to it are insulated from one another at the point at which they are arranged next to one another with a cast resin layer ( 7 ), so that during normal operation - that is to say continuous operation at mains frequency - no (reverse) current flows through the section of the carrier ( 4 ) which is surrounded by the ring cores ( 5 ). Only the current flowing through the conductor ( 3 ) passes through a cross-sectional area delimited by the ring cores ( 5 ). The location at which the encapsulation ( 1 ) and carrier ( 4 ) are insulated from one another is spatially configured as a capacitor arranged concentrically around the conductor ( 3 ); in electrical terms, this capacitor is connected between the carrier and the encapsulation part ( 1 ). As a result, electrical traveling waves can pass this point largely unhindered, as will be explained further below.
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 elektrisch leitfähiges 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. The capacitor with a capacitance of approx. 1 nF is implemented by two tubular capacitor electrodes lying one inside the other, which are insulated from one another with casting resin ( 7 ). One capacitor electrode is formed by a circumferential step ( 8 ) on the outer surface of the carrier ( 4 ) and the other by an electrically conductive band ( 9 ) which is electrically connected to the encapsulation ( 1 ) and which is separated by casting resin ( 7 ) its broad side is arranged opposite the step ( 8 ) and is guided around it. The distance between the step ( 8 ) and the belt ( 9 ) may only be a few millimeters so that a sufficiently large capacity is created.
Der Innendurchmesser des Trägers (4) ist genau so groß wie der Innendurchmesser der Kapselung (1) in dem Bereich neben dem Stromwandler, dadurch werden Reflexionen im Bereich des Stromwandlers verhindert.The inside diameter of the carrier ( 4 ) is exactly the same size as the inside diameter of the encapsulation ( 1 ) in the area next to the current transformer, which prevents reflections in the area of the current transformer.
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.If a traveling wave passing through the switchgear between the conductor ( 3 ) and the encapsulation part ( 1 ) hits the current transformer, it continues to run practically unhindered between the carrier ( 4 ) and the conductor ( 3 ), without significant voltage and current at the secondary windings ( 6 ) to influence. The consequence of this is that no interference voltages are also coupled out via the connections of the secondary windings ( 6 ) which could interfere with the function of downstream electronic devices, ie a better electromagnetic compatibility (EMC) of the switchgear is achieved.
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