DE2313478B2 - Spannungswandler für eine mehrere Leiter führende, vollisolierte Hochspannungsschaltanlage - Google Patents
Spannungswandler für eine mehrere Leiter führende, vollisolierte HochspannungsschaltanlageInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Spannungswandler für eine mehrere Leiter führende, vollisolierte
Hochspannungsschaltanlage.
Es ist bei einen Hochspannungsleiter aufnehmenden,
vollisolierten Hochspannungsschaltanlagen bekannt (» S m i t · M e d e d e I i π g e η « 24 (1969) 4, S. 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 Hoehspr.nnungsleiter der Anlage verbundenen stabförmigen Leiter, der die HochspannnriBselektrode 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 Saab umgebend angeordnet ist Die Meöelektrode ist mit einem
außen angeordneten Kondensator verbunden, der den Unterspannungskondensator bildet An den Unterspan-
K nungskondensator ist ein Verstärker angeschlossen, an
* dessen Ausgang eine die Bürde bildender Widerstand angeschlossen ist
Woilte man einen Spannungswandler dieser Ausfuhrung bei einer mehrere Leiter führenden^ vollisolierten
ίο Hochspannungsschaltanlage einsetzen, da.in 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 Unterspunnungskondensator
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 Hochspannungsschaltanlage auch im Bereich
des erfindungsgemäßen Spannungswandlers in dem verhältnismäßig engen Abstand geführt werden könr.en,
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 Oberspannungskondensatofen bilden.
Bei einer drei Phasenleiter eines Drehstromsystems
als Leiter aufweisenden Hochspannungsschaltanlage sind die Leiter zur Gewinnung des erfindungsgemäßen
Spannungswandlers vorteilhafterweise in untereinan
der gleichem Abstand angeordnet, und bei einer drei
Phasenleiter eines Drehströmsystems 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 lieh bei völlig symmetrischer Anordnung der drei Leiter und symmetrischem Dreiphasensystem der Vorteil 5
daß jeder Meßspannung überlagerte Störspannungen! die durch sich zwischen der jeweiligen Elektrode und
den jeweils beiden anderen nicht benachbarten Leitern der Hochspannungsschaltanlage ausbildende Kapazitäten entstehen, sich hinsichtlich ihres Winkelfehlers ge-
geneinander 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 nen-
nenswerten Aufwand kompensiert werden.
Bei dem erfindungsgemäSen 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 1 m eine
Schaltanlage mit Metallkapselung, dann kann die Bezugselektrode in vorteilhafter Weise von der Metallkapselung
der Anlage gebildet sein.
Falls sich erweisen sollte, daß bei einer von einer Metallkapselung einer Hochspannungsschaltanlage gebildeten
Bezugselektrode auf Grund der in der Anlage vagabundierenden 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. Weist dagegen die Hochspannungsschaltanlage eine Metallkapseiung
nicht auf, dann besteht auch die Möglichkeit, die Anschlußleitungen der Elektroden seitlich an der verhältnismäßig
schmalen Bezugselektrode herauszuführen.
Unabhängig davon, ob es sich um eine Hochspannungsschaltanlage mit Metallkapselung oder ohne handelt,
kann die Bezugselektrode geerdet sein. Dies 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 Störspannungen enthält, die da durch entstehen, daß sich nicht nur ein Kondensator
' «wischen 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 be-
zflgtich der Elektroden erglot sich, daß die in den Meßüpannungen enthaltenen Störspannungen unterschiedlich nach Betrag und Phasenlage sind. Demzufolge
kompensieren sich die Störspannungen 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 Summierverstä rker 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.
Zur Erläuterung der Erfindung ist in der
F i g. 1 ein Schnitt durch eine Hochspannungsschaltanlage mit drei Leitern wiedergegeben, die mit einem
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Spannungswandlers ausgerüstet ist; in
F i g. 2 ist eine Abwicklung aer Hochspannungsschaltanlage
im Bereich des Spannungswandlers wiedergegeben; in
F i g. 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung
zur Kompensation der Störspannungen dargestellt.
In F i g. 1 ist eine vollisolierte Hochspannungsschaltanlage
1 zu erkennen, die drei Leiter 2, 3 und 4 führt. Die Leiter 2, 3 und 4 sind in einer Metallkapselung 5
untergebracht. Die Melallkapselung 5 ist nach außen überall abgedichtet und im Innern beispielsweise mit
einem Isoliergas gefüllt.
Innerhalb der Metallkapselung 5 ist eine Bezugselektrode
6 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 6 Abschnitte eines Kreiszylinders. Die Elektroden 9, 10 und 11 sinü 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 F i g. 2 dargestellte Abwicklung der Hochspannungsschaltanlage im Bereich des Spannungswandlers
erkennen läßt, erstrecken sich die Elektroden 9, 10 und 11 über eine verhältnismäßig kurze
L än^e 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 bis 4 der vollisolierten Hochspannungsschaltanlage
1 mit der jeweils benachbarten Elektrode 9 bis 11 einen Oberspannungskondensator eines
kapazitiven Spannungsteilers, dessen Unterspannungskondensator in den F i g. I und 2 nicfn 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 Span*
nung an den Leitern 2, 3 und 4 entsprechen, sondern
auch noch Störspannungen beinhalten, die durch die beschriebenen Kapazitäten abgegriffen werden. Diese
Störspannungen verfälschen das Meßergebnis, wenn bei nicht völlig symmetrischem Aufbau des Spannungswandlers und bei symmetrischem Dreiphasenbeirieb
keine besonderen Vorkehrungen getroffen werden.
In F i g. 3 ist eine Schaltungsanordnung angegeben,
mit liier es möglich ist, den Einfluß von Slörspamnungen zu eliminieren.
In F i g. 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 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 Summierverstiirker 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 Börde. Diese Bürde kann beispielsweise von einem Meßinstrument oder von einer Netzschutzanordnung gebildet sein.
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 Summierverstärkers 31 mit den Eingängen der Summierverstärker 29 und 30 verbunden.
ίο Durch entsprechende Einstellung der Eingangswiderstände 41 und 42 des Summierverstärkers 29 bzw. der
Eingangswiderstände 43 und 44 des Summierverstärkers 30 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 Störspannungen auf das Meßergebnis ist damit eliminiert.
Mit der Erfindung wird ein Spannungswandler für eine mehrere Leiter führende, vollisolierte Schaltanlage
vorgeschlagen, die sich durch einen verblüffend einfachen Aufbau auszeichnet und daher kostengünstig hergestellt werden kann. Dazu trägt bei, daß der erfin-
dungsgernäße Spannungswandler ohne Ansätze an der Hochspannungsschaltanlage auskommt, so daß die Anlage durch den Spannungswandler auch keinen zusätzlichen Raumbedarf hat.
Claims (8)
1. Spannungswandler für eine mehrere Leiter führende, volJisolierte 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, U) 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 (F i g. 1).
Z 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 sinö und daß die Elektroden (9, 10, U)
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 (F ig. 1).
4. Spannungswandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß die Bezugselektrode bei einer
vollisolierten '''ochspannungsschaltanlage mit Metallkapselung
von der Metallkapselung der Anlage gebildet ist.
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 (Fig. 1).
6. Spannungswandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
jede Elektrode (9, 10, 11) mit einer Anschlußleitunp
(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 (F i g. 3).
8. Spannungswandler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Summierverstärker (29,
30,31) ein Vorverstärker (26,27,28) vorgeordnet ist
(F ig. 3).
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