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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Spannungsmessgerät für elektrische
Anwendungen.
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Das
in Frage stehende Messgerät
kann vorteilhafterweise verwendet werden, um Spannungswerte von
Stromkabeln zu liefern, insbesondere in der Nähe von Isolatoren für Trennschalter,
für Transformatoren
oder für
andere Netzgeräte
oder nur für die
Kabelhalter an den Hochspannungsmasten.
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Insbesondere
kann das erfindungsgemäße Gerät die Spannungssignale,
die für
seinen Betrieb und für
die Einstellung der Systeme auf eine Fernsteuerung der Stromleitungen
erforderlich sind, auf Fehlersignaleinrichtungen übertragen.
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Wie
bekannt ist, besteht auf dem Gebiet der Verteilung von Strom mittels
Hochspannungs- und Niederspannungsleitungen ein zunehmender, weit verbreiteter
Bedarf, bestimmte Spannungsdaten zu erfassen, um eine optimale Führung der
Leitungen zu gewährleisten,
und insbesondere eine zunehmend verlässlichere Erkennung fehlerhafter
Abschnitte mittels ferngesteuerter Systeme zu ermöglichen.
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Genauer
gesagt, werden heutzutage Fehlerdetektoren immer mehr eingesetzt,
die mit einer zentralen Betriebsstation kommunizieren können, um das
Vorhandensein von Fehlern der verschiedensten Art (Ableitungen in
die Erde, Kurzschluss zwischen Phasen etc.) anzuzeigen. Diese Detektoren
können sich
in der Nähe
von Trennschaltern befinden, die entlang den Hauptabschnitten der
Leitungen angeordnet sind, sowie Trennschaltern, die entlang sekundärer, querverlaufender
Leitungen angeordnet sind, oder in dem Bereich, in dem sich die
sogenannten "Poltrennschalter" befinden.
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Wie
bekannt, können
die Spannungssignale derzeit bereits durch die Trennschalter über besondere
kapazitive Teiler geliefert werden.
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Bei
Poltrennschaltern, in denen letzteres nicht geplant ist, müssen diese
Signale durch die Installation von Spannungswandlern VT von der
Leitung kommen, was mit hohen Kosten und erheblichem Wartungsaufwand
verbunden ist.
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Um
die Spannung in den Leitungen auf einfachere und wirtschaftlichere
Art und Weise festzustellen, wurden in der letzten Zeit auf dem
Markt zahlreiche Konstruktionen von Trennschaltern für Trenntransformatoren
oder dergleichen vorgestellt, die intern mindestens eine Kapazität besitzen,
mit der man ein Spannungssignal in Bezug auf die Erdspannung mittels
einer elektrischen Verbindung erhalten kann, die mit der Basis des
Isolators verbunden und derart angeordnet ist, dass sie in den Metallschrank
führt, der
das Netzgerät
enthält.
Einige dieser Konstruktionen sind beispielsweise in den Patenten
DE 196 44 482 ,
DE 100 00 243 und
EP 134 541 beschrieben.
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Patent
EP 688 075 beschreibt einen
modularen Isolator, der mit mehreren Ringen versehen ist, die axial übereinander
angeordnet werden können, um
die gewünschte
Isolierung zu liefern, und die intern mit in Reihe angeordneten
Kapazitäten
versehen sind, sobald die Ringe übereinander
angeordnet wurden.
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Das
Spannungssignal, das erfasst wird, ist proportional zu dem Signal,
das gemessen werden soll, und man erhält es mittels eines kapazitiven
Teilers gemäß der bekannten
Gleichung V = VoC1/(C1 + C2), wobei C1 die Kapazität in dem
Isolator, C2 die Kapazität
des Messgerätes
und Vo die zu messende Phasenspannung ist.
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Bei
der zuletzt genannten Lösung
wird nicht berücksichtigt,
dass die Netzgeräte
in den meisten Fällen
bereits installiert sind, und dass es deshalb unter Umständen sehr
schwierig sein kann, sie durch andere, neue zu ersetzen, die Isolatoren
besitzen, in die eine Kapazität
integriert ist.
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Außerdem muss
berücksichtigt
werden, dass die Schwefelhexafluorid-(SF6)-Separatoren, die derzeit
bevorzugt werden, da sie ein kompakteres Aggregat und eine leichtere
Handhabung in Bezug auf die Fernbedienung ermöglichen, in einem versiegelten,
kastenförmigen
Metallgehäuse
enthalten sind, aus dem es sehr schwer ist, Drähte zur Spannungsmessung herauszuführen.
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Das
Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, die Nachteile
zu überwinden,
die sich aus den oben erwähnten,
bekannten Lösungen
ergeben, indem ein Spannungsmessgerät für elektrische Anwendungen geliefert
wird, das auf einfache und kostengünstige Art und Weise an Leitungen,
insbesondere an Isolatoren elektrischer Geräte, installiert werden kann.
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Es
ist eine weitere Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, ein Messgerät zu schaffen,
bei dem das Kabel nicht von der Leitung oder von dem elektrischen
Gerät abgetrennt
werden muss, um es zu installieren.
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Eine
weitere Zielsetzung der vorliegenden Erfindung ist es, ein Messgerät zum Feststellen
der Spannung von Leitungskabeln zu schaffen, das einfach in der
Konstruktion, kostengünstig
in der Herstellung und absolut zuverlässig im Betrieb ist.
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Eine
weitere Zielsetzung der vorliegenden Erfindung ist, ein Messgerät zum Feststellen
der Spannung und des Stroms in Leitungskabeln zu schaffen, das einfach
in der Konstruktion, kostengünstig
in der Herstellung und absolut zuverlässig im Betrieb ist.
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Die
technischen Merkmale der Erfindung in Übereinstimmung mit den oben
genannten Zielsetzungen ergeben sich aus dem Inhalt der angehängten Patentansprüche und
die Vorteile werden anhand der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung
noch deutlicher, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
erfolgt, welche Ausführungsbeispiele
zeigen, die nicht einschränkend
zu verstehen sind, wobei:
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1 in
schematischer Form eine Gesamtansicht eines Bandes zeigt, das Teil
eines ersten Beispiels eines Messgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung
ist;
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2A das
Band gemäß 1 zeigt,
das an einem Isolator in der Funktion eines Durchführungskondensators
installiert ist;
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2b das
Band gemäß 1 zeigt,
das an einem Kabel installiert ist;
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3 das
Schaltbild des Spannungsmessgerätes
in vereinfachter Form zeigt;
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4 eine
andere Ausführungsart
der vorliegenden Erfindung zeigt, die eine Vorrichtung veranschaulicht,
die aus dem Spannungsmessgerät
und einem Strommessgerät
besteht;
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5 das
Schaltbild des in 4 gezeigten Strommessgerätes in vereinfachter
Form zeigt.
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Gemäß den Figuren
der beigefügten
Zeichnungen wird mit 1 ein erstes Beispiel eines Messgerätes für elektrische
Anwendungen gemäß der vorliegenden
Erfindung in seiner Gesamtheit bezeichnet.
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Gemäß dem in
den 1, 2 und 3 gezeigten
Ausführungsbeispiel
kann das Gerät 1 zum Messen
eines Signals, das die Phasenspannung der Leitung angibt, mit einem
Kabel 2 einer Stromleitung, beispielsweise einem Dreiphasen-Mittelspannungskabel,
verbunden werden.
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Das
Gerät soll
vorzugsweise in einem Isolator 3, insbesondere eines Netzgerätes wie
einem Trennschalter oder einem Transformator jeden beliebigen Typs
auf dem Markt, installiert werden.
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Das
obige Gerät 1 besitzt
einen Durchführungskondensator 4,
der koaxial mit dem Leitungskabel, dessen Spannung gemessen werden
soll, angeordnet werden kann.
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Vom
Betriebsgesichtspunkt her kann es beispielsweise zur Erfassung des
Spannungssignals an einen kapazitiven Teiler angeschlossen werden,
der in seiner Art bekannt ist, und deshalb hier nicht weiter im
Einzelnen beschrieben wird, sondern mit 40 in 4 der
Begleitzeichnung lediglich schematisch darstellt wird.
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Gemäß der Vorstellung,
die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, hat der Durchführungskondensator 4 die
Form eines Metallbandes 5, das nach Art eines Bundes über seine
Enden 7, 7',
die mittels eines Verschlusselementes 80 zusammengefügt werden,
um den Isolator 3 herum befestigt wird.
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Wie
weiter unten erläutert
wird, kann der Isolator aus einem Isolator für Freileitungen (siehe das Beispiel
in 2A) oder aus einem Isolator für Kabel der Art bestehen, mit
denen Strom in Erdleitungsabschnitten (siehe das Beispiel in 2B)
transportiert werden soll.
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Das
oben erwähnte
Metallband 5 kann blank sein, d.h. ohne Belag, oder es
kann in eine Schicht Isoliermaterial 6 eingebettet sein
(nachstehend wird das Band in beiden Fällen insgesamt als "Band 4" bezeichnet).
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Das
oben genannte Verschlusselement 80 kann verschiedenartig
ausfallen, d.h. es kann sowohl fest und abnehmbar sein, ohne dass
man sich dadurch aus dem Geltungsbereich der Erfindung entfernt,
und es besteht vorzugsweise aus einem aufreissbaren Mittel, insbesondere
nach Art eines Velcro-Klettverschlusses (eingetragene Marke), bei
dem zwei Flächen,
wovon eine mit Haken und die andere mit Ösen oder Ringen bedeckt ist,
zusammengefügt werden.
Die Merkmale eines Klettverschlusses von Velcro (eingetragene Marke)
bestehen darin, dass sich das Band 4 zwar leicht öffnen lässt, dass
es aber andererseits bei Bedarf auch fest verschlossen bleiben kann.
Natürlich
können
auch weitere oder andere Systeme zur Befestigung des Bandes 4 in
der entsprechenden Aufnahme des Isolators 3 ins Auge gefasst
werden, wobei diese Systeme lediglich beispielhaft aus einem Isolierband
bestehen können,
das um das Band 4 herumgewickelt wird.
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Die
Höhe H
und die Länge
L des Bandes 4 und daher der Radius des Bundes des Metallteils 5 sowie
die Art des Metalles können
je nach den Anforderungen ausgewählt
werden, die erforderlich sind, um eine Kapazität C des gewünschten Wertes zu erhalten und
gleichzeitig auch eine optimale Adhäsion des Bandes 4 an
der Aufnahme des Isolators 3 zu erzielen.
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Genauer
gesagt, besteht die Aufnahme des Isolators aus einer ringförmigen Aufnahme 8,
die zwischen zwei aneinander angrenzenden, vorstehenden Ringen 9 des
Isolators 3 gebildet wird, und vorzugsweise aus einer der
drei letzten ringförmigen
Aufnahmen – von
dem zugespitzten Ende 50 des Isolators 3, in den
das Kabel 2 eintritt, aus gesehen – ausgewählt wird, wobei für eine Isolierung
zwischen Kabel und Band zu sorgen ist.
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Dieses
Messgerät
kann darüberhinaus
aber auch um ein Kabel – beispielsweise
ein Mittelspannungskabel – herum
installiert werden, das insbesondere dem Transport von Strom in
Erdleitungsabschnitten dient.
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In
dem in 2B gezeigten Beispiel besteht das
Kabel aus einer Kabelader 100 mit einem Metallleiter, der
das blanke Kabel bildet, und mit einem internen Isolator 3 ausgekleidet
ist, der wiederum außen
mit einer halbleitenden Schicht 101 bedeckt ist, die im
Falle von Leckagen das Fließen
von Strom auf der Oberfläche
begünstigt,
ohne dass der Isolator beschädigt
wird, sowie durch ein Metallgitter 102 zum Erdanschluss.
Schließlich
wird ein zweiter Isolator 103 extern vorgesehen.
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Das
Band 4 muss in einem Abstand S von dem blanken Kabel zweckmäßig angeordnet
werden. Dieser Abstand ist größer, wenn
das Kabel nicht seine eigene Isolierverkleidung besitzt.
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Gemäß einer
konstruktiven Variante der vorliegenden Erfindung kann das Band
direkt auf dem blanken Kabel angeordnet werden und in diesem Fall wird
die Isolierschicht dazwischen angeordnet.
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Wie
bekannt, wird das Leitungskabel 2 bei einigen elektrischen
Anwendungen mittels einer Schraubenmutter am vorderen Ende 50 jedes
Isolators 3 des Netzgerätes
befestigt, so dass eine rasche Verbindung oder Abtrennung von dem
Netzgerät möglich ist.
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Bei
anderen Anwendungen kann die Abtrennung des Leitungskabels 2 von
dem Netzgerät
hinsichtlich Zeit und Installationskosten dagegen sehr problematisch
und unwirtschaftlich sein.
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Insbesondere
im Fall dieser letzteren Anwendungen ist die erfindungsgemäße Lösung, mittels
derer das Spannungsmessgerät 1 installiert
werden kann, ohne die Leitungskabel 2 abzutrennen, sehr
vorteilhaft, und erlaubt erhebliche Einsparungen hinsichtlich Zeit
und Installationskosten im Vergleich zu Spannungswandlern VT der
bekannten und herkömmlichen
Art.
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Ein
Gerät zum
Messen des Stroms 1' in
einer Stromleitung kann für
seinen Betrieb auch mit diesem Messgerät 1 verbunden werden.
Dieses Gerät
besitzt im wesentlichen gemäß dem Diagramm
von 5 eine Rogowskispule 10 an einer gedruckten
Schaltung 11, die mit einer Öffnung in der Mitte 12 versehen
ist, und radiale Abscheidungen auf beiden Seiten der gedruckten
Schaltung 11, sowie elektrische Anschlüsse zwischen den radialen Abscheidungen
beider Seiten besitzt.
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Wie
oben erläutert,
sollte es leicht möglich sein,
die Abtrennung des Leitungskabels 2 von dem Netzgerät durchzuführen, und
durch einfaches Lösen einer
Schraubenmutter kann die Rogowskispule 10 beispielsweise
einfach eingeschoben werden, sobald das Kabel 2 gelöst worden
ist.
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Gemäß dem in 4 gezeigten
Ausführungsbeispiel
können
die beiden Messgeräte 1 und 1' in diesem Fall
nicht nur für
den Betrieb, sondern auch mechanisch miteinander verbunden werden.
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Genauer
gesagt, zeigt 4 eine Messvorrichtung 100,
die für
ihren Einsatz mit einem Kabel 2 einer Stromleitung verbunden
werden kann, und das oben beschriebene Gerät 1 zur Erfassung
eines Spannungssignals aufweist, wobei das Band 4 starr befestigt
ist, so dass es einen geschlossenen Bund bildet, der in einer Schicht
Isoliermaterial eingebettet ist, sowie das oben beschriebene Gerät 1' zur Erfassung
eines Stromsignals aufweist, wobei die Rogowskispule in eine Isoliermaterialschicht
eingebettet ist, die mit der Isolierschicht des Bandes 4 eine
Substanz bildet, so dass die beiden Geräte 1 und 1' fest miteinander
verbunden werden.
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Die
beiden Geräte 1, 1' sind koaxial
aufeinander befestigt, so dass der Bund konzentrisch mit der Öffnung 12 der
Rogowskispule 10 verläuft.
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Die
konstruktive Einfachheit dieser Vorrichtung 100 hat einen
positiven Einfluss auf die Einbaukosten.
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Die
so entwickelte Erfindung erreicht daher ihre eingangs definierten
Zielsetzungen.
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Selbstverständlich kann
sie in ihrer praktischen Ausführung
auch andere Formen und Konfigurationen als oben veranschaulicht
annehmen, ohne dass man sich dadurch aus dem Schutzbereich dieser
Erfindung entfernt. Sämtliche
Einzelheiten können
darüberhinaus
auch durch technisch äquivalente Elemente
ersetzt werden und je nach den gestellten Anforderungen können Formen,
Abmessungen und Materialien beliebiger Art Verwendung finden.