EP3262427A1 - Sensorvorrichtung zur verbindung mit einem messanschluss einer kapazitiv gesteuerten durchführung - Google Patents

Sensorvorrichtung zur verbindung mit einem messanschluss einer kapazitiv gesteuerten durchführung

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Publication number
EP3262427A1
EP3262427A1 EP16706347.8A EP16706347A EP3262427A1 EP 3262427 A1 EP3262427 A1 EP 3262427A1 EP 16706347 A EP16706347 A EP 16706347A EP 3262427 A1 EP3262427 A1 EP 3262427A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
adapter
measuring
sensor device
housing
connection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16706347.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian Rohde
Sebastian Coenen
Bartlomiej DOLATA
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GE Vernova GmbH
Original Assignee
General Electric Technology GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Technology GmbH filed Critical General Electric Technology GmbH
Publication of EP3262427A1 publication Critical patent/EP3262427A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/16—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using capacitive devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/04—Voltage dividers
    • G01R15/06—Voltage dividers having reactive components, e.g. capacitive transformer
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R35/00—Testing or calibrating of apparatus covered by the other groups of this subclass

Definitions

  • the invention relates to a sensor device for connection to a measuring terminal of a capacitively controlled
  • EP 2 760 095 A1 discloses a measuring system for monitoring the duration of a high-voltage feed-through.
  • a measuring circuit is connected to the measuring connection via a connection cable.
  • transient overvoltages in the feedthrough itself or the system associated with it, such as a transformer can cause damage.
  • Overvoltage is a single-pole ground fault or a
  • the object of the invention is thus to better detect both the detection of transient overvoltages and to ensure the operation of the implementation.
  • the object underlying the invention is achieved by a sensor device according to claim 1 and a method according to an independent claim.
  • Advantageous developments are specified in the subclaims. For the invention important features can be further found in the following description and in the drawings, the features both alone and in
  • an adapter with a measuring connection and a fastening device can be connected.
  • a sensor housing is by means of the adapter with the fastening device
  • the adapter can be used to remove a test as far as the adapter without the components arranged in the sensor housing influencing this result.
  • a main capacity of the bushing can be measured by means of the adapter. Verifying the main capacity also ensures that the
  • the adapter has an overvoltage protection, which can be switched between the measuring terminal and the fastening device.
  • the potential of the measuring connection is determined by a response de
  • Voltage divider in which a measuring capacitance between the measuring terminal of the capacitively controlled feedthrough and ground can be arranged. Because the measuring capacity is a number of surface-mounted, parallel-connected
  • capacitor components may advantageously the
  • this resonant frequency is higher, so that in the present case an increased number of capacitor components is provided. Due to the surface mounting of
  • Capacitor components is advantageously achieved over wired components in addition a Bandwidthbreiten the. Overall, thus over a wide frequency ranges
  • Capacitor component is applied essentially with a same phase position with the applied signal from the side of the measuring terminal, starting. This results in improvements in terms of
  • the sensor device with respect to the longitudinal axis in the
  • the essentially coaxial construction reduces the influence of the geometry of the sensor device on the measurement signal to be coupled out, since the electric field is formed radially and thus uniformly around the inner conductor.
  • Capacitor components are arranged on a printed circuit board and the printed circuit board is arranged substantially in a solder plane of the longitudinal axis. This advantageously allows the equidistant spacing of the capacitor components and achieves the coaxial structure.
  • Capacitor components arranged on both sides of the circuit board This advantageously makes it possible to increase the number of capacitor components, which leads to a further reduction of the leakage inductance.
  • Printed circuit board is arranged in a further solder plane of the longitudinal axis. This measure also advantageously leads to an increase in the number of capacitor components and thus reduces the stray inductance and increases the overall capacitance, which has an advantageous effect on the frequency response and the
  • Output voltage of the sensor device affects.
  • Capacitor components each connected between a first inner, planar conductor and a second outer planar conductor formed.
  • the plane Training the conductor reduces the inductance, which has an advantageous effect on the frequency response. Furthermore, this simplifies the production of the printed circuit board.
  • the distance between the measuring capacitance and the measuring terminal can be reduced by the substantially rigid connectivity of the sensor device to the bushing. This reduction of
  • the distance between the measuring capacitance and the measuring connection has the consequence that the line inductance is greatly reduced, thereby expanding the frequency range available for the measurement.
  • a measuring adapter is designed to be plugged onto the measuring connection.
  • Housing adapter is a rigid and fluid-tight
  • the sensor housing is rigid and fluid-tight connectable to the housing adapter.
  • Flange of the bushing is significantly reduced by the housing adapter, the measuring connection adapter and the sensor housing, the distance between the measuring connection and the measuring capacity. Furthermore, this is a stable and secure
  • Influences such as weather conditions.
  • Inner conductor section connectable. This realizes a simple and short connection between the measuring connection and the measuring capacity.
  • Capacitor components each as plastic Foil capacitors formed, which are characterized by their self-healing advantageous. With a breakdown in the corresponding dielectric, although there is a slight loss of capacity. On the other hand, these capacitors are characterized by an increased lifetime.
  • Figure 1 shows a sensor device in a schematic
  • Figure 2 is a passage in a schematic form
  • Figure 3 shows a sensor device in an assembled state in a schematic sectional view
  • Figure 4a is a schematic equivalent circuit diagram
  • FIG. 4b is a schematic voltage-time diagram
  • FIG. 4c shows a schematic attenuation frequency diagram
  • Figure 5 is a schematic plan view of a printed circuit board
  • Figure 6 is a schematic plan view of a spring ring
  • Figure 7 is a schematic sectional view of another sensor device.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a
  • the sensor device 2 are a
  • the housing adapter 4 and the measuring connection adapter 6 are collectively referred to as adapter 5.
  • the housing adapter 4 and the measuring connection adapter 6 can also be firmly connected to one another.
  • the sensor housing 8 comprises a first housing section 10 and a second housing section 12, wherein the first housing section 10 in the x-direction
  • a printed circuit board 14 by means of connecting elements 16 is mechanically and electrically connected to the sensor housing 8.
  • the sensor housing 8 has a longitudinal axis 18, from which
  • Capacitor components 20 are arranged equidistant. Along the longitudinal axis 18, a first inner conductor section 22 protrudes from the printed circuit board 14 in the x-direction.
  • Measuring connection adapter 6 is also second
  • the printed circuit board 14 has capacitor components 20 on both sides.
  • Capacitor components 20 are each arranged in a ring around the longitudinal axis 18.
  • the printed circuit board 14 itself lies in a solder plane 24 of the longitudinal axis 18.
  • the sensor housing 8 The sensor housing 8, the housing adapter 4 and the
  • Measuring connection adapter 6 are made of electrically conductive Material made.
  • the sensor housing 8 is above the
  • Measuring connection can be grounded on a feedthrough.
  • all the capacitor components 20 are each connected between the inner conductor 22, which can be connected to a measuring connection of the leadthrough, and the groundable sensor housing 8.
  • Both the sensor device 2, the housing adapter 4 and the measuring terminal adapter 6 are constructed substantially coaxially with respect to the longitudinal axis 18, i. they are essentially rotationally symmetrical about the longitudinal axis 18. Contrary to the x-direction protrudes from the circuit board 14 from a resistor Rm, which is connected against the x-direction in a manner not shown via a connector 27 with an externally accessible measuring port 24 electrically conductive.
  • a current transformer in the form of a coil is arranged coaxially to the longitudinal axis 18 in an interior 28 of the sensor housing 8 between the second housing section 12 and the printed circuit board 14 in a form not shown.
  • the housing adapter 4 can be accommodated with a sensor housing-side section 30 in a cylindrical receiving space 32 of the sensor housing 8. Seals 34 and 36 are annular and serve for a fluid-tight
  • Feedable clamping screw 36 is designed to engage in an annular groove 38. Instead of the clamping screw 36 and the groove 38, a different fixation of the portion 30 in the receiving space 32 can take place. That's it
  • the measuring connection adapter 6 has a direction in the x direction
  • the measuring connection is
  • the measuring connection 6 has a section 42 which is formed radially outward for electrical contacting with respective springs 44 of overvoltage protection components 46.
  • the overvoltage protection components 46 are thus connected to the measuring connection adapter 6 plugged onto the measuring connection and to the grounded housing adapter 4 between earth and a ground covering of the leadthrough.
  • Measuring connection adapter 6 and the housing adapter 4 are checked.
  • the measurement of the main capacity of the bushing 52 may be made, for example, by applying a voltage on the high voltage side of the bushing 52 to a first
  • Time and a measurement of the time from the first time to a second time until the voltage between the portion 42 and the housing adapter 42 increases to a predetermined value can be performed.
  • a positive check that is the agreement of the measured value with a desired nominal value
  • the sensor housing 8 can be fluid-tight and rigid with the housing adapter via the section 30
  • the measuring connection adapter 6 forms part of the inner conductor of the sensor device 2.
  • the adapter 5 the adapter 5
  • Housing adapter 4 and the measuring connection adapter 6 includes connectable to the measuring port 64 and the fastening device 66. At the adapter 5, the main capacity of the bushing 52 can be measured according to the checking step.
  • the sensor housing 8 is after the successful test step by means of the adapter
  • Sensor device 2 can be determined.
  • the first inner conductor section 22 has a tuft plug 48 which fits into a receiving section 50 of the
  • Measuring connection adapter 6 is receivable. This is the
  • Inner conductor section 22 and 48 connectable.
  • Figure 2 shows an example of a design of a bushing 52 in a schematic view.
  • the passage 52 connects an exterior space with an insulating fluid filled interior 54 of a high voltage transformer 56 and is also referred to as
  • the bushing 52 includes the high voltage conductor 58 and coaxial with the
  • High voltage conductor 58 arranged in the z-direction
  • An earth covering 62 is designed as the outer lining and via the measuring connection 64, which acts as a pin
  • a grounded flange 66 which is also generally referred to as a fastening device, is arranged around the pin.
  • the sensing port 64 is isolated from the flange 66 or other fastening device and attached to one of the outer conductive layers, exemplified here at the earth layer 62, of the capacitively controlled bushing 52 to allow measurements of the dissipation factor, capacitance, and partial discharge during the measurement Flange 66 of the bushing 52 is grounded.
  • the measuring connection adapter 6 is plugged onto the measuring connection 64, then the
  • Housing adapter 4 the measuring terminal adapter 6 non-conductive receiving arranged on the flange 66 and finally the sensor housing 8 is arranged on the housing adapter 4.
  • the sensor device 2 is fluid-tight and rigidly connected via the flange 66 with the bushing 52.
  • FIG. 3 thus illustrates how the measuring connection 64 is received by the receiving section 40 of the measuring connection adapter 6 and thus establishes an electrical connection from the measuring connection 64 via the inner conductor section 22 to the capacitor components 20.
  • FIG. 3 shows another embodiment of the invention
  • Housing adapter 4 shown.
  • the housing adapter 4 engages in the x direction in an internal thread of the flange 66 a.
  • the Flange 66 thus provides a measuring port through which the measuring port 64 is guided.
  • the measuring connection 64 is electrically conductively connected to the control contact, which can be earthed with an earthing cap, that is to say the earth covering 62.
  • FIG. 4a shows a schematic equivalent circuit 68 of the present invention used on a capacitive divider
  • the feedthrough 52 includes the high voltage conductor 58.
  • a main capacitance C 1 represents the capacitance between the high voltage conductor 58 and the high voltage conductor 58
  • a tap capacitance C2 represents a capacitance between the measuring terminal 64 and the grounded mounting flange 66.
  • Measuring port 64 and the flange 66 which is grounded.
  • a measuring capacitance Cm is formed by the capacitor devices 20. Between the measuring capacitance Cm and the measuring terminal 24, the resistor Rm is arranged. Between the
  • Measuring terminal 24 and a grounded terminal 70 is a measurement voltage Um detected by an evaluation unit 72.
  • Resistor Rm closes the line between the terminals 24 and 70 and the evaluation unit 72 with a corresponding characteristic impedance.
  • FIG. 4b shows a schematic voltage-time diagram. It is the voltage U over time t shown.
  • a voltage curve 74 of a phase with a frequency of 50 Hz is shown.
  • the voltage curve 74 has a deviation in the form of a transient curve 76 around a time t 1 having amplitudes A 1 and A 2.
  • Such a transient curve 76 can be imaged by means of the sensor device 2 in the measurement voltage Um.
  • FIG. 4 c shows an exemplary schematic damping frequency diagram, wherein a voltage U in of known voltage form, in particular of a known frequency, is interposed between the
  • High voltage conductor 58 and earth was specified, and wherein a voltage U out between the measuring terminal 24 and earth was measured.
  • the attenuation curve 78 has a nearly constant attenuation in a first lower frequency range 80, in a middle frequency range 82 the attenuation drops in the region of the resonant frequency 84 and in a high one
  • FIG. 5 shows a plan view of the printed circuit board 14.
  • Annular about the longitudinal axis 18 are the
  • Capacitor components 20 are arranged. The
  • Capacitor components 20 are electrically conductively connected to the longitudinal axis 18 with a first flat conductor 87 and to the outside with a second planar conductor 88. Furthermore, two further overvoltage protection components between the first conductor 87 and the second conductor 88 are arranged in an unillustrated form.
  • the first conductor 87 is substantially circular in shape and only interrupted by fastening or passage holes.
  • the second conductor 88 is essentially formed annular.
  • the conductors 87 and 88 are formed substantially coaxially with the longitudinal axis 18.
  • FIG. 6 is a schematic plan view of one
  • Overvoltage protection devices 46 are arranged.
  • the spring 92 can be received in a corresponding inner groove of the portion 30 of the housing adapter 4.
  • FIG. 7 shows a further embodiment of the
  • a further circuit board 94 is disposed in the sensor housing 8, which is in a further solder plane 96 of the longitudinal axis 18, which is spaced from the solder plane 24.
  • the printed circuit board 94 is constructed analogously to the printed circuit board 14.
  • Connecting means 98 establish an electrical and mechanical connection to the sensor housing 8.
  • the surface-mounted capacitor components can also be designated as SMD capacitor components, where SMD stands for Surface Mounted Device.

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Abstract

Es wird eine Sensorvorrichtung (2) zur Verbindung mit einem Messanschluss einer kapazitiv gesteuerten Durchführung vorgeschlagen. Ein Adapter (5) ist mit dem Messanschluss und einer Befestigungsvorrichtung verbindbar. Ein Sensorgehäuse (8) ist mittels des Adapters (5) mit der Befestigungsvorrichtung verbindbar.

Description

Titel : Sensorvorrichtung zur Verbindung mit einem
Messanschluss einer kapazitiv gesteuerten Durchführung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung zur Verbindung mit einem Messanschluss einer kapazitiv gesteuerten
Durchführung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren nach dem Oberbegriff des nebengeordneten Anspruchs
Es ist bekannt, dass Durchführungen, insbesondere von
Hochspannungstransformatoren, dauerüberwacht werden.
So ist beispielsweise aus der EP 2 760 095 AI ein Messsystem zur Dauerüberwachung einer Hochspannungsdurchführung bekannt Eine Messschaltung wird über ein Anschlusskabel mit dem Messanschluss verbunden.
Derartige Messsysteme weisen häufig einen spezifischen
Frequenzgang auf, der bei Messungen von transienten Vorgänge zunächst aufgenommen werden muss, um ihn nachträglich im Betrieb bei der Signalverarbeitung zu berücksichtigen.
Des Weiteren ist bekannt, dass transiente Überspannungen in der Durchführung selbst oder der Durchführung zugeordnete Anlage wie beispielsweise einem Transformator zu Schäden führen können. Ein Beispiel für eine solche transiente
Überspannung sind ein einpoliger Erdschluss oder ein
Blitzeinschlages .
Aufgabe der Erfindung ist es somit, sowohl die Erkennung von transienten Überspannungen besser zu erkennen als auch den Betrieb der Durchführung zu gewährleisten. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch eine Sensorvorrichtung nach dem Anspruch 1 sowie ein Verfahren nach einem nebengeordneten Anspruch gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in
unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird .
Vorteilhaft ist ein Adapter mit einem Messanschluss und einer Befestigungsvorrichtung verbindbar. Ein Sensorgehäuse ist mittels des Adapters mit der Befestigungsvorrichtung
verbindbar. Insbesondere bei einer fehlerhaft installierten Sensorvorrichtung kann durch eine Nichtkontaktierung des Messanschlusses Hochspannungspotential am Messanschluss anliegen, was zur Zerstörung der Durchführung führen kann. Durch den Adapter kann vorteilhaft eine Prüfung bis hin zu dem Adapter abgenommen werden, ohne dass die im Sensorgehäuse angeordneten Komponenten dieses Ergebnis beeinflussen würden. Insbesondere kann mittels des Adapters eine Hauptkapazität der Durchführung gemessen werden. Durch die Überprüfung der Hauptkapazität wird auch sichergestellt, dass die
Kontaktierung des Adapters sowohl an den Messanschluss als auch an die Befestigungsvorrichtung korrekt durchgeführt wurde .
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Adapter einen Überspannungsschutz auf, der zwischen den Messanschluss und die Befestigungsvorrichtung schaltbar ist. Das Potential des Messanschluss wird durch ein Ansprechen de
Überspannungsschutzes auf einem definierten Potential
gehalten. Damit wird ein Adapter bereitgestellt, der den sicheren Betrieb der Durchführung gewährleistet. In einer vorteilhaften Ausführungsform arbeitet die
Sensorvorrichtung nach dem Prinzip des kapazitiven
Spannungsteilers, bei dem eine Messkapazität zwischen dem Messanschluss der kapazitiv gesteuerten Durchführung und Erde anordenbar ist. Dadurch, dass die Messkapazität eine Anzahl von parallel geschalteten, oberflächenmontierten
Kondensatorbauelementen umfasst, kann vorteilhaft die
parasitäre Induktivität, die jedem Kondensatorbauelement innewohnt, sowohl durch die erhöhte Anzahl als auch durch die Oberflächenmontierung stark reduziert werden. Ab einer bestimmten Frequenz überwiegen die induktiv wirksamen
Komponenten eines Kondensators. Dies beginnt ab der
jeweiligen Resonanzfrequenz. Für Kondensatoren mit kleinen Kapazitätswerten liegt diese Resonanzfrequenz höher, weshalb vorliegend eine erhöhte Anzahl an Kondensatorbauelementen vorgesehen ist. Durch die Oberflächenmontage der
Kondensatorbauelemente wird vorteilhaft gegenüber bedrahteten Bauelementen zusätzlich ein Messbandbreitengewinn erreicht. Insgesamt kann somit über weite Frequenzbereiche ein
vorteilhaftes Frequenzverhalten der Sensorvorrichtung im Sinne einer im Wesentlichen konstanten Dämpfung erreicht werden. So können die Transienten in Form von
Blitzeinschlägen, Schalthandlungen oder Erdschlüssen mit Frequenz und Amplitude ohne zusätzlichen
Signalverarbeitungsaufwand bezüglich des Frequenzgangs der Sensorvorrichtung erfasst und aufgenommen werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die
Kondensatorbauelemente im Wesentlichen gleich weit
beabstandet zu einer Längsachse eines Innenleiters der
Sensorvorrichtung angeordnet. Durch die gleich weite
Beabstandung wird erreicht, dass das jeweilige
Kondensatorbauelement im Wesentlichen mit einer gleichen Phasenlage mit dem anliegenden Signal von der Seite des Messanschlusses ausgehend beaufschlagt wird. Dadurch ergeben sich Verbesserungen hinsichtlich des auszukoppelnden
Messsignals . In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Sensorvorrichtung bezüglich der Längsachse einen im
Wesentlichen koaxialen Aufbau auf. Der im Wesentlichen koaxiale Aufbau verringert den Einfluss der Geometrie der Sensorvorrichtung auf das auszukoppelnde Messsignal, da sich das elektrische Feld radial und damit gleichmäßig um den Innenleiter ausbildet.
In einer vorteilhaften Form sind die Anzahl der
Kondensatorbauelemente auf einer Leiterplatte angeordnet und die Leiterplatte ist im Wesentlichen in einer Lotebene der Längsachse angeordnet. Dadurch wird vorteilhaft die gleich weite Beabstandung der Kondensatorbauelemente ermöglicht und der koaxiale Aufbau erreicht.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die
Kondensatorbauelemente auf beiden Seiten der Leiterplatte angeordnet. Dies ermöglicht vorteilhaft eine Erhöhung der Anzahl der Kondensatorbauelemente, was zu einer weiteren Reduktion der Streuinduktivität führt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist eine weitere Anzahl von parallelgeschalteten,
oberflächenmontierten Kondensatorbauelementen auf einer weiteren Leiterplatte angeordnet, wobei die weitere
Leiterplatte in einer weiteren Lotebene der Längsachse angeordnet ist. Auch diese Maßnahme führt vorteilhaft dazu, dass die Anzahl der Kondensatorbauelemente erhöht und so die Streuinduktivität verringert und die Gesamtkapazität erhöht wird, was sich vorteilhaft auf den Frequenzgang und die
Ausgangsspannung der Sensorvorrichtung auswirkt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die
Kondensatorbauelemente jeweils zwischen einem ersten inneren, flächig ausgebildeten Leiter und einem zweiten äußeren flächig ausgebildeten Leiter geschaltet. Die flächige Ausbildung der Leiter verringert den Induktivitätsbelag, was sich vorteilhaft auf das Frequenzverhalten auswirkt. Des Weiteren vereinfacht sich so die Fertigung der Leiterplatte.
In einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Abstand zwischen der Messkapazität und dem Messanschluss durch die im Wesentlichen starre Verbindbarkeit der Sensorvorrichtung mit der Durchführung reduziert werden. Diese Reduktion der
Distanz zwischen Messkapazität und Messanschluss hat zur Folge, dass die Leitungsinduktivität stark vermindert wird und damit den Frequenzbereich erweitert, der für die Messung zur Verfügung steht.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist ein Messadapter zu einem Aufstecken auf den Messanschluss ausgebildet. Ein
Gehäuseadapter ist zu einer starren und fluiddichten
Anordnung an einem Flansch der Durchführung und zu einer elektrisch kontaktlosen Aufnahme des Messanschlussadapters ausgebildet. Das Sensorgehäuse ist starr und fluiddicht mit dem Gehäuseadapter verbindbar. Neben einer Anpassung an verschiedene Ausführungen des Messanschlusses und des
Flansches der Durchführung wird durch den Gehäuseadapter, den Messanschlussadapter und das Sensorgehäuse die Distanz zwischen Messanschluss und Messkapazität deutlich verringert. Des Weiteren wird hierdurch eine stabile und sichere
Verbindung mit der Durchführung geschaffen, die äußeren
Einflüssen wie Wetter Stand hält.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der
Messanschlussadapter auf der dem Messanschluss abgewandten Seite mit einem von der Leiterplatte abragenden
Innenleiterabschnitt verbindbar. Damit wird eine einfache und kurze Verbindung zwischen Messanschluss und Messkapazität realisiert .
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die
Kondensatorbauelemente jeweils als Kunststoff- Folienkondensatoren ausgebildet, die sich vorteilhaft durch ihre Selbstheilung auszeichnen. Bei einem Durchschlag im entsprechenden Dielektrikum kommt es zwar zu einem geringen Verlust der Kapazität. Auf der anderen Seite zeichnen sich diese Kondensatoren durch eine erhöhte Lebensdauer aus.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung. Es werden für funktionsäquivalente Größen und Merkmale in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der
Erfindung unter Bezugnahme auf die Bezeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1 eine Sensorvorrichtung in schematischer
Schnittansieht ;
Figur 2 eine Durchführung in schematischer Form;
Figur 3 eine Sensorvorrichtung in einem montierten Zustand in schematischer Schnittansicht;
Figur 4a ein schematisches Ersatzschaltbild;
Figur 4b ein schematisches Spannungs-Zeit-Diagramm;
Figur 4c ein schematisches Dämpfungs-Frequenz-Diagramm; Figur 5 eine schematische Draufsicht auf eine Leiterplatte;
Figur 6 eine schematische Draufsicht auf einen Federring; und
Figur 7 eine schematische Schnittansicht einer weiteren Sensorvorrichtung .
Figur 1 zeigt in schematischer Schnittansicht eine
Sensorvorrichtung 2. Der Sensorvorrichtung 2 sind ein
Gehäuseadapter 4 und ein Messanschlussadapter 6 zugeordnet, wobei der Gehäuseadapter 4 und der Messanschlussadapter 6 gemeinsam als Adapter 5 bezeichnet werden. Der Gehäuseadapter 4 und der Messanschlussadapter 6 können auch fest miteinander verbunden sein. Das Sensorgehäuse 8 umfasst einen ersten Gehäuseabschnitt 10 und einen zweiten Gehäuseabschnitt 12, wobei der erste Gehäuseabschnitt 10 in x-Richtung ein
Innengewinde aufweist, in das ein Außengewinde des zweiten Gehäuseabschnitts 12 zu einem fluiddichten und starren
Verschluss eingreift.
Innerhalb des Sensorgehäuses 8 ist eine Leiterplatte 14 mittels Verbindungselementen 16 mechanisch und elektrisch leitend mit dem Sensorgehäuse 8 verbunden. Das Sensorgehäuse 8 weist eine Längsachse 18 auf, von der
Kondensatorbauelemente 20 gleich weit beabstandet angeordnet sind. Entlang der Längsachse 18 ragt in x-Richtung ein erster Innenleiterabschnitt 22 von der Leiterplatte 14 ab. Der
Messanschlussadapter 6 wird auch als zweiter
Innenleiterabschnitt bezeichnet. Die Leiterplatte 14 weist zu beiden Seiten Kondensatorbauelemente 20 auf. Die
Kondensatorbauelemente 20 sind jeweils ringförmig um die Längsachse 18 angeordnet. Die Leiterplatte 14 selbst liegt in einer Lotebene 24 der Längsachse 18.
Das Sensorgehäuse 8, der Gehäuseadapter 4 und der
Messanschlussadapter 6 sind aus elektrisch leitfähigem Material gefertigt. Das Sensorgehäuse 8 ist über den
Sensoradapter 4 mit einem geerdeten oder erdbaren
Messanschluss an einer Durchführung erdbar. Somit sind alle Kondensatorbauelemente 20 jeweils zwischen den Innenleiter 22, der mit einem Messanschluss der Durchführung verbindbar ist, und den erdbaren Sensorgehäuse 8 geschaltet.
Sowohl die Sensorvorrichtung 2, der Gehäuseadapter 4 und der Messanschlussadapter 6 sind bezüglich der Längsachse 18 im Wesentlichen koaxial aufgebaut, d.h. sie sind im Wesentlichen rotationssymmetrisch um die Längsachse 18 aufgebaut. Entgegen der x-Richtung ragt von der Leiterplatte 14 ein Widerstand Rm ab, der entgegen der x-Richtung in nicht gezeigter Form über einen Steckverbinder 27 mit einem von außen zugänglichen Messanschluss 24 elektrisch leitend verbunden ist.
Um den ersten Innenleiterabschnitt 22 ist in einem Innenraum 28 des Sensorgehäuses 8 zwischen dem zweiten Gehäuseabschnitt 12 und der Leiterplatte 14 in nicht gezeigter Form koaxial zur Längsachse 18 ein Stromwandler in Form einer Spule angeordnet .
Der Gehäuseadapter 4 ist mit einem sensorgehäuseseitigen Abschnitt 30 in einem zylinderförmigen Aufnahmeraum 32 des Sensorgehäuses 8 aufnehmbar. Dichtungen 34 und 36 sind ringförmig ausgeführt und dienen zu einer fluiddichten
Verbindung zwischen dem Abschnitt 30 und dem Sensorgehäuse 8. Eine in dem Sensorgehäuse 8 radial dem Abschnitt 30
zuführbare Klemmschraube 36 ist zum Eingreifen in eine ringförmige Nut 38 ausgebildet. Anstatt der Klemmschraube 36 und der Nut 38 kann auch eine andere Fixierung des Abschnitts 30 in dem Aufnahmeraum 32 erfolgen. Damit ist das
Sensorgehäuse 8 starr und fluiddicht mit dem Gehäuseadapter 4 verbindbar .
Der Messanschlussadapter 6 weist in x-Richtung einen
innenliegenden Aufnahmeabschnitt 40 auf, der mit dem Messanschluss verbindbar ist. Der Messanschluss ist
insbesondere als Pin ausgebildet, der in dem
Aufnahmeabschnitt 40 aufnehmbar ist. Entgegen der x-Richtung weist der Messanschluss 6 einen Abschnitt 42 auf, der radial nach außen zur elektrischen Kontaktierung mit jeweiligen Federn 44 von Überspannungsschutzbauelementen 46 ausgebildet ist. Die Überspannungsschutzbauelemente 46 sind damit mit dem auf den Messanschluss aufgesteckten Messanschlussadapter 6 und mit dem geerdeten Gehäuseadapter 4 zwischen Erde und einem Erdbelag der Durchführung geschaltet.
So kann in einem Prüfschritt ohne das angeordnete
Sensorgehäuse 8 zwischen dem Abschnitt 42 und dem Äußeren des Gehäuseadapters 4 durch eine Messung der Hauptkapazität der Durchführung die korrekte Installation des
Messanschlussadapters 6 und des Gehäuseadapters 4 überprüft werden. Die Messung der Hauptkapazität der Durchführung 52 kann beispielsweise durch das Anlegen einer Spannung an der Hochspannungsseite der Durchführung 52 zu einem ersten
Zeitpunkt und eine Messung der Zeit von dem ersten Zeitpunkt bis zu einem zweiten Zeitpunkt, bis zu dem die Spannung zwischen dem Abschnitt 42 und dem Gehäuseadapter 42 auf einen vorbestimmten Wert steigt, durchgeführt werden. Nach einer positiven Überprüfung, also der Übereinstimmung des Messwerts mit einem gewünschten Sollwert, kann das Sensorgehäuse 8 über den Abschnitt 30 fluiddicht und starr mit dem Gehäuseadapter
4 verbunden werden. Eine positive Überprüfung kann ebenso erfolgen, wenn der Messwert mit einem weiteren zuvor direkt am Messanschluss ermittelten Messwert übereinstimmt. Der Messanschlussadapter 6 bildet einen Teil des Innenleiters der Sensorvorrichtung 2. Damit ist der Adapter 5, der den
Gehäuseadapter 4 und den Messanschlussadapter 6 umfasst, mit dem Messanschluss 64 und der Befestigungsvorrichtung 66 verbindbar. An dem Adapter 5 ist gemäß dem Prüfschritt die Hauptkapazität der Durchführung 52 messbar. Das Sensorgehäuse 8 ist nach dem erfolgreichen Prüfschritt mittels des Adapters
5 mit der Befestigungsvorrichtung 66 verbindbar. Nach der Anordnung des Sensorgehäuses 8 an dem Adapter 5 kann eine Messung stattfinden. Sollte der Überspannungsschutz 46 ausgelöst haben, so wäre kein Signal mittels der
Sensorvorrichtung 2 ermittelbar.
Der erste Innenleiterabschnitt 22 weist einen Büschelstecker 48 auf, der in einen Aufnahmeabschnitt 50 des
Messanschlussadapters 6 aufnehmbar ist. Damit ist der
Messanschlussadapter 6 auf der dem Messanschluss abgewandten Seite mit einem von der Leiterplatte 14 abragenden
Innenleiterabschnitt 22 bzw. 48 verbindbar.
Figur 2 zeigt exemplarisch eine Bauform einer Durchführung 52 in schematischer Ansicht. Die Durchführung 52 verbindet einen Außenraum mit einem isolierfluidgefüllten Innenraum 54 eines Hochspannungstransformators 56 und ist auch als
Hochspannungsdurchführung bezeichenbar . Die Durchführung 52 umfasst den Hochspannungsleiter 58 sowie koaxial zu dem
Hochspannungsleiter 58 angeordnete, in z-Richtung
unterschiedlich abgestufte Steuerbeläge 60, die gegeneinander isoliert sind. Ein Erdbelag 62 ist als äußerster Belag ausgeführt und über den Messanschluss 64, der als Pin
ausgeführt ist, aus der Durchführung 52 geführt. Um den Pin ist gemäß dem Messanschluss 64 ein geerdeter Flansch 66, der allgemein auch als Befestigungsvorrichtung bezeichnet wird, angeordnet. Der Messanschluss 64 ist von der Außenseite der Durchführung 52 zugänglich. Der Messanschluss 64 ist gegen den Flansch 66 oder eine andere Befestigungsvorrichtung isoliert und an einer der äußeren leitenden Schichten, vorliegend beispielhaft an dem Erdbelag 62, der kapazitiv gesteuerten Durchführung 52 angebracht, um Messungen des Verlustfaktors, der Kapazität und der Teilentladung zu ermöglichen, während der Flansch 66 der Durchführung 52 geerdet ist. In x-Richtung wird somit zunächst der Messanschlussadapter 6 auf den Messanschluss 64 aufgesteckt, anschließend der
Gehäuseadapter 4 den Messanschlussadapter 6 nicht leitend aufnehmend an dem Flansch 66 angeordnet und schließlich das Sensorgehäuse 8 an dem Gehäuseadapter 4 angeordnet.
In Figur 3 ist die Sensorvorrichtung 2 fluiddicht und starr über den Flansch 66 mit der Durchführung 52 verbunden.
Lediglich die Klemmschraube 36 ist noch nicht im Klemmzustand dargestellt. Figur 3 illustriert somit wie der Messanschluss 64 von dem Aufnahmeabschnitt 40 des Messanschlussadapters 6 aufgenommen ist und so eine elektrische Verbindung von dem Messanschluss 64 über den Innenleiterabschnitt 22 mit den Kondensatorbauelementen 20 herstellt. Im Unterschied zu Figur 1 ist in Figur 3 eine andere Ausführungsform des
Gehäuseadapters 4 gezeigt. Der Gehäuseadapter 4 greift in x- Richtung in ein Innengewinde des Flansches 66 ein. Der
Flansch 66 stellt somit eine Messöffnung bereit, durch die der Messanschluss 64 geführt ist. Der Messanschluss 64 ist mit dem Steuerbelag, der mit einer Erdungskappe erdbar ist, also dem Erdbelag 62, elektrisch leitend verbunden.
Figur 4a zeigt ein schematisches Ersatzschaltbild 68 des vorliegend verwendeten auf einem kapazitiven Teiler
basierenden Messprinzips. Die Durchführung 52 umfasst den Hochspannungsleiter 58. Eine Hauptkapazität Cl stellt die Kapazität zwischen dem Hochspannungsleiter 58 und dem
Messanschluss 64 dar. Eine Abgriffskapazität C2 stellt eine Kapazität zwischen dem Messanschluss 64 und dem geerdeten Befestigungsflansch 66 dar. Als Schnittstelle zwischen der Durchführung 52 und der Sensorvorrichtung 2 dient der
Messanschluss 64 und der Flansch 66, der geerdet ist. Eine Messkapazität Cm wird durch die Kondensatorbauelemente 20 gebildet. Zwischen der Messkapazität Cm und dem Messanschluss 24 ist der Widerstand Rm angeordnet. Zwischen dem
Messanschluss 24 und einem geerdeten Anschluss 70 ist eine Messspannung Um durch eine Auswerteinheit 72 erfassbar. Der Widerstand Rm schließt die Leitung zwischen den Anschlüssen 24 und 70 und der Auswerteeinheit 72 mit einem entsprechenden Wellenwiderstand ab.
Figur 4b zeigt ein schematisches Spannungs-Zeit-Diagramm. Es ist die Spannung U über der Zeit t abgebildet. Es ist ein Spannungsverlauf 74 einer Phase mit einer Frequenz von 50 Hz gezeigt. Der Spannungsverlauf 74 weist eine Abweichung in Form eines transienten Verlaufs 76 um einen Zeitpunkt tl herum auf, der Amplituden AI und A2 aufweist. Ein solcher transienter Verlauf 76 ist mittels der Sensorvorrichtung 2 in der Messspannung Um abbildbar.
Figur 4c ein beispielhaftes schematisches Dämpfungs-Frequenz- Diagramm, wobei eine Spannung Uin mit bekannter Spannungsform insbesondere bekannter Frequenz zwischen dem
Hochspannungsleiter 58 und Erde vorgegeben wurde, und wobei eine Spannung Uout zwischen dem Messanschluss 24 und Erde gemessen wurde. Der Dämpfungsverlauf 78 weist in einem ersten unteren Frequenzbereich 80 eine nahezu konstante Dämpfung auf, in einem mittleren Frequenzbereich 82 sinkt die Dämpfung im Bereich der Resonanzfrequenz 84 und in einem hohen
Frequenzbereich 86 wird wiederum eine nahezu konstante
Dämpfung erreicht.
Figur 5 zeigt eine Draufsicht auf die Leiterplatte 14.
Ringförmig um die Längsachse 18 sind die
Kondensatorbauelemente 20 angeordnet. Die
Kondensatorbauelemente 20 sind hin zur Längsachse 18 mit einem ersten flächig ausgebildeten Leiter 87 und nach außen mit einem zweiten flächig ausgebildeten Leiter 88 elektrisch leitend verbunden. Des Weiteren sind in nicht dargestellter Form zwei weitere Überspannungsschutzbauelemente zwischen dem ersten Leiter 87 und dem zweiten Leiter 88 angeordnet. Der erste Leiter 87 ist im Wesentlichen kreisringförmig und lediglich durch Befestigungs- bzw. Durchführungslöcher unterbrochen. Der zweite Leiter 88 ist im Wesentlichen kreisringförmig ausgebildet. Die Leiter 87 und 88 sind im Wesentlichen koaxial zur Längsachse 18 ausgebildet.
Kontaktierungslöcher 90 dienen zur mechanischen und
elektrischen Kontaktierung des Sensorgehäuses 8.
In Figur 6 ist eine schematische Draufsicht auf eine
ringförmige Feder 92 gezeigt, an der die
Überspannungsschutzbauelemente 46 angeordnet sind. Die Feder 92 ist in einer entsprechenden Innennut des Abschnitts 30 des Gehäuseadapters 4 aufnehmbar.
Figur 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der
Sensorvorrichtung 2 ohne den Gehäuseadapter 4 und den
Messanschlussadapter 6. Im Unterschied zur Figur 1 ist in dem Sensorgehäuse 8 eine weitere Leiterplatte 94 angeordnet, die in einer weiteren Lotebene 96 der Längsachse 18, die von der Lotebene 24 beabstandet ist. Die Leiterplatte 94 ist analog zur Leiterplatte 14 aufgebaut. Entsprechende
Verbindungsmittel 98 stellen eine elektrische und mechanische Verbindung zu dem Sensorgehäuse 8 her.
Die oberflächenmontierten Kondensatorbauelemente sind auch als SMD-Kondensatorbauelemente bezeichenbar, wobei SMD für Surface Mounted Device steht.

Claims

Patentansprüche
1. Eine Sensorvorrichtung (2) zur Verbindung mit einem
Messanschluss (64) und einer geerdeten
Befestigungsvorrichtung (66) einer kapazitiv gesteuerten Durchführung (52), dadurch gekennzeichnet, dass ein Adapter (5) mit dem Messanschluss (64) und der
Befestigungsvorrichtung (66) verbindbar ist, und dass ein Sensorgehäuse (8) mittels des Adapters (5) mit der Befestigungsvorrichtung (66) verbindbar ist.
2. Die Sensorvorrichtung (2) nach dem Anspruch 1, wobei der Adapter (5) einen Überspannungsschutz (46) aufweist, der zwischen den Messanschluss (64) und die
Befestigungsvorrichtung (66) schaltbar ist.
3. Die Sensorvorrichtung (2) nach dem Anspruch 1 oder 2, wobei der Adapter (5) derart ausgestaltet ist, dass an dem Adapter (5) eine Hauptkapazität (Cl) der
Durchführung (52) messbar ist, bevor das Sensorgehäuse (8) an dem Adapter (5) angeordnet wird.
4. Die Sensorvorrichtung (2) nach dem Anspruch 3, wobei der Adapter (5) einen Messanschlussadapter (6) und einen Gehäuseadapter (4) umfasst, wobei der
Messanschlussadapter (6) zu einem Aufstecken auf den Messanschluss (64) ausgebildet ist, wobei der
Gehäuseadapter (4) zur einer starren und fluiddichten Anordnung an einer Befestigungsvorrichtung (66) der Durchführung (52) und zu einer Aufnahme des
Messanschlussadapters (6) ausgebildet ist, und wobei das Sensorgehäuse (8) starr und fluiddicht mit dem
Gehäuseadapter (4) verbindbar ist.
5. Die Sensorvorrichtung (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Sensorvorrichtung (2) eine
Messkapazität (Cm) umfasst, die zwischen dem
Messanschluss (64) und Erde anordenbar ist, und wobei die Messkapazität (Cm) eine Anzahl von
parallelgeschalteten, oberflächenmontierten
Kondensatorbauelementen (20) umfasst.
6. Die Sensorvorrichtung (2) nach Anspruch 5, wobei die
Kondensatorbauelemente (20) im Wesentlichen gleich weit beabstandet zu einer Längsachse (18) eines Innenleiters (22, 6) der Sensorvorrichtung (2) angeordnet sind.
7. Die Sensorvorrichtung (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Sensorvorrichtung (2) bezüglich der Längsachse (18) einen im Wesentlichen koaxialen Aufbau aufweist .
8. Die Sensorvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Anzahl der Kondensatorbauelemente (20) auf einer Leiterplatte (14) angeordnet sind, und wobei die Leiterplatte (14) im Wesentlichen in einer Lotebene (24) der Längsachse (18) angeordnet ist.
9. Die Sensorvorrichtung (2) nach Anspruch 8, wobei die
Kondensatorbauelemente (20) auf beiden Seiten der
Leiterplatte (14) angeordnet sind.
10. Die Sensorvorrichtung (2) nach Anspruch 8 oder 9, wobei eine weitere Anzahl von parallelgeschalteten,
oberflächenmontierten Kondensatorbauelementen (21) auf einer weiteren Leiterplatte (94) angeordnet sind, und wobei die weitere Leiterplatte (94) in einer weiteren Lotebene (96) der Längsachse (18) angeordnet ist.
11. Die Sensorvorrichtung (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche 5 bis 10, wobei die Kondensatorbauelemente (20) jeweils zwischen einen ersten inneren, flächig ausgebildeten Leiter (86) und einen zweiten äußeren, flächig ausgebildeten Leiter (88) geschaltet sind.
12. Die Sensorvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei der Messanschlussadapter (6) auf der dem Messanschluss (64) abgewandten Seite mit einem von der Leiterplatte (14) abragenden Innenleiterabschnitt (22) verbindbar ist.
13. Ein Verfahren zur Verbindung einer Sensorvorrichtung (2) mit einem Messanschluss (64) und einer geerdeten
Befestigungsvorrichtung (66) einer kapazitiv gesteuerten Durchführung (52), dadurch gekennzeichnet, dass ein Adapter (5) mit dem Messanschluss (64) und der
Befestigungsvorrichtung (66) verbunden wird, und dass ein Sensorgehäuse (8) mittels des Adapters (5) mit der Befestigungsvorrichtung (66) verbunden wird.
14. Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Adapter (5) einen Überspannungsschutz (46) aufweist, der zwischen den Messanschluss (64) und die Befestigungsvorrichtung (66) schaltbar ist.
15. Das Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei der
Adapter (5) derart ausgestaltet ist, dass an dem Adapter
(5) eine Hauptkapazität (Cl) der Durchführung (52) messbar ist, bevor das Sensorgehäuse (8) an dem Adapter
(5) angeordnet wird.
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