DE2363932C3 - Kombinierte Strom- und Spannungsmeßeinrichtung - Google Patents
Kombinierte Strom- und SpannungsmeßeinrichtungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine kombinierte Strom- und Spannungsmeßeinrichtung mit einem den
Strommeßteil tragenden Gießharzkörper, der als Dielektrikum für den Oberspannungskondensator des
kapazitiven Spannungsteilers mit nachgeoranetem Verstärker eines kapazitivem Meßteiles mitausgenutzt
wird.
Es ist ein kombinierter Strom- und Spannungswandler bekannt (DE-AS 11 14 921), bei dem der Spanriungswandlerteil
einen kapazitiven Teiler enthält. Als Dielektrikum für den Oberspannungskondensator des
kapazitiven Teilers wird das Dielektrikum der Wick· lungsisolation des Stromwandlerteiles mitausgenutzt,
indem auf die Wicklungsisolation leitende Beläge aufgebracht sind, die die Elektroden des Oberspannungskondensators
bilden.
Bei einem kombinierten Strom- und Spannungswandler der bekannten Ausführung können sich Ungeinauigkeiten
bei der Spannungsmessung dadurch ergeben, daß sich das durch die Wahl von Ober- und Unterspannungskondensator
eingestellte Teilerverhältnis aufgrund von unterschiedlichen Temperaturänderungen
des Ober- und des Unterspannungskondensators ändert.
Eine unterschiedliche Erwärmung von Ober- und
Unterspannungskondensator kann dadurch hervorgerufen sein, daß der durch den hindurchfließenden Strom
^ erwärmte Primärleiter des Stromwandlerteiles warm wird und seine Wärme auf die benachbarte Wicklungsisolation
überträgt, die gleichzeitig als Dielektrikum des Oberspannungskondensators ausgenutzt wird; dadurch
ergibt sich eine Veränderung der Kapazität des
ίο Oberspannungskondensators und damit eine zu Meßungenauigkeiten
führende Veränderung des Teilerverhältnisses des kapazitiven Spannungsteilers.
Um dies zu vermeiden, ist bei einem bekannten kapazitiven Meßwandler (DE-OS 15 16 372) der dem
ι5 Erdpotential benachbart angeordnete Kondensator des
kapazitiven Teilers mit einem eine Temperaturkompensation bewirkenden Heizwiderstand ausgestattet; der
Heizwiderstand ist vom Zwischenspannungswandler des kapazitiven Meßwandlers gespeist Bei einer
Ausführung als kombinierter Strom- und Spannungswandler kann ein weitet er Heizwiderstand vorgesehen
werden, der vom Süomwandler gespeist ist
Ähnlich ist ein anderer bekannter kapazitiver Teiler für Meßzwecke (DE-OS 15 91 947) ausgerüstet, bei dem
der Unterspannungskondensator künstlich beheizt wird. Dem Unterspannungskondensator ist deshalb eine
Heizwicklung zugeordnet, zu deren Speisung ein induktiver Zwischenwandlerkreis mit einer getrennten
Wicklung oder ein Stromwandler mit einem zusätzlichen Kern mit aufgebrachter Wicklung benutzt wird.
Bei den beiden bekannten Wandlern mit kapazitivem Teiler werden nur die infolge Stromdurchflusses
hervorgerufenen unterschiedlichen Erwärmungen von Ober- und Unterspannungskondensator des kapazitiven
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine kombinierte Strom- und Spannungsmeßeinrichtung mit
einem Gießharzkörper, der als Dielektrikum für den Oberspannungskondensator ausgenutzt wird, so auszugestalten,
daß eine von der Erwärmung des Unterspannungskondensators abweichende Erwärmung des Oberspannungskondensators
in jedem Falle ohne Einfluß auf die Meßgenauigkeit des kapazitiven Spannungsmeßteiles
bleibt und zwar unabhängig davon, welche Ursachen die unterschiedliche Erwärmung hat
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer kombinierten Strom- und Spannungsmeßeinrichtung der eingangs
beschriebenen Art erfindungsgemäß in den Gießharzkörper ein Hilfskondensator mit einem dem Dielektrikum
des Oberspannungskondensators hinsichtlich der Temperaturabhängigkeit entsprechenden Dielektrikum
eingebettet, der Hilfskondensator ist in Reihe mit einem Widerstand an einen Hilfsgenerator angeschlossen, und
die an dem Widerstand abfallende Spannung ist nach Gleichrichtung einem Eingang eines als Differenzverstärker
ausgebildeten Verstärkers zugeführt, dessen anderer Eingang mit dem erdabgewandten Anschlußende
des Unterspannungskondensators des kapazitiven Spannungsteilers Verbunden ist
oje erfindungsgemäße kombinierte Strom- und
Spannungsmeßeinrichtung bietet den Vorteil, daß durch eine mehr oder weniger große, in Abhängigkeit von der
Erwärmung des Gießharzkörpers erzeugte Gleichspannung an dem einen Eingang des Differenzverstärkers
Μ die vom Differenzverstärker verarbeitete Spannung im
Vergleich zu der am Unterspannungskondensator jeweils abfallenden Spannung in Abhängigkeit von der
Änderung der Kapazität des Oberspanmingskondensa-
tors durch Erwärmung mehr oder weniger vermindert ist Dies fahrt dazu, daß das durch beispielsweise
verhältnismäßig starke Erwärmung des Oberspannungskondensators gestörte Teilerverhältnis keinen
Einfluß auf die Genauigkeit bei der Spannungsmessung hat weil im Differenzverstärker das gestörte Teilerverhältnis
infolge der an dem einen Eingang des Differenzverstärkers angelegten Hilfsspannung kompensiert
wird. Der Umstand, daß dem einen Eingang des Differenzverstarkers bei der erfindungsgemäßen ι ο
Strom- und Spannungsmeßeinrichtung jeweils nur eine Hilfsspannung mit positivem Betrag zugeführt wird,
beeinträchtigt die Wirkungsweise hinsichtlich der Kompensation eines gestörten Teilerverhältnisses in
keiner Weise, weil bei der Bemessung der erfindungsgemäßen Einrichtung von einer geeigneten angenommenen
Temperatur als Bezugspunkt ausgegangen werden kann.
Bei der erfindungsgemäßen kombinierten Strom- und Spannungsmeßeinrichtung kann der Strommeßteil
unterschiedlich ausgebildet sein. Als vorteilhaft wird es jedoch erachtet wenn als Meßfühler für den Strommeßteil
ein Meßfühler aus einer eisenkernlosen Wicklung verwendet wird, und mindestens eine Einrichtung mit
einem Eisenkern in aufgebrachter Wicklung vorhanden ist die mit dem zu messenden stromführenden Leiter
der Hochspannungsschaltanlage einen Sättigungsstromwandler bildet; die Enden der eisenkernlosen
Wicklung sind an dem Eingang eines Verstärkers angeschlossen, dessen Betriebsspannung /on der
Wicklung des Sättigungsstromwandlers abgegeben wird. Diese Ausbildung des Strommeßteils hat den
Vorteil, daß durch den Fortfall des Eisenkernes die bisher beim Einbetten eines Eisenkernes in Gießharz
getroffenen Vorsichtsmaßnahmen zur Vermeidung einer Beeinflussung des Kernes durch Schrumpfen des
Gießharzes unterbleiben können, was sich vorteilhaft auf die Herstellungskosten auswirkt Eine zusätzliche
Betriebsspannungsquelle für den Verstärker des Strommeßteiles ist nicht erforderlich, weil die notwendige
Betriebsenergie von dem Sättigungsstromwandler zur Verfügung gestellt wird. Ein bedeutender Vorteil des
erfindungsgemäßen Strommeßteils wird dal in gesehen, daß Sättigungserscheinungen in der eisenkernlosen
Wicklung nicht auftreten können, was sich vorteilhaft auf die Übertragungsgenauigkeit bei Überströmen
auswirkt
Die Einrichtung mit dem Eisenkern und aufgebrachter Sekundärwicklung zur Bildung des Sättigungsstromwandlers
kann bei der kombinierten Spanniings- und Strommeßeinrichtung in einem separaten Gießharzkörper
angeordnet sein; vorteilhafter erscheint es jedoch schon aus fertigungstechnischen Gründen, wenn die
Einrichtung mit dem Eisenkern und aufgebrachter Wicklung in den Gießharzkörper miteingebettet ist v,
Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Zeichnung teilweise schematisch ein Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen kombinierten Strom- und Spannungsmeßeinrichtung wiedergegeben.
Die erfindungsgemäße kombinierte Strom- und μ Spannungsmeßeinrichtung enthält einen Gießharzkörper
1, der zur Verlängerung des Kriechweges mit Rippen 2 versehen ist. Der Gießharzkörper 1 ist von
einem Leiter 3 durchsetzt, der an der zu messenden Spannung liegt und den zu messenden Strom führt. <v">
In den Gießharzkörper I ist ein Oberspannungskondensator
4 eines kapazitiven Teilers eingebettet, dessen Unterspannunßskonilerisitor 5 außerhalb des Gießharzkörpers.
1 angeordnet ist Dem kapastftiven Spannungsteiler ist ein Differenzverstärker 6 nachgeordnet,
dessen einer Eingang 7 in unten näher beschriebener Weise beschultet ist; der andere Eimgang
8 des Differenzverstärkers 6 ist mit dem erdabgewandten Anschluß 9 des Unterspannungskondensai(ors 5
verbunden. Dem Differenzverstärker 6 ist ein weiterer Verstärker 10 nachgeordnet, an dessen Ausgang ein
Widerstand 11 angeschlossen ist Dem Widerstand 11 ist
ein Spannungsmeßgerät 12 parallelgeschaltet am dem eine der Spannung am Leiter 3 proportionale Spannung
abgelesen werden kann.
In dem Gießharzkörper 1 ist außer dem Oberspannungskondensator 4 des kapazitiven Spannungsteilers
ein Hilfskondensator 13 eingebettet der über einen Widerstand 14 aus einem Hilfsgenerator 15 gespeist
wird. Der Hilfskondensator 13 hat ein Dielektrikum, das
hinsichtlich der Temperaturabhängigkeit der des Oberspannungskondensatcrs
4 entspricht Bei Erwärmung des Gießfearzkörpers 1 ändert sich demzufolge die
Kapazität des Hilfskondensators 17. in gleicher Weise
wie die des Oberspannungskondensators 4. Dies wirkt sich auf die Höhe der an dem Widerstand 14 abfallenden
Spannung aus, so daß bei geringer werdender Kapazität
des Hilfskondensators 13 die Spannung am Widerstand 14 ebenfalls kleiner wird.
Die am Widerstand 14 abfallende Spannung wird über einen Präzisionsgleichrichter 16 gleichgerichtet
und mittels eines nachgeordneten Kondensators 17 geglättet Die so gewonnene Gleichspannung wird dem
einen Eingang 7 des Differenzverstärkers 6 zugeführt
Wird der Gießharzkörper 1 beispielsweise infolge Erwärmung des Leiten 3 stärker erwärmt als der
Unterspannungskondensator 5, dann wird dies zu einem Absinken der Dielektrizitätskennzahl des Dielektrikum
des Oberspannungskondensators 4 führen, was sich bei
gleicher Spannung am Leiter 3 in einer Veränderung des Teilerverhältnisses dergestalt bemerkbar macht, daß
nunmehr die am Unterspannungskondens£.tor5 jisgreifbare
Spannung niedriger ist Die Erwärmung des Gießharzkörpers 1 bewirkt aber auch eine entsprechende
Änderung der Dielektrizitätskennzahl des Dielektrikum des Hilfskondensators 13, so daß aufgrund einer
verminderten Kapazität des Hilfskondensator J3 ein
geringerer Stromfluß durch den Widerstand 14 auftritt, wodurch dann auch die dem einen Eingang des
Differenzverstärkers 6 zugeführte Spannung kleiner wird. Der Einfluß der diesem Eingang zugeführten
Gleichspannung vermindert sich dadurch, so daß die von dem Differenzverstärker 6 gebildete Differenzspannung
dem Wert vor der Erwärmung des Gießharzkörpers 1 entspricht Das durch die Erwärmung
veränderte Teilerverhältnis ist damit kompensiert; ein Einfuß auf die Anzeige des Spannungsmeßgeräles 12
durch Temperaturänderungen des Oberspannungskondensators 4 ist darrii vermieden.
Der Gießharzkörper 1 der erfiiidungsgemäßen
kombinierten Strom- und Spannungsmeßeinrichtung enthält neben dem Oberspannungskondensator 4 und
dem Hilfskondensator 13 ein Strommeßteil, das aus
einer eisenkernlosen Wicklung 18 und mindestens einer
Einrichtung 19 besteht, die einen Eisenkern 20 mit Wicklung 21 enthält Die Einrichtung 19 ,nit Eisenkern
20 und Wicklung 21 bildet zusammen mit dem Leiter 3 einen Sättigungsstromwandler. Sie sorgt dafür, daß
unter Verwendung eines an die Wicklung 21 angeschlossenen Gleichrichters 22 ein an die Enden der
eisenkernlosen Wicklung 18 angeschlossener Verstär-
ker 23 mit Betriebsenergie versorgt werden kann. Von
dem Verstärker 23 wird dann eine Spannung abgegeben, die ein MaB für den Strom im Leiter 3 ist: und die
gegebenenfalls in einer elektronischen Schutzanordnung weiterverarbeitet werden kann. Wird eine
Fernübertragung der Ausgangsspannung des Verstärkers 23 gewünscht, oder ist dies sogar erforderlich, dann
ist dem Verstarker 23 zweckmäßigerweise ein Analog-Digital-Umsetzer
24 nachgeordnet, der an seinem Ausgang 25 bei Verwendung eines Spannungs-Fre- ι ο
quenz-Umsetzers eine dem Strom im Leiter 3
proportionale Frequenz abgibt
Um die Stromversorgung des Verstärkers 23 und gegebenenfalls auch das Analog-Digital-Umsetzers 24
auch bei kleinen Strömen im Leiter 3 zu gewährleisten, '5
können mehrere Einrichtungen mit Eisenkern und Wicklung vorgesehen sein, die jeweils einen Sättigungsstromwandler
mit dem Leiter 3 bilden. In der Figur ist
gestellt Diese
g g
Einrichtung 26 wird bei kleinen Strömen im Leiter 3 zweckmäßigerweise in Reihe mit der Einrichtung 19 und
gegebenenfalls weiteren Einrichtungen geschultet, wobei zu dieser Reihenschaltung elektronische Umschaltmittel
verwendet werden können; diese sind der besseren Übersichtlichkeit halber in der Figur nicht μ
dargestellt
Wie die Figurenbeschreibung bereits zum Ausdruck gebracht hat, läßt sich die Erfindung nicht nur bei
solchen kombinierten Strom- und Spannungsmeßeinrichtungen anwenden, bei denen der Gießharzkörper als
Dielektrikum für den Oberspannungskondensator des kapazitiven Spannungsteilers mitausgenutzt wird, sondern
auch bei solchen Einrichtungen, bei denen in den Gießharzkörper ein vollständiger Kondensator eingebettet
ist Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind diese beiden Ausgestaltungen des Oberspannungskondensators
eines kapazitiven Teilers als äquivalente Ausbildungen zu betrachten.
Mit der Erfindung wird eine kombinierte Strom- und Spannungsmeßeinrichtung vorgeschlagen, die hinsichtlich
des Spannungsmeßteiles den Vorteil bietet, daG Temperaturänderungen des den Oberspannungskondensator
aufnehmenden Gießharzkörpers bzw. Temperaturänderungen des als Dielektrikum mit ausgenutzter
Gießharzkörpers keinen Einfluß auf die Spannungsmessung haben. Bezüglich des Strommeßteiles ist die
erfindungsgemäße Strom- und Spannungsmeßeinrich tung insofern vorteilhaft als sie einen sehr kompakt
auszuführenden Gießharzkörper ermöglicht weil dei Strommeßteil ohne Eisenkern auskommt; Übertragungsungenauigkeiten
durch Sättigungserscheinunger können nicht auftreten.
Claims (4)
1. Kombinierte Strom- und Spannungsmeßeinrichtung
mit einem den Strommeßteil tragenden Gießharzkörper, der als Dielektrikum für den
Oberspannungskondensator des kapazitiven Spannungsteilers mit nachgeordnetem Verstärker eines
kapazitiven Spannungsmeßteiles mitausgenutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in den
Gisßharzkörper (1) ein Hilfskondensator (113) mit einem dem Dielektrikum des Oberspannungskondensators
(4) hinsichtlich der Temperaturabhängigkeit entsprechenden Dielektrikum eingebettet ist,
daß der Hilfskondensator (13) in Reihe mit einem Widerstand (14) an einen Hilfsgenerator (15)
angeschlossen ist und daß eine an dem Widerstand (14) abfallende Spannung nach Gleichrichtung einem
Eingang (T) eines als Differenzverstärker ausgebildeten Verstärkers (6) zugeführt ist, dessen anderer
Eingang (8) mit dem erdabgewandten Anschlußende des Unterspannungskondensators (5) des kapazitiven
Spannungsteilers verbunden ist
2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strommeßteil einen Meßfühler
aus einer eisenkernlosen Wicklung (18) enthält, daß mindestens eine Einrichtung (19) mit
einem Eisenkern (20) und aufgebrachter Wicklung (21) vorhanden ist, die mit dem den zu messenden
Strom führenden Leiter (3) einen Sättigungsstromwandler bildet, und daß die Enden der eisenkernlosen
Wicklung (18) an den Eingang eines weiteren Verstärkers (23) angeschlossen sind, dessen Betriebsspannung
von (fcr Wic'Jung (21) des Sättigungsstromwandlers
abfegeben wird.
3. Meßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Einrichtung (ISI) mit Eisenkern (20) und aufgebrachter Wicklung (21) in
dem Gießharzkörper (1) eingebettet ist
4. Meßeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem weiteren Verstärker
(23) ein Spannungs-Frequenz-Umsetzer (24) nachgeordnet ist
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