WO2022069332A1 - Gekapseltes hochspannungsgerät und stromwandler für das gekapselte hochspannungsgerät - Google Patents

Gekapseltes hochspannungsgerät und stromwandler für das gekapselte hochspannungsgerät Download PDF

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Marina Helmig
Thomas Hilker
Henry JENICHEN
Dirk SCHRÄDER
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Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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    • G01R15/181—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers using coils without a magnetic core, e.g. Rogowski coils
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    • H01F5/02—Coils wound on non-magnetic supports, e.g. formers
    • H—ELECTRICITY
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    • H02B—BOARDS, SUBSTATIONS OR SWITCHING ARRANGEMENTS FOR THE SUPPLY OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02B13/00—Arrangement of switchgear in which switches are enclosed in, or structurally associated with, a casing, e.g. cubicle
    • H02B13/02—Arrangement of switchgear in which switches are enclosed in, or structurally associated with, a casing, e.g. cubicle with metal casing
    • H02B13/035—Gas-insulated switchgear
    • H02B13/0356—Mounting of monitoring devices, e.g. current transformers

Definitions

  • the invention relates to a current transformer for encapsulated high-voltage devices and an encapsulated high-voltage device with the current transformer, the current transformer having at least one coil which is arranged around at least one current-carrying conductor, the at least one current-carrying conductor being arranged in an encapsulating housing.
  • High-voltage devices are designed for voltages in a two-digit kilovolt range up to a voltage range of a few hundred kilovolts, in particular 1200 kV, and for currents in the range of up to a few hundred kiloamperes.
  • High voltage devices include e.g. B. Switchgear with high-voltage circuit breakers, isolators, transformers, arresters, instrument transformers and/or bushings .
  • Switchgear are e.g. B. Outdoor switchgear and/or gas-I insulated switchgear, d . H . Gas-insulated switch gears, which as a live tank, i . H . at high voltage potential, with a switching unit in an I solator, such as. B. arranged in a ribbed ceramic, silicone and/or composite material insulator housing, or as a dead tank, d. H . are arranged with a switching unit in a grounded housing, in particular in the form of a boiler.
  • the measurement of electrical currents in encapsulated high-voltage devices is essential for the operation of the devices, in particular for monitoring, controlling and/or regulating.
  • Electric currents in the field of encapsulated high-voltage devices are z. B. measured with inductive plug-in current transformers, which are arranged around current-carrying conductors of the high-voltage device.
  • This current transformer type consists of a Toroidal core with secondary winding, which is arranged concentrically around the current-carrying conductor.
  • the toroidal core is made of high-quality sheet metal with high permeability and is provided with a corresponding secondary winding in particular.
  • Push-through current transformers have a high intrinsic weight and require a large installation space, are associated with high costs, in particular due to the toroidal core, and have frequency- and amplitude-dependent non-linearities.
  • the object of the present invention is to specify a current transformer for encapsulated high-voltage devices and an encapsulated high-voltage device with the current transformer, which solve the problems described above.
  • the task is to specify a current transformer for encapsulated high-voltage devices which is simple and inexpensive, has a low weight, does not require a toroidal core, which has no frequency and amplitude-dependent non-linearities, and which has a safe, permanent, non-destructive operation of the Allows high-voltage device with the current transformer.
  • the specified object is achieved according to the invention by a current transformer for encapsulated high-voltage devices with the features according to patent claim 1 and/or by an encapsulated high-voltage device according to patent claim 12 .
  • Advantageous configurations of the current transformer according to the invention for encapsulated high-voltage devices and/or the encapsulated high-voltage device according to the invention are specified in the dependent claims.
  • objects of the main claim with Features of subclaims and features of the subclaims can be combined with one another.
  • a current transformer according to the invention for encapsulated high-voltage devices comprises at least one coil which is arranged around at least one current-carrying conductor, the at least one current-carrying conductor being arranged in an encapsulating housing.
  • the at least one coil is designed or in the form of an air coil without a magnetic core. is an air coil without a magnetic core.
  • An air coil without a magnetic core i . H . an air coil without a magnetic core saves a toroidal core, has a lower weight compared to a coil with a magnetic core, is simple and inexpensive, and has no frequency- and amplitude-dependent non-linearities of a coil with a toroidal core.
  • the current transformer according to the invention with the air-core coil without a magnetic core is smaller in design than with coils with a magnetic core, is lighter and cheaper to purchase, the measurement has high linearity over the entire measuring range and there are no saturation effects. Furthermore, only low electrical losses occur even with high currents and no forces act on the measuring system, i . H . the current transformer, with which a significantly simplified constructive implementation of the measuring system is connected.
  • Identical coils can be used for the entire current measurement range from a few amperes to a few hundred kiloamperes, which also represents a cost-related advantage. Further advantages result from a lower risk potential for e.g. B. Maintenance personnel dealing with the current transformer and high-voltage device, especially during installation and maintenance. This enables safe, permanent, non-destructive operation of the high-voltage device with the current transformer.
  • the air coil without a magnetic core can be used in the manner of a Rogowski
  • Rogowski coils are simple and cost- to be produced inexpensively in large quantities and have the advantages described above.
  • the at least one coil can be arranged outside of the encapsulating housing. This enables simple maintenance without opening the encapsulating housing and space in the encapsulating housing is saved, which in particular saves costs and material.
  • the at least one coil can be arranged in a holder, in particular in a groove, which can be formed in the holder.
  • the arrangement of the at least one coil in a holder, in particular in a groove, enables precise spatial and permanent positioning of the at least one coil. This enables an exact, error-free measurement of the current through the current-carrying conductor with the current transformer or the at least one coil.
  • the mount can include a cover which in particular completely covers the at least one coil. This ensures permanent protection of the at least one coil in the holder, in particular against environmental influences, e.g. B. Weather influences allowed.
  • the holder can consist of an electrically non-conductive material, in particular plastic.
  • Plastic enables magnetic fields to be measured around a current-carrying conductor with a coil without measuring errors or adulterations .
  • the at least one coil can be circular, and the at least one current-carrying conductor can be arranged in the center of the circular shape, in particular with its longitudinal axis perpendicular to the plane of the circle. Precise positioning of the coil around the current-carrying conductor, in particular constant over time in a groove, with the current-carrying conductor at the center of the circular shape of the coil, enables error-free measurement and determination of the current flowing through the current-carrying conductor.
  • the encapsulating housing can include aluminum and/or consist of aluminum.
  • Aluminum does not distort the magnetic fields of the current-carrying conductor or only slightly, which means that an error-free or Substantially error-free measurement of the current through the current-carrying conductor is made possible by the magnetic field generated around the conductor and by the current induced in the coil by the field, with a coil outside the encapsulating housing.
  • the at least one coil can consist of a sheathed electrical conductor, in particular a copper conductor, in particular with a sheath made of electrically non-conductive plastic.
  • a sheathed electrical conductor i . H . lines or . Cables are easy and inexpensive to form or form into a coil. to wrap .
  • Copper conductor coils are well suited for electrical measurements, especially induced currents.
  • the at least one coil can be wound on a carrier, in particular a carrier made of electrically non-conductive material, in particular paper, plastic and/or Teflon.
  • a carrier made of electrically non-conductive material, in particular paper, plastic and/or Teflon.
  • the winding on a carrier is inexpensive and easily possible, and the carrier provides the winding with a permanent mechanical hold. Supports made of paper, plastic and/or Teflon do not falsify the induction and measurements of currents induced in conductors. This makes them well suited for use in current transformers with coils without a magnetic core.
  • Auxiliary units in particular at least one evaluation unit, an amplifier, and/or a power supply can be included in the current transformer according to the invention, in particular arranged in a housing in the form of a box and/or a cabinet, in particular arranged on and/or near the encapsulating housing, in particular with at least one cable connection of the at least one coil to the auxiliary units.
  • the auxiliary units enable measurement using the coil and evaluation, display and/or transmission of measurement results.
  • the arrangement in a housing outside the encapsulating housing enables simple, trouble-free evaluation and reading as well as transmission of measurement results, as well as easy maintenance of the auxiliary units.
  • An encapsulated high-voltage device comprises at least one current transformer as described above, in particular arranged outside of an encapsulating housing which is designed to be gas-tight and/or is filled with a switching gas, in particular SF 6 and/or clean air.
  • a switching gas in particular SF 6 and/or clean air.
  • a high-voltage circuit breaker can be included in the encapsulated high-voltage device, which can be connected to power generators, power consumers and/or power lines of a power grid by the at least one current-carrying conductor.
  • the encapsulated high-voltage device can be in the form of a gas-insulated switchgear, in particular a dead-tank gas-insulated switchgear.
  • Figure 1 shows a schematic of an encapsulated high-voltage device 1 with a current-carrying conductor in an encapsulating housing 5, on which a current transformer 9 are arranged according to the prior art with a toroidal core with a secondary winding and a current transformer 2 according to the invention with an air-core coil without a magnetic core, and
  • FIG. 2 the current transformer 2 of FIG.
  • FIG. 3 shows the current transformer 2 from FIG. 2, with the holder 6 without a cover 8 and the coil 3 arranged in a slot 7 .
  • the high-voltage device 1 is z. B. designed as a switchgear, with a high-voltage circuit breaker inside the encapsulating housing 5 .
  • the switchgear is designed in particular as a dead-tank gas I insulated switchgear, d. H . Gas-insulated switchgear, with the high-voltage circuit breaker or the switching unit is arranged in a grounded housing.
  • the high-voltage device 1 is z. B.
  • the encapsulating housing 5 is z. B. designed in boiler form and z. B. made of aluminium .
  • Two bushings for current-carrying conductors or Connections with connection lugs for electrical power generators, consumers and/or mains lines are arranged on the encapsulating housing 5 , in particular at an oblique angle and directed upwards away from the encapsulating housing 5 .
  • the current-carrying conductors are arranged inside the bushings and are not shown in the external view of FIG.
  • the implementations are z. B. made of ceramic micro, silicone and/or a composite material.
  • the current-carrying conductors connect z. B. the high-voltage circuit breaker inside the encapsulating housing 5 electrically with the terminal lugs for the electrical power generator, consumer and / or power lines.
  • the encapsulating housing 5 is z. B. Arranged on two mechanically stable supports, in particular two leiterf örmigen metal frames, which on a foundation, z. B. made of concrete, are arranged.
  • a current transformer 9 according to the prior art, with a toroidal core with a secondary winding, is on the circumference of a bushing or arranged around a bushing, shown in FIG. 1 on the right-hand side of the encapsulating housing 5 .
  • the current transformer 9 with toroidal core and secondary winding is z. B. designed as an inductive push-through current transformer.
  • the toroidal core is made from high-quality sheet metal with high permeability and is provided with an appropriate secondary winding.
  • the toroidal core made of laminations leads to a spatially voluminous design of the current transformer 9, with a high weight, and requires a solid design with high mechanical stability in order to withstand loads caused by high currents or Magnetic fields are caused.
  • FIG. 1 A current transformer 2 according to the invention with an air coil without a magnetic core is shown in FIG. 1 on the left-hand side of the encapsulating housing 5, adjacent to the bushing on the left-hand side.
  • FIGS. 2 and 3 the arrangement of the current transformer 2 according to the invention on the encapsulating housing 5 is enlarged and shown in detail.
  • the current-carrying conductor 4 inside the bushings, which projects into the encapsulating housing 5 or. runs in the encapsulating housing 5 is shown in broken lines in FIGS.
  • the head 4 is z.
  • the conductor 4 which lugs from the terminal for electrical power generators, consumers and / or power lines for high-voltage switching device or.
  • the currents generate a magnetic field, which penetrates the encapsulating housing 5 , in particular made of aluminum, and is measured by the current transformer 2 according to the invention by inducing current in a coil 3 of the current transformer 2 without a magnetic core.
  • the current transformer 2 thus measures the current via a conductor 4 in the encapsulating housing 5 or via the switching unit. This is to ensure safe, trouble-free operation, e.g. B. the switching unit and/or connected devices as well as the network.
  • the state of the switching unit and its trouble-free function can be determined in this way and, in particular with critical currents, z. B. a shutdown will take place.
  • the encapsulating housing 5 of the high-voltage device 1 has a flange at the connection point for the passage of the conductor 4 , in particular a hollow cylindrical flange as an opening in the encapsulating housing 5 , which is shaped like a kettle.
  • the current transformer 2 according to the invention with an air coil without a magnetic core is outside, arranged in a circle around the flange.
  • the current transformer 2 has a holder 6 in which the coil 3 is arranged.
  • the holder 6 is shown with a cover 8 which covers the coil 6 and protects against environmental influences such as eg. B. Protects against moisture, UV radiation and/or other weather influences.
  • the holder 6 with the cover 8 encapsulates the coil 3 in particular completely, e.g. B. waterproof .
  • the holder 6 is shown without the cover 8 .
  • the holder 6 is ring-shaped, in particular circular in shape, and has a groove 7 , i. H . an in particular annular recess in the holder 6 .
  • the coil 6 without a magnetic core is arranged in the groove 7, in particular stored special spatially fixed.
  • the spatial fixation of the coil 3 in the holder 6 with the groove 7 enables an error-free measurement of currents in the current-carrying conductor 4 with the aid of the coil 4 .
  • the coil is stored unchanged in terms of space and time, even with large forces on the coil 3 , in particular due to magnetic fields and currents induced in the coil 3 .
  • the holder 6 and thus the coil 3 in the groove 7 of the holder 6 are arranged around the current-carrying conductor such that when the coil 3 is circular, the current-carrying conductor 4 penetrates with its longitudinal axis perpendicularly the plane of the coil 3 , in particular in the center of the circular shape the coil 3 .
  • the bracket 6 and / or the cover 8 are z.
  • B. F formed from plastic, and fasteners such.
  • the coil 3 without a magnetic core is designed in particular in the manner of a Rogowski coil.
  • the coil 3 is connected via electrical lines in particular to auxiliary units, e.g. B. connected to an evaluation unit, an amplifier, and/or a power supply, which for the sake of simplicity are not shown in the figures.
  • auxiliary units e.g. B. connected to an evaluation unit, an amplifier, and/or a power supply, which for the sake of simplicity are not shown in the figures.
  • the currents induced in the coil 3 can be measured, evaluated, displayed and/or sent to other devices, such as B. to a central control room, sense boxes, and/or decentralized handheld devices such as e.g. B. Laptops, tablets, and/or cell phones.
  • a current transformer 2 according to the invention with a coil 3 without a magnetic core, in particular with a holder 6 and cover 8, is spatially much smaller than a current transformer 9 according to the prior art with a toroidal core with a secondary winding, in particular in an associated housing , lighter in weight, and enables permanent, reliable, error-free measurement of the currents through a current-carrying conductor 4, arranged in the encapsulation housing 5, of the encapsulated high-voltage device 1 according to the invention.
  • the exemplary embodiments described above can be combined with one another and/or can be combined with the prior art.
  • classic current transformers 9 according to the prior art with a toroidal core with a secondary winding and current transformers 2 according to the invention with a coil 3 without a magnetic core, in particular a Rogowski coil can be used on an encapsulated high-voltage device 1, in particular used simultaneously .
  • the high-voltage device 1 is or includes z. a high voltage circuit breaker, isolator, arrester and/or bushing for high voltage, and/or may be used in medium voltage applications.
  • the high-voltage device 1 is z. B. designed as an outdoor switchgear and / or as a gas-insulated switchgear.
  • the execution is z. B. as a live tank, arranged with a switching unit in an isolator, such as. B. in a ribbed ceramic, silicone and / or composite material f- insulator housing, or as a dead tank, d. H. arranged with a switching unit in a grounded housing, in particular a housing in the form of a kettle.
  • the coil 3 includes z. B. a particular sheathed copper cable, and / or cables made of electrically conductive materials such. As aluminum and / or steel, or superconductors.
  • the bracket 6 and / or the cover 8 are z. B. made of plastic, and / or include ceramic, silicone and / or composite material fe.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stromwandler (2) für gekapselte Hochspannungsgeräte (1) und ein gekapseltes Hochspannungsgerät (1) mit dem Stromwandler (2), wobei der Stromwandler (2) wenigstens eine Spule (3) aufweist, welche um wenigstens einen stromdurchflossenen Leiter (4) angeordnet ist, wobei der wenigstens eine stromdurchflossene Leiter (4) in einem Kapselungsgehäuse (5) angeordnet ist und die wenigstens eine Spule (3) eine magnetkernlose Luftspule ist.

Description

Beschreibung
Gekapseltes Hochspannungsgerät und Stromwandler für das gekapselte Hochspannungsgerät
Die Erfindung betri f ft einen Stromwandler für gekapselte Hochspannungsgeräte und ein gekapseltes Hochspannungsgerät mit dem Stromwandler, wobei der Stromwandler wenigstens eine Spule aufweist , welche um wenigstens einen stromdurchflossenen Leiter angeordnet ist , wobei der wenigstens eine stromdurchflossene Leiter in einem Kapselungsgehäuse angeordnet ist .
Hochspannungsgeräte sind ausgebildet für Spannungen in einem zweistelligen Kilovolt-Bereich bis zu einem Spannungs-Bereich von einigen hundert Kilovolt , insbesondere 1200 kV, und für Ströme im Bereich von bis zu einigen hundert Kilo-Ampere . Hochspannungsgeräte umfassen z . B . Schaltanlagen mit Hochspannungsleistungsschaltern, Trenner, Trans formatoren, Ableiter, Messwandler und/oder Durchführungen . Schaltanlagen sind z . B . Freiluftschaltanlagen und/oder Gas- I solierte- Schaltanlagen, d . h . Gas- Insulated-Switchgears , welche als Live-Tank, d . h . auf Hochspannungspotential , mit einer Schalteinheit in einem I solator, wie z . B . in einem gerippten Keramik- , Silikon- und/oder Kompositwerkstof f- I solatorgehäuse angeordnet , ausgeführt sind, oder als Dead-Tank, d . h . mit einer Schalteinheit in einem geerdeten Gehäuse , insbesondere in Kessel form, angeordnet ausgeführt sind .
Die Messung elektrischer Ströme an gekapselten Hochspannungsgeräten, insbesondere Gas- Insulated-Switchgears als Dead Tank ausgeführt , ist für den Betrieb der Geräte wesentlich, insbesondere zur Überwachung, Steuerung und/oder Regelung . Elektrische Ströme im Bereich der gekapselten Hochspannungsgeräte werden z . B . mit induktiven Durchsteckstromwandlern gemessen, welche um stromdurchflossene Leiter des Hochspannungsgerätes angeordnet sind . Dieser Stromwandler-Typ besteht aus einem Ringkern mit Sekundärwicklung, welcher konzentrisch um den stromdurchflossenen Leiter angeordnet ist . Der Ringkern wird aus hochwertigen Blechen hoher Permeabilität gefertigt und mit einer entsprechenden insbesondere Sekundär-Wicklung versehen . Neben guter Messgenauigkeit , auch bei hohen transienten Spannungen/Strömen, und thermischer Überstromfestigkeit ist erforderlich, dass die Messeinrichtung den auftretenden mechanischen Belastungen, verursacht durch hohe Ströme und/oder Magnetfelder, standhält , ohne Beschädigung und/oder dauerhafte Zerstörung .
Durchsteckstromwandler weisen ein hohes Eigengewicht auf und benötigen einen großen Bauraum, sind mit hohen Kosten insbesondere durch den Ringkern verbunden, und weisen frequenz- und amplitudenabhängige Nicht-Linearitäten auf .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es , einen Stromwandler für gekapselte Hochspannungsgeräte und ein gekapseltes Hochspannungsgerät mit dem Stromwandler anzugeben, welche die zuvor beschriebenen Probleme lösen . Insbesondere ist es Aufgabe einen Stromwandler für gekapselte Hochspannungsgeräte anzugeben, welcher einfach und kostengünstig ist , ein geringes Gewicht aufweist , keinen Ringkern benötigt , welcher keine fre- quenz- und amplitudenabhängige Nicht-Linearitäten aufweist , und welcher einen sicheren, dauerhaften, zerstörungs freien Betrieb des Hochspannungsgerätes mit dem Stromwandler ermöglicht .
Die angegebene Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Stromwandler für gekapselte Hochspannungsgeräte mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 und/oder durch ein gekapseltes Hochspannungsgerät gemäß Patentanspruch 12 gelöst . Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Stromwandlers für gekapselte Hochspannungsgeräte und/oder des erfindungsgemäßen gekapselten Hochspannungsgeräts , sind in den Unteransprüchen angegeben . Dabei sind Gegenstände des Hauptanspruchs mit Merkmalen von Unteransprüchen und Merkmale der Unteransprüche untereinander kombinierbar .
Ein erfindungsgemäßer Stromwandler für gekapselte Hochspannungsgeräte umfasst wenigstens eine Spule , welche um wenigstens einen stromdurchflossenen Leiter angeordnet ist , wobei der wenigstens eine stromdurchflossene Leiter in einem Kapselungsgehäuse angeordnet ist . Die wenigstens eine Spule ist in Form einer magnetkernlose Luftspule ausgebildet bzw . ist eine magnetkernlose Luftspule .
Eine Luftspule ohne magnetischen Kern, d . h . eine magnetkernlose Luftspule spart einen Ringkern ein, weist ein geringeres Gewicht auf verglichen mit einer Spule mit magnetischem Kern, ist einfach und kostengünstig, und weist keine frequenz- und amplitudenabhängigen Nicht-Linearitäten einer Spule mit Ringkern auf . Der erfindungsgemäße Stromwandler mit der magnetkernlosen Luftspule ist kleiner in der Bauform als mit Spulen mit magnetischem Kern, leichter, günstiger in der Anschaffung, die Messung besitzt im gesamten Messbereich eine hohe Linearität und es treten keine Sättigungsef fekte auf . Weiterhin treten auch bei hohen Strömen nur geringe elektrische Verluste auf und es wirken keine Kräfte auf das Messsystem, d . h . den Stromwandler, womit eine erheblich vereinfachte konstruktive Implementierung des Messsystems verbunden ist . Es können identische Spulen für den gesamten Strommessbereich von einigen Amper bis zu einigen hundert Kilo-Amper verwendet werden, was ebenfalls einen kostentechnischen Vorteil darstellt . Weitere Vorteile ergeben sich durch ein geringeres Gefahrenpotenzial für z . B . Wartungspersonal im Umgang mit dem Stromwandler und Hochspannungsgerät , insbesondere bei der Installation und Wartung . Dadurch ist ein sicherer, dauerhafter, zerstörungs freier Betrieb des Hochspannungsgerätes mit dem Stromwandler ermöglich .
Die magnetkernlose Luftspule kann nach Art einer Rogowski-
Spule ausgebildet sein . Rogowski-Spulen sind einfach und kos- tengünstig in hohen Stückzahlen zu fertigen und weisen die zuvor beschriebenen Vorteile auf .
Die wenigstens eine Spule kann außerhalb des Kapselungsgehäuses angeordnet sein . Dadurch ist eine einfache Wartung, ohne Öf fnung des Kapselungsgehäuses möglich und Bauraum im Kapselungsgehäuse wird eingespart , was insbesondere Kosten und Material spart .
Die wenigstens eine Spule kann in einer Halterung angeordnet sein, insbesondere in einer Nut , welche in der Halterung ausgebildet sein kann . Die Anordnung der wenigstens einen Spule in einer Halterung, insbesondere in einer Nut , ermöglicht eine genaue räumliche und dauerhafte Positionierung der wenigstens einen Spule . Dies ermöglicht eine genaue , fehlerfreie Messung des Stroms durch den stromdurchflossenen Leiter mit dem Stromwandler bzw . der wenigstens einen Spule .
Die Halterung kann eine Abdeckung umfassen, welche die wenigstens eine Spule insbesondere vollständig bedeckt . Dadurch ist ein dauerhafter Schutz der wenigstens einen Spule in der Halterung insbesondere gegenüber Umwelteinflüssen, z . B . Wettereinflüssen ermöglicht .
Die Halterung kann aus einem elektrisch nichtleitenden Material , insbesondere Kunststof f bestehen . Kunststof f ermöglicht eine Messung von Magnetfeldern um einen stromdurchflossenen Leiter mit einer Spule ohne Mess fehler bzw . Verfälschungen .
Die wenigstens eine Spule kann kreis förmig ausgebildet sein, und im Mittelpunkt der Kreis form kann der wenigstens eine stromdurchflossene Leiter angeordnet sein, insbesondere mit seiner Längsachse senkrecht zur Kreisebene . Eine genaue Positionierung der Spule um den stromdurchflossenen Leiter, insbesondere zeitlich konstant in einer Nut , mit dem stromdurchflossenen Leiter im Mittelpunkt der Kreis form der Spule , er- möglicht eine fehlerfreie Messung und Bestimmung des Stroms , welcher durch den stromdurchflossenen Leiter fließt .
Das Kapselungsgehäuse kann Aluminium umfassen und/oder aus Aluminium bestehen . Aluminium verfälscht magnetische Felder des stromdurchflossenen Leiters nicht bzw . nur geringfügig, womit eine fehlerfreie bzw . im Wesentlichen fehlerfreie Messung des Stroms durch den stromdurchflossenen Leiter ermöglicht wird, über das dadurch erzeugte magnetische Feld um den Leiter und durch den in der Spule induzierten Strom durch das Feld, mit einer Spule außerhalb des Kapselungsgehäuses .
Die wenigstens eine Spule kann aus einem ummantelten elektrischen Leiter bestehen, insbesondere einem Kupfer-Leiter, insbesondere mit einer Ummantelung aus elektrisch nichtleitendem Kunststof f . Derartige ummantelte Leiter, d . h . Leitungen bzw . Kabel , sind einfach und kostengünstig zu einer Spule zu formen bzw . zu wickeln . Kupferleiter-Spulen sind gut geeignet für elektrische Messungen, insbesondere induzierter Ströme .
Die wenigstens eine Spule kann auf einem Träger, insbesondere einem Träger aus elektrisch nichtleitendem Material , insbesondere Papier, Kunststof f und/oder Teflon, gewickelt sein . Die Wicklung auf einem Träger ist kostengünstig und einfach möglich, und der Träger gibt der Wicklung mechanisch dauerhaft halt . Träger aus Papier, Kunststof f und/oder Teflon verfälschen die Induktion und Messungen von Strömen, in Leitern induziert , nicht . Damit sind diese gut für die Verwendung in Stromwandlern mit magnetkernlosen Spulen geeignet .
Hil fseinheiten, insbesondere wenigstens eine Auswerteeinheit , ein Verstärker, und/oder eine Spannungsversorgung, können vom erfindungsgemäßen Stromwandler umfasst sein, insbesondere angeordnet in einem Gehäuse in Form einer Box und/oder eines Schrankes , insbesondere angeordnet am und/oder nahe dem Kapselungsgehäuse , insbesondere mit wenigstens einer Kabelverbindung der wenigstens einen Spule mit den Hil fseinheiten . Die Hil fseinheiten ermöglichen eine Messung mit Hil fe der Spule und eine Auswertung, Anzeige und/oder Übermittlung von Messergebnissen . Die Anordnung in einem Gehäuse außerhalb des Kapselungsgehäuses ermöglicht eine einfache , störungs freie Auswertung und Ablesung sowie Übermittlung von Messergebnissen, sowie eine einfache Wartung der Hil fseinheiten .
Ein erfindungsgemäßes gekapseltes Hochspannungsgerät umfasst wenigstens einen zuvor beschriebenen Stromwandler, insbesondere außerhalb eines Kapselungsgehäuses angeordnet , welches gasdicht ausgeführt ist und/oder mit einem Schaltgas , insbesondere SF6 und/oder Clean Air, befüllt ist .
Ein Hochspannungsleistungsschalter kann vom gekapselten Hochspannungsgerät umfasst sein, welcher durch den wenigstens einen stromdurchflossenen Leiter insbesondere an Stromerzeuger, Stromverbraucher und/oder Stromleitungen eines Stromnetzes angeschlossen sein kann .
Das gekapselte Hochspannungsgerät kann nach Art eines Gas- Insulated-Switchgears sein, insbesondere einem Dead-Tank Gas- Insul at ed- Switchgear .
Die Vorteile des gekapseltes Hochspannungsgeräts gemäß Anspruch 12 sind analog den zuvor beschriebenen Vorteilen des erfindungsgemäßen Stromwandlers für gekapselte Hochspannungsgeräte gemäß Anspruch 1 und umgekehrt .
Im Folgenden wird ein Aus führungsbeispiel der Erfindung schematisch in den Figuren dargestellt und nachfolgend näher beschrieben .
Dabei zeigen die
Figur 1 schematisch ein gekapseltes Hochspannungsgerät 1 mit einem stromdurchflossenen Leiter in einem Kapselungsgehäuse 5 , an welchem ein Stromwandler 9 nach dem Stand der Technik mit einem Ringkern mit Sekundärwicklung und ein erfindungsgemäßer Stromwandler 2 mit einer magnetkernlosen Luftspule angeordnet sind, und
Figur 2 den Stromwandler 2 der Figur 1 vergrößert dargestellt , mit einer Halterung 6 der magnetkernlosen Luftspule mit Abdeckung 8 am Kapselungsgehäuse 5 angeordnet , und
Figur 3 den Stromwandler 2 der Figur 2 , mit der Halterung 6 ohne Abdeckung 8 und der Spule 3 in einer Nut 7 angeordnet .
In Figur 1 ist schematisch ein gekapseltes Hochspannungsgerät 1 mit einem Kapselungsgehäuse 5 dargestellt . Das Hochspannungsgerät 1 ist z . B . als eine Schaltanlage ausgebildet , mit einem Hochspannungsleistungsschalter im Inneren des Kapselungsgehäuses 5 . Die Schaltanlage ist insbesondere als Dead- Tank Gas- I solierte-Schaltanlage ausgebildet , d . h . Gas- Insulated-Switchgear , mit dem Hochspannungsleistungsschalter bzw . der Schalteinheit in einem geerdeten Gehäuse angeordnet . Das Hochspannungsgerät 1 ist z . B . ausgebildet für Spannungen in einem zweistelligen Kilovolt-Bereich bis zu einem Spannungs-Bereich von einigen hundert Kilovolt , insbesondere 1200 kV, und für Ströme im Bereich von bis zu einigen hundert Kilo-Ampere .
Das Kapselungsgehäuse 5 ist z . B . in Kessel form ausgebildet und ist z . B . aus Aluminium . Zwei Durchführungen für stromdurchflossene Leiter bzw . Anschlüsse mit Anschluss fahnen für elektrische Strom-Erzeuger, Verbraucher und/oder Netzleitungen sind an dem Kapselungsgehäuse 5 angeordnet , insbesondere in schrägem Winkel nach oben vom Kapselungsgehäuse 5 weggeführt . Die stromdurchflossenen Leiter sind im Inneren der Durchführungen angeordnet , und in der Außenansicht der Figur 1 nicht dargestellt . Die Durchführungen sind z . B . aus Kera- mik, Silikon und/oder einem Kompositwerkstof f . Die stromdurchflossenen Leiter verbinden z . B . den Hochspannungsleistungsschalter im Inneren des Kapselungsgehäuses 5 elektrisch mit den Anschluss fahnen für die elektrischen Strom-Erzeuger, Verbraucher und/oder Netzleitungen .
Das Kapselungsgehäuse 5 ist z . B . auf zwei mechanisch stabilen Trägern angeordnet , insbesondere zwei leiterf örmigen Metallgestellen, welche auf einem Fundament , z . B . aus Beton, angeordnet sind . Ein Stromwandler 9 nach dem Stand der Technik, mit einem Ringkern mit Sekundärwicklung, ist am Umfang einer Durchführung bzw . um eine Durchführung herum angeordnet , in Figur 1 auf der rechten Seite des Kapselungsgehäuses 5 dargestellt . Der Stromwandler 9 mit Ringkern und Sekundärwicklung ist z . B . als induktiver Durchsteckstromwandler ausgebildet . Der Ringkern wird aus hochwertigen Blechen hoher Permeabilität gefertigt und mit einer entsprechenden Sekun- där-Wicklung versehen . Der Ringkern aus Blechen führt zu einer räumlich voluminösen Bauform des Stromwandlers 9 , mit hohem Gewicht , und erfordert eine massive Aus führung mit hoher mechanischer Stabilität , um Belastungen zu widerstehen, welche durch hohe Ströme bzw . Magnetfelder verursacht werden .
Ein erfindungsgemäßer Stromwandler 2 mit einer magnetkernlosen Luftspule ist in Figur 1 auf der linken Seite des Kapselungsgehäuses 5 dargestellt , benachbart zur Durchführung auf der linken Seite . In den Figuren 2 und 3 ist die Anordnung des erfindungsgemäßen Stromwandlers 2 am Kapselungsgehäuse 5 vergrößert , im Detail dargestellt . Der stromdurchflossene Leiter 4 im Inneren der Durchführungen, welcher in das Kapselungsgehäuse 5 ragt bzw . im Kapselungsgehäuse 5 verläuft , ist in den Figuren 2 und 3 gestrichelt dargestellt . Der Leiter 4 ist z . B . stangenförmig und/oder schienenförmig ausgebildet , insbesondere massiv aus Kupfer, Aluminium und/oder Stahl . Die Leiter 4 , welche von den Anschluss fahnen für elektrische Strom-Erzeuger, Verbraucher und/oder Netzleitungen zum Hochspannungsschaltgerät bzw . der Schalteinheit im Inneren des Kapselungsgehäuses 5 führen, und die Schalteinheit mit dem Stromnetz und/oder Geräten im Netz verbinden, sind z . B . im eingeschalteten Zustand der Schalteinheit stromdurchflossen, mit Strömen im Bereich von bis zu einigen hundert Ampere .
Die Ströme erzeugen ein Magnetfeld, welches das Kapselungsgehäuse 5 , insbesondere aus Aluminium, durchdringt und vom erfindungsgemäßen Stromwandler 2 gemessen wird, durch Induktion von Strom in einer magnetkernlosen Spule 3 des Stromwandlers 2 . Der Stromwandler 2 misst somit den Strom über einen Leiter 4 im Kapselungsgehäuse 5 bzw . über die Schalteinheit . Dies ist für einen sicheren, störungs freien Betrieb z . B . der Schalteinheit und/oder verbundener Geräte sowie des Netzes notwendig . Der Zustand der Schalteinheit und dessen störungsfreie Funktion können derart festgestellt werden und insbesondere bei kritischen Strömen kann z . B . eine Abschaltung erfolgen .
Das Kapselungsgehäuse 5 des Hochspannungsgerätes 1 weist an der Anschlussstelle zur Durchführung des Leiters 4 einen Flansch auf , insbesondere einen hohl zylinderförmigen Flansch als Öf fnung des kessel förmigen Kapselungsgehäuses 5 . Der erfindungsgemäße Stromwandler 2 mit magnetkernloser Luftspule ist außen, kreis förmig um den Flansch herum angeordnet . Der Stromwandler 2 weist eine Halterung 6 auf , in der die Spule 3 angeordnet ist . In Figur 2 ist die Halterung 6 mit einer Abdeckung 8 dargestellt , welche die Spule 6 bedeckt und gegen Umwelteinflüsse wie z . B . Feuchtigkeit , UV-Strahlung und/oder andere Wettereinflüsse schützt . Die Halterung 6 mit Abdeckung 8 kapselt die Spule 3 insbesondere vollständig ein, z . B . wasserdicht .
In Figur 3 ist die Halterung 6 ohne Abdeckung 8 dargestellt . Die Halterung 6 ist ringförmig mit insbesondere kreisrunder Form ausgebildet , und weist eine Nut 7 auf , d . h . eine insbesondere kreisringförmige Ausnehmung in der Halterung 6 . In der Nut 7 ist die magnetkernlose Spule 6 angeordnet , insbe- sondere räumlich fixiert gelagert . Die räumliche Fixierung der Spule 3 in der Halterung 6 mit Nut 7 ermöglicht eine fehlerfreie Messung von Strömen im stromdurchflossenen Leiter 4 mit Hil fe der Spule 4 . Durch die Fixierung der Spule 3 in der Nut 7 der Halterung 6 ist die Spule räumlich und zeitlich unverändert gelagert , auch bei großen Kräften auf die Spule 3 insbesondere durch Magnetfelder und in der Spule 3 induzierten Strömen .
Die Halterung 6 und damit die Spule 3 in der Nut 7 der Halterung 6 , sind derart um den stromdurchflossenen Leiter angeordnet , dass bei kreisrunder Spule 3 der stromdurchflossene Leiter 4 mit seiner Längsachse senkrecht die Ebene der Spule 3 durchstößt , insbesondere im Mittelpunkt der Kreis form der Spule 3 . Dadurch ist eine dauerhaft fehlerfreie , genaue Messung der Ströme ermöglicht . Die Halterung 6 und/oder die Abdeckung 8 sind z . B . aus Kunststof f ausgebildet , und über Befestigungsmittel wie z . B . Schrauben und/oder Klemmen am Kapselungsgehäuse 5 zeitlich unveränderlich und räumlich stabil befestigt . Die magnetkernlose Spule 3 ist insbesondere nach Art einer Rogowski-Spule ausgebildet . Die Spule 3 ist über elektrische Leitungen insbesondere mit Hil fseinheiten, z . B . einer Auswerteeinheit , einem Verstärker, und/oder einer Spannungsversorgung verbunden, welche der Einfachheit halber in den Figuren nicht dargestellt sind . Mit Hil fe der Hil fseinheiten sind die in der Spule 3 induzierten Ströme insbesondere messbar, auswertbar, anzeigbar und/oder an andere Einrichtungen sendbar, wie z . B . an eine zentrale Leitwarte , Sense- Boxen, und/oder dezentrale Handheldgeräte wie z . B . Laptops , Tablets , und/oder Handys .
Wie in der Figur 1 veranschaulicht ist , ist ein erfindungsgemäßer Stromwandler 2 mit einer magnetkernlosen Spule 3 , insbesondere mit Halterung 6 und Abdeckung 8 , räumlich wesentlich kleiner als ein Stromwandler 9 nach dem Stand der Technik mit einem Ringkern mit Sekundärwicklung, insbesondere in einem dazugehörigen Gehäuse , gewichtsmäßig leichter, und er- möglicht eine dauerhafte, zuverlässige fehlerfreie Messung der Ströme durch einen im Kapselungsgehäuse 5 angeordneten stromdurchflossenen Leiter 4 des erfindungsgemäßen gekapselten Hochspannungsgerätes 1.
Die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele können untereinander kombiniert werden und/oder können mit dem Stand der Technik kombiniert werden. So können z. B. wie in Figur 1 dargestellt ist, klassische Stromwandler 9 nach dem Stand der Technik mit einem Ringkern mit Sekundärwicklung sowie erfindungsgemäße Stromwandler 2 mit einer magnetkernlosen Spule 3, insbesondere einer Rogowski-Spule, an einem gekapselten Hochspannungsgerät 1 verwendet werden, insbesondere gleichzeitig verwendet werden. Das Hochspannungsgerät 1 ist oder umfasst z. B. einen Hochspannungsleistungsschalter, einen Trenner, einen Ableiter und/oder eine Durchführung für Hochspannungen, und/oder kann in Mittelspannungsanwendungen eingesetzt werden. Das Hochspannungsgerät 1 ist z. B. als Freiluftschaltanlage und/oder als Gas-Isolierte-Schaltanlage ausgeführt. Die Ausführung erfolgt z. B. als Live-Tank, mit einer Schalteinheit in einem Isolator angeordnet, wie z. B. in einem gerippten Keramik-, Silikon- und/oder Kompositwerkstof f- Isolatorgehäuse, oder als Dead-Tank, d. h. mit einer Schalteinheit in einem geerdeten Gehäuse angeordnet, insbesondere einem Gehäuse in Kesselform. Die Spule 3 umfasst z. B. ein insbesondere ummanteltes Kupferkabel, und/oder Kabel aus elektrisch leitenden Materialien wie z. B. Aluminium und/oder Stahl, oder Supraleiter. Die Halterung 6 und/oder die Abdeckung 8 sind z. B. aus Kunststoff, und/oder umfassen Keramik-, Silikon- und/oder Kompositwerkstof fe .
Be zugs Zeichen :
1 gekapseltes Hochspannungsgerät
2 Stromwandler mit magnetkernloser Luftspule
3 magnetkernlose Spule
4 stromdurchflossener Leiter 5 Kapselungsgehäuse
6 Halterung
7 Nut
8 Abdeckung 9 Stromwandler mit Ringkern

Claims

Patentansprüche
1. Stromwandler (2) für gekapselte Hochspannungsgeräte (1) , mit wenigstens einer Spule (3) , welche um wenigstens einen stromdurchflossenen Leiter (4) angeordnet ist, wobei der wenigstens eine stromdurchflossene Leiter (4) in einem Kapselungsgehäuse (5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Spule (3) eine magnetkernlose Luftspule ist.
2. Stromwandler (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetkernlose Luftspule nach Art einer Rogowski- Spule ausgebildet ist.
3. Stromwandler (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Spule (3) außerhalb des Kapselungsgehäuses (5) angeordnet ist.
4. Stromwandler (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Spule (3) in einer Halterung (6) angeordnet ist, insbesondere in einer Nut (7) , welche in der Halterung (6) ausgebildet ist.
5. Stromwandler (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (6) eine Abdeckung (8) umfasst, welche die wenigstens eine Spule (3) insbesondere vollständig bedeckt.
6. Stromwandler (2) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (6) aus einem elektrisch nichtleitenden Material, insbesondere Kunststoff besteht .
7. Stromwandler (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Spule (3) kreisförmig ausgebildet ist, und im Mittelpunkt der Kreisform der wenigstens eine stromdurchflossene Leiter (4) angeordnet ist .
8. Stromwandler (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapselungsgehäuse (5) Aluminium umfasst und/oder aus Aluminium besteht.
9. Stromwandler (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Spule (3) aus einem ummantelten elektrischen Leiter besteht, insbesondere einem Kupfer-Leiter, insbesondere mit einer Ummantelung aus elektrisch nichtleitendem Kunststoff.
10. Stromwandler (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Spule (3) auf einem Träger, insbesondere einem Träger aus elektrisch nichtleitendem Material, insbesondere Papier, Kunststoff und/oder Teflon, gewickelt ist.
11. Stromwandler (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Hilfseinheiten, insbesondere wenigstens eine Auswerteeinheit, ein Verstärker, und/oder eine Spannungsversorgung, umfasst sind, insbesondere angeordnet in einem Gehäuse in Form einer Box und/oder eines Schrankes, insbesondere angeordnet am und/oder nahe dem Kapselungsgehäuse (5) , insbesondere mit wenigstens einer Kabelverbindung der wenigstens einen Spule (3) mit den Hilfseinheiten.
12. Gekapseltes Hochspannungsgerät (1) , dadurch gekennzeichnet, dass das gekapselte Hochspannungsgerät (1) wenigstens einen Stromwandler (2) nach einem der vorergehenden Ansprüche aufweist, insbesondere außerhalb eines Kapselungsgehäuses (5) angeordnet, welches gasdicht ausgeführt ist und/oder mit einem Schaltgas, insbesondere SF6 und/oder Clean Air, befüllt ist .
13. Gekapseltes Hochspannungsgerät (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hochspannungsleistungsschalter umfasst ist, welcher durch den wenigstens einen ström- 15 durchflossenen Leiter (4) insbesondere an Stromerzeuger, Stromverbraucher und/oder Stromleitungen eines Stromnetzes angeschlossen ist.
14. Gekapseltes Hochspannungsgerät (1) nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das gekapselte Hochspannungsgerät (1) nach Art eines Gas-Insulated- Switchgears ist, insbesondere einem Dead-Tank Gas-Insulated- Switchgear .
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