WO1998052053A1 - Spannungssensor für mess- und schutzzwecke für mittelspannungsschaltanlagen - Google Patents

Spannungssensor für mess- und schutzzwecke für mittelspannungsschaltanlagen Download PDF

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    • 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 voltage sensor with an ohmic voltage divider for medium-voltage switchgear, in particular for arrangement on a cable angle connector.
  • Voltage sensors are part of the secondary technology in medium-voltage switchgear and are of great importance for their operational management, especially with regard to increased personal and operational safety, the minimization of functional units and assemblies and the reduction of the testing effort.
  • the "Current and Voltage Sensors” catalog from ABB Strömberg Distribution Ltd., Fin-65101 Vaasar, Finland discloses a voltage divider designed as a voltage sensor, which is used to measure voltages on SF6 and air-insulated switchgear and is designed as an external functional unit is.
  • a switchgear which is made up of metal-encapsulated, gas-insulated switchgear panels, each of which has a combined current and voltage sensor with a cap - have a civic tap.
  • An ohmic voltage divider serves as the voltage sensor.
  • the combined sensor contains an electrode arrangement for shielding the voltage divider, which is also used as a capacitive tap.
  • DE 296 05 845 U1 relates to a sensor for current and voltage measurement for medium-voltage switchgear, which is designed as a combination device in which an ohmic voltage divider is used for the voltage measurement.
  • the combined sensor arrangements are cast in a block made of cast resin.
  • Another document (DE 28 41 466 A1) contains a high-voltage divider which is arranged in a porcelain cap.
  • a sensor arrangement for current and voltage measurement is known, which is cast in a block made of casting resin and designed as a combination device.
  • the ohmic voltage divider arranged in this consists of a resistance strip, the two ends of which are surrounded by cup-shaped field control electrodes for a uniform field profile, the field control electrodes being arranged in the interior of the block, that is to say cast in.
  • the block does not have a conductive coating. Moreover, it is not suitable for an arrangement in a cable connector.
  • the voltage sensors described above are each designed for a specific medium-voltage range and are sometimes complex in terms of assembly technology and handling.
  • This object creates a very compact voltage sensor for detachable arrangement in a cable plug-in part, in particular also with regard to the considerable spatial dimensions of the high-voltage resistor, which can be mounted in a simple manner, preferably by screwing.
  • the voltage sensor formed from a resin-molded ohmic voltage divider and a ground connection is preferably designed in such a way that the voltage divider consists of a high-resistance high-voltage resistor, preferably made of ceramic, and several low-voltage divider resistors connected in series therewith, with all the resistors on the output side each having one on the outside of the voltage sensor arranged electrical contact element are connected.
  • the measuring range of the sensor can be switched to different voltage levels (e.g. 10 kV, 15 kV or 20 kV). Since the high-voltage resistor has significant spatial dimensions, Stray capacitances occur which can lead to considerable measurement errors when measuring steep high-voltage pulses.
  • components for limiting the stray capacitances are assigned to the divider resistors.
  • One measure can be to connect protective resistors. It is further proposed to limit the stray capacitances by means of a coating of the casting carcass body designed as a sealing plug, which is conductive and grounded on the circumference at least in the area protruding from the cable plug part.
  • the contact elements and / or the ground connection which are advantageously designed as plug or threaded sockets for the connection of a measuring or testing device, thus each allow a partial voltage tap.
  • An overvoltage arrester is arranged in parallel with the low voltage divider resistors and connected to the ground connection.
  • This compact voltage sensor is easy to use and, due to the arrangement of several low voltage divider resistors in the voltage divider, can be used to measure and test several ranges of medium voltages in the same embodiment.
  • the voltage sensor made of cast resin is essentially maintenance-free, not susceptible to faults and compact.
  • the surge arrester can be designed as a gas-filled surge arrester. These surge arresters have a higher dissipation behavior than electronic voltage limiters (Zener diodes).
  • the voltage divider is integrated in the plug of a cable connector and is therefore immediately available for every measuring process.
  • the sealing plug is provided on the circumference in the area protruding from the cable plug part with a conductive coating and, together with the conductive coating of the cable plug part via the ground contact with the metal housing of the cable plug part, forms a field control for the high-voltage resistor.
  • the coating can be a conductive lacquer layer that is easy to apply.
  • FIG. 1 a longitudinal section through a voltage sensor designed as a sealing plug for a cable plug part
  • Fig. 2 a plan view of the rear end of the sealing plug and Fig. 3: the circuit diagram of the voltage sensor.
  • Fig. 1 shows a plug 1 designed as a voltage sensor in accordance with DIN 47636 (400 A; cone) of a cable plug-in part with an integrated ohmic voltage divider 2 and a gas-filled surge arrester 3 connected to it and a grounding connection 4.
  • Such cable plug-in parts have a (usually Metal housing consisting of two halves, via which the ground connection is also made.
  • the voltage divider 2 is formed from a high-resistance high-voltage resistor R1 (100 MOhm) made of ceramic and two low-voltage divider resistors R2 and R3 (each 1 kOhm) connected in series therewith.
  • the high-voltage resistor R1 is electrically contacted with a contact screw 5, which is electrically connected to the cable lug of a cable fixed to the contact piece of a bushing insulator by means of a contact screw (not shown). Between the resistors R1 and R2 as well as R2 and R3, a voltage tap is arranged, which is connected to a connector 7.1 or 7.2 arranged on the end face 6 of the sealing plug 1. Likewise, the low-voltage resistor R3 is connected on the output side to a connection socket 7.3, or is in contact with ground via the earth connection.
  • Fig. 2 shows that there are three connection sockets 7.1 to 7.3, which are arranged at a radial distance from the ground connection 4 and at a distance from one another. Due to the arrangement of the low voltage divider resistors R2 and R3, two different partial voltages can be tapped at these connection sockets (7.1, 7.2). The circuit diagram for this is shown in FIG. 3.
  • the sealing plug 1 is provided on the circumferential side in the area which protrudes from the (not shown) cable plug part with a coating 8 made of conductive varnish which, in addition and together with the outer conductive coating of the cable plug part, forms a field control for the high-voltage resistor R 1.

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Spannungssensor für Meß- und Schutzzwecke für Mittelspannungsschaltanlagen mit einem in Gießharz eingegossenen ohmschen Spannungsteiler und einem mit diesem verbundenen Überspannungsableiter mit einem Erdungsanschluß. Der Spannungssensor wird unter dem Aspekt weiterentwickelt, daß er in unterschiedlichen Mittelspannungsbereichen verwendbar, kompakt gestaltet und auf einfache Weise montierbar ist. Der vorgeschlagene Sensor umfaßt einen Spannungsteiler (2) aus einem hochohmigen Hochspannungswiderstand (R1) und mehreren mit diesem in Reihe geschalteten Niederspannungsteilerwiderständen (R2; R3), die ausgangsseitig jeweils mit einem an der Außenseite des Spannungssensors angeordneten Kontaktelement (7.1, 7.2, 7.3) verbunden sind und bei dem der Überspannungsableiter (3) parallel zu den Niederspannungsteilerwiderständen (R2 und R3) angeordnet ist.

Description

Spannungssensor für Meß- und Schutzzwecke für Mittelspannungsschaltanlagen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Spannungssensor mit einem ohmschen Spannungsteiler für Mittelspannungsschaltanlagen, insbesondere zur Anordnung an einem Kabelwinkelstecker.
Spannungssensoren gehören zur Sekundärtechnik in Mittelspannungsschaltanlagen und sind für deren Betriebsführung, insbesondere hinsichtlich einer erhöhten Personen- und Betriebssicherheit, der Minimierung von Funktionseinheiten und Baugruppen und der Reduzierung des Prüfaufwandes von großer Bedeutung.
Es ist bekannt, ohmsche Spannungsteiler als Spannungssensoren zur Messung und Prüfung von Gleich- und Wechselspannungen auszubilden und mit diesen eine zu einer Pri- märspannung proportional verringerte Ausgangsspannung zu erzeugen und zu messen.
So ist aus dem Katalog "Current and Voltage Sensors" der Firma ABB Strömberg Distribution Ltd., Fin-65101 Vaasar, Finnland, ein als Spannungssensor ausgebildeter Spannungsteiler bekannt, der zur Messung von Spannungen an SF6- und luftisolierten Schaltanlagen bestimmt und als externe Funktionseinheit ausgebildet ist.
Aus dem Aufsatz "Schaltanlagentechnik für die Zukunft" in der Zeitschrift etz, (1993) Band 114, S. 1000-1003, ist ein Spannüngssensor mit einem ohmschen Präzisionsspannungsteiler für Schaltanlagensysteme bekannt, der - ebenfalls als externe Funktionseinheit - parallel zu einem Kabelanschluß anordbar ist.
In dem Aufsatz "Neue Schaltanlagentechnik" in der Zeitschrift etz, (1996), Heft 7, S. 6-10, ist eine Schaltanlage beschrieben, die aus metallgekapselten, gasisolierten Schaltfeldern aufgebaut ist, die jeweils einen kombinierten Strom- und Spannungssensor mit einem kapa- zitiven Abgriff aufweisen. Als Spannungssensor dient ein ohmscher Spannungsteiler. Der kombinierte Sensor enthält eine Elektrodenanordnung zur Abschirmung des Spannungsteilers, die gleichzeitig als kapazitiver Abgriff genutzt wird.
Gegenstand der DE 296 05 845 U1 ist ein Sensor zur Strom- und Spannungsmessung für Mittelspannungsschaltanlagen, der als Kombinationsgerät ausgebildet ist, bei dem für die Spannungsmessung ein ohmscher Spannungsteiler verwendet wird. In einer Ausführungsform sind die kombinierten Sensoranordnungen in einem Block aus Gießharz eingegossen. In einer weiteren Schrift (DE 28 41 466 A1) findet sich ein Hochspannungsteiler, der in einem Porzellanüberwurf angeordnet ist.
Aus der Druckschrift DE 41 22 331 A1 ist eine Sensoranordnung zur Strom- und Span- nungsmessung bekannt, die in einem Block aus Gießharz eingegossen und als Kombi-Gerät gestaltet ist. Der in diesem angeordnete ohmsche Spannungsteiler besteht aus einem Widerstandsstreifen, dessen beide Enden von topfförmigen Feldsteuerelektroden für einen gleichmäßigen Feldverlauf umgeben sind, wobei die Feldsteuerelektroden im Innern des Blockes angeordnet, also mit eingegossen sind. Eine leitfähige Beschichtung weist der Block nicht auf. Überdies ist er für eine Anordnung in einem Kabelsteckteil nicht geeignet.
Die vorbeschriebenen Spannungssensoren sind jeweils für einen bestimmten Mittelspannungsbereich ausgelegt und zum Teil in montagetechnischer und handhabungstechnischer Hinsicht aufwendig.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Spannungssensor für Meß- und Schutzzwecke für Mittelspannungsschaltanlagen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, der in unterschiedlichen Mittelspannungsbereichen verwendbar, kompakt gestaltet und auf einfache Weise montierbar ist.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Spannungssensor nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.
Mit diesem Gegenstand wird ein sehr kompakter Spannungssensor zur lösbaren Anordnung in einem Kabelsteckteil geschaffen, insbesondere auch im Hinblick auf den erhebliche räumliche Abmessungen aufweisenden Hochspannungswiderstand, der auf einfache Weise, vorzugsweise durch Einschraubung montierbar ist.
Der aus einem in Gießharz eingegossene ohmsche Spannungsteiler und einem Erdungsanschluß gebildete Spannungssensor ist vorzugsweise derart gestaltet, daß der Spannungsteiler aus einem hochohmigen Hochspannungswiderstand, vorzugsweise aus Keramik, und mehreren mit diesem in Reihe geschalteten Niederspannungsteilerwiderständen besteht, wobei sämtliche Widerstände ausgangsseitig mit jeweils einem an der Außenseite des Spannungssensors angeordneten elektrischen Kontaktelement verbunden sind. Durch Verwendung mehrerer Niederspannungsteilerwiderstände, kann der Meßbereich des Sensors auf verschiedene Spannungsebenen (beispielsweise 10 kV, 15 kV oder 20 kV) umgestellt werden. Da der Hochspannungswiderstand wesentliche räumliche Abmessungen besitzt, treten Streukapazitäten auf, die bei der Messung steiler Hochspannungsimpulse zu erheblichen Meßfehlern führen können. Es ist daher vorgesehen, den Teilerwiderständen Bauelemente zur Begrenzung der Streukapazitäten zuzuordnen. Eine Maßnahme kann sein, Schutzwiderstände hinzuzuschalten. Es wird weiterhin vorgeschlagen, die Streukapazitäten durch eine umfangsseitig wenigstens in dem aus dem Kabelsteckteil ragenden Bereich leitfähige und geerdete Beschichtung des als Verschlußstopfen ausgebildeten Gießkarzkör- pers zu begrenzen.
Die Kontaktelemente und/oder der Erdungsanschluß, die vorteilhafterweise als Steck- oder Gewindebuchsen für den Anschluß eines Meß- oder Prüfgerätes ausgeführt sind, erlauben somit jeweils einen Teilspannungsabgriff. Parallel zu den Niederspannungsteilerwiderständen ist ein Überspannungsabieiter angeordnet und mit dem Erdungsanschluß verbunden.
Dieser kompakt ausgeführte Spannungssensor ist einfach handhabbar und auf Grund der Anordnung mehrerer Niederspannungsteilerwiderstände im Spannungsteiler zur Messung und Prüfung mehrerer Bereiche von Mittelspannungen bei gleicher Ausführungsform einsetzbar. Dabei ist der in Gießharz ausgeführte Spannungssensor im wesentlichen wartungsfrei, nicht störanfällig und kompakt.
Der Überspannungsabieiter kann als gasgefüllter Überspannungsabieiter ausgeführt sein. Diese Überspannungsabieiter haben ein höheres Ableitungsverhalten als elektronische Spannungsbegrenzer (Zenerdioden).
Der Spannungsteiler ist im Verschlußstopfen eines Kabelsteckteils integriert und ist damit für jeden Meßvorgang unmittelbar verfügbar. Der Verschlußstopfen ist umfangsseitig in dem aus dem Kabelsteckteil ragenden Bereich mit einer leitfähigen Beschichtung versehen und bildet gemeinsam mit dem leitfähigen Belag des Kabelsteckteils über den Massekontakt mit dem Metallgehäuse des Kabelsteckteils eine Feldsteuerung für den Hochspannungswiderstand. Die Beschichtung kann eine Leitlackschicht sein, die einfach auftragbar ist.
Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Die zugehörigen Figuren zeigen teilweise schematisch und geschnitten im Einzelnen: Fig. 1 : einen Längsschnitt durch einen als Verschlußstopfen für ein Kabelsteckteil ausgebildeten Spannungssensor,
Fig. 2: eine Draufsicht auf die rückwärtige Stirnseite des Verschlußstopfens und Fig. 3: das Schaltbild des Spannungssensors. Fig. 1 zeigt einen als Spannungssensor ausgebildeten Verschlußstopfen 1 in Anlehnung an DIN 47636 (400 A; Konus) eines Kabelsteckteils mit einem integrierten ohmschen Spannungsteiler 2 und einem mit diesem verbundenen gasgefüllten Überspannungsabieiter 3 und einem Erdungsanschluß 4. Solche Kabelsteckteile haben ein (in der Regel aus zwei Hälften bestehendes) Metallgehäuse, über welches auch der Masseanschluß erfolgt. Der Spannungsteiler 2 ist aus einem hochohmigen Hochspannungswiderstand R1 (100 MOhm) aus Keramik und zwei mit diesem in Reihe geschalteten Niederspannungsteilerwiderständen R2 und R3 (jeweils 1 kOhm) gebildet. Kabelseitig ist der Hochspannungswiderstand R1 mit einer Kontaktschraube 5 elektrisch kontaktiert, die am Kabelschuh eines mittels einer Kontaktschraube am Kontaktstück eines Durchführungsisolators fixierten Kabels elektrisch verbunden ist (nicht dargestellt). Zwischen den Widerständen R1 und R2 sowie R2 und R3 ist jeweils ein Spannungsabgriff angeordnet, der mit einer an der Stirnseite 6 des Verschlußstopfens 1 angeordneten Anschlußbuchse 7.1 bzw. 7.2 verbunden ist. Ebenso ist der Niederspannungswiderstand R3 ausgangsseitig mit einer Anschlußbuchse 7.3 verbunden, bzw. hat über die Erdverbindung Kontakt mit Masse.
Fig. 2 zeigt, daß drei Anschlußbuchsen 7.1 bis 7.3 vorhanden sind, die im radialen Abstand vom Erdungsanschluß 4 und im Abstand voneinander angeordnet sind. An diesen Anschlußbuchsen (7.1 , 7.2) können auf Grund der Anordnung der Niederspannungsteilerwi- derstände R2 und R3 zwei verschiedene Teilspannungen abgegriffen werden. Das Schaltbild dazu ist in Fig. 3 dargestellt.
Der Verschlußstopfen 1 ist umfangsseitig in dem Bereich, der aus dem (nicht dargestellten) Kabelsteckteil herausragt, mit einer Beschichtung 8 aus Leitlack versehen, die in Ergän- zung und gemeinsam mit dem äußeren leitfähigen Belag des Kabelsteckteils eine Feldsteuerung für den Hochspannungswiderstand R 1 bildet.

Claims

Patentansprüche
1. Spannungssensor für Meß- und Schutzzwecke für Mittelspannungsschaltanlagen mit einem in Gießharz eingegossenen ohmschen Spannungsteiler (2) mit einem Hochspannungswiderstand (R1) sowie einen Erdungsanschluß, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (2) mehrere mit dem Hochspannungswiderstand (R1) in Reihe geschaltete Niederspannungswiderstände (R2; R3) aufweist und mit einem parallel zu diesen geschalte- ten Uberspannungsableiter (3) versehen ist, und daß der durch das Gießharz gebildete Körper als Verschlußstopfen (1) zur lösbaren Anordnung in einem Kabelsteckteil ausgebildet ist, an dessen kabelseitiger Stirnseite ein mit dem Hochspannungswiderstand (R1) verbundenes Kontaktelement (5) für ein im Kabelsteckteil angeordnetes und mit dem in diesem fixierten Kabel verbundenes Kontaktglied eingebettet ist und an dessen dem Kabelsteckteil abgewandten Endbereich Kontaktelemente (7.1 , 7.2, 7.3) für jeweils nach den Widerständen (R1 ; R2; R3) angeordnete Spannungsabgriffe und der Erdungsanschluß (4) eingebettet sind, und daß der Verschlußstopfen (1) umfangsseitig wenigstens in dem aus dem Kabelsteckteil ragenden Bereich mit einer geerdeten leitfähigen Beschichtung (8) versehen ist.
2. Spannungssensor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (7.1, 7.2, 7.3) und der Erdungsanschluß (4) an der dem Kabelsteckteil abgewandten Stirnseite des Verschlußstopfens (1) angeordnet sind.
3. Spannungssensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Über- spannungsableiter (3) ein gasgefüllter Uberspannungsableiter ist.
4. Spannungssensor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (8) ein Leitlack ist.
5. Spannungssensor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Hochspannungswiderstand (R1) ein Keramikwiderstand ist.
6. Spannungssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (7.1,
7.2, 7.3) und/oder der Erdungsanschluß (4) als Steck- oder Gewindebuchsen ausgeführt sind.
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