DE2363932C3

DE2363932C3 - Kombinierte Strom- und Spannungsmeßeinrichtung

Info

Publication number: DE2363932C3
Application number: DE2363932A
Authority: DE
Inventors: Werner 2431 Bentfeld Kohler; Norbert 1000 Berlin Steinemer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-12-20
Filing date: 1973-12-20
Publication date: 1979-11-29
Also published as: US3932810A; JPS6142132Y2; CH576643A5; DE2363932A1; JPS5098382A; ZA747842B; GB1459157A; NL7416694A; SE393461B; ATA803674A; AT336728B; FR2255604A1; JPS55157774U; FR2255604B1; SE7415397L; AU7614274A; DE2363932B2; BE823681A

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

Teilers ausgeglichen.

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

Einrichtung 26 da

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.

Hißrzu 1 Blatt ZeichnLagen

Claims

Patentansprüche;

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