DE2139225A1

DE2139225A1 - Gekapselte Hochspannungsanlage mit Druckgas und einem kapazitiven Spannungs teiler

Info

Publication number: DE2139225A1
Application number: DE19712139225
Authority: DE
Inventors: Jean Grenoble Amalnc (Frankreich)
Original assignee: Merlin Gerin SA
Current assignee: Merlin Gerin SA
Priority date: 1970-08-06
Filing date: 1971-08-05
Publication date: 1972-02-24
Also published as: FR2102531A5; US3701944A

Description

Dr. E. Wetzel

Patentanwälte „ . . _{Λ ηη}.

Nürnberg, den 3.August 1971

MERLIN GERIN, Grenoble (Frankreich)

Gekapselte Kochspannungsanlage mit Druckgas und einem kapazitiven Spannungsteiler»

Die Erfindung bezieht sich auf eine gekapselte Hochspannungsanlage, die einen elektrischen Leiter, der im Zentrum eines dichten, rohrförmigen, mit Druckgas gefüllten Behälters angeordnet ist, und eine zwischen dem Leiter und dem Behälter angeordnete, eine Armatur eines kapazitiven Spannungsteilers zur Messung der Spannung des Leiters bildende Elektrode aufweist.

Anlagen zur Verteilung oder zur Umwandlung von Hochspannung, in welchen die elektrischen Geräte (Trennschalter, Leistungsschalter usw.) in metallischen, geerdeten und mit einem Druckgas hoher dielektrischer Festigkeit, erforderlichenfalls mit einem Gas hoher Lichtbogenlöschleitflhigkeit, z.B. Schwefelhexafluorid, gefüllten Behältern angeordnet sind, sind bekannt und werden immer mehr wegen ihres geringen Raumbedarfes und ihrer Sicherheit, insbesondere in Stadtzentren, verwendete

Um die Spannung des gekapselten Netzes mit der Genauigkeit zu messen und die Schutzrelais zu beherrsch©»,

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wurden bisher die üblichen Meßtransformatoren und die kapazitiven Spannungsteiler in diese Anlagen eingebaut. In diesem Falle wurde eine Anzahl Kondensatoren relativ hoher Kapazität verwendet, die in Reihe zwischen dem Hochspannungsleiter und der Umhüllung eingeschaltet waren, um eine reduzierte Spannung an einem Teil der Kondensatoren abzunehmen. Diese magnetischen Transformatoren und die üblichen kapazitiven Spannungsteiler sind sehr sperrig und derart teuer, daß die Konstrukteure bestrebt waren, sie durch eine Vorrichtung zu ersetzen, die für gekapselte Anlagen viel geeigneter ist. Hierbei war man sich darüber klar, daß die übliche übernommene konzentrische Anordnung für die verschiedenen Organe der Anlage ebenfalls bei einem kapazitiven Spannungsteiler möglich ist: Es genügt, eine zylindrische Elektrode zwischen dem axialen Leiter und der inneren Wand der Umhüllung anzuordnen und mit Hilfe einer isolierenden Querstrebe einen Leiter aus der Umhüllung herauszuführen, der einerseits mit dieser Elektrode und andererseits mit einem Anschluß eines äußeren Kondensators ψ verbunden ist, dessen anderer Anschluß"mit der Umhüllung verbunden ist, um ein genaues Abbild der Hochspannung des axialen Leiters zu schaffen.

Tatsächlich, wenn die Elektrode, die eine Armatur des kapazitiven Spannuasteilers bildet, ordnungsgemäß zwischen dem axialen Leiter und der Umhüllung angeordnet ist, ergibt sich die Niederspannung an den Anschlüssen des äußeren Kondensators, und zwar genau proportional zu der zu messenden Hochspannung.

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Die Vergrößerung des Raumbedarfes der gekapselten Anlage wegen der Anwesenheit eines solchen kapazitiven Spannungsteilers ist gering oder null, und der Herstellungspreis für diesen Spannungsteiler ist niedrig gegenüber den üblichen Lösungen. Leider ist die Kapazität der inneren Elektroden in bezug auf die axialen Leiter sehr gering, und zwar in der Größenordnung einiger pF, so daß das schwache Leistungsniveau im Ergebnis, insbesondere in Anbetracht der Abnutzung der Schutzrelais den Benutzer dazu zwingt, elektronische Verstärker mit hoher Stromverstärkung zu verwenden, die eine Ausgangsspannung abgeben, die proportional oder gleich der Eingangsspannung ist, die am äußeren Kondensator abgenommen wird, aber mit niedrigem Scheinwiderstand«

Eine hohe Meßgenauigkeit kann mit dieser Anordnung leicht erreicht werden unter der Bedingung, daß das Verhältnis des kapazitiven Spannungsteilers zum angeschlossenen Verstärker geeicht wird, was durch Anlegen einer bekannten Wechselspannung an den axialen, vorher vom Netz isolierten Leiter und durch die folgende Messung der Eingangs- und Ausgangsdpannung des Verstärkers erfolgen kann. Jedoch, wenn für eine gegebene Anordnung diese Eichung evtl. vor der Füllung der Umhüllung mit Druckgas durchgeführt werden kann, wird ihr Viert bei hoher Meßgenauigkeit nach der endgültigen Montage und nach der Füllung mit Druckgas zweifelhaft, weil diese leicht zu

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geringen Veränderungen oder Deformierungen der Bauelemente des kapazitiven Spannungsteilers führen können, die eine Änderung der Kapazitäten bewirken. Das gleiche gilt für die äußeren Bestandteile und insbesondere für den Verstärker, dessen Alterung und ein evtl. Austausch die ursprüngliche Eichung gänzlich unsicher machen.

Die Aufnahme des erwähnten Spannungsteilers ist deshalb bedingt durch die Möglichkeit der Eichung im Betriebe der Anlage, oder die unzugänglichkeit der Organe unter Spannung der gekapselten Anlage der oben bezeichneten Art erlaubt es bis jetzt nicht, an ihnen Eichungen im Betrieb durchzuführen, und aus diesem Grunde fand dieses Meßsystem mit kapazitivem Spannungsteiler und einer konzentrischen Elektrode trotz seiner Einfachheit niemals Anwendung·

Man könnte eine Eichung des Systems mit Hilfe eines Spannungswandlers erwägen, der mit dem Stromversorgungskabel der in | Frage stehenden Anlage verbunden ist. Leider ist der Kabelkern oft nur in einer großen Entfernung von der gekapselten Anlage zugänglich, z.B. nach mehreren Kilometern im Falle von städtischen Anlagen, die von einer äußeren Anlage über Frei-. leitungen außerhalb der Stadtzentren mit Strom versorgt werden. Es besteht dann keine Gewißheit, daß die in der Entfernung gemessene Spannung mit der Spannung am Ort der gekapselten Anlage übereinstimmt.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einen kapazitiven Spannungsteiler aufweisende gekapselte Anlage zu schaffen, die mit einfachen, kräftigen und wenig kostspieligen Mitteln versehen ist, um eine schnelle und genaue Eichung des Spannungsteilers zu ermöglichen, ohne die Abdichtung der metallischen Umhüllungen zu beeinträchtigen und ohne ihre Entleerung zu bewirken. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Umhüllung einen isolierenden Quersteg aufweist, der für einen Bruchteil der Nennspannung der Anlage isoliert ist, um einem beweglichen Kontaktstück zu ermöglichen, den Leiter ohne Unterbrechung der Abdichtung des Behälters in einem Punkt des Leiters zu erreichen, der gegenüber dem Netz isoliert ist, um an ihn eine Eichspannung des Spannungsteilers anzulegen.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung besteht das bewegliche Kontaktstück aus einem beweglichen Kontaktstück eines an Erde liegenden Trennschalters, der ordnungsgemäß von der metallischen Umhüllung isoliert ist.

Die Tatsache der Isolierung des Kontaktstückes der Umhüllung nur für einen Bruchteil der Nennspannung der Anlage, ZoB. für 10 KV bei einer Anlage für 220 KV erlaubt es, das gewünschte Resultat mit Hilfe von wenig kostspieligen und raumsparenden Mitteln zu erreichen.

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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Fig.dargestellt.

Es zeigen:

Fig.l einen schematischen axialen Schnitt durch eine Umhüllung, die einen Teil einer gekapselten Anlage gemäß der

Erfindung bildet, und
Fig.2 bis 4 weitere schematische Axialschnitte.

Gemäß Fig.l ist ein Hochspannungsleiter 10 in der Mittelachse ^ einer zylindrischen metallischen Umhüllung 12 angeordnet. Die Ausbildung und besondere Anordnung dieser Umhüllung 12 und des axialen Leiters 10 bilden nicht einen Teil der Erfindung und werden deshalb nicht im einzelnen näher beschrieben. Es genügt, darauf hinzuweisen, daß die Umhüllung aus einzelnen Abschnitten bestehen kann oder nicht. Die Umhüllung 12 ist mit einem Druckgas gefüllt, das eine hohe dielektrische Festigkeit und vorzugsweise ebenfalls eine hohe Lichtbogenlöschfähigkeit in dem Falle aufweist, in dem die Anlage mit gekapselten Schaltern versehen ist, z.B. Trenn- oder Leistungsschaltern. Das W Gas kann ein elektronegatives Gas, z.B. Schwefelhexafluorid ), oder in einfacher Weise Druckluft sein.

Zwei gekapselte Trennschalter 14 und 16 erlauben eine Isolierung des mittleren Abschnittes des Leiters 10, der im Inneren der Umhüllung 12 durch geeignete^ nicht dargestellte Isolatoren getragen wird, die nicht zur Erfindung gehören. Diese gekapselten Trennschalter können Trennschalter mit einer

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axial beweglichen Kontaktstange sein, aber es lassen sich auch Trennschalter anderer Art vorsehen. Ihre Umhüllungen können in Verlängerung der Umhüllung 12 des mittleren Abschnittes oder unter einem Winkel (z.B. von 90°) in bezug auf diesen angeordnet sein_o Um den fraglichen Abschnitt des Leiters 10 zu isolieren, wählt man Vorzugsweise Trennschalter, die von Amts wegen in einer Anlage vorgesehen werden und in einer genügenden Entfernung von dem Abschnitt angeordnet sind, um nicht einen beträchtlichen Fehler in die Eichung einzuführen. Die Umhüllung 12 ist in üblicher Weise geerdet.

Eine ringförmige metallische Abschirmung 18 ist konzentrisch zwischen dem Leiter 10 und der inneren,Wand der Umhüllung angeordnet, aber in der Nähe dieser Wand elektrisch von dieser isoliert. Ein isolierender Querstag 20, der in der Umhüllung 12 angeordnet ist, trägt einerseits die Abschirmung 18 und andererseits einen Leiter 22, der in der Achse des QuerSteges angeordnet ist, um ein Abnehmen des Potentials der Elektrode 18 zu ermöglichen und dieses Potential.an einen der Anschlüsse eines äußeren Meßkondensators 24 anzulegen, dessen anderer Anschluß an der Stelle 26 geerdet ist. Der Leiter 22 ist mit dem Eingang eines geeigneten Verstärkers 28 verbunden, der in bekannter Weise Meßinstrumente, Schutzrelais usw» versorgt· Gemäß der Erfindung durchquert ein zweiter isolierender Quersteg 30 die Umhüllung 12, um einem beweglichen Kontaktstück

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durch eine radiale Bewegung in bezug auf die Umhüllung zu ermöglichen, den Leiter 10 zu erreichen, um von ihm eine vorbestimmte Eichspannung abzunehmen, ohne die Abdichtung der Umhüllung 12 zu unterbrechen. Diese Eichspannung ist beträchtlich kleiner als die Betriebsnennspannung der Anlage, weshalb es möglich ist, einen isolierenden Quersteg 30 mit geringem Raumbedarf und vernünftigem Herstellungspreis vorzusehen.

™ Der Verstärker 28 ist notwendig, um eine seiner Eingangsspannung gleiche oder proportionale Ausgangsspannung zu liefern, die vom Meßkondensator 24 abgegeben wird, aber mit kleinerem Scheinwiderstand. Tatsächlich ist die Kapazität der Abschirmung 18 in bezug auf den Leiter 10 sehr klein, und der Scheinwiderstand des Teilers, der diese Kapazität und die Kapazität des Meßkondensators 24 (mit der Armatur 18) aufweist, ist derart höher, daß der Teiler nicht imstande ist, Empfänger zu "versorgen, die einen relativ kleinen Scheinwiderstand

fc besitzen.

Diese Vorrichtung arbeitet in folgender Weise:

Das bewegliche Kontaktstück 32 befindet sich normalerweise in seiner zurückgezogenen Stellung^ und es wird mit dem Leiter 10 verbunden, nachdem dieser elektrisch vom Netz isoliert ist, in dem der mittlere Abschnitt des axialen Hochspannungsleiters

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10 durch Öffnen der beiden Trennschalter 14 und 16 entsprechend abgetrennt worden ist·

Es wird dann eine geeignete Wechselspannung .(z.B. in der Größenordnung von 5% der Nennspannung) dem angeschlossenen Kontaktstück 32 zugeführt, folglich auch dem Leiter 10, und mit Hilfe einer Meßbrücke mit Nullanzeige und einem Potentiometer wird in an sich bekannter Weise das Verhältnis zwischen den Spannungen an den Kondensatoranschlüssen, die durch die Armatur 18 und den Leiter 10 gebildet werden, und an den Anschlüssen des äußeren Kondensators 24 bestimmt. Nachdem die Eichung beendet ist, wird das bewegliche Kontaktstück 32 zurückgezogen, und die Anlage ist bereit oder von neuem bereit, normal zu arbeiten·

Es besteht Interesse dara-n, einen Verstärker 28 zu verwenden, dessen Verstärkung verstellt werden kann, wodurch es möglich ist, das Verhältnis der Eingangs- zur Ausgangsspannung während der Eichung auf einen vorbestimmten Wert einzustellen·

Das gemessene Verhältnis charakterisiert den gesamten kapazitiven Spannungsteiler, solange sich nicht seine Kapazitäten einschließlich der Eingangskapazität des Verstärkers 23 ändern·

Im Falle eines Ersatzes des Verstärkers oder eines Eingriffs in die Anlage, wodurch eine Änderung der anderen Kapazitäten

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eintreten kann, muß eine neue Eichung durchgeführt werden, bevor die Anlage wieder in Betrieb genommen wird.

Die Fig.2 bis 4 zeigen verschiedene andere Möglichkeiten der Ausführung des Unterbrechers 32 für die Eichung mit dem Quersteg 30.

Gemäß Fig.2 durchquert das bewegliche Kontaktstück 32 eine Öffnung 34 in einer elektrostatischen Abschirmung 36, die mit dem Leiter 10 verbunden und dazu bestimmt ist, eine Störung des elektrostatischen Feldes durch ein festes Kontaktstück 38 zu vermeiden, das fest mit dem Leiter 10 verbunden ist und mit dem beweglichen Kontaktstück 32 zusammenarbeitet. Die Abdichtung des Quersteges 30 wird durch mindestens eine ringförmige Verbindung 40 und durch eine Klappe 42 hergestellt, die fest mit dem beweglichen Kontaktstück 32 verbunden ist und die sich mit Hilfe des im Innern der Umhüllung herrschenden Druckes in der Öffnungsstellung des Kontaktstückes 32 an einen Sitz legt, der am inneren Ende des Quersteges 30 angeordnet ist·

Eine zweite equipotentiale Abschirmung 44 umgibt das Kontaktstück 32, um ein homogenes elektrostatisches Feld um das offene Kontaktstück 32 zu gewährleisten.

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Gemäß den Fig.3 und 4 ist das Querstück 30 auf der Achse eines im allgemeinen konischen Stutzens 50 der Umhüllung 12 angeordnet, wodurch eine Abschirmung 44 vermieden wird· Gemäß Fig.4 befindet sich der Stützten 50 gegenüber dem Ende einer Umhüllung 52.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient der Schalter 30,32 für die Eichung zu gleicher Zeit als Trennschalter für die Erdung. Zu diesem Zweck genügt es, das Kontaktstück 32 in der oben beschriebenen Weise zu isolieren, d.h. für einen Bruchteil der Nennspannung, und eine lösbare Verbindung 54 (siehe Fig.4) vorzusehen, z.B. eine Litze, wodurch das Kontaktstück 32 wahlweise mit Erde oder mit der Eichspannung verbunden werden kann.

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Claims

Patentansprüche;

1· /Gekapselte Hochspannungsanlage, die einen elektrischen Leiter, der im Zentrum eines dichten rohrförmigen, mit Druckgas gefüllten Behälters angeordnet ist, und eine zwischen dem Leiter und dem Behälter angeordnete, eine Armatur eines kapazitiven Spannungsleiters zur Messung der Spannung des Leiters bildende Elektrode aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung einen isolierenden Quersteg aufweist, der für einen Bruchteil der Nennspannung der Anlage isoliert ist, um einem beweglichen Kontaktstück zu ermöglichen, den Leiter ohne Unterbrechung der Abdichtung des Behälters in einem Punkt des Leiters zu erreichen, der gegenüber dem Netz isoliert ist, um an ihn eine Eichspannung des Spannungsteilers anzulegen.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel aufweist, die eine wahlweise Verbindung des beweglichen

" Kontaktstückes mit der Eichspannung und der Erde erlauben·
3. Anlage nach Anspruch 1 mit einem geerdeten Trennschalter, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Kontaktstück des Trennschalters elektrisch von dem metallischen Behälter isoliert ist und wahlweise mit Erde und einer Eichspannung verbunden werden kann.

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4» Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine profilierte äquipotentiale Abschirmung vorgesehen istj die elektrisch mit dem Behälter verbunden ist, der den Teil des elektrischen Kontaktstückes umgibt, der den Behälter durchdringt .
5. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Quersteg in einer Ausstülpung des Behälters angeordnet ist.

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