FI107304B - Sähkövirranmuuntaja keski- ja suurjännitelaitosta varten - Google Patents

Description

107304 Sähkövirranmuuntaja keski- ja suurjännitelaitosta varten

Keksinnön kohteena on sähkövirranmuuntaja keski- tai suuijännitelaitosta varten, varustettuna virrantunnistimen pitimenä toimivalla renkaanmuotoisella kantavalla 5 rungolla, jossa kantavaan runkoon kiinnitetty virrantunnistin on rakennettu toruksen muotoiseksi käämityksi kelaksi, ja jossa laitokseen asentamisen jälkeen kela ympäröi keskitetysti laitoksen sähkövirran johdinta.

Keksinnöllä viitataan tällöin siihen tekniikan tasoon, joka ilmenee esim. EP-julkai-susta 204082. Tämän patenttijulkaisun kuviossa 4 esitetyssä sähkövirranmuuntajas-10 sa on virrantunnistimena renkaanmuotoiset, ferromagneettisesta materiaalista olevat sähkövirranmuuntajan sydämet, joiden päälle on laitettu toruksen muotoiseksi rakennetut toisiokäämitykset. Sähkövirranmuuntajan sydämet niiden päälle laitettuine toisiokäämityksineen ovat sijoitetut koaksiaalisesti sähkövirran johtimen suhteen laitoksen kantavana runkona toimivan kaapelin läpiviennin päälle. Toisiokäämityk-15 siltä voidaan ottaa ulos signaaleja, jotka vastaavat sähkövirran johtimessa kulkevaa sähkövirtaa. Sähkövirranmuuntajat ovat kooltaan suuret ja ne sisältävät lisäksi ratkaisevasti erikoisen raskasta ferromagneettista materiaalia. Sen vuoksi vaatii tekniikan tason mukainen sähkövirranmuuntaja paljon tilaaja se olisi rakennettava lisäksi suuren painonsa johdosta erityisen stabiiliksi.

20 Muita tekniikan tason mukaisia ratkaisuja tunnetaan esimerkiksi julkaisuista GB-1 453 679; J.A.J. Pettinga / J. Siersema: "A polyphase 500 kA current measuring system with Rogowski coils", IEE Proceedings, Vol. 130, Pt. B, No. 5, September 1983; US-4 471 333; US-3 990 001 ja US-4 611 191.

Keksinnön tavoitteena on, kuten patenttivaatimuksessa 1 ilmaistaan, aikaansaada 25 sähkövirranmuuntaja keski- tai suurjännitelaitosta varten, jolla on pienet mitat, ja jonka virrantunnistin voidaan asentaa ongelmitta laitokseen haluttuihin kohtiin. Keksinnön tunnusmerkilliset piirteet on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerk-kiosassa.

Keksinnön mukaiselle sähkövirranmuuntajalle on ominaista pieni paino ja vähäinen 30 tilantarve. Siksi se voidaan asentaa ongelmitta laitokseen lähes niihin tahansa haluttuihin kohtiin. Lisäksi siinä on useiden suuruusluokkien yli ulottuva mittausalue sekä tällä mittausalueella oleva suuri lineaarisuus. Lisäksi se ei tarvitse mitään magneettisesti kyllästettäviä komponentteja. Epätoivottujen magneettikenttien vaikutus jää tällöin ratkaisevasti pois.

2 107304

Keksinnön edullista suoritusmuotoa ja sillä saavutettavia muita etuja selitetääi jäljempänä piirustuksiin viitaten.

Keksinnön suoritusmuotoesimerkkiä selitetään yksinkertaistetussa muodossa oheisissa piirustuksissa, joissa 5 kuvio 1 esittää sivulta nähtynä, osittain leikattua, metallikoteloitua, kaasueris ettyä keskijännitekytkentälaitosta, varustettuna keksinnön mukaisella sähkövirranmuun-tajalla, kuvio 2 esittää päältä nähtynä kuvion 1 mukaisen sähkövirranmuuntajan osaa leikkauskuvana, 10 kuvio 3 esittää kuvioiden 1 ja 2 mukaisessa sähkövirranmuuntajassa tapah :uvan signaalinkulun lohkokaaviota.

Kuvio 1 esittää metallikapseloitua, kaasueristettyä keskijännitekytkentälaitosta, jota voidaan käyttää aina 24 kV jännitteeseen saakka. Tässä laitoksessa on metalli kotelona leikattuna esitetty kuori 1. Kuori on täytetty eristyskaasulla, kuten erityisesti 15 SF6, muutaman barin paineeseen saakka. Kuoren sisällä ovat vahvavirtäkomponen-tit, kuten katkaisijat 2, erotuskytkimet 3 ja koontikiskot 4. Vahvavirtakompo] tentit ovat liitetyt toisiinsa vaiheittain sähkövirran johdinten 5 avulla. Kaapelinläpi vientien 6 kautta johdetaan sähkövirran johtimet 5 kuoresta 1 kaapeliin 7. Sähkövrran-muuntaja toteaa sähkövirran johtimissa 5 kulkevan virran suuruuden. Jokaisessa 20 sähkövirranmuuntajassa 8 on siihen kuuluvaa sähkövirran johdinta samankeslrisesti ympäröivä virrantunnistin 9, samoinkuin tässä esittämättä jätetty signaalinjohdot ja mittauselektroniikka 10, jossa virrantunnistimen 9 toteamat ja signaali)ohtojen edelleen siirtämät mittaussignaalit analysoidaan.

Jokaisella virrantunnistimella 9 on pienet mitat ja se voidaan siksi sijoittaa cngel-25 mitta laitokseen haluttuihin kohtiin. Edullisena on pidettävä virrantunnistimen 9 integraatiota kaapelinläpivientiin 6, koska siinä niiden niitoilla ei ole vaikutusta, ja koska tässä tapauksessa kaapelinläpivienti 6 toimii samalla virrantunnistimen S kantavana runkona, ja lisänä oleva kantava runko on tarpeeton.

Kuviosta 2 havaitaan sähkövirranmuuntajan 8 virrantunnistimen 9 rakenne ja j irjes-30 tely. Tässä kuviossa suurennettuna esitetty virrantunnistimen 9 osa sisältää olennaisesti renkaanmuotoisen kaapelinläpiviennin 6 muodostaman kantavan rungoi 13, sekä toruksen muotoon käämityn renkaanmuotoisen kelan 14 sekä kelalta 14 s ihkö-virranmuuntajan 8 mittauselektroniikkaan 10 viedyt signaalijohdot 15 ja 16, jossa 3 107304 mittauselektroniikassa 10 muodostetaan \drrantunnistimen 9 lähettämistä signaaleista mittausarvot, jotka vastaavat sähkövirranjohtimessa 5 kulkevaa virtaa.

Kantava runko 13 sisältää sähkövirran johdinta 5 renkaanmuotoisesti ympäröivän tilan 17, johon kela 14 on sijoitettu. Tila 17 on lähes kauttaaltaan rajattu häiritseviä 5 sähkökenttiä loitolla pitävällä suojauksella 18, joka on sähköä johtavaa materiaalia, kuten erikoisesti kuparia tai alumiinia. Suojaus 18 on sähköisesti johtavassa yhteydessä laitoksen kuoren 1 kanssa liitäntäkoskettimen 19 avulla ja se on siten saatettu laitoksen eritellyn massapotentiaalin kanssa yhteyteen. Näin ollen on tila 17 suojattu sähköisesti epätoivottuja, lähinnä ohimeneviä tapahtumia - kuten kytkentätoi-10 menpiteiden tai salamaniskujen - muodostamia häiriökenttiä vastaan ja kelat 14 antavat siksi laitoksessa mitattaessa käyttöolosuhteissa lähes virheettömiä signaaleita.

Suojaus 18 koostuu olennaisesti kahdesta ratkaisevasti ontosta, sylinterimäisiksi rakennetuista elektrodeista 20, 21, joista elektrodi 20 on samalla kaapelinläpiviennin 6 ohjauselektrodi ja toisella elektrodilla on pallemainen muoto. Kummatkin elektro-15 dit 20, 21 ovat elektrodin 21 toisessa päätypinnassa keskenään sähköä johtavia ja mekaanisesti kytketyt toisiinsa. Elektrodin 21 toisessa päätypinnassa ovat ne toisistaan sähköisesti eristetyt sähkövirran johdinta 5 rengasmaisesti ympäröivän eristys-kohdan 22 avulla. Näin ollen tulee tila 17 sähköisesti suojatuksi ja silloin vältetään epätoivottujen pyörrevirtojen syntyminen.

20 Kela 14 on käämitty "Rogowski"-kelan tapaan ei-ferromagneettisesta materiaalisti» olevan renkaanmuotoisen sydämen 23 päälle. Sydämen 23 poikkileikkaus on aksiaalisessa suunnassa leikattuna olennaisesti suorakulmainen ja se on kooltaan säteensä sekä aksiaalisen ulottuvuutensa suhteen mitoitettu hyvin pieneksi. Säteen ollessa esim. 55 mm ja aksiaalisen pituussuuntaisen ulottuman ollessa esim. 30 mm, on sen 25 paksuus tyypillisesti vain 2 mm. Näin saadaan tasoitetuksi mitattavan virran magneettikentässä olevat epäsymmetriat ja samalla minimoituu epätoivottujen vieraiden kenttien vaikutus. Kelan 14 käsittävä tila 17 on täytetty renkaanmuotoisella eris-timellä 24, joka sitoo kelan 14 paikoilleen tilaan 17 ja myöskin kantavaan runkoon 13.

30 Eristin 24 ja kelan 14 sydän 23 koostuvat ratkaisevasti isotrooppisesta materiaalista. Näin saavutetaan se, että eristin 24 ja sydän 23 venyvät tai kutistuvat kaikissa suunnissa tasaisesti. Kelan 14 geometria muuttuu siksi lämpötilan muuttuessa lineaarisesti. Tätä muutosta voidaan helposti kompensoida virrantunnistimen 10 jatkuvalla lämpötilan valvonnalla ja tästä valvonnasta tuloksena olevan mittauselektroniikan 35 10 jatkuvan sovittamisen avulla.

4 1073θ|4

Erittäin suuri mittaustarkkuus saavutetaan silloin, kun eristimen 24 ja kelan 14 sydämen 23 materiaalilla on kaapelinläpiviennin 6 kantavan rungon 13 materiaa ille -sen ollessa normaalisti epoksihartsiperusteista kovitettua eristysmassaa - ja sue jauk-sen 18 materiaalille sovitetut lämpölaajenemiskertoimet. Erittäin hyväksi eris imen 5 24 ja/tai sydämen 23 materiaaliksi on osoittautunut lasikuulilla täytetty eristys- massa, joka on erityisesti epoksihartsiperusteista. Sydämen 23 materiaalina voidaan käyttää myös ei-ferromagneettista metallia. Erityisesti alumiini on tähän tarkoitukseen sopivaa, koska se vaimentaa voimakkaasti suurilla taajuuksilla indusoituvia jännitehuippuja, ja koska sillä on samalla myös eristimessä 24 ja kantavassa run-10 gossa 13 käytetyn eristysmateriaalin vastaavat lämpölaajenemiskertoimet.

Virrantunnistin 10 on valmistettavissa yksinkertaisella tavalla, valamalla esiasennetut osat, kuten liitäntäkontaktilla 19 varustettu suojaus 18, sähkövirran johtimella 5 ja signaalijohdoilla 15, 16 varustettu kela 14 ja signaalijohtoja ympäröivä ja suojauksen 18 kanssa kosketuksessa oleva mittauselektroniikkaan johtavan suojatun mit-15 tauskaapelin suojaus 25, kovettumisen jälkeen eristimen 24 ja kantavan range n 13 materiaaliksi muodostuvaan eristysmassaan. Mikäli virrantunnistin 9 on valmistettava kaapelinläpiviennistä 6 riippumatta, niin silloin on mahdollista valaa ke ia 14 tiettyyn muotoon eristintä 24 muodostettaessa ja sitten, eristimen 24 kovettui tisen jälkeen siihen kiinnittynyt kela 14 asennetaan asennuslaittein varustettuun ja nyt li-20 saksi kantavan runkona toimivaan suojaukseen 18 tai kela 14 valetaan eristin ä 24 muodostettaessa suoraan myöskin kantavaksi rungoksi 13 muodostettuun suo auk-seen 18.

Kela 14 tuottaa sähkövirran johtimessa 5 virtaavan virran ajalliseen muutol seen verrannollisia signaaleja. Nämä signaalit ovat vapaita epätoivottujen ulkoisten vie-25 raiden kenttien vaikutuksista ja laitoksessa sattuvista, ohimenevistä tapahtumista, johtuen sopivasti sijoitetuista suojauksista 18 ja 25. Ne integroidaan mittausele ctro· nilkassa 10 välitettävää virtaa vastaavaksi signaaliksi. Kuten kuviosta 3 havaitaan, digitoidaan nämä signaalit aluksi analogiadigitaalimuuntajassa 26 ja digitoidut signaalit integroidaan sitten digitaali-integraattoriksi 27 rakennetussa integrointilait-30 teessä mitattavaa virtaa vastaavaksi signaaliksi. Tämä signaali voidaan sitten muuntaa peräänkytketyssä digitaalianalogiamuuntajassa 28 analogianäytöksi ja/tai johtaa se laitoksen toisiin toimintayksiköihin muuta käsittelyä varten.

Claims (9)

1. Elströmstransformator for en medel- eller högspänningsanläggning, innefat-15 tande en strömdetektor (9), som utformats som en torusformad lindad spole (14), en ringformad bärande stomme (13), som inrättats att uppbära strömdetektom (9), en elströmsledare (5), som omges centrerat av spolen (14), mätelektronik (10) saint en skyddad mätkabel, som inrättats att leda utsignaler frän spolen (14) tili mätelcktro-niken; av vilka spolen (14) lindats som en Rogowski-spole nmt en ringformad xäma 20 (23) av icke-ferromagnetiskt material, varvid käman är väsentligen rektangulär i ax ial skäming, och spolen (14) dessutom placerats i en mot elfälten skyddad, cylitider-formigt utformad kavitet (17) i den bärande stommen (13), kännetecknad av att - den ringformade kämans (23) radialmätt är litet jämfört med dess radie och Exiala dimension, 25. det mot elfälten skyddade rummet (17) fylls av en isolering (24), som fäster spolen (14) pä plats och • 1 m - isoleringen (24) och spolens (14) käma (23) är av avgörande isotropiskt material.

1. Sähkövirranmuuntaja keski- tai sumjännitelaitosta varten, jossa on virrantun-nistin (9), joka on rakennettu toruksen muotoiseksi käämityksi kelaksi (14), ren-kaanmuotoinen kantava runko (13), joka on jäljestetty tukemaan virrantunnistinta 5 (9), sähkövirran johdin (5), jota kela (14) keskitetysti ympäröi, mittauselektroniikka (10) sekä suojattu mittauskaapeli, joka on jäljestetty johtamaan lähtösignaaleja kelasta (14) mittauselektroniikkaan; joista kela (14) on käämitty Rogowskikelan tapaan ei-ferromagneettisesta materiaalista olevan renkaanmuotoisen sydämen (23) päälle, joka sydän on aksiaalisessa suunnassa leikattuna olennaisesti suorakulmai-10 nen, ja kela (14) on lisäksi sijoitettu sähkökenttien suhteen suojattuun, onttoon sy-linterimäiseksi rakennettuun kantavan rungon (13) tyhjään tilaan (17), tunnettu siitä, että - renkaamuotoisen sydämen (23) säteismitta on pieni verrattuna sen säteeseen ja aksiaaliseen ulottuvuuteen, 15. sähkökenttien suhteen suojattua tilaa (17) täyttää eriste (24), joka kiinnittää kelan (14) paikalleen ja - eriste (24) ja kelan (14) sydän (23) ovat ratkaisevasti isotrooppista materiaalia.

2. Elströmstransformator enligt patentkrav 1, kännetecknad av att isoleringen (24) och spolens (14) käma (23) är av ett material med en värmeutvidgningskoeffi- 30 cient som anpassats att motsvara värmeutvidgningskoefficienten hos den bärande stommens (13) material. • · 1 107304

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sähkövirranmuuntaja, tunnettu siitä, että eristimen (24) ja kelan (14) sydämen (23) materiaalilla on lämpölaajenemiskerroin, 20 joka on sovitettu vastaamaan kantavan rungon (13) materiaalin lämpölaajenemis-kerrointa.

3. Elströmstransformator enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknad av att ätmin-stone kaman (23) utformats av en härdad isoleringsmassa av isoleringsmaterial fylld med sfäriska fragment.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen sähkövirranmuuntaja, tunnettu siitä, että ainakin sydän (23) on muodostettu kuulamaisilla osasilla täytetystä, eristysmateriaalia olevasta kuvitetusta eristysmassasta.

4. Elströmstransformator enligt patentkrav 1, kännetecknad av att kaman (23) 5 innehäller icke-ferromagnetisk metall.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sähkövirranmuuntaja, tunnettu siitä, että sy- . dän (23) sisältää ei-feiromagneettista metallia.

5. Elströmstransformator enligt patentkrav 4, kännetecknad av att den icke-ferromagnetiska metallen är aluminium.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen sähkövirranmuuntaja, tunnettu siitä, että ei-ferromagneettinen metalli on alumiinia.

5 107304

6. Elströmstransformator enligt nägot av patentkraven 1-5, kännetecknad av att rummet (17) omges av en i jordpotentialen varande skärmning (18) av anläggningen 10 som är i elledande förbindelse med skärmningen (25) av den skyddade mätkabeln.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen sähkövirranmuuntaja, tunnettu sii-30 tä, että tilaa (17) ympäröi laitteiston maapotentiaalissa oleva suojaus (18), joka on sähköä johtavassa yhteydessä suojatun mittauskaapelin suojauksen (25) kanssa. 6 107304

7. Elströmstransformator enligt patentkrav 6, kännetecknad av att rummets (17) skärmning (18) bryts av en isoleringspunkt (22) som omger elströmsledaren (5) ringformigt.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen sähkövirranmuuntaja, tunnettu siitä, että tilan (17) suojauksen (18) katkaisee sähkövirran johdinta (5) rengasmaisesti ympäröivä eristyskohta (22).

8. Elströmstransformator enligt patentkrav 6 eller 7, kännetecknad av att rum-15 mets (17) skärmning (18) har tvä elektroder (20, 21), vilka har avgörande formen av en ihälig cylinder och av vilka en (20) inrättats att fungera som styrelektrod för en kabelgenomföming (6) i systemet.

8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen sähkövirranmuuntaja, tunnettu siitä, 5 että tilan (17) suojauksessa (18) on kaksi elektrodia (20, 21), jotka ovat ratkais evästi onton sylinterin muotoisia ja joista yksi (20) on jäljestetty toimimaan järjestelmän erään kaapeliläpiviennin (6) ohjauselektrodina.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen sähkövirranmuuntaja, tunnettu siitä, että kelasta (14) lähtevät signaalit vaikuttavat mittauselektroniikassa (11) 10 olevaan integrointilaitteeseen, joka on rakennettu digitaali-integraattoriksi (27), jonka eteen on kytketty analogiadigitaalimuuntaja (26) ja jonka perään on ky ketty digitaalianalogiamuuntaja (28).

9. Elströmstransformator enligt nägot av patentkraven 1-8, kännetecknad av att utsignalema frän spolen (14) paverkar en integreringsapparat i mätelektroniken (11) 20 som utformats som en digitalintegrator (27), framför vilken kopplats en analogdigi-·. talomvandlare (26) och bakom vilken kopplats en digitalanalogomvandlare (28). *, · 1 ·