DE2313478A1

DE2313478A1 - Sapnnungswandler fuer eine mehrere leiter fuehrende, vollisolierte hochspannungsschaltanlage

Info

Publication number: DE2313478A1
Application number: DE2313478A
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Dipl Ing Freygang; Gabor Dipl Ing Kovacs; Willi Dr Ing Mueller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-03-15
Filing date: 1973-03-15
Publication date: 1974-09-26
Also published as: HU168310B; JPS49121125A; IT1004382B; PL89871B1; JPS5522928B2; AT342706B; CS174235B2; YU35481B; JPS551692B2; SE386985B; DE2313478B2; CH566005A5; GB1459583A; NL7402841A; JPS5493419A; US3988684A; FR2221737B1; DE2313478C3; FR2221737A1; ATA97174A

Description

SIEMENS AKTIENGESELISCHAPT Erlangen, den j 5. MR?. 19'/S Berlin und München Werner-von-Siemens-Str.

Unser Zeichen: VPA 73/3716 Kr/Etζ

Spannungswandler für eine mehrere leiter führende,vollisolierte Hochspannungsschaltanlage

Die Erfindung "bezieht sich auf einen Spannungswandler für eine mehrere Leiter führende, vollisolierte Hochspannungsschaltanlage.

Es ist bei einen Hochspannungsleiter aufnehmenden, vollisolierten Hochspannungsschaltanlagen bekannt OSmit-Mededelingen" 24(1969)4, Seiten 223 bis 232), eine Spannungsmessung mit einer Anordnung zu ermöglichen, die in Form eines Ansatzes außen an der Metallkapselung der vollisolierten Hochspannungsschaltanlage angebracht ist. Dieser Ansatz enthält einen mit dem Hochspannungsleiter der Anlage verbundenen stabförmigen Leiter, der die Hochspannungselektrode eines Oberspannungskondensators eines kapazitiven Teilers bildet; eine die andere Elektrode des OberSpannungskondensators darstellende Meßelektrode ist dadurch gebildet, daß in dem Ansatz eine zylinderförmige weitere Elektrode den Stab umgebend angeordnet ist. Die Meßelektrode ist mit einem außen angeordneten Kondensator verbunden, der den Unterspannungskondensator bildet. An den Unterspannungskondensator ist ein Verstärker angeschlossen, an dessen Ausgang eine die Bürde bildender Widerstand angeschlossen ist.

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Wollte man einen Spannungswandler dieser Ausführung "bei einer mehrere leiter führenden, vollisolierten Hochspannungsschaltanlage einsetzen, dann würde dies zu einem recht "beträchtlichen zusätzlichen Aufwand führen, da zur Messung der Spannung an jedem leiter der Hochspannungsschaltanlage jeweils ein äußerer Ansatz vorgesehen werden müßte. Die Ansätze an der Hochspannungsschaltanlage würden auch zu einem höheren Raumbedarf der Anlage führen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Spannungswandler für eine mehrere Leiter führende, vollisolierte Hochspannungsschaltanlage zu schaffen, der sich unter Vermeidung eines zusätzlichen Raumbedarfs kostengünstig herstellen läßt.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einem Spannungswandler der eingangs beschriebenen Art eine der Anzahl der Leiter entsprechende Zahl von Elektroden außerhalb der Anordnung der Leiter derart angeordnet, daß jeweils eine einem leiter benachbart ist; jede Elektrode bildet mit dem benachbarten Leiter jeweils einen OberSpannungskondensator jeweils eines kapazitiven Teilers,. dessen Unterspannungskondensator außerhalb der Elektroden angeordnet ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Spannungswandler werden also keine äußeren Ansätze an der vollisolierten Hochspannungsschaltanlage zur Bildung von Oberspannungskondensatoren benötigt; die Elektroden können nämlich innerhalb der Hochspannungsschaltanlage angeordnet sein, so daß kein seitlicher Auftrag entsteht. Ein besonderer Vorteil besteht auch darin, daß die Leiter der Hochspannungs.3ehalt -

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anlage auch im Bereich des erfindungsgemäßen Spannungswandlers in dem verhältnismäßig engen Abstand geführt werden können, der durch die Dimensionierung der Anlage und durch die Spannungen vorgegeben ist. Bei dem erfindungsgemäßen Spannungswandler wird auch kein jeweils zusätzlicher, mit dem leiter der Hochspannungsschaltanlage verbundener, nach außen zu führender Stab als Hochspannungselektrode Jeweils eines OberSpannungskondensators benötigt, da die leiter der Hochspannungsschaltanlage selbst die Hochspannungselektroden der Oberspannungskondensatoren bilden.

Bei einer drei Phasenleiter eines Drehstromsystems als Leiter aufweisenden Hochspannungsschaltanlage sind die Leiter zur Gewinnung des erfindungsgemäßen SpannungsWandersporte ilhafterweise in untereinander gleichem Abstand angeordnet und bei einer drei Phasenleiter eines Drehstromsystems als Leiter aufweisenden Hochspannungsschaltanlage sind die drei Leiter in untereinander gleichem Abstand angeordnet, und die Elektroden sind gleichmäßig auf einem Kreis um den Mittelpunkt der Anordnung der Leiter angeordnet. Bei einem derartig ausgebildeten Spannungswandler ergibt sich bei völlig symmetrischer Anordnung der drei Leiter und symmetrischem Dreiphasensystem der Vorteil, daß jeder Meßspannung überlagerte Storspannungen, die durch sich zwischen der jeweiligen Elektrode und den jeweils beiden anderen nicht benachbarten Leitern der Hochspannungsschaltanlage ausbildende Kapazitäten entstehen, sich hinsichtlich ihres Winkelfehlers gegeneinander aufheben und daher die Meßspannung nur hinsichtlich des Betrages beeinflussen. Durch eine entsprechende Einstellung eines jeweils an den angeschlossenen Unterspannungskondensator angeschlossenen Verstärkers kann dieser Betragsfehler ohne nennenswerten Aufwand kompensiert werden.

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Bei dem erfindungsgemäßen Spannungswandler sind die Elektroden vorzugsweise gemeinsam von einer Bezugselektrode umgeben.

Die Bezugselektrode des erfindungsgemäßen Spannungswandlers braucht nicht in'jedem Falle eine besondere Elektrode zu sein; handelt es sich nämlich bei der vollisolierten Hochspannungsschaltanlage um eine Schaltanlage mit Netallkapselung, dann kann die Bezugselektrode in vorteilhafter V/eise von der Metallkapselung der Anlage gebildet sein.

Palis sich erweisen sollte, daß bei einer von einer Metallkapselung einer Hochspannungsschaltanlage gebildeten Bezugselektrode aufgrund der in der Anlage vagavundierenden Ströme und Spannungen eine Beeinträchtigung der Übertragungsgenauigkeit des erfindungsgemäßen Spannungswandlers zu erwarten ist, dann erscheint es vorteilhaft, wenn die Bezugselektrode ein besonderes Bauteil bildet und durch Isoliereinlagen von der Metallkapselung isoliert angeordnet ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Spannungswandler ist jede Elektrode mit einer Anschlußleitung versehen, die durch Löcher in der Bezugselektrode und gegebenenfalls in der Metallkapselung isoliert herausgeführt sind. Eine derartige Ausführung ist selbstverständlich nur dann erforderlich, wenn es sich bei der vollisolierten Hochspannungsschaltanlage, die mit dem Spannungswandler nach der Erfindung ausgerüstet werden soll, um eine solche mit Metallkapselung handelt. V/eist dagegen die Hochspannungsschaltanlage eine Metallkapselung nicht auf, dann besteht auch die Möglichkeit, die Anschlußleitungen der Elektroden seitlich an der verhältnismäßig schmalen Bezugselektrode herauszuführen.

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Unabhängig davon, ob es sich um eine Hochspannungsschaltanlage mit Metallkapselung oder ohne handelt, kann die Bezugselektrode geerdet sein, iiiötj hat den Vorteil, daß bei Erdung von nachgeordneten Verstärkern auf demselben Potential eindeutige Verhältnisse definiert sind.

Oben war bereits darauf hingewiesen worden, daß eine mit dem erfindungsgemäßen Spannungswandler erfaßte Meßspannung Storspannungen enthält, die dadurch entstehen, daß sich nicht nur ein Kondensator zwischen jeweils einer Elektrode und dem benachbarten Leiter der Hochspannungsschaltanlage ergibt, sondern auch zwischen dieser Elektrode und den nicht benachbarten weiteren leitern der Hochspannungsschaltanlage. Bei nicht genau symmetrischer Anordnung der Leiter der Hochspannungsschaltanlage bezüglich der Elektroden ergibt sich, daß die in den Meßspannungen enthaltenen Storspannungen unterschiedlich nach Betrag und Phasenlage sind. Demzufolge kompensieren sich die Storspannungen in den Meßspannungen weder nach Betrag noch nach Phase. Es bedarf daher einer Kompensationsanordnung, die gemäß einer Weiterbildung der Erfindung darin besteht, daß mit jeder Elektrode jeweils ein Summierverstärker mit seinem Eingang verbunden ist, und daß an den Eingang jedes Summierverstärkers auch die Ausgänge der jeweils anderen Summierverstärker angeschlossen sind. Durch einfache Justierarbeiten an den Eingangswiderständen der Summierverstärker, die vorzugsweise als Operationsverstärker ausgebildet sind, läßt sich eine geeignete Bewertung der einzelnen an den Eingängen der Summierverstärker anstehenden Spannungen erreichen.

Jedem Summierverstärker ist vorzugsweise ein Vorverstärker vorgeordnet.

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Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur 1 ein Schnitt durch eine Hochspannungsschaltanlage mit drei Leitern wiedergegeben, die mit einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Spannungswandlers ausgerüstet ist. In Figur ist eine Abwicklung der Hochspannungsschaltanlage im Bereich des Spannungswandlers wiedergegeben. In Figur 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung zur Kompensation der Störspannungen dargestellt.

In Figur 1 ist eine vollisolierto Hochspannungsschaltanlage 1 zu erkennen, die drei Leiter 2, 3 und 4 führt. Die Leiter 2, 3 und 4 sind in einer Ketal!kapselung 5 untergebracht. Die Metallkapselung 5 ist nach außen überall abgedichtet und im Innern beispielsweise mit einem Isoliergas gefüllt.

Innerhalb der Metallkapselung 5 ist eine Bezugselektrode angeordnet, die durch Isoliereinlagen 7 gegenüber der Metallkapselung 5 isoliert angeordnet ist. Auf ihrer den Leitern 2, 3 und 4 zugewendeten Seite ist die Bezugselektrode 6 mit einer weiteren Isoliereinlage 8 versehen, auf der Elektroden 9, 10 und 11 aufgebracht sind. Die Elektroden 9, 10 und 11 sind entsprechend der Bezugselektrode 6 geformt, bilden also bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit kreiszylindrisch ausgebildeter Bezugselektrode Abschnitte eines Kreiszylinders. Die Elektroden 9, 10 und 11 sind mit jeweils einer Anschlußleitung 12, 13 und 14 versehen, die durch Löcher 15, 16 und 17 in der Bezugselektrode 6 und der Metallkapselung 5 isoliert hinausgeführt sind.

Wie die in der Figur 2 dargestellte Abwicklung der Hochspannungsschaltanlage im Bereich des Spannungswandlers erkennen läßt, erstrecken sich die Elektroden 9, 10 und 11

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über eine verhältnismäßig kurze Länge der vollisolierten Hochspannungsschaltanlage 1. Etwas langer als die Elektroden 9, 10 und 11 erstreckt sich in Längsrichtung der Anlage die Bezugselektrode 6.

Bei dem erfindungsgemäßen Spannungswandler "bildet jeder Leiter 2 his 4 der vollisolierten Hochspannungsschaltanlage 1 mit der jeweils benachbarten Elektrode 9 bis 11 einen Oberspannungskondensator eines kapazitiven Spannungsteilers, dessen lÄiterspannungskondensator in den Figuren 1 und 2 nicht dargestellt ist. Zusätzlich bilden sich zwischen der Elektrode 9 und den Leitern 3 und 4 bzw. der Elektrode 10 und den Leitern 2 und 4 bzw. der Elektrode 11 und den Leitern 2 und 3 zusätzliche Kapazitäten aus, die dazu führen, daß die über die Anschlußleitungen 12, 13 und 14 abgegriffenen Meßspannungen nicht nur jeweils der Spannung an den Leitern 2,3 und 4 entsprechen, sondern auch noch StUrspannungen beinhalten, die durch die beschriebenen Kapazitäten abgegriffen werden. Diese Storspannungen verfälschen das Meßergebnis, wenn bei nicht völlig symmetrischem Aufbau des Spannungswandlers und bei symmetrischem Dreiphasenbetrieb keine besonderen Vorkehrungen getroffen werden.

In Figur 3 ist eine Schaltungsanordnung angegeben, mit der es möglich ist, den Einfluß von Storspannungen zu eliminieren.

In Figur 3 ist jeweils strichliert in seinem Ersatzschaltbild ein Kondensator 20, 21 und 22 dargestellt; jeder der Kondensatoren 20 bis 22 soll die Kapazitäten verkörpern, die sich zwischen den Elektroden und den Leitern der Hochspannungsschaltanlage ergeben. An die Kondensatoren 20 bis 22 ist zur Bildung jeweils eines kapazitiven Teilers ein

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UnterSpannungskondensator 23, 24 und 25 angeschlossen. Über jeweils einen von einem Operationsverstärker 26, 27 und 28 gebildeten Vorverstärker sind die Unterspannungskondensatoren 23 "bis 25 an jeweils einen Summierverstärker 29, 30 und 31 angeschlossen, die von einem entsprechend geschalteten Operationsverstärker gebildet sind. Am Ausgang der Summierverstärker 29 bis 31 liegende Widerstände 35, 36 und 37 bilden die bei Spannungswandlern übliche Bürde. Diese Bürde kann beispielsweise von einem Meßinstrument oder von einer Netzschutzanordnung gebildet sein.

Die Ausgänge 38, 39 und 40 der Summierverstärker 29 bis 31 sind jeweils mit den Eingängen der anderen Summierverstärker 29 bis 31 verbunden, d.h. der Ausgang 38 des Summierverstärkers 29 ist sowohl mit dem Eingang des Summierverstärkers 30 als auch mit dem des Summierverstärkers 31, der Ausgang 39 des Summierverstärkers 30 mit dem Eingang des Summierverstärkers 31 und des Summierverstärkers 29 und der Ausgang 40 des Summierverötärkers 31 mit den Eingängen der Suirjaierverstärker 29 und verbunden. Durch entsprechende Einstellung der Eingangs·- widerstände 41 und 42 des Summierverstärkers 29 bzw. der Eingangswiderstände 43 und 44 de3 Summierverstärkers bzw. der Eingangswiderstände 45 und 46 des Summierverstärkers 31 läßt sich erreichen, daß die an den Bürden 35 bis 37 der Summierverstärker 29 bis 31 abfallenden Spannungen den Spannungen jedes Leiters der Hochspannungsschaltanlage gegen Erde entsprechen. Der Einfluß der Storspannungen auf das Meßorgebnis ist damit eliminiert.

Mit der Erfindung wird ein Spannungswandler für eine mehrere Leiter führende, vollisolierte Schaltanlage

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vorgeschlagen, die sich durch einen verblüffend einfachen Aufbau auszeichnet und daher kostengünstig hergestellt
werden kann. Dazu trägt "bei, daß .der erfindungsgeraäße
Spannungswandler ohne Ansätze an der Hochspannungsschaltanlage auskommt,,so daß die Anlage durch den Spannungswandler auch keinen zusätzlichen Raumbedarf hat.

3 Figuren

8 Patentansprüche

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Claims

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Patentansprüche

Spannungswandler für eine mehrere Leiter führende, voll- ' isolierte Hochspannungsschaltanlage, . dadurch gekennzeichnet, daß eine der Anzahl der Leiter (2, 3, 4) entsprechende Zahl von Elektroden (9»'10, 11) außerhalb der Anordnung der Leiter (2, 3,4) derart angeordnet sind, daß jeweils eine (9, 10, 11) einem Leiter (2, 3, 4) benachbart ist, und daß jede Elektrode (9, 10, 11) mit dem benachbarten Leiter (2, 3, 4) jeweils einen Oberspannungskondensator jeweils eines kapazitiven Teilers bildet, dessen Unterspannungskondensator außerhalb der Elektroden (9, 10, 11) angeordnet ist (Pig. 1).
2. Spannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer drei Phasenleiter eines Drehstromsystems als Leiter (2, 3, 4) aufweisenden Hochspannungsschaltanlage (1) die drei Leiter (2, 3, 4) in untereinander gleichem Abstand angeordnet sind und daß die Elektroden (9, 10, 11) gleichmäßig auf einem Kreis um den Mittelpunkt der Anordnung der Leiter (2, 3, 4) angeordnet sind (Fig. 1).
3. Spannungswandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (9, 10, 11) gemeinsam von einer Bezugselektrode (6) umgeben sind (Pig. 1).
4. Spannungswandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugselektrode bei einer vollisolierten Hochspannungsschaltanlage mit Metallkapselung von der Metallkapselung der Anlage gebildet ist.

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5. Spannungswandler nach. Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugselektrode (6) bei einer vollisolierten Hochspannungsschaltanlage (1) mit Metallkapselung (5) durch Isoliereinlagen (7) von der Metallkapselung (5) isoliert angeordnet ist (Pig. 1).
6. Spannungswandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektrode (9, 10, 11) mit einer Anschlußleitung (12, 13» 14) versehen ist, die durch Löcher (15, 16, 17) in der Bezugselektrode (6) und gegebenenfalls in der Metallkapselung (5) isoliert herausgeführt sind (Fig. 1).
7. Spannungswandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit jeder Elektrode jeweils ein Summierverstärker (19, 30, 31) mit seinem Eingang verbunden ist und daß an den Eingang jedes Summierverstärkers (z.B. 29) auch die Ausgänge (z.B. 39, 40) der jeweils anderen Summierverstärker (z.B 30, 31) angeschlossen sind (Fig. 3).
8. Spannungswandler nach Anspruch' 7_t dadurch gekennzeichnet, daß jedem Summierverstärker (29, 30, 31) ein Vorverstärker (26, 27, 28) vorgeordnet ist (Fig. 3).

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