EP4677635A1 - Dead-tank-hochspannungsleistungsschalter mit elektrode zur messung der spannung an dessen hochspannungsanschluss und verfahren zur spannungsmessung mit der elektrode - Google Patents

Dead-tank-hochspannungsleistungsschalter mit elektrode zur messung der spannung an dessen hochspannungsanschluss und verfahren zur spannungsmessung mit der elektrode

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Publication number
EP4677635A1
EP4677635A1 EP24723814.0A EP24723814A EP4677635A1 EP 4677635 A1 EP4677635 A1 EP 4677635A1 EP 24723814 A EP24723814 A EP 24723814A EP 4677635 A1 EP4677635 A1 EP 4677635A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
voltage
circuit breaker
dead
electrode
voltage circuit
Prior art date
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Pending
Application number
EP24723814.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Radu-Marian Cernat
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.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Energy Global GmbH and Co KG filed Critical Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Publication of EP4677635A1 publication Critical patent/EP4677635A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/027—Integrated apparatus for measuring current or voltage
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a dead-tank high-voltage circuit breaker, with a housing and with at least one feedthrough on the housing for an electrical conductor, and with at least one electrode for shielding the electrical conductor from the housing.
  • the invention further relates to a method for measuring voltage on the dead-tank high-voltage circuit breaker.
  • Dead tank high-voltage circuit breakers are used to switch voltages and currents in the range of up to 1200 kV and in the range of up to several thousand amperes.
  • Interrupter units in a dead tank i.e. in an earthed housing, e.g. made of metals such as cast iron or steel, are designed to close and/or open a current path, i.e. to switch.
  • the housing is filled with an insulating gas, e.g. SF 6 and/or clean air.
  • An interrupter unit comprises, e.g. at least one rated current contact and at least one arcing contact, or a vacuum interrupter with, in particular, two contact pieces.
  • the movable contacts of the interrupter unit are moved by a drive during switching.
  • Drives are, for example, B. Spring-loaded drives, motors and/or manual drives.
  • a drive is, for example, attached to the housing of the dead-tank high-voltage circuit breaker.
  • the housing is, for example, installed on a frame in a building or outdoors.
  • the dead tank high-voltage circuit breaker switches, for example, overhead power lines, consumers such as machines, power generators and/or parts of power grids on and/or off.
  • Power lines are connected to the dead tank high-voltage circuit breaker via contact flanges, with each power flange being electrically connected to the interrupter unit via an electrical conductor, e.g. in the form of a busbar in a bushing.
  • the bushings are arranged on the housing of the dead tank high-voltage circuit breaker. The electrical conductors are led out of the housing to the outside via the bushings.
  • electrodes are arranged in the area of the bushings in the housing of the dead tank high-voltage circuit breaker.
  • the electrodes are firmly electrically connected to the earth potential to shield the live conductors.
  • a voltage tap or voltage measurements are not provided for on the electrodes in the prior art, cf. in particular DE 19856775 Al.
  • Separate devices such as inductive voltage transformers and/or capacitive voltage dividers are used to measure voltage in the high-voltage network.
  • the separate devices for measuring voltage entail additional costs and space consumption in the voltage field or on the dead tank.
  • a measurement signal is transmitted from the devices in the same way as in the control room, processed there and used to control the dead tank high-voltage circuit breakers.
  • the invention is based on the object of specifying an improved dead-tank high-voltage circuit breaker with an electrode for measuring the voltage at its high-voltage connection and a method for measuring the voltage with the electrode, in particular with low costs and/or reduced space requirements compared to voltage measurements with separate measuring devices.
  • the object is achieved according to the invention by a dead tank high-voltage circuit breaker with the features of claim 1 and/or a method for measuring voltage on a dead tank high-voltage circuit breaker, in particular a dead tank high-voltage circuit breaker as described above, according to claim 11.
  • a dead tank high-voltage circuit breaker comprises a housing and at least one bushing on the housing for an electrical conductor, and at least one electrode for shielding the electrical conductor from the housing.
  • the at least one electrode is at a floating potential. Because the at least one electrode is not at ground potential but at a floating potential, a voltage of a high-voltage connection of the dead tank high-voltage circuit breaker or the voltage on the electrical conductor which is arranged in the bushing with the at least one electrode can be measured at the at least one electrode.
  • the at least one electrode can be arranged in the at least one feedthrough, in particular an open-air feedthrough.
  • At least one interrupter unit can be arranged in the housing, which is connected to at least two electrical conductors, each of which is led out of the housing through a feedthrough, in particular for connecting a high voltage in the range greater than and/or equal to 52 kilovolts.
  • a voltage can be measured on one or both electrical conductors and the function of the at least one interrupter unit can be checked, in particular the on and off switching state.
  • the interrupter unit can also be switched depending on the occurrence of overvoltages on the electrical conductors.
  • the measured voltages can be processed directly on site or transmitted to a control room and/or used to regulate or control the power grid and/or the interrupter unit.
  • the at least one electrode can be constructed so as to be electrically insulated from the housing and can be electrically connected to ground potential, in particular via discrete capacitances.
  • the at least one electrode With the at least one electrode at floating potential, which is constructed so as to be electrically insulated from the housing and is coupled to ground potential via discrete capacitances, the stray capacitance between conductor and electrode with the discrete capacitances forms a voltage divider which can be used to measure the high-voltage potential.
  • An electrical circuit with at least one voltage divider can be included for measuring a high-voltage potential on the electrical conductor, wherein the voltage divider can include the particular discrete capacitances and at least one stray capacitance between the electrical conductor and the at least one electrode. This makes it possible to measure a voltage of a high-voltage connection of the dead-tank high-voltage circuit breaker or to measure the voltage on the electrical conductor which is arranged in the feedthrough with the at least one electrode.
  • the electrical circuit for measuring a high-voltage potential can include elements for overvoltage protection, in particular for protecting connected measuring equipment. This provides effective protection against irreversible destruction when overvoltage peaks occur.
  • the voltage divider can be designed in such a way, in particular with a ratio, that a low voltage is applied to the particularly discrete capacitances when a high voltage is applied to the dead tank high-voltage circuit breaker, in particular a low voltage in the range of up to 1000 volts.
  • the ratio of the voltage divider can be selected so that a small voltage is applied to the discrete capacitors, which is normal for further processing.
  • the potential increase of the electrode compared to the housing is negligible, so that the electrical field strengths occurring on the highly loaded elements of the dead tank high-voltage circuit breaker do not change significantly and the functionality of the electrode is retained.
  • the modified potential connection of the electrode means that a non-conventional voltage transformer is integrated in the dead tank high-voltage circuit breaker. This means that a voltage measurement is available at each high-voltage connection of the circuit breaker, which means that function and load can be permanently monitored. Overvoltages that occur are recorded, which means that additional data is available for further investigations. For example, measurements of temporarily occurring overvoltages can be used in an aging model for the high-voltage insulation.
  • the dead-tank high-voltage circuit breaker can be designed for switching in the range greater than or equal to 52 kV, i.e. for high voltages.
  • the at least one electrode can be arranged in a cylindrical shape around the respective electrical conductor without contact, in particular symmetrically. This provides a good option for measuring voltage without voltage flashovers and voltage increases, in particular at the electrode and/or the housing, and a compact design of the dead-tank high-voltage circuit breaker is possible.
  • the at least one electrode in particular made of copper, aluminum and/or steel, can be attached to an insulator of the respective bushing, in particular made of ceramic, silicone and/or a composite material, and/or can be attached to the housing of the dead tank high-voltage circuit breaker, in particular a metallic tank, in particular attached by screwing, welding, clamping and/or gluing, electrically insulated from the housing, which can be connected to ground potential.
  • an insulator of the respective bushing in particular made of ceramic, silicone and/or a composite material
  • the housing of the dead tank high-voltage circuit breaker in particular a metallic tank, in particular attached by screwing, welding, clamping and/or gluing, electrically insulated from the housing, which can be connected to ground potential.
  • a method for measuring a voltage on a dead-tank high-voltage circuit breaker as described above comprises that the at least one electrode for shielding the electrical conductor from the housing measures a voltage at a high-voltage terminal of the dead-tank high-voltage circuit breaker at a floating potential, in particular continuously.
  • An overvoltage can be detected by measuring the voltage at the high voltage terminal of the dead tank high voltage circuit breaker.
  • the occurrence of overvoltage and/or its temporal progression can be used to determine the aging of a high-voltage Insulation of the dead tank high voltage circuit breaker .
  • Figure 1 shows a schematic sectional view of a dead tank high-voltage circuit breaker 1 according to the invention, with a housing 2 and with two bushings 3 on the housing 2 for electrical conductors 4, wherein the conductors 4 are each surrounded by an electrode 5 for shielding at a floating potential, and
  • Figure 2 shows a schematic enlarged sectional view of the electrode 5 in a feedthrough 3 .
  • FIG. 1 shows a schematic side view of a dead tank high-voltage circuit breaker 1 according to the invention in a sectional view.
  • the dead tank high-voltage circuit breaker 1 comprises a housing 2 with two bushings 3, which are arranged on the housing 2.
  • At least one interrupter unit 6 for interrupting and/or closing at least one current path is arranged in the housing 2.
  • the interrupter unit 6 is connected via electrical conductors 4 to connections, e.g. to an electrical power network, to power generators, power storage units, electrical consumers and/or high-voltage lines.
  • the electrical conductors 4 are each spatially enclosed by a bushing 3 in order to electrically connect the interrupter unit 6 inside the housing 2 to the electrical connections outside the housing 2 via the electrical conductors 4.
  • the housing 2 of the dead-tank high-voltage circuit breaker 1 is, for example, a metal housing, in particular made of steel, cast iron and/or aluminum.
  • the particularly tank-shaped housing is, for example, a metal housing, in particular made of steel, cast iron and/or aluminum.
  • the tank 2 is arranged and/or fastened on a frame 8, set up in a building or outdoors.
  • the tank is, for example, cylindrical and gas-tight.
  • the housing 2 is filled with an insulating gas, for example SF 6 , CO2 and/or purified, dried air, ie clean air.
  • the interrupter unit 6 is arranged in the housing 2.
  • the interrupter unit 6 comprises, for example, at least one conventional circuit breaker with rated current contact pieces and arcing contact pieces, and/or at least one vacuum interrupter.
  • the movable contact pieces of the interrupter unit 6 are driven by a drive 7, e.g. a motor, a hand crank, and/or a spring-loaded drive.
  • the drive 7 is arranged, for example, in the housing 2, or in an extra housing on the housing 2 and/or on the frame 8, and is mechanically connected to the movable contact pieces via elements of a kinematic chain, such as a gear and/or a switching rod.
  • the bushings 3 are attached to the housing 2, e.g. via flanges, in particular in a gas-tight manner, e.g. screwed, welded, glued and/or clamped. Through the bushings
  • the bushings are gas-tight and filled with the insulating gas, e.g. SF 6 , CO2 and/or purified, dried air, ie clean air.
  • the bushings 3 comprise e.g. an insulator 12, in particular made of ceramic, silicone, and/or a composite material.
  • the insulator 12 is, for example, cylindrical in shape, with ribs on the outer surface to extend leakage current paths.
  • the feedthrough 3 is open towards the housing 2 and is gas-tight on the opposite side, towards the external connections, with conductors leading outwards.
  • At least one conductor 4 is arranged at a distance from the insulator 12, e.g. congruent to the cylinder axis of the insulator 12, and is spatially spaced from the electrode 5 in at least one area.
  • Conductors 4 are made of copper, aluminum and/or electrically highly conductive steel, for example, and/or are designed in the shape of a rod or busbar.
  • the electrodes 5 are made of copper, aluminum and/or electrically highly conductive steel, for example, with a cylindrical shape or a truncated cone shape.
  • Conductor 4, insulator 12 and electrode 5 of a respective feedthrough 3 are arranged, for example, on a congruent axis, which represents the longitudinal axis of the conductor 4, insulator 12 and electrode 5.
  • Figures 1 and 2 are the same, with Figure 2 showing an electrode 5 in a schematically enlarged sectional view in an associated bushing 3.
  • the electrode 5 is at a floating potential and is arranged at a distance around the associated conductor 4 for electrical shielding.
  • a voltage of a high-voltage connection of the dead-tank high-voltage circuit breaker 1 or of the conductor 4 can be measured directly at the at least one electrode 5.
  • an additional measuring device in particular a voltage transformer and/or a voltage divider outside the dead-tank high-voltage circuit breaker, can be dispensed with, which is associated with cost and space savings. A compact design is thus possible.
  • the electrode 5 at a floating potential is electrically insulated from the housing 2 and coupled to the ground potential via at least one discrete capacitance 9.
  • a stray capacitance 10 between the electrode 5 and the associated electrical conductor 4 forms a voltage divider with the at least one discrete capacitance 9, which is used to measure the high-voltage potential on the electrical conductor 4.
  • an overvoltage protection device 13 is integrated into the measuring tap on the dead-tank high-voltage circuit breaker 1.
  • the ratio of the voltage divider is selected, for example, such that a voltage that is usual for further processing is applied to the at least one discrete capacitance 9, in particular in the range from below one volt up to one volt, and/or in the range from one volt to several hundred volts.
  • the potential increase of the electrode 5 compared to the housing 2 is thus negligible, so that the electrical field strengths occurring at the electrically highly stressed parts or elements of the dead tank high-voltage circuit breaker 1 do not change significantly and the shielding functionality of the electrode 5 for the conductor 4 is retained.
  • the previously described electrical circuit 11 further comprises, for example, a terminating resistor 14, in particular in the range of a few ohms up to a few megaohms, for voltage voltage measurement via the at least one discrete capacitance 9 .
  • a terminating resistor 14 Due to the modified potential connection of the electrode 5 at a floating potential, arranged at a distance around the conductor 4, a non-conventional voltage transformer is integrated in the dead tank high-voltage circuit breaker 1 .
  • a voltage measurement is available at each high-voltage connection of the dead tank high-voltage circuit breaker 1, whereby function and load can be permanently monitored. Any overvoltages that occur are recorded so that additional data are available for further processing.
  • measurements of temporarily occurring overvoltages can be used for an aging model of the high-voltage insulation. Monitoring as well as control and/or regulation of the switching of the dead tank high-voltage circuit breaker 1 or connected high-voltage lines and/or devices is made possible.
  • the measurement data can be processed and/or sent locally, e.g. wirelessly or by cable, in particular via the intranet and/or internet, to a central control room and/or data processing facilities. There the data can be stored, processed and/or used for control purposes or, e.g. for predictive maintenance.
  • a housing 2 of a dead-tank high-voltage circuit breaker 1 can accommodate several interrupter units 6. These can be electrically connected to one another and/or connected via at least two or more conductors 4 in e.g. bushings 3, in particular via external connections, to high-voltage conductors and/or networks, consumers and/or power generators.
  • conductors 4 in e.g. bushings 3, in particular via external connections, to high-voltage conductors and/or networks, consumers and/or power generators.
  • other high-voltage devices can also be arranged. ations, such as switching resistors, can be provided.
  • An electrode 5 for voltage measurement can be provided around a conductor 4, or several electrodes, e.g.
  • a dead-tank high-voltage circuit breaker 1 can also comprise several housings, each with interrupter units 6, bushings 3, electrical conductors 4 and/or electrodes 5 at free potential.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Dead-Tank-Hochspannungsleistungsschalter (1), mit einem Gehäuse (2) und mit wenigstens einer Durchführung (3) an dem Gehäuse (2) für einen elektrischen Leiter (4), und mit wenigstens einer Elektrode (5) zur Abschirmung des elektrischen Leiters (4) gegenüber dem Gehäuse (2). Die wenigstens eine Elektrode (5) ist auf schwebendem Potential und ausgebildet zur Messung der Spannung an einem Hochspannungsanschluss des Dead-Tank-Hochspannungsleistungsschalters (1). Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Spannungsmessung mit der Elektrode (5).

Description

Beschreibung
Dead-Tank-Hochspannungsleistungsschalter mit Elektrode zur Messung der Spannung an dessen Hochspannungsanschluss und Verfahren zur Spannungsmessung mit der Elektrode
Die Erfindung betrifft einen Dead-Tank- Hochspannungsleistungsschalter , mit einem Gehäuse und mit wenigstens einer Durchführung an dem Gehäuse für einen elektrischen Leiter, und mit wenigstens einer Elektrode zur Abschirmung des elektrischen Leiters gegenüber dem Gehäuse. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Spannungsmessung an dem Dead-Tank-Hochspannungsleistungsschalter .
Dead-Tank-Hochspannungsleistungsschalter werden zum Schalten von Spannungen und Strömen im Bereich von bis zu 1200 kV Spannung und im Bereich von bis zu einigen tausend Ampere Strom verwendet. Unterbrechereinheiten in einem Dead-Tank, das heißt in einem geerdeten Gehäuse z. B. aus Metallen wie Gusseisen oder Stahl, sind ausgebildet, einen Strompfad zu schließen und/oder zu öffnen, d. h. zu schalten. Das Gehäuse ist mit einem Isoliergas, z. B. SF6 und/oder Clean Air be- füllt. Eine Unterbrechereinheit umfasst z. B. wenigstens einen Nennstromkontakt und wenigstens einen Lichtbogenkontakt, oder eine Vakuumschaltröhre mit insbesondere zwei Kontaktstücken. Beim Schalten der Kontakte treten Lichtbögen auf, welche durch Beblasen mit Schaltgas, z. B. über eine Blasdüse aus Teflon und/oder Kunststoff, gelöscht werden, oder im Vakuum erlöschen. Die beweglichen Kontakte der Unterbrechereinheit werden über einen Antrieb beim Schalten bewegt. Antriebe sind z. B. Federspeicherantriebe, Motoren und/oder Handantriebe. Ein Antrieb ist z. B. am Gehäuse des Dead-Tank- Hochspannungsleistungsschalters angebracht. Das Gehäuse ist z. B. auf einem Gestell in einem Gebäude oder an Freiluft auf gestellt . Der Dead-Tank-Hochspannungsleistungsschalter schaltet z . B . Überlandleitungen, Verbraucher wie z . B . Maschinen, Stromerzeuger und/oder Teile von Stromnetzen zu und/oder ab . Stromleitungen sind über Kontakt flansche an dem Dead-Tank- Hochspannungsleistungsschalter angeschlossen, wobei j eweils ein Stromflansch über einen elektrischen Leiter, z . B . in Form einer Stromschiene in einer Durchführung, mit der Unterbrechereinheit elektrisch verbunden ist . Die Durchführungen sind am Gehäuse des Dead-Tank-Hochspannungsleistungsschalters angeordnet . Uber die Durchführungen werden die elektrischen Leiter j eweils aus dem Gehäuse nach außen geführt .
Um elektrische Überschläge zwischen den elektrischen Leitern und dem Gehäuse , z . B . aus Metall , zu verhindern, sind z . B . Elektroden im Bereich der Durchführungen im Gehäuse des Dead- Tank-Hochspannungsleistungsschalters angeordnet . Die Elektroden sind zum Abschirmen der spannungs führenden Leiter fest mit dem Erdpotential elektrisch verbunden . Ein Spannungsabgri f f bzw . Spannungsmessungen sind im Stand der Technik an den Elektroden nicht vorgesehen, vgl . insbesondere DE 19856775 Al . Zur Spannungsmessung im Hochspannungsnetz werden separate Geräte , wie z . B . induktive Spannungswandler und/oder kapazitive Spannungsteiler verwendet . Mit den separaten Geräten zur Spannungsmessung sind zusätzliche Kosten und Raumverbrauch im Spannfeld oder am Dead-Tank verbunden . Ein Messsignal wird analog zur Messwarte von den Geräten übertragen, dort bearbeitet und zur Steuerung der Dead-Tank- Hochspannungsleistungsschalter verwendet .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , einen verbesserten Dead-Tank-Hochspannungsleistungsschalter mit Elektrode zur Messung der Spannung an dessen Hochspannungsanschluss und ein Verfahren zur Spannungsmessung mit der Elektrode anzugeben, insbesondere mit geringen Kosten und/oder verringertem Platzbedarf gegenüber Spannungsmessungen mit separaten Messgeräten . Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Dead-Tank- Hochspannungsleistungsschalter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und/oder einem Verfahren für eine Spannungsmessung an einem Dead-Tank-Hochspannungsleistungsschalter , insbesondere einem zuvor beschriebenen Dead-Tank- Hochspannungsleistungsschalter , gemäß Anspruch 11 gelöst . Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Dead-Tank- Hochspannungsleistungsschalters und/oder des erfindungsgemäßen Verfahrens für eine Spannungsmessung an einem Dead-Tank- Hochspannungsleistungsschalter , insbesondere einem zuvor beschriebenen Dead-Tank-Hochspannungsleistungsschalter , sind in den Unteransprüchen angegeben . Dabei sind Gegenstände des Hauptanspruchs mit Merkmalen von Unteransprüchen und Merkmale der Unteransprüche untereinander kombinierbar .
Ein erfindungsgemäßer Dead-Tank- Hochspannungsleistungsschalter umfasst ein Gehäuse und wenigstens eine Durchführung an dem Gehäuse für einen elektrischen Leiter, und wenigstens eine Elektrode zur Abschirmung des elektrischen Leiters gegenüber dem Gehäuse . Die wenigstens eine Elektrode ist auf schwebendem Potential . Dadurch, dass die wenigstens eine Elektrode nicht auf Erdpotential , sondern auf schwebendem Potential ist , kann an der wenigstens einen Elektrode eine Spannung eines Hochspannungsanschlusses des Dead-Tank-Hochspannungsleistungsschalters gemessen werden bzw . die Spannung an dem elektrischen Leiter, welcher in der Durchführung mit der wenigstens einen Elektrode angeordnet ist . Damit wird ein zusätzliches Messgerät , insbesondere ein Spannungswandler und/oder ein Spannungsteiler, eingespart , womit Kostenersparnisse und Raumersparnisse verbunden sind . Es wir Raum im Spannfeld für ein zusätzliches Messgerät eingespart und/oder am Dead-Tank . Damit ist eine kompakte Bauweise möglich .
Die wenigstens eine Elektrode kann in der wenigstens einen Durchführung, insbesondere Freiluftdurchführung, angeordnet sein . Damit sind die zuvor beschriebenen Vorteile verbunden . Wenigstens eine Unterbrechereinheit kann in dem Gehäuse angeordnet sein, welche an wenigstens zwei elektrischen Leitern angeschlossen ist , die j eweils durch eine Durchführung aus dem Gehäuse geführt sind, insbesondere zum Anschluss einer Hochspannung im Bereich größer und/oder gleich 52 Kilovolt . Somit kann eine Messung einer Spannung an einem oder beiden elektrischen Leitern erfolgen, und die Funktion der wenigstens einen Unterbrechereinheit überprüft werden, insbesondere der Ein- und Aus-Schalt zustand . Es kann auch abhängig vom Auftreten von Überspannungen an den elektrischen Leitern ein Schalten der Unterbrechereinheit erfolgen . Die gemessenen Spannungen können direkt vor Ort oder übermittelt in einer Leitwarte verarbeitet und/oder zur Regelung- oder Steuerung des Stromnetzes und/oder der Unterbrechereinheit verwendet werden .
Die wenigstens eine Elektrode kann gegenüber dem Gehäuse elektrisch isoliert aufgebaut sein und über insbesondere diskrete Kapazitäten an Erdpotential elektrisch angeschlossen sein . Mit der wenigstens einen Elektrode auf schwebenden Potential , welche gegenüber dem Gehäuse isoliert aufgebaut ist und über diskrete Kapazitäten am Erdpotential angekoppelt ist , bildet die Streukapazität zwischen Leiter und Elektrode mit den diskreten Kapazitäten einen Spannungsteiler, der zur Messung des Hochspannungspotential eingesetzt werden kann .
Eine elektrische Schaltung mit wenigstens einem Spannungsteiler kann umfasst sein zur Messung eines Hochspannungspotentials am elektrischen Leiter, wobei der Spannungsteiler die insbesondere diskreten Kapazitäten und wenigstens eine Streukapazität zwischen dem elektrischen Leiter und der wenigstens einen Elektrode umfassen kann . Damit ist einfach und kostengünstig über die Elektrode möglich, eine Spannung eines Hochspannungsanschlusses des Dead-Tank- Hochspannungsleistungsschalters zu messen, bzw . die Spannung an dem elektrischen Leiter, welcher in der Durchführung mit der wenigstens einen Elektrode angeordnet ist , zu messen .
Die elektrische Schaltung zur Messung eines Hochspannungspotentials kann Elemente zum Überspannungsschutz umfassen, insbesondere zum Schutz von angeschlossener Messtechnik . Damit ist ein wirksamer Schutz vor irreversibler Zerstörung möglich beim Auftreten von Überspannungsspitzen .
Der Spannungsteiler kann derart ausgebildet sein, insbesondere mit einer Übersetzung, dass an den insbesondere diskreten Kapazitäten eine Niederspannung anliegt bei anliegender Hochspannung am Dead-Tank-Hochspannungsleistungsschalter , insbesondere eine Niederspannung im Bereich von bis zu 1000 Volt .
Die Übersetzung des Spannungsteilers kann dabei so gewählt werden, dass an den diskreten Kapazitäten eine für die Weiterverarbeitung übliche kleine Spannung anliegt . Die Potenti- alanhebung der Elektrode gegenüber dem Gehäuse ist vernachlässigbar, so dass sich die auftretenden elektrischen Feldstärken an den hochbelasteten Elementen des Dead-Tank- Hochspannungsleistungsschalters nicht wesentlich verändern und die Funktionalität der Elektrode erhalten bleibt .
Durch die modi fi zierte Potentialanbindung der Elektrode wird ein nicht konventioneller Spannungswandler im Dead-Tank- Hochspannungsleistungsschalter integriert . Somit steht eine Spannungsmessung an j edem Hochspannungsanschluss des Leistungsschalters zur Verfügung, wodurch Funktion und Belastung permanent überwacht werden können . Auf tretende Überspannungen werden erfasst , womit zusätzliche Daten für weitere Untersuchungen zur Verfügung stehen . Z . B . können Messungen zu temporär auftretenden Überspannungen in einem Alterungsmodell für die Hochspannungsisolierung verwendet werden . Der Dead-Tank-Hochspannungsleistungsschalter kann ausgebildet sein zum Schalten im Bereich größer oder gleich 52 kV, das heißt für Hochspannungen .
Die wenigstens eine Elektrode kann insbesondere zylinderförmig um den j eweiligen elektrischen Leiter berührungs frei angeordnet sein, insbesondere symmetrisch . Damit ergibt sich eine gute Möglichkeit zur Spannungsmessung ohne Spannungsüberschläge und Spannungsüberhöhungen insbesondere an der Elektrode und/oder dem Gehäuse sowie ein kompakter Aufbau des Dead-Tank-Hochspannungsleistungsschalters ist möglich .
Die wenigstens eine Elektrode , insbesondere aus Kupfer, Aluminium und/oder Stahl , kann an einem I solator der j eweiligen Durchführung, insbesondere aus Keramik, Silikon und/oder einem Kompositmaterial , befestigt sein und/oder kann am Gehäuse des Dead-Tank-Hochspannungsleistungsschalters , insbesondere einem metallischen Tank, befestigt sein, insbesondere befestigt durch Schrauben, Schweißen, Klemmen und/oder Kleben, elektrisch isoliert vom Gehäuse , welches mit Massepotential verbunden sein kann . Damit ist ein kompakter, mechanisch und zeitlich stabiler Aufbau möglich .
Ein erfindungsgemäßes Verfahren für eine Spannungsmessung an einem zuvor beschriebenen Dead-Tank- Hochspannungsleistungsschalter umfasst , dass die wenigstens eine Elektrode zur Abschirmung des elektrischen Leiters gegenüber dem Gehäuse auf schwebendem Potential eine Spannung an einem Hochspannungsanschluss des Dead-Tank-Hochspannungs- leistungsschalters misst , insbesondere kontinuierlich .
Eine Überspannung kann durch Messung der Spannung an dem Hochspannungsanschluss des Dead-Tank-Hochspannungsleistungs- schalters detektiert werden .
Das Auftreten von Überspannung und/oder deren zeitlicher Verlauf können zur Bestimmung der Alterung einer Hochspannungs- Isolierung des Dead-Tank-Hochspannungsleistungsschalters verwendet werden .
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens für eine Spannungsmessung an einem zuvor beschriebenen Dead-Tank- Hochspannungsleistungsschalter gemäß Anspruch 11 sind analog den zuvor beschriebenen Vorteilen des erfindungsgemäßen Dead- Tank-Hochspannungsleistungsschalters gemäß Anspruch 1 und umgekehrt .
Im Folgenden werden Aus führungsbeispiele der Erfindung schematisch in den Figuren dargestellt und nachfolgend näher beschrieben .
Dabei zeigen die
Figur 1 schematisch in Schnittansicht einen erfindungsgemäßen Dead-Tank-Hochspannungsleistungsschalter 1 , mit einem Gehäuse 2 und mit zwei Durchführungen 3 an dem Gehäuse 2 für elektrische Leiter 4 , wobei die Leiter 4 j eweils von einer Elektrode 5 zur Abschirmung auf schwebendem Potential umgeben sind, und
Figur 2 schematisch vergrößert die Elektrode 5 in Schnittansicht in einer Durchführung 3 .
In Figur 1 ist schematisch von der Seite ein erfindungsgemäßer Dead-Tank-Hochspannungsleistungsschalter 1 in Schnittansicht dargestellt . In dem Aus führungsbeispiel der Figur 1 umfasst der Dead-Tank-Hochspannungsleistungsschalter 1 ein Gehäuse 2 mit zwei Durchführungen 3 , welche an dem Gehäuse 2 angeordnet sind . In dem Gehäuse 2 ist wenigstens eine Unterbrechereinheit 6 zum Unterbrechen und/oder Schließen wenigstens eines Strompfads angeordnet . Die Unterbrechereinheit 6 ist über elektrische Leiter 4 mit Anschlüssen z . B . an einem elektrischen Stromnetz , an Stromerzeugern, Stromspeichern, elektrischen Verbrauchern und/oder Hochspannungsleitungen angeschlossen. Die elektrischen Leiter 4 werden jeweils von einer Durchführung 3 räumlich umfasst, um über die elektrischen Leiter 4 die Unterbrechereinheit 6 im Inneren des Gehäuses 2 mit den elektrischen Anschlüssen außerhalb des Gehäuses 2 elektrisch zu verbinden.
Das Gehäuse 2 des Dead-Tank-Hochspannungsleistungsschalters 1 ist z. B. ein Metallgehäuse, insbesondere aus Stahl, Gusseisen und/oder Aluminium. Das insbesondere tankförmige Gehäuse
2 ist auf einem Gestell 8 angeordnet und/oder befestigt, in einem Gebäude oder an Freiluft auf gestellt. Insbesondere der Tank ist z. B. zylinderförmig und gasdicht ausgebildet. Das Gehäuse 2 ist mit einem Isoliergas befüllt, z. B. SF6, CO2 und/oder gereinigter, getrockneter Luft, d. h. Clean Air.
In dem Gehäuse 2 ist die Unterbrechereinheit 6 angeordnet. Die Unterbrechereinheit 6 umfasst z. B. wenigstens einen klassischen Leistungsschalter mit Nennstromkontaktstücken und Lichtbogenkontaktstücken, und/oder wenigstens eine Vakuumschaltröhre. Die beweglichen Kontaktstücke der Unterbrecheinheit 6 werden über einen Antrieb 7 angetrieben, z. B. einem Motor, einer Handkurbel, und/oder einem Federspeicherantrieb. Der Antrieb 7 ist z. B. im Gehäuse 2 angeordnet, oder in einem Extragehäuse an dem Gehäuse 2 und/oder an dem Gestell 8 angeordnet, und über Elemente einer kinematischen Kette, wie z. B. einem Getriebe und/oder einer Schaltstange, mit den beweglichen Kontaktstücken mechanisch verbunden.
Die Durchführungen 3 sind z. B. über Flansche insbesondere gasdicht an dem Gehäuse 2 befestigt, z. B. angeschraubt, geschweißt, geklebt und/oder geklemmt. Durch die Durchführungen
3 werden die Leiter 4, elektrisch verbunden mit der Unterbrechereinheit 6, vom Inneren des Gehäuses 2 nach außen geführt. Die Durchführungen sind gasdicht ausgeführt und mit dem Isoliergas, z. B. SF6, CO2 und/oder gereinigter, getrockneter Luft, d. h. Clean Air, befüllt. Die Durchführungen 3 umfassen z. B. einen Isolator 12, insbesondere aus Keramik, Silikon, und/oder einem Kompositmaterial . Der Isolator 12 ist z. B. zylinderförmig ausgebildet, mit Rippen an der äußeren Oberfläche zur Verlängerung von Kriechstrompfaden. Zum Gehäuse 2 hin ist die Durchführung 3 offen ausgeführt und auf der gegenüberliegenden Seite gasdicht geschlossen ausgeführt, zu den äußeren Anschlüssen hin, mit nach Außen geführten Leitern
4.
In der Durchführung 3 ist wenigstens ein Leiter 4 beabstandet vom Isolator 12, z. B. kongruent zur Zylinderachse des Isolators 12, angeordnet und wenigstens in einem Bereich von der Elektrode 5 räumlich beabstandet umfasst. Leiter 4 sind z. B. aus Kupfer, Aluminium und/oder elektrisch gut leitendem Stahl und/oder stab- bzw. stromschienenförmig ausgebildet. Die Elektroden 5 sind z. B. aus Kupfer, Aluminium und/oder elektrisch gut leitendem Stahl, mit z. B. Zylinderform oder Kegelstumpfform. Leiter 4, Isolator 12 und Elektrode 5 einer jeweiligen Durchführung 3 sind z. B. auf einer kongruenten Achse angeordnet, welche jeweils die Längsachse des Leiters 4, Isolators 12 und der Elektrode 5 darstellt. Die Elektrode
5 ist beabstandet zum Leiter 4 und zum Isolator 12 angeordnet, im Isolator 12, den Leiter 4 räumlich umfassend, über elektrisch isolierende Abstandselemente bzw. Abstandshalter 15 z. B. am Isolator 12 befestigt, wie in Figur 1 dargestellt ist, oder am Tank-Gehäuse 2 des Dead-Tank- Hochspannungsleistungsschalters 1, wie im Ausführungsbeispiel der Figur 2 dargestellt ist.
Ansonsten sind die Ausführungsbeispiele der Figuren 1 und 2 gleich, wobei in der Figur 2 eine Elektrode 5 schematisch vergrößert in Schnittansicht in einer zugeordneten Durchführung 3 dargestellt ist. Die Elektrode 5 ist auf schwebendem Potential, und zur elektrischen Abschirmung des zugeordneten Leiters 4, um diesen herum beabstandet angeordnet. Durch die Anordnung der Elektrode 5 um den elektrischen Leiter 4 herum beabstandet , auf schwebendem Potential und nicht auf Erdpotential , ist an der wenigstens einen Elektrode 5 eine Spannung eines Hochspannungsanschlusses des Dead-Tank- Hochspannungsleistungsschalters 1 bzw . des Leiters 4 direkt messbar . Damit kann ein zusätzliches Messgerät , insbesondere ein Spannungswandler und/oder ein Spannungsteiler außerhalb des Dead-Tank-Hochspannungsleistungsschalters , eingespart werden, womit Kostenersparnisse und Raumersparnisse verbunden sind . Eine kompakte Bauweise wird derart möglich .
Die Elektrode 5 auf schwebendem Potential , ist gegenüber dem Gehäuse 2 elektrisch isoliert , und über wenigstens eine diskrete Kapazität 9 am Erdpotential angekoppelt . Eine Streukapazität 10 zwischen Elektrode 5 und zugeordnetem elektrischen Leiter 4 bildet mit der wenigstens einen diskreten Kapazität 9 einen Spannungsteiler, welcher zur Messung des Hochspannungspotentials am elektrischen Leiter 4 verwendet wird . Zum Schutz einer angeschlossenen Messtechnik ist z . B . ein Überspannungsschutz 13 in den Messabgri f f am Dead-Tank- Hochspannungsleistungsschalter 1 integriert . Die Übersetzung des Spannungsteilers ist z . B . so gewählt , dass an der wenigstens einen diskreten Kapazität 9 eine für die Weiterverarbeitung übliche Spannung anliegt , insbesondere im Bereich von unterhalb einem Volt bis hin zu einem Volt , und/oder im Bereich von einem Volt bis zu einigen hundert Volt . Die Po- tentialanhebung der Elektrode 5 gegenüber dem Gehäuse 2 ist somit vernachlässigbar, so dass sich die auftretenden elektrischen Feldstärken an den elektrisch hochbelasteten Teilen bzw . Elementen des Dead-Tank- Hochspannungsleistungsschalters 1 nicht wesentlich verändern und die Abschirmfunktionalität der Elektrode 5 für den Leiter 4 erhalten bleibt .
Die zuvor beschriebene elektrische Schaltung 11 umfasst des Weiteren z . B . einen Abschlusswiderstand 14 , insbesondere im Bereich von einigen Ohm bis hin zu einigen Megaohm, zur Span- nungsmessung über die wenigstens eine diskrete Kapazität 9 . Durch die modi fi zierte Potentialanbindung der Elektrode 5 auf schwebendem Potential um den Leiter 4 herum beabstandet angeordnet , wird ein nicht konventioneller Spannungswandler im Dead-Tank-Hochspannungsleistungsschalter 1 integriert . Bei entsprechender Aus führung an j edem Leiter 4 in einer entsprechenden Durchführung 3 , steht eine Spannungsmessung an j edem Hochspannungsanschluss des Dead-Tank- Hochspannungsleistungsschalters 1 zur Verfügung, wodurch Funktion und Belastung permanent überwachbar sind . Auftretende Überspannungen werden erfasst , so dass zusätzliche Daten zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung stehen . So können z . B . Messungen zu temporär auf tretenden Überspannungen für ein Alterungsmodell der Hochspannungsisolierung verwendet werden . Eine Überwachung sowie Steuerung- und/oder Regelung des Schaltens des Dead-Tank-Hochspannungsleistungsschalters 1 bzw . angeschlossener Hochspannungsleitungen und/oder -Geräten wird ermöglicht .
Die Messdaten können lokal verarbeitet und/oder gesendet werden, z . B . drahtlos oder per Kabel , insbesondere über das Intra- und/oder Internet , zu einer zentralen Warte und/oder Datenverarbeitungseinrichtungen . Dort können die Daten gespeichert , verarbeitet und/oder zur Steuerung verwendet werden, oder z . B . für die predictive Maintenance .
Die zuvor beschriebenen Aus führungsbeispiele können untereinander kombiniert werden und/oder können mit dem Stand der Technik kombiniert werden . So können z . B . in einem Gehäuse 2 eines Dead-Tank-Hochspannungsleistungsschalters 1 mehrere Unterbrechereinheiten 6 angeordnet sein . Diese können untereinander elektrisch verbunden sein, und/oder über j eweils wenigstens zwei oder mehr Leiter 4 in z . B . Durchführungen 3 verbunden sein, insbesondere über äußere Anschlüsse , mit Hochspannungsleitern und/oder Netzen, Verbrauchern und/oder Stromerzeugern . Im Gehäuse 2 oder am Gehäuse 2 , z . B . in separaten Gehäusen, können auch weitere Hochspannungseinrich- tungen, wie z. B. Schaltwiderstände, vorgesehen sein. Um einen Leiter 4 kann eine Elektrode 5 zur Spannungsmessung vorgesehen sein, oder mehrere Elektroden, z. B. an unterschiedlichen Orten in der Durchführung und/oder im Gehäuse 2, und/oder außerhalb des Gehäuses 2 z. B. an Freiluft. Ein Dead-Tank-Hochspannungsleistungsschalter 1 kann auch mehrere Gehäuse mit jeweils Unterbrechereinheiten 6, Durchführungen 3, elektrischen Leitern 4 und/oder Elektroden 5 auf freiem Potential umfassen.
Bezugs zeichenliste
1 Dead-Tank-Hochspannungs lei stungs schal ter
2 Gehäuse
3 Durchführung
4 elektrischer Leiter
5 Elektrode
6 Unterbrechereinheit
7 Antrieb
8 Gestell
9 diskrete Kapazität
10 Streukapazität
11 elektrische Schaltung
12 Isolator
13 Uberspannungsschut z
14 Abschlusswiderstand
15 isolierende Abstandselemente

Claims

Patentansprüche
1. Dead-Tank-Hochspannungsleistungsschalter (1) , mit einem Gehäuse (2) und mit wenigstens einer Durchführung (3) an dem Gehäuse (2) für einen elektrischen Leiter (4) , und mit wenigstens einer Elektrode (5) zur Abschirmung des elektrischen Leiters (4) gegenüber dem Gehäuse (2) , dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Elektrode (5) auf schwebendem Potential ist.
2. Dead-Tank-Hochspannungsleistungsschalter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Elektrode (5) in der wenigstens einen Durchführung (3) , insbesondere Freiluftdurchführung, angeordnet ist.
3. Dead-Tank-Hochspannungsleistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Unterbrechereinheit (6) in dem Gehäuse (2) angeordnet ist, welche an wenigstens zwei elektrischen Leitern (4) angeschlossen ist, die jeweils durch eine Durchführung (3) aus dem Gehäuse (2) geführt sind, insbesondere zum Anschluss einer Hochspannung im Bereich größer und/oder gleich 52 Kilovolt.
4. Dead-Tank-Hochspannungsleistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Elektrode (5) gegenüber dem Gehäuse (2) elektrisch isoliert aufgebaut ist und über insbesondere diskrete Kapazitäten (9) an Erdpotential elektrisch angeschlossen ist.
5. Dead-Tank-Hochspannungsleistungsschalter (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Schaltung (11) mit wenigstens einem Spannungsteiler umfasst ist zur
Messung eines Hochspannungspotentials am elektrischen Leiter (4) , wobei der Spannungsteiler die insbesondere diskreten Kapazitäten (6) und wenigstens eine Streukapazität (10) zwi- sehen dem elektrischen Leiter (4) und der wenigstens einen Elektrode (5) umfasst.
6. Dead-Tank-Hochspannungsleistungsschalter (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Schaltung zur Messung eines Hochspannungspotentials Elemente zum Überspannungsschutz umfasst, insbesondere zum Schutz von angeschlossener Messtechnik.
7. Dead-Tank-Hochspannungsleistungsschalter (1) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsteiler derart ausgebildet ist, insbesondere mit einer Übersetzung, dass an den insbesondere diskreten Kapazitäten (9) eine Niederspannung anliegt bei anliegender Hochspannung am Dead-Tank-Hochspannungsleistungsschalter (1) , insbesondere eine Niederspannung im Bereich von bis zu 1000 Volt.
8. Dead-Tank-Hochspannungsleistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dead-Tank-Hochspannungsleistungsschalter (1) ausgebildet ist zum Schalten im Bereich größer oder gleich 52 kV.
9. Dead-Tank-Hochspannungsleistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Elektrode (5) insbesondere zylinderförmig um den jeweiligen elektrischen Leiter (4) berührungsfrei angeordnet ist, insbesondere symmetrisch.
10. Dead-Tank-Hochspannungsleistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Elektrode (5) , insbesondere aus Kupfer, Aluminium und/oder Stahl, an einem Isolator (12) der jeweiligen Durchführung (3) , insbesondere aus Keramik, Silikon und/oder einem Kompositmaterial , befestigt ist und/oder am Gehäuse (2) des Dead-Tank-Hochspannungsleistungsschalters (1) , insbesondere einem metallischem Tank, befestigt ist, insbesondere befestigt durch Schrauben, Schweißen, Klemmen und/oder Kleben, elektrisch isoliert vom Gehäuse (2) , welches mit Massepotential verbunden ist.
11. Verfahren für eine Spannungsmessung an einem Dead-Tank- Hochspannungsleistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Elektrode (5) zur Abschirmung des elektrischen Leiters (4) gegenüber dem Gehäuse (2) auf schwebenden Potential eine Spannung an einem Hochspannungsanschluss des Dead-Tank- Hochspannungsleistungsschalters (1) misst, insbesondere kontinuierlich .
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überspannung durch Messung der Spannung an dem Hochspannungsanschluss des Dead-Tank-Hochspannungsleistungsschalters (1) detektiert wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftreten von Überspannung und/oder deren zeitlicher Verlauf zur Bestimmung der Alterung einer Hochspannungsisolierung des Dead-Tank-Hochspannungsleistungsschalters (1) verwendet wird.
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