DE8116028U1

DE8116028U1 - Einrichtung zur Messung hoher Wechselspannungen in Hochspannungsschaltanlagen

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Publication number: DE8116028U1
Application number: DE8116028U
Authority: DE
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Publication date: 1981-11-12

Description

BROWN₁BO V;/BLiL-X ' & CIE AKTIENGESELLSCHAFT
Mannheim . ?5. Mai 3 Π81

ZPT/Pi!-Ft/IIt "■ ' Mp.-Mr. 560/81

"Einrichtung zur Messung hoher Wechselspannungen in Hochsnannungs s ehalt anlagen"

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung hoher VJechselspannungen in Hochspannungsschaltanlagen, insbesondere in metallgekapselten _t SFfS-gasisolierten Hochspannungsschaltanlagen, mit wenigstens zwei in Reihe zwischen Hochspannurjgspotential und Erde angeordneten, einen ohmschen Spannungsteiler bildenden ohmschen VJiderständen, von denen der an Erde angeschlossene Widerstand als MeSwiderstnnd dient, wobei der hochspannungsseitige Widerstand und der Meßwiderstand aus jeweils wenigstens einem Widerstandselement p-ehildet sind, das bzw. die aus einem Tsoli erkörpe"¹ und darauf aufgebrachtem

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Widerstandsmaterial besteht bzw. bestehen.

Die DE-OS 29 30 672 hat zum Inhalt eine Einrichtung der eingangs genannten Art. Dort sind die einzelnen Widerstandsbahnen auf Widerstandselementen aufgebracht und zwar derart, daß die einzelnen Widerstandselemente entweder zu dem hochspannungsseitigen oder zu dem unterspannungsseitigen Widerstand des Spannungsteilers baukastenförmig zusammengesetzt werden. Die Widerstandselemente sind scheibenförmig ausgebildet, so daß ihr Aussendurchmesser und somit auch der Durchmesser des umgebenden geerdeten metallischen Gehäuses recht groß ist. Weiterhin sind bei der in der DE OS 29 30 672 beschriebenen ' Einrichtung zwischen den einzelnen scheibenförmigen Widerstandselementen kapazitive Steuerscheiben zur Steuerung der Spannungsverteilung bei transienten Vorgängen erforderlich.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der zum einen die Anzahl der Elemente gegenüber der in der DE-OS beschriebenen Einrichtung reduziert, so daß ein besonders einfacher Aufbau
entsteht, und zum anderen daß die Baugröße deutlich verringert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemMß dadurch gelöst, daß der Isolierkörper rohrförmig ausgebildet ist und auf seiner Außenseite das Widerstandsmaterial aufgelegt ist, und daß die Steuerung der transienten Spannungsverteilung von einer einzigen haubenförmigen Steuerelektrode vorgenommen wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung, insbesondere die Anordnung der Widerstandsbahnen auf dem rohrförmigen Isolierkörper ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 6.

Es besteht auch die Möglichkeit, als Widerstandsmaterial an sich bekannte Widerstandsstreifen zu verwenden, die auf die Aussenseite des Isolierrohres aufgelegt und dort mittels metallischer Kontaktringe miteinander verbunden sind. Eine Lösung zur Festlegung der Widerstandsstreifen s^e^t aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches ° hervor.

Als derartige Widerstandsstreifen werden Widerstandselemente verwendet, die einen langgestreckten,streifenförmigen Keramikkörper aufweisen, auf dem eine Dickfilm-Widerstandsbahn aufgebracht ist. Die Enden dieser Film-Widerstandsbahn stehen mit einer auf dem Keramikträger aufgebrachten Kontaktierungsflache in Verbindung. Der Kontaktring bzw. die Kontaktringe überdecken dann im montierten Zustand' die Kontaktierungsflachen sich gegenüberliegender bzw. in einer Reihe angeordneter Viiderstandsstreifen.

Zur Herstellung der Widerstandsbahn wird die Widerstandspaste oder

eine Dickfilm-Widerstandspaste benutzt, die aus fein verteiltem Widerstand material, Glaspartikeln, organischen Trägern und Zusätzen besteht. Die Paste wird nach dem Auftragen auf den Trägerkörper, also entweder auf den Isolierkörper oder auf den Keramikkörper, bei ca. 130 C getrocknet und bei ca. 850 ⁰C zu einem

harten Widerstandsmaterial gesintert.

Der besondere Vorteil, der mit der erfindungsgem?ßen Anordnung erreicht wird, besteht darin, daß die Meßeinrichtung in besonderseinfacher Weise aus wenigen Bauteilen aufgebaut ist, und daß aer Außendurchinesser der Einrichtung deutlich verringert wird.

Zur Steuerung der kapazitiven Spannungsverteilung ist eine Steuerelektrode vorgesehen, die so gestaltet ist, daß sie für die Betriebsfrequenz der zu messenden Viechseispannung des hochspannungsführenden Leiters die Feldverteilung ■ entlang der Oberfläche des rohrförmigen Widerstandes vergleichmäßigt, !"'an verwendet dabei vorzugsweise eine haubenförmige metallische oder aus metallisiertem Kunststoff bestehende Steuerelektrode, die mechanisch und elektrisch mit dem hochspannungsf'ihrenden Leiter verbunden ist und die mit ihrer Länge die Reihenschal-

obertung aus und/oder unterspannungsseitigem Widerstand zumindest teilweise überdeckt. Am unterspannungsseitigen Ende der haubenförmigen Steuerelektrode ist ein ringförmiger Steuertorus zur Verminderung der dort auftretenden elektrischen Feldstärke
angebracht. Die haubenförmige Steuerelektrode ist mit Durchbrüchen, z. B. Schlitzen oder Bohrungen, zur besseren Abfuhr der im hochspannungsseitigen Widerstand umgesetzten Verlustwärme versehen. Die Kontur der haubenförmigen Steuerelektrode ist so dimensioniert, daß die Feldstärkenverteilung entlang des ote und/oder unterspannungsseitigen Widerstandes bei Betriebsirequenz einer linearen Verteilung angenähert ist, und daß beim

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Auftreten von Schalt- oder Blitzstoßspannungen eine unzulässige dielektrische Beanspruchung der Viiderstandselemente vermieden wird.

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Anhand der Zeichnung, in der mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen derselben näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigt
Figur 1

ein Ersatzschaltbild der Ausführung gemäß DE-OS 29 30

bzw. der Erfindung, bei der der Meßwiderstand im Inneren der Kapselung angeordnet ist,

Figur 2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung für
eine einphasig gekapselte Hochspannungsschaltanlage.

Figur 3 eine Ausgestaltung ähnlich der der Figur ?, nur für
eine dreiphasig gekapselte Schaltanlage,

Figuren ¹I

bis 7 Darstellungen, mit denen die Art der Aufbringung der Widerstandsbahnen gezeigt ist,

Figur 8 eine perspektivische Teilansicht eines erfindungsgemäßen Widerstandes, mit Widerstandsstreifen,

Figur 9 eine Schnittansicht im Bereich A, in vergrößerter
Darstellung,

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Figur 10 eine Aufsicht auf einen Widerstandsstreifen,' der bei der Ausführung gemäß den Figuren 8 und 9 zur Anwendung gelangt.

Figur 11 eine Detailansicht der Kinspannung der haubenförmigen Steuerelektrode zwischen Kochspannungsleiter und oberspannungsseitigern Widerstand.

Es sei Bezug genommen auf die Figur 1.

Dort ist ein Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung schematisch dargestellt:

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist in einer Metallkapselung 10 untergebracht, die geerdet ist. Die Metallkapselung 10 besitzt an ihrem Ende einen Flansch 12, an den ein Deckel m angeschlossen ist, der die Kapselung zum freien Ende hin abschließt. Im Inneren der Metallkapselung erkennt man einen Hochspannungsleiter 16, an den sich ein oberspannungsseitiger oder hochspannungsseitiger Widerstand 18 anschließt, der mit einem unterspannungsseitigen oder erdseitigen Widerstand 20 in Verbindung steht, der selbst wiederum an Erde angeschlossen ist, hier an den Deckel Ik der Metallkapselung.

Zwischen dem oberspannungsseitigen und dem unterspannungsseitigen Widerstand 18 bzw. 20 ist eine Meßleitung 22 angeschlossen, die auf einen Verstärker 2\\ auf geschaltet ist, dessen Ausgangssignal einem Meßgerät 26 zugeführt wird. Die P.ückleitung vom Verstärker zur Erde hin ist mit 28 bezeichnet. Die Meßleitung 22 ist durch eine Öffnung 30 im Deckel l^!l gegenüber dem Deckel I^ isoliert hindurchgeführt. Der unterspannungsseitige Widerstand 20 ist dabei der Meßwiderstand. Zur Messung dient also der Spannungsabfall am Meßwiderstand.

Die Figur 2 zeigt die erfindungsgemäße Einrichtung in schematischer Darstellung. An den Hochspannungsleiter 16 schließt

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sich der oberspannungsseitige Widerstand 18 an, der durch einen rohrförmigen Isolierkörper 32 gebildet ist, wobei " auf dem rohrförmigen Isolierkörper 32 Widerstandsbahnen aufgebracht werden (vgl.Figuren 4 bis 10). An den oberspannungsseitigen Widerstand 18 schließt sich der unterspannungsseitige MeSwiderstand 20 an, der ebenfalls durch einen rohrförmigen Isolierkörper 34 gebildet ist, auf den in gleicher Weise wie auf den Isolierkörper 32 Widerstandsbahnen aufgebracht sind und zwar ähnlich der Ausgestaltung gem. den Figuren 4 bis 7 bzu. 8 bis 10. Die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Widerstand 18 und dem Widerstand 20 erfolgt über eine Metallplatte 36 und auch der Meßwiderstand 20 ist mit einer Metallplatte 38 abgeschlossen.Der Keßleiter 22 ist an der Metallplatte 3^ im Inneren des rohrförmigen Isolierkörpers 3^ angeschlossen und durch diesen sowie durch eine öffnung 40 durch die Metallplatte 38 und gegenüber dieser isoliert hindurchgeführt. Darüber hinaus ist die Metallplatte 38 mit Erde verbunden. Dies erfolgt in der Ausgestaltung gem. Figur 2 durch einen Verbindungsleiter 42, der die Metallplatte 38 mit dem Deckel 14 verbindet. Außerhalb der Metallkapselung befindet sich der Verstärker 24 und das Meßgerät 26.

Am unterspannungsseitigen Ende des Widerstandes 18 ist eine torusartige Steuerelektrode 44 angeordnet, an die sich eine haubenförmige Steuerelektrode 45 anschließt, die zwischen dem Hochspannungsleiter und dem Meßwiderstand 18, also bei 48 eingespannt ist. Die haubenförmige Steuerelektrode verjüngt sich kegelstumpfartig von der Elektrode UH und geht im Bereich

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des oberspannungsseitigen Endes des Widerstandes 18 in eine Art Halbschale 52 übe'r. Der kegelstumpfförmige Bereich 50 ist mit Öffnungen 54 versehen, die entweder als Bohrungen oder als Schlitze ausgebildet sein können, und die zur Abfuhr der W?.rme dienen. Die Steuerelektrode 44/46 dient zur Vergleichmässigung der elektrischen Feldstärke, wobei dies insbesondere für die Betriebsfrequenz der zu messenden Wechselspannung des hochspannungsführenden Leiters 16 gilt. Zugleich kompensiert die Steuerelektrode zu einem großen Teil den Einfluß der Streukapazitäten zwischen dem Widerstand 18 und der Metallkapselung 10, so daß beim Auftreten von Stoßspannungen eine dielektrische Überbeanspruchung des hochspannungsseitigen Widerstandes 18 vermieden wird. Der Gasraun innerhalb der Ketallkapselung 10 ist mit Isoliergas, hier mit Schwefelhexafluorid_/ausgefüllt.

Die Anordnung gem?ß der Figur 2 ist eine einphasig gekapselte Schaltanlage. Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, die erf indungsgem.^Re Einrichtung bei einer dreiphasig gekapselten Schaltanlage anzuwenden. Diese Anwendung ist in der Figur ? dargestellt. Innerhalb einer Metallkapselung 60, die ihrem freien Ende mittels eines Deckels ^2 abgeschlossen ist, sind drei Hochspannungsleiter P/yT angeordnet, die durch einen Isolator 64, der als Schottisolator dienen kann, zumindest aber ein Stützisolator ist, durchgeführt sind. Die Meßeinrichtung gemnß der Figur 3 ist nun sowohl an den Leiter R als auch an die Leiter S und T angeschlossen (um die Gemeinsamkeit mit der Einrichtung gem. der Figur 2 zu zeigen, besitzen die einzelnen Komponenten die gleichen Bezugsziffern mit den

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entsprechenden Indizes R/3/Γ gekennzeichnet). Der Verstärker, der die Signale des Meßwiderstandes 20 R, 2Ό S und 20 T zu verarbeiten hat, besitzt die Bezugsziffer 66. Das Meßgerät selbst ist nicht dargestellt..

Sowohl der hochspannungsseitige Widerstand 18 als auch der unterspannungsseitige Widerstand 20 könen in der Weise ausgebildet sein, wie in den Figuren 4 bis 7 dargestellt. Auf den Isolierkörper 32 bzw. 3*} sind Widerstandsbahnen 70 streifenförmig aufgebracht, derart, daß die Widerstandsbahnen 70 parallel zu de¹" Längsachse 72 des Isolierkörpers 32/34 auf der Außenfläche des Isolierkörpers verlaufen.

In der Ausgestaltung gemäß Figur 5 verlaufen die Widerstandsbahnen m spiralförmig; in der Anordnung gemäß der Figur 6 verlaufen die Widerstandsbahnen 76 längs der Achse 72 des Isolierkörpers und die Widerstandsbahnen 78 quer zu der Längsachse 72, so daß sich eine Art kreuzförmiges Raster bildet nit in Reihe und parallelgeschalteten Widerstandsbahnen. Denkbar wäre eine Kombination der Anordnung gem. Figur 5 mit der Anordnung gem. der Figur ü oder eine Anordnung ner Figur 5 gemäß der Anordnung gemäß Figur 6.

Weiterhin ist eine Anordnung denkbar, bei der zwei spiralförmige Widerstandsbahnen gemäß Figur 5, die gegensinnig verlaufen, übereinander angeordnet werden, so daß ebenfalls eine Art kreuzförmiges Raster gebildet wird (Bahnen 77 und 79).

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In Fig. 7-9 ist das Dickfilra-Widerstandsmaterial als homogene Schicht auf den Isolierkörper 32 oder 34 aufgebracht.

Mittels der verschiedenen beschriebenen Möglichkeiten der Anordnung des Dickfilm-Widerstandsmaterials auf dem Isolierkörper ist es möglich, den Widerstandswert des hochspannungsseitigen bzw. des erseitigen Widerstandes in einen weiteren Bereich einzustellen.

Es besteht auch die Möglichkeit, auf den Isolierkörper 32 oder 3*1 Widerstandsstreifen aufzubringen, deren Form in der Figur IC dargestellt ist. Der Widerstandsstreifen gemäß der Figur IC besitzt einen Tr^gerkörper 80 aus einem isolierenden Material, insbesondere aus Keramik, auf den eine Widerstandsbahn 82 aus einer Dickfilmwiderstanndspaste aufgebracht .ist. 'Die freier Enden der Widerstandsbahnen 82 sind mit elektrisch leitender Kontaktflächen 84 und 86 verbunden. Der gesamte Widerstandsstreifen besitzt dabei die Bezugsziffer 88. In der Ausgestaltung der Figur 8 sind mehrere Reihen von miteinander fluchtenden Widerstandsbahnen 88 gleichmäßig verteilt auf dem Isolierkörper 32 oder dem Isolierkörper 3'4 aufgebracht. Dabei er.der die einzelnen VJiderstandsstreifen 88 in einem Abstand D zueinander, welcher Abstand D von einem metallischen Konaktring ?C derart überdeckt ist, daß die Kontaktflächen 84 und die Kontaktflächen 86 je zweier sich gegenüberliegender miteinander fluchtender Kontaktsreifen 88 elektrisch leitend über der Kontaktring 90 miteinander verbunden sind. Dadurch werden die einzelnen Reihen der Kontaktstreifen 88 und die einzelnen ir

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einer Reihe liegenden Kontaktstreifen 88 elekrisch leitend miteinander verbunden. Die Kontaktringe 90 besitzen eine zylinderförmige Innenfläche 92 und eine kreissegment- oder bogenartige Außenfläche 9¹I, um Kanten zu vermeiden.

Figur 11 zeigt im Anschnitt eine beispielhafte Ausführung der Einspannung der haubenförmigen Steuerelektrode zwischen dem Hochspannungsleiter 16 und dem den oberspannungsseitigen Widerstand 18 tragenden Isolierkörper 32. Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Hochspannungsleiter 16 mit einem Ansatz 100 versehen, der zur Zentrierung der Steuerhaube bzu. des Haubenbodens 52 dient. Auf der dem Isolierkörper zugewandten Seite ist eine metallische Isolierrohrhalterung 101 angebracht. Mittels einer Schraubverbindung 10?, die in ein Gewindeloch 103 im Leiter 16 eingreift, wird der Haubenboden zwischen die Stirnfläche 105 der Isolierrohrhalterung 101 und die Stirnfläche des Leiter 16 gepreßt. Der Isolierkörper 16 ist mittels einer Klebeverbindung 104 im inneren zylindrischen Bereich der Isolierrohrhalterung 101 befestigt.

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Zusammenfassung

Eine Einrichtung zur Messung hoher Wechselspannungen in Hochspannungsschaltanlagen, insbesondere in metallgekapselten/ SF6-gasisolierten Hochspannungsschaltanlagen, besitzt wenigstens zwei in Reihe zwischen Hochspannungspotential und Erde angeordnete, einen ohmschen Spannungsteiler bildende ohmsche Widerstände (18, 20) von denen der an Erde angeschlosse Widerstand (20) als Meßwiderstand dient. Der hochspannungsseitigeWiderstand (18) und der Meßwiderstand (20) sind aus jeweils wenigstens einem Widerstandselement gebildet, das aus einem Isolierkörper (32, 34) und darauf aufgebrachtem Widerstandsmaterial besteht. Zur Verringerung der Baugröße und zur Vereinfachung des Aufbaues ist der Isolierkörper (32, 34) rohrförmig ausgebildet und auf seiner Außenseite mit dem Widerstandsmaterial belegt, das eine in Form von Widerstandsbahnen auf den Isolierkörper (32, 34) aufgebrachte Dickfilmpaste ist. Die transiente Spannungsverteilung wird von einer einzigen, haubenförmigen Steuerelektrode (46) gesteuert.

Signifikante Figur: Figur 1

Claims

Ansprüche

1. Einrichtung zur Messung hoher Viechseispannungen in Hochspannungsschaltanlagen, insbesondere In metallgekapselten SF6-gasisolierten Hochspannungsschaltanlagen, mit wenigstens zwei in Reihe zwischen Hochspannungspotential und Erde angeordneten, einen ohmschen Spannungsteiler bildenden ohmschen
W iderstärden, von denen der an Erde angeschlossene Widerstand als Meßwiderstand dient, wobei der hochspannungsseitige Widerstand und der Meßwiderstand aus jeweils wenigstens einem Widerstandselement gebildet sind, das bzw. die aus einem Isolierkörper und darauf aufgebrachtem Widerstandsmaterial besteht bzw. bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierj körper (32/34) rohrförmig ausgebildet und auf seiner Außenseite das Widerstandsmaterial aufgelegt ist und daß die transiente Spannungsverteilung von einer einzigen, haubenförmigen Steuerelektrode (46) gesteuert ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das Widerstandsmaterial eine Dickfilmpaste ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsmaterial eine in Form von Widerstandsbahnen auf den Isolierkörper aufgebrachte Dickfilmpaste ist.

H. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsbahnen parallel zur Längsachse des Isolierkörpers verlaufen.

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5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis »1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsbahnen schraubenförmig auf den Isolierkörper aufgebracht sind.

6. Isolierkörper nach einem der Ansprüche 2 bis 5, , dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsbahnen schraubenförmig und gegeneinander versetzt auf den Isolierkörper aufgebracht sind, so daß sich die einzelnen Widerstandsbahnen kreuzen. '

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennz., daß die Widerstandsbahnen zusätzlich auf einem Kreisumfang auf dem Isolierkörper aufgebracht sind.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennz., daß das Viiderstandsmaterial homogen auf der Kantelfäche des Isolierkörpers aufgebracht ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Isolierkörper handelsüblich erhältliche Widerstandsstreifen aufgebracht sind, welche in Längsrichtung des Isolierkörpers verlaufen und an den aufeinander zuweisenden Enden mittels eines Verbindungsleiters miteinander verbunden sind.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als metallische Verbindungsleiter Kontaktringe vorgesehen sind, welche die Kontaktierungsflachen je zweier sich gegenüberliegender V.'iderstandsstreifen überdecken und dabei zusatz-

lieh die einzelnen 'iiderstandsstreifen am Isolierkörper festlegen

11. Einrichtung nach einen der vorigen AnsDrüche, dadurch gekennzeichnet, daß der hochspannungsseitige Widerstand (18) an seinem erdseitigen Ende von einer Ringelektrode (44) umgeben ist, an die sich eine in Pachtung hochspannungsseitiges Ende des Widerstandes (18) sich verjüngende Steuerelektrode (46) anschließt.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die haubenförmige Steuerelektrode ('46) mit öffnungen (5^Ü) in Form von Schlitzen, Bohrungen und dergleichen, durchbrochen ist.