DE3009997A1

DE3009997A1 - Aktiver kapazitiver spannungsteiler

Info

Publication number: DE3009997A1
Application number: DE19803009997
Authority: DE
Inventors: Willi Dr.-Ing. 1000 Berlin Müller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-03-13
Filing date: 1980-03-13
Publication date: 1981-10-08

Description

Aktiver kapazitiver Snannungsteiler
Die Erfindung bezieht sich auf einen aktiven kapazitiven Spannungsteiler mit einem Oberspannungskondensstor, der mit seiner abgriffseitigen Elektrode über eine Verbindungsleitung an einen Unterspannungskondensator angeschlossen ist, der im Gegenkopplungszweig eines Verstärkers angeordnet ist. Ein solcher aktiver kapazitiver Spannungsteiler ist in der Zeitschrift "Smit Mededelingen" 24 (1969) 4, Seite 229 beschrieben.
Bei einem derartigen kapazitiven Spannungsteiler können auch an kleinen Aufbau- und Leitungsinduktivitäten schon sehr hohe Spannungsabfälle auftreten, wenn die mittels des Spannungsteilers zu erfassende Hochspannung verhältnismäßig hohe Anderungen mit relativ großer Anderungsgeschwindigkeit erfährt. Derartige Verhältnisse treten in Mittel- und Hochspannungsschaltanlagen, insbesondere in SF6-isolierten anlagen, betriebsmäßig beim Betätigen von Trennschaltern und Leistungsschaltern auf; insbesondere gilt dies für Anlagen mit Vakuumschaltern. Ebenfalls ergeben sich solche Spannungsverhältnisse im Störungsfall bei Kurzschlüssen. Die beschriebenen Änderungen der Hochspannung fUhren zu großen zeitlichen Änderungen des Stromes durch den kapazitiven Spannungsteiler, was an dessen Induktivitäten zu sehr hohen Uberspannungen führen kann.
Diese Überspannungen gefährden nicht nur die Isolation der abgriffseitigen Elektrode des Oberspannungskondensators, sondern auch die gegebenenfalls vorhandene Isolation einer Durchführung für das abgriffseitige Ende des Oberspannungskondensators und die Isolation der Verbindungsleitung zum Verstärker. Dieser kann unzulässig übersteuert oder gar zerstört werden, und gegebenenfalls vorhandene Zwischenübertrager können gesättigt werden. Dadurch ist die Erfassung bzw. Uberwachung der Hochspannung nicht mehr gewährleistet.
Um dem entgegenzuwirken, ist es bereits bekannt ("Electrical Review"Vol. 198, 21, Seiten 31 bis 33), in die Verbindungsleitung zwischen dem Oberspannungskondensator und dem Verstärker ein Filter einzuftigen.
Dadurch ergeben sich jedoch Einschränkungen in der Frequenzbandbreite, und es wird die Frequenzabhängigkeit und der Winkelfehler des aktiven kapazitiven Spannungsteilers nachteilig verändert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen aktiven kapazitiven Spannungsteiler vorzuschlagen, der verhältnismäßig einfach aufgebaut ist und dennoch die Gewinnung einer hochspannungproportionalen Meßgröße gestattet, die ein getreues Abbild der Hochspannung darstellt.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem aktiven kapazitiven Spannungsteiler der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß die abgriffseitige Elektrode des Oberspannungskondensators über einen Zusatzkondensator an Erdpotential angeschlossen.
Der erfindungsgemäße Spannungsteiler hat den Vorteil, daß an der abgriffseitigen Elektrode des Oberspannungskondensators auftretende Uberspannungen abgebaut werden, so daß eine Gefährdung der Isolation des Oberspannungskondensators sowie einergegebenenfalls vorhandenen Durchführung für das abgriffseitige Ende dieses Kondensators und auch die Isolation der Verbindungsleitung nicht gefährdet wird. Dabei hat der Zusatzkondensator keinerlei Einfluß auf das Ubertragungsverhalten des erfindungsgemäßen Spannungsteilers, weil im Bereich der Verbindungsleitung vorhandene Kapazitäten praktisch ohne wesentlichen Einfluß auf die Genauigkeit des Spannungsteilers sind.
Als vorteilhaft wird es auch angesehen, wenn der Eingang des Verstärkers über einen weiteren ZusatzkondensaDr an Erdpotential angeschlossen ist. Dieser weitere Zusatzkondensator unterstützt den einen Zusatzkondensator in seiner Wirkung.
Bei dem erfindungsgemäßen Spannungsteiler ist vorteilhafterweise dem einen und/oder dem weiteren Zusatzkondensator eine Halbleiter-Anordnung mit Begrenzer-Wirkung parallel geschaltet. Diese Halbleiter-Anordnung besteht vorzugsweise aus einem Varistor; sie kann aber auch beispielsweise aus antiparallel geschalteten Zener-Dioden bestehen. Die Halbleiter-Anordnung ist vorteilhafterweise hinsichtlich ihrer Begrenzerwirkung derart ausgelegt, daß sie erst bei auf außergewöhnliche Vorgänge zurückzuführenden Uberspannungen anspricht, worunter u.a. ein Durchschlag im Oberspannungskondensator oder ein Auftrennen der Verbindungsleitung verstanden wird.
Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen aktiven kapazitiven Spannungsteilers gezeigt.
Der dargestellte kapazitive Spannungsteiler enthält einen Oberspannungskondensator 1, der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in einer Metallkapsel 2 einer im übrigen nicht weiter dargestellten metallgekapselten Hochspannungsschaltanlage3angeordnet ist. Der Oberspannungskondensator 1 ist an einen Hochspannungsanschluß 4 geführt, bei dem es sich bei dem gezeigten AusfUhrungsbeispiels um den Innenleiter der Hochspannungsschaltanlage 3 handelt. Die abgriffseitige Elektrode 5 des Oberspannungskondensators 1 ist huber eine Anschlußleitung 6 aus der Metallkapsel 2 herausgeführt; zu diesem Zwecke ist in der Metallkapsel 2 eine Öffnung 7 mit einer Durchführung 8 vorgesehen.
Uber eine Verbindungsleitung 9 ist die abgriffseitige Elektrode 5 des Oberspannungskondensators 1 an einen Eingang 10 eines Verstärkers 11 angeschlossen. Der Verstärker 11 enthält in seinem Gegenkopplungszweig einen Unterspannungskondensator 12. Am Ausgang 13 des Verstärkers 11 ist eine Spannung U2 abgreifbar, die der Hochspannung U1 zwischen dem Hochspannungsanschluß 4 und der über eine Leitung 14 geerdeten Metallkapsel 2 proportional ist.
Der erdseitige Abgriff 5 des Oberspannungskondensators 1 bzw. der Anfang 15 der Verbindungsleitung 9 ist über einen Zusatzkondensator 16 an Erde angeschlossen. Dem Zusatzkondensator 16 ist eine Halbleiter-Anordnung 17 parallel geschaltet, die im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Varistor 18 besteht.
Der Eingang 10 des Verstärkers 11 ist über einen weiteren Zusatzkondensator 19 ebenfalls an Erdpotential angeschlossen; ihm ist eine weitere Halbleiter-Anordnung 20 parallel geschaltet, die im gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem weiteren Varistor 21 besteht.
Mit der Erfindung wird ein aktiver kapazitiver Spannungsteiler vorgeschlagen, bei dem eine Gefährdung durch Uberspannungen mittels eines vergleichsweise geringen zusätzlichen Schaltungsaufwandes vermieden ist, wobei durch den zusätzlichen Schaltungsaufwand eine Beein- trächtigung der Ubertragungsgenauigkeit des kapazitiven Spannungsteilers weitgehend ausgeschlossen ist.
4 Ansprüche 1 Figur

Claims

PatentansprUche: Reaktiver kapazitiver Spannungsteiler mit einem Oberspannungskondensator, der mit seiner abgriffseitigen Elektrode über eine Verbindungsleitung an einen Unterspannungskondensator angeschlossen ist, der im Gegenkopplungszweig eines Verstärkers angeordnet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die abgriffseitige Elektrode (5) des Oberspannungskondensators (1) über einen Zusatzkondensator (16) an Erdpotential angeschlossen ist.
2. Spannungsteiler nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et , daß der Eingang (10) des Verstärkers (11) über einen weiteren Zusatzkondensator (19) an Erdpotential angeschlossen ist.
3. Spannungsteiler nach Anspruch 1 oder 2 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daX dem einen und/oder dem weiteren Zusatzkondensator (16;19) eine Halbleiter-Anordnung (17;20) mit Begrenzerwirkung parallel geschaltet ist.

4, Spannungsteiler nach Anspruch 3 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Halbleiter-Anordnung (17) aus einem Varistor (18) besteht.