DE7811526U1

DE7811526U1 - Vorrichtung zum Messen der Spannung eines wechselstromführenden Innenleiters einer gekapselten Hochspannungsschaltanlage

Info

Publication number: DE7811526U1
Application number: DE7811526U
Authority: DE
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1978-03-23
Publication date: 1980-01-24

Description

Vorrichtung zum Messen der Spannung eines wechselstromführenden Innenleiters einer gekapselten Hochspannungsschaltanlage

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus Smit-Mededelingen No. M - I969 der Smit Nijmegen Electrotechnisehe Fabriken N.V. "The ESPOM a capacitor - coupled electronie voltage transformer" von M. Groenenboom und H.A.J.M. Spoorenberg bekannt. Hierbei wirken der Oberspannungs- und der Unterspannungskondensator als Spannungsteiler, wobei die zu messende Spannung vom Verbindungspunkt beider Kondensatoren über ein Messkabel dem Eingang eines Verstärkers zugeführt wird. Die Güte der Spannungsmessung hängt entscheidend von der Konstarz des Verhältnisses der beiden Kapazitäten der Kondensatoren zueinander ab. Der durch den Oberspannungskondensator abgegebene Strom wird nun in dem als Rückkopplungselement des Verstärkers geschalteten Unterspannungskondensator derart kompensiert ₃ dass die Verstärkerein- -gangsspannung im wesentlichen verschwindet. Durch diese Massnahme wird eine von Streu-Isolations- und Kabelkapazitäten weitgehend unabhängige Spannungsmessung ermöglicht. Das Verhältnis der Kondensatorkapazxtäten hängt bei dieser bekannten Vorrichtung jedoch noch vom Druck und der Temperatur des Isoliermittels ab₃ wodurch gegebenenfalls beträchtliche Abweichungen des Messwertes vom wahren Wert auftreten.

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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, «ine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Spannungsmessung unabhängig von Druck und Temperatur des verwendeten Isoliermittels stets mit der gleichen Genauigkeit durchgeführt werden kann und welche darüber hinaus im Bedarfsfall unabhängig von einem zusätzlichen Versorgungsnetz betrieben werden kann.

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Massnahmen gelöst. Da beide Kondensatoren nun im gleichen Isoliermitfcel angeordnet sind, wird das Verhältnis ihrer Kapazitäten zueinander unabhängig von Druck und Temperatur des Isoliermittels, so dass eine besonders hohe Messgenauigkeit der Spannung des stromführenden Innenleiters gegeben ist.

Durch die Massnahmen gemäss dem Kennzeichen von Anspruch 2 wird eine einfache und zuverlässige Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung bestimmt.

Eine weitere Vereinfachung und daher Verbilligung der erfindungsgemässen Vorrichtung wird durch die im Kennzeichen von Anspruch 3 festgelegten Massnahmen erreicht.

Eine im Hinblick auf die Messgenauigkeit erwünschte grosse Kapazität des Unterspannungskondensators bei gleichzeitig geringem Raumbedarf zeichnet die Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung gemäss den Massnahmen des Kennzeichens von Anspruch 4 aus.

In der Praxis besonders bewährt haben sich Ausführungsformen der erfindungsgemässen Vorrichtung gemäss den Massnahmen der Kennzeichen der Ansprüche 5 und 6.

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Ein besonderer Vorteil der Ausführungsform der erfindungsgemp'ssen Vorrichtung gemäss dem Kennzeichen von Anspruch 7 besteht darin, dass Ober- und Unterspannungskondensator ohne enge Bearbeitungstoleranzen hergestellt werden können,da das Verhältnis der Kapazitäten von Ober- und Unterspannungskondensator einen fast beliebigen festen Wert annehmen kann. Nach Ermittlung dieses Werts durch Eichmessungen wird das Uebertragungsverhältnis des den Unterspannungskondensator speisenden, annähernd stufenlos regelbaren Transformator lediglieh entsprechend eingestellt. Betriebsspannung und Kapazität des Unterspannungskondensators können daher bei dessen konstruktiver Gestaltung in Hinblick auf Pertigungs- und Isolationsaufwand optimal gegeneinander ausgewogen werden.

Wird die erfindungsgemässe Vorrichtung gemäss den Massnahmen nach den Kennzeichen der Ansprüche 8 und 9 ausgestaltet, so lässt sie sich sogar unabhängig von einem zusätzlichen Versorgungsnetz betreiben.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung vereinfacht wiedergegeben.

Die Figur zeigt eine Aufsicht auf einen senkrecht zur Mittelachse des stromführenden Innenleiters einer gekapselten Hochspannungsschaltanlage geführten Schnitt durch eine erfindungsgemässe Vorrichtung, wobei der Verstärker und dessen Energieversorgung lediglich als Schaltschema dargestellt sind.

In der Figur bezeichnet 1 einen wechselstromführenden, in einer mit einem gasförmigen Isoliermittel, etwa SFg, gefüllten Metallkapselung 2 einer Hochspannungsschaltanlage angeordneten Innenleiter. Dieser Innenleiter stellt die Hochspannungselektrode, die Metallplatte 3 - gegebenenfalls zusammen mit einem den Innenleiter teilweise umgebenden Zylindersegment 3a - die Messelektrode eines Oberspannungskondensators C^.

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dar. Die Messelektrode 3 ist gleichzeitig eine der beiden Elektroden 3_a 1 eines Unterspannungskondensators C_. Diese beiden Elektroden sind vorzugsweise derart gestaltet, dass sie um eine auf der Mittelachse des Innenleiters senkrecht stehende Drehachse rotationssymmetrisch sind. Beide Elektroden bestehen nach einer bevorzugten Ausführungsform aus zwei stirnseitig einander gegenüberstehenden Platten von verschiedenen Durchmessern. Diese Platten weisen in den einan- ;f, der gegenüberstehenden Stirnflächen derart bemessene, ge-

schlossene ringförmige Ausnehmungen 5 auf, dass die Platte ti mit dem kleineren Durchmesser berührungslos in die Platte

mit dem grösseren Durchmesser hineingeschoben werden kann. Beide Platten 3, 4 werden durch zwei getrennte Isolierkörper 6 bzw. 6a gehalten, die ihrerseits auf geerdeten Kapselungsteilen 9 ruhen. In der als Messelektrode wirkenden Platte 3 mit dem grösseren Durchmesser befindet sich eine Oeffnung 73 durch welche Isoliermittel in den zwischen beiden Platten ι 3j Ί verbleibenden Raum 5 ein- und austreten kann. Beide

:.; Batten sind in einer Rohrverzweigung 8 der Metallkapselung

20 2 angeordnet. Der auf einer Metallplatte 9 der Metallkapselung angebrachte Isolierkörper 6a verschliesst die Rohrver-

zweigung nach aussen als Blindflansch. Die grössere der 'oei-ί den Elektroden des Kondensators C„ist über eine Durchführung

'-„ 10 und ein abgeschirmtes Messkabel 11 mit dem Eingang eines

Vorverstärkers V verbunden, die kleinere der beiden Elektroden dieses Kondensators hingegen über eine Durchführung 12 und ein abgeschirmtes Kabel 13 mit der Sekundärseite eines dem Vorverstärker V und einem erdfreien Transformator Tr, nachgeschalteten, annähernd stufenlos regelbaren Transformators Tr₂-

Diese Vorrichtung ist ein aktiver kapazitiver Spannungsteiler. Der vom OberSpannungskondensator C₁ abgegebene Strom wird durch, den mit dem Verstärker rückgekoppelten Unterspannungskondensator Cp derart kompensiert, dass die Ver-

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stärkereingangsspannung im wesentlichen Null ist. Nach Verstärkung im Vorverstärker V liegt dann an der Sekundärwicklung des erdungsfreien Transformators Tr, die Messspannung U₂, welche annähernd dem C^/C^-fachen der zu messenden Hochspannung U-, wobei C₁ bzw. C„ die Kapazität des Kondensators C₁ bzw. C₂ bedeutet, ist. Die Streu- oder Messkabelkapazitäten können das Messergebnis nicht beeinflussen, da sie durch die Gegenkopplung spannungslos gehalten werden. Durch die Trennung des Isolierkörpers in den ring- und den scheibenförmigen Teil 6 und 6a werden darüber hinaus jegliche Streufelder von Elektrode zu Elektrode eliminiert. Beide Messkapazitäten bestehen somit nahezu ausschliesslich aus Gasstrecken. Eine das Messergebnis verfälschende Aenderung des Üebersetzungsverhältnxs C2/C-1 der erfindungsgemässen Vorrichtung durch Druck- und Temperatureinwirkung auf das die Grosse der Kapazitäten mitbestimmende gasförmige Isoliermittel ist ausgeschlossen, da die Kapazitäten durch die Dimensionierung von Gasstrecken festgelegt sind, die geometrischen Abmessungen der Gasstrecken bei Temperatur- und Druckänderungen des Isoliermittels praktisch erhalten bleiben und die Aenderung der Dielektrizitätskonstante des Isoliermittels in beiden Kondensatoren jeweils um den gleichen Betrag erfolgt.

Eine Verkleinerung des Uebersetzungsverhältnisses C und damit die Ermöglichung einer mechanisch einfachen Gestaltung von C₂ ohne enge Bearbeitungstoleranzen wird dadurch erreicht, dass der dem erdfreien Transformator Tr. nachgeschaltete Transformator Tr~ den Kondensator C_ mit einer gegenüber der Messspannung U₂ mehrfach, beispielsweise 10-fach, übersetzten Spannung speist. Besonders vorteilhaft ist es, das Uebersetzungsverhältnis des Transformators Tr₂ annähernd stufenlos regelbar zu gestalten, da dann lediglich

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der Wert des fast beliebig wählbaren Uebersetzungsverhältnisses festzulegen und der Transformator Tr₅ so einzuregeln ist, dass die Ausgangsspannung Up dem festgelegten Wandlerübersetzungsverhältnis entspricht.

Die Energieversorgung des den Vorverstärker V und die beiden Transformatoren Tr, und Tr _? enthaltenden Verstärkers erfolgt über einen weiteren in der Metallkapselung 2 abgeordneten Hochspannungskondensator C„., dessen eine Elektrode an den Innenleiter gekoppelt ist, und einen ebenfalls in der Kapselung angeordneten Transformator Tr, mit einem Uebersetzungsverhältnis grosser 1, dessen Primärwicklung mit der anderen Elektrode des Hochspannungskondensators C_v verbunden ist, sowie eine ausserhalb der Kapselung 2 befindliche Gleichrichter schaltung ₃ welche über eine Durchführung 14 mit der Sekundärwicklung des Transformators Tr, in Verbindung steht. Dieser Transformator ist durch ein parallel zur Primärwicklung geschaltetes spannuhgsbegrenzendes Element, etwa eine Zenerdiode, eine Glimmlampe oder einen Varistor, vor Ueberspannungen geschützt. Die Gleichrichterschaltung weist zwei Dioden D-. und D_? auf, welche in einer Zweiwegschaltung angeordnet sind und eine gerichtete Aufladung der Elektrolytkondensatoren C„ und C₁₇ ermöglichen.

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Es hat sich als zweckmässig erwiesen, den Hochspannungsteil der Energieversorgung des Verstärkers in einer Kammer· und den Unterspannungskondensator C_ in der gegenüberliegenden Kammer eines als Kreuzstück ausgebildeten Teils der Metallkapselung 2 der Hochspannungsschaltanlage unterzubringen. Falls erforderlich, kann die Energieversorgung auch in einer weiteren Rohrverzweigung der Metallkapselung 2 angeordnet werden, so dass in den beiden Kammern des Kreuzstückes durch Einbau zweier Kondensatoren C zwei Messstellen untergebracht werden können.

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Uni in einer 220 kV-Anlage Messspannungen von ca. 100 V bei 20-

30 VA zu erhalten^, sind etwa folgende Werte für die erfindungsgemässe Vorrichtung typisch:

Uebersetzungsverhältnis der Kapazitäten Uebersetzungsverhältnis des Transformators ³Tr₂ : 1:10 Kapazität des Kondensators C_v : 0,2-2nP üebersezungsverhaltnis des Transformators Tr,: 100:1.... 1000=1

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Bezel' ehnungslist e

C, Oberspannungskondensator

C₂ Unterspannungskondensator

C„ Hochspannungskondensator zur Speisung des Verstärkers

C„ j C₁-, Elektrolytkondensator^ E₁ h₂

D₁, D₂ Dioden

V Vorverstärker

Tr₁, Tr₂ Transformatoren im Verstärker

Tr, Transformator mit Uebersetzungsverhältnis grosser 1

U, Hochspannung

Up Messspannung

A spr-.^ngsbegrenzendes Element

M Mittelachse eines Innenleiters

R Drehachse

1 Innenleiter

2 Metallkapselung

3 Niederspannungs-Messelektrode 3a Teil der Messelektrode

4 Elektrode des Unterspannungskondensators C₂

5 Ausnehmungen 6, 6a Isolierkörper

7 Oeffnung in der Messelektrode

8 Rohrverzweigung

9 Metallplatte 10,12,14 Durchführungen 11,13 abgeschirmte Kabel

Claims

• » ι · *■ »»I ■ ■ · · 38/78 Ka/Ca 2.11.79 Schutzansprüche

1. Vorrichtung zum Messen der Spannung eines wechse!stromführenden Innenleiters einer Hochspannungsschaltanlage mit einer geerdeten und mit einem Isoliermittel gefüllten Metallkapselung, in der ein Oberspannungskondensator mit dem Innenleiter als Hoehspannungselektrode und mit einer auf einem Isolierkörper angebrachten Messelektrode vorgesehen ist und mit einem mit dem Oberspannungskondensator verbundenen Unterspannungskondensator, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterspannungskondensator (C2) in der mit Isoliermittel gefüllten Metallkap elung (2) angeordnet ist und zwei einander stirnseitig gegenüberstehende Platten (3, ¹O von verschiedenen Durchmessern als Elektroden aufweist, wobei in den einander gegenüberstehenden Stirnflächen dieser Platten (3, 4) ringförmige Ausnehmungen (5) vorgesehen sind, welche derart bemessen sind, dass die Platte (4) mit dem kleineren Durchmesser in die Platte (3) mit dem grösseren Durchmesser berührungslos hineinragt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Platten (3₃ 4; auf Isolierkörpern (6, 6a) angebracht sind, und dass in der Platte (3) mit dem grösseren Durchmesser eine Oeffnung (7) zum Eintritt von Isoliermittel in den zwischen beiden Platten (3, H) befindlichen Raum (5) vorgesehen ist.

3· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass beide Platten (3> 4) in einer Rohrverzweigung (8)

der Metallkapselung (2) angeordnet sind_a wobei die Platte mit dem grösseren Durchmesser (3) auf einem ringförmigen Isolierkörper (6a) angebracht ist₃ welcher zusammen mit einer Metallplatte (9) der Kapselung (2) die Rohrverzweigung (8) als Blindflansch nach aussen abschliesst.