DE3544508A1 - Combined transducer for measuring current and voltage simultaneously on pipe-sheathed conductors - Google Patents
Combined transducer for measuring current and voltage simultaneously on pipe-sheathed conductorsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Kombinationswandler zur Messung von Strom und/oder Spannung an rohrummantelten Leitern.The invention relates to a combination converter for measuring current and / or voltage on pipe jacketed Ladders.
Die Schwierigkeiten bei der meßtechnischen Erfassung von Strom und Spannung an rohrummantelten Leitern ist dadurch gekennzeichnet, daß sowohl aufgrund der hochspannungsführenden Leiter als auch durch die kompakte Bauweise moderner Hochspannungsanlagen (bedingt durch das hohe Isoliervermögen der verwendeten Dielektrika wie Gasdielektrikum mit höherer Festigkeit als Luft, z. B. Schwefelhexafluorid-Gas (SF6-Gas); Feststoffdielektrikum, z. B. Polyäthylen (PE); Mischdielektrikum, z. B. Öl-Papier) eine Strom- und Spannungsmessung mittels direkt anzeigender Meßgeräte nicht möglich ist.The difficulties with the measurement of Current and voltage on tube-coated conductors is characterized by that both because of the high-voltage conductor as well as the compact design of modern high-voltage systems (due to the high insulating ability of the used Dielectrics such as gas dielectric with higher strength as air, e.g. B. Sulfur hexafluoride gas (SF6 gas); Solid dielectric, e.g. B. Polyethylene (PE); Mixed dielectric, e.g. B. oil-paper) a current and voltage measurement by means of directly displaying measuring devices is not possible.
Bisher bekannt gewordene Kombinationswandler zur gleichzeitigen Messung von Strom und Spannung an rohrummantelten elektrischen Leitern, wie z. B. für gasisolierte metallgekapselte Hochspannungsanlagen, nutzen für Stromwandler das Transformatorprinzip aus, das bedeutet, daß der stromführende Leiter von einem Eisenring umgeben ist, der mit einer Wicklung versehen ist. Aufgrund der magnetischen Verkopplung zwischen stromführendem Leiter, Eisenring und Wicklung wird in einem an der Wicklung angeschlossenen Strommesser ein Strom angezeigt, der dem Leiterstrom proportional ist.Combination converter for simultaneous known Measurement of current and voltage on pipe jacketed electrical conductors such. B. for gas-insulated metal encapsulated High-voltage systems, use that for current transformers Transformer principle, which means that the current carrying Is surrounded by an iron ring, which is connected to a Winding is provided. Because of the magnetic coupling between the live conductor, iron ring and winding in an ammeter connected to the winding Current displayed that is proportional to the phase current.
Für die Spannungsmessung wird eine kapazitive Methode eingesetzt in der Art, daß in den Feldraum eine gegenüber dem äußeren Rohr isolierte Meßelektrode gebracht wird. Aufgrund der kapazitiven Verkopplung zwischen Leiter, Meßelektrode und äußerem Rohr zeigt ein zwischen Meßelektrode und äußerem Rohr angebrachter Spannungsmesser die Spannung zwischen Leiter und Metallkapselung an.A capacitive method is used for voltage measurement in such a way that one in the field space opposite the outer tube insulated measuring electrode is brought. Because of the capacitive coupling between conductor, measuring electrode and outer tube shows a between measuring electrode and outer tube attached tension meter the tension between conductor and Metal encapsulation.
Neben den speziell für druckgasisolierte, metallgekapselte Hochspannungsanlagen entwickelten Kombinationswandlern (z. B. DE 28 14 115 A1) gibt es Kombinationswandler für luftisolierte Hochspannungsanlagen, bei denen Strom- und Spannungswandler jeweils nach dem transformatorischen Prinzip arbeiten. Beide Wandler sind in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet und bilden so den Kombinationswandler.In addition to those specifically for compressed gas-insulated, metal-encapsulated High voltage systems developed combination converters (e.g. DE 28 14 115 A1) there are combination converters for air-insulated High voltage systems where current and voltage transformers each work according to the transformer principle. Both converters are arranged in a common housing and thus form the combination converter.
Während bei den bisher beschriebenen Kombinationswandlern sowohl für die Strom- als auch für die Spannungsmessung ein eigener Wandler erforderlich ist, wobei der Stromwandler nach dem transformatorischen Prinzip arbeitet, gibt es auch Lösungen, die nur einen Wandler benötigen. So wird beispielsweise vorgeschlagen (DT 24 57 797 A1), im Zuge des stromführenden Leiters einen Widerstand einzuschalten und die an ihm auftretende Spannung einer Spule zuzuführen, die ein Magnetfeld bildet, aus dem mittels eines Hall-Elementes eine Meßspannung gewonnen wird, die proportional dem zu messenden Leiterstrom ist. Gleichzeitig wird, bedingt durch die kapazitive Verkopplung des Meßaufbaus, mit dem Leiter an geeigneter Stelle eine Meßspannung gewonnen, die proportional der Spannung des Leiters gegenüber Erde ist.While in the combination converters described so far for both current and voltage measurement own converter is required, the current transformer works according to the transformer principle, there is also Solutions that only need a converter. For example proposed (DT 24 57 797 A1), in the course of the current-carrying Switch on a resistor and turn on the to supply him with the voltage of a coil Magnetic field forms from which a Hall element Measuring voltage is obtained, which is proportional to the measured Phase current is. At the same time, due to the capacitive Coupling of the measurement setup with the conductor at a suitable one Set a measuring voltage that is proportional to the Voltage of the conductor to earth.
Eine weitere, bisher in der Praxis für diese Meßaufgabe noch nicht eingesetzte Möglichkeit der Strommessung stellt die Rogowski-Spule dar. Rogowski hat bereits 1912 über ein Verfahren der magnetischen Spannungsmessung (Archiv für Elektrotechnik 1. Bd., 4. Heft, 1912, S. 141-150) berichtet und in einem sich daran anschließenden Aufsatz (Archiv für Elektrotechnik 1. Bd., 12. Heft, 1913, S. 511-527) ausführlich die Strommessung mittels des magnetischen Spannungsmessers, der heute üblicherweise als Rogowski-Spule bezeichnet wird, erläutert.Another, so far in practice for this measurement task The current measurement option that is not used provides the Rogowski coil. Rogowski already used a method in 1912 magnetic voltage measurement (archive for electrical engineering 1st vol., 4th issue, 1912, pp. 141-150) and reported in a subsequent article (Archiv für Elektrotechnik 1st vol., 12th issue, 1913, pp. 511-527) Current measurement using the magnetic voltmeter, the is commonly referred to today as the Rogowski coil, explained.
Weitere Veröffentlichungen anderer Autoren befaßten sich dann
u. a. mit dem Einsatz der Rogowski-Spule zur
- Messung hoher quasistationärer Ströme,
- Messung von Blitzströmen oder
- Messung von Impulsströmen.Other publications by other authors then dealt with the use of the Rogowski coil
- measurement of high quasi-stationary currents,
- measurement of lightning currents or
- Measurement of pulse currents.
Trotz vielfacher Anregungen blieb ihre Verwendung als Meßwertaufnehmer jedoch hauptsächlich auf die Strommessung bei Lichtbogenöfen oder zur Impulsstrommessung in der Hochenergiephysik beschränkt.Despite many suggestions, their use as a transducer remained but mainly on the current measurement Arc furnaces or for pulse current measurement in high energy physics limited.
Die Funktion der Rogowski-Spule ergibt sich dadurch, daß eine lange, dicht auf einen flexiblen, unmagnetischen Träger gewickelte Zylinderspule zur Strommessung ringförmig als geschlossene Spule um den stromführenden Leiter gelegt wird, siehe Fig. 1. Durch das von einem quasistationären Strom ausgehende magnetische Feld werden in den einzelnen Windungen Spannungen induziert, die sich zu einer Meßspannung summieren, die ihrerseits proportional der Amplitude und der zeitlichen Ableitung des Stromes ist. Da auch außerhalb der Schleifenfläche fließende Ströme in der Rogowski-Spule Spannungen induzieren, ist eine Unterdrückung dieser Spannungen erforderlich. Dies geschieht beispielsweise durch eine eng mit der Rogowski-Spule verbundene gegenläufige Windung, die mit ihr in Reihe geschaltet ist. Um die Rogowski-Spule vor elektrischen Feldern zu schützen, ist eine metallene, nicht magnetische Abschirmung erforderlich, die längs der Rogowski-Spule geschlitzt ist. Dadurch werden zirkulare Wirbelströme vermieden, die sonst die Meßspannung verfälschen würden.The function of the Rogowski coil results from the fact that a long cylindrical coil, tightly wound on a flexible, non-magnetic carrier, is placed in a ring around the current-carrying conductor for current measurement as a closed coil, see FIG. 1. By the magnetic field emanating from a quasi-stationary current voltages are induced in the individual windings, which add up to a measuring voltage which in turn is proportional to the amplitude and the time derivative of the current. Since currents flowing outside the loop area also induce voltages in the Rogowski coil, suppression of these voltages is necessary. This is done, for example, by means of a counter-rotating winding closely connected to the Rogowski coil and connected in series with it. In order to protect the Rogowski coil from electrical fields, a metallic, non-magnetic shield is required, which is slotted along the Rogowski coil. This avoids circular eddy currents that would otherwise falsify the measuring voltage.
Die beschriebenen Lösungen weisen Nachteile auf, die im folgenden
herausgestellt werden:
Stromwandler, die das Meßsignal nur mittels der induktiven
Eigenschaften der Wandlerelemente bilden und die kapazitiven
nicht berücksichtigen, liefern nur innerhalb eines relativ
geringen Frequenzbereiches und zwar von der Netzfrequenz
bis zum zehn- bis zwanzigfachen der Netzfrequenz ein befriedigendes
Meßsignal, höherfrequente Stromanteile werden von
diesen Wandlern unterdrückt. Sofern im magnetischen Kreis
Eisen enthalten ist, tritt oberhalb eines Grenzstromes ein
Sättigungseffekt auf, der die Messung verfälscht. Für Spannungswandler,
die nur die induktiven Eigenschaften des Wandlers
ausnützen, gilt das gleiche.The solutions described have disadvantages, which are highlighted below:
Current transformers, which form the measurement signal only by means of the inductive properties of the transformer elements and do not take the capacitive into account, only deliver a satisfactory measurement signal within a relatively small frequency range, namely from the mains frequency to ten to twenty times the mains frequency; higher-frequency current components are suppressed by these transformers . If iron is contained in the magnetic circuit, a saturation effect occurs above a limit current, which falsifies the measurement. The same applies to voltage converters that only use the inductive properties of the converter.
Ein Einsatz dieser Wandler in gasisolierten, metallgekapselten Hochspannungsanlagen ist dann fragwürdig, wenn neben der gleichzeitigen Erfassung von quasistationären Strömen und Spannungen auch schnell veränderliche Ströme und Spannungen erfaßt und registriert werden sollen, wie diese bei Schaltvorgängen auftreten. So ist bekannt, daß insbesondere durch die Verwendung von Vakuumschalter Wellenvorgänge hervorgerufen werden, die ihrerseits kurzzeitige Strom- und Spannungsüberhöhungen bewirken, die eine unzulässige Beanspruchung von Anlagenteilen und damit eine Gefährdung der gesamten Anlage bewirken. Eine Strom- und Spannungsmeßeinrichtung für transient verlaufende Meßgrößen sollte daher in der Lage sein, auch Ströme und Spannungen zu erfassen, deren Frequenzspektren bis in das Megahertzgebiet reichen.Use of these converters in gas-insulated, metal-enclosed High voltage systems is questionable if next to the simultaneous acquisition of quasistationary currents and Voltages also rapidly changing currents and voltages to be recorded and registered, such as this during switching operations occur. So it is known that in particular the use of vacuum switches caused wave processes , which in turn are brief current and voltage increases cause an impermissible strain of Parts of the system and thus a risk to the entire system cause. A current and voltage measuring device for transient current measured variables should therefore be able to also to record currents and voltages, their frequency spectra reach into the megahertz area.
Auch die Verwendung der Rogowski-Spule in der beschriebenen Form ist nur zur Messung quasistationärer Ströme geeignet, da keine Vorkehrungen zur Unterdrückung unerwünschter Wellenvorgänge getroffen wurden, wie diese bei der Messung schnell veränderlicher Ströme zur Vermeidung von Meßfehlern unbedingt erforderlich sind.The use of the Rogowski coil in the described Form is only suitable for measuring quasi-stationary currents, because no precautions to suppress unwanted wave processes were hit like this when measuring quickly variable currents to avoid measurement errors required are.
Neben den meßtechnischen Nachteilen sind die bisher bekannt gewordenen Lösungen sehr platzaufwendig, so daß die an sich sehr kompakt und daher platzsparend aufzubauenden gasisolierten, metallgekapselten Hochspannungsanlagen aufgrund der Wandler ein größeres Volumen beanspruchen als ohne diese.In addition to the technical disadvantages, they are known to date solutions become very space-consuming, so that in itself very compact and therefore space-saving, gas-insulated, metal-enclosed high-voltage systems due to the Transducers require a larger volume than without them.
Gleiches gilt für den Einsatz der Kombinationswandler in Kabelanlagen, Kabelmuffen, Endverschlüssen oder Durchführungen, bei denen es ebenfalls auf eine geringe Baugröße ankommt. Selbstverständlich sollten auch diese Wandler in der Lage sein, transiente Ströme und Spannungen zuverlässig in entsprechende Meßspannungen umzuwandeln.The same applies to the use of the combination converter in cable systems, Cable sleeves, terminations or bushings, where a small size is also important. Of course, these converters should also be in the Be able to reliably transient currents and voltages in appropriate Convert measuring voltages.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen Kombinationswandler aufzubauen, der sowohl quasistationäre Ströme und/oder quasistationäre Spannungen als auch transiente Ströme und/oder transiente Spannungen erfassen kann, wobei der Wandler nur aus einem kleinen, kompakten Element aufgebaut ist.It is therefore an object of the invention to provide a combination converter build up of both quasi-steady streams and / or quasi-stationary voltages as well as transients Currents and / or transient voltages can be recorded the converter is built from a small, compact element is.
Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß der Kombinationswandler aus nur einem Wandlerelement, welches aus einer Rogowski-Spule, die von einer metallenen, nichtmagnetischen Abschirmung umgeben ist, besteht, das innerhalb der den stromführenden Leiter umgebenden Rohrleitung isoliert gegen die Innenwand der Rohrleitung in radialer Ebene zum Leiter in einer Nut angeordnet ist, und die metallene Abschirmung gleichzeitig sowohl mit dem Rohr als auch mit dem Leiter einen Kondensator bildet, wobei die beiden Kondensatoren gemeinsam einen kapazitiven Spannungsteiler bilden. Diese Bauweise hat den Vorteil, daß im magnetischen Kreis kein Eisen verwendet wird und damit auch keine Sättigungseffekte auftreten. Gewicht und Größe dieses Kombinationswandlers sind so gering, daß er in vorhandene Komponenten der Hochspannungsanlage integriert werden kann, oder auch nachträglich ohne großen Aufwand eingebaut werden kann.The solution of the problem is that the Combination converter from only one converter element, which consists of a Rogowski coil made of a metal, non-magnetic Shield is surrounded, which is within the insulated pipeline surrounding the live conductor against the inner wall of the pipeline in a radial plane Conductor is arranged in a groove, and the metal shield both with the pipe and with the Conductor forms a capacitor, the two capacitors together form a capacitive voltage divider. This design has the advantage that in the magnetic circuit no iron is used and therefore no saturation effects occur. Weight and size of this combination converter are so small that it is in existing components of the High-voltage system can be integrated, or later can be installed without much effort.
Die Lösung der Aufgabe kann noch dadurch verbessert werden, daß Spulenanfang und Spulenende jeweils über einen Widerstand, dessen Größe dem Wellenwiderstand der Anordnung Spule-Kompensationswindung entspricht, mit dem Anfang der Kompensationswindung bzw. Ende der Kompensationswindung verbunden werden. Dabei wird die Kompensationswindung selbst durch die metallene äußere Abschirmung der Rogowski-Spule gebildet.The solution to the problem can still be improved by that the coil start and coil end each have a resistor, the size of which is the characteristic impedance of the coil-compensation winding arrangement corresponds, with the beginning of the compensation turn or end of the compensation turn connected will. The compensation winding itself is caused by the metal outer shield of the Rogowski coil formed.
Eine weitere Verbesserung der Erfindung läßt sich dadurch erzielen, daß der mechanische Einbau des Kombinationswandlers dadurch vereinfacht wird, indem er mittels eines isolierenden Stützringes innerhalb der Rohrleitung fixiert wird, oder durch andere Maßnahmen, wie z. B. Festklemmen in einer Nut, fixiert wird. Die Fixierung mit einem isolierenden Stützring, der seinerseits z. B. am Innenrand der Rohrleitung festgeklebt werden kann, hat den Vorteil, daß bei nachträglicher Installation des Kombinationswandlers keine Nut in die bereits montierte Rohrleitung eingearbeitet werden muß, was die Ausfallzeiten der Hochspannungsanlage erheblich reduziert.A further improvement of the invention can be achieved by that the mechanical installation of the combination converter is simplified by using an insulating Support ring is fixed within the pipeline, or through other measures such as B. clamping in a groove, is fixed. Fixing with an insulating support ring, which in turn z. B. glued to the inside edge of the pipeline has the advantage that with subsequent installation of the combination converter no groove in the already installed Pipeline needs to be incorporated into what the downtime the high-voltage system significantly reduced.
Auch kann bei der Herstellung der Rohrleitungen bereits in den Verbindungsflanschen eine Nut vorgesehen werden, so daß bei Bedarf der Wandler an den Stellen, an denen er benötigt wird ohne großen Aufwand eingebaut werden kann.Also can be used in the manufacture of the piping a groove can be provided for the connecting flanges, so that if necessary, the converter at the points where it is needed can be installed without much effort.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen und Beispielen näher erläutert:The invention is based on drawings and Examples explained in more detail:
Aus einem dünnen, lackisolierten Draht wird eine kreisförmige Spule mit nur einer Wicklungslage (1) hergestellt wird, wobei sich die Wicklungen gegenseitig berühren, und der Spulenanfang das Spulenende berührt, siehe Fig. 2. Die Spule kann zur Erhöhung der mechanischen Stabilität auf einem flexiblen oder starren Kunststoffträger (2) aufgebracht sein. Die Spule ist von einer nichtmagnetischen, in Längsrichtung geschlitzten, sich überlappenden Metallfolie (3) umgeben, deren Anfang mit dem Spulenanfang und deren Ende mit dem Spulenende zusammenfällt, die Enden dürfen sich jedoch nicht berühren, siehe Fig. 3. Die Metallfolie ist gegenüber der Spule isoliert. Spulenanfang und Spulenende werden jeweils über einen Widerstand, dessen Größe dem Wellenwiderstand der Anordnung Spule-Metallfolie entspricht, mit dem Metallfolienanfang bzw. Metallfolienende verbunden, siehe Fig. 4. Vom Spulenanfang und vom Metallfolienanfang führt jeweils ein isolierter Leiter zu einer Übergabestelle, an der die Meßspannung zwischen den beiden Leitern abgegriffen werden kann. Die Meßspannung entspricht dem zeitlichen Differential des Leiterstromes.A circular coil with only one winding layer ( 1 ) is produced from a thin, enamel-insulated wire, the windings touching each other and the beginning of the coil touching the end of the coil, see FIG. 2. The coil can be increased on a flexible to increase the mechanical stability or rigid plastic carrier ( 2 ) can be applied. The coil is surrounded by a non-magnetic, longitudinally slotted, overlapping metal foil ( 3 ), the beginning of which coincides with the beginning of the coil and the end with the end of the coil, but the ends must not touch, see Fig. 3. The metal foil is opposite the Coil isolated. The coil start and coil end are each connected to the metal foil start or end via a resistor, the size of which corresponds to the characteristic impedance of the coil-metal foil arrangement, see Fig. 4.An insulated conductor leads from the coil start and the metal foil start to a transfer point at which the Measuring voltage between the two conductors can be tapped. The measuring voltage corresponds to the time differential of the conductor current.
Die die Spule umschließende Metallfolie (3) wird ihrerseits mit einem Metallring (7) oder einem Ring, der mit einem metallenen Überzug versehen ist, so umgeben, daß beide Teile voneinander isoliert sind, z. B. durch einen Isolierring (8), siehe Fig. 5. Von dem Metallring (7) führt ebenfalls ein isolierter Leiter (9) zu der Übergabestelle, an der die beiden Leiter (5, 6) von der Spule (1) und der Metallfolie (3) enden. Zwischen diesem Leiter (9) und dem Leiter (5), der zur Metallfolie (3) führt, steht ebenfalls eine Meßspannung zur Verfügung, die proportional der Spannung ist, die zwischen dem stromführenden Leiter (10) und dem Metallring (7) vorhanden ist.The metal foil ( 3 ) enclosing the coil is in turn surrounded by a metal ring ( 7 ) or a ring which is provided with a metal coating so that the two parts are insulated from one another, e.g. B. by an insulating ring ( 8 ), see Fig. 5. From the metal ring ( 7 ) also leads an insulated conductor ( 9 ) to the transfer point at which the two conductors ( 5, 6 ) from the coil ( 1 ) and Metal foil ( 3 ) end. Between this conductor ( 9 ) and the conductor ( 5 ), which leads to the metal foil ( 3 ), there is also a measuring voltage that is proportional to the voltage that is present between the current-carrying conductor ( 10 ) and the metal ring ( 7 ) .
Die Wirkungsweise des Kombinationswandlers bei der Strommessung beruht darauf, daß das vom stromführenden Leiter (10) ausgehende magnetische Feld in den einzelnen Windungen der kreisförmigen Spule (1) eine Spannung induziert, die als Wanderwelle sowohl zum Spulenanfang als auch zum Spulenende läuft. Da Spulenanfang und Spulenende jeweils mit ihrem Wellenwiderstand abgeschlossen sind, werden die Wellen dort absorbiert und rufen dabei eine Änderung der dort herrschenden Spannungen hervor. Der sich dadurch einstellende zeitliche Verlauf dieser Spannungen, z. B. der Meßspannung am Spulenanfang, entspricht dem Differential des Leiterstromes, so daß mittels einer nachfolgenden Integration der ursprüngliche Verlauf des Leiterstromes zurückgewonnen werden kann. Dieser Zusammenhang ist experimentell in einer Prüfschaltung, siehe Fig. 7, nachgewiesen worden. Die dort verwendeten Abkürzungen zur Bezeichnung der verschiedenen Komponenten haben folgende Bedeutung: HT-Hochspannungstransformator, GL-Gleichrichter, C-Kondensator, ZF-Zündfunkenstrecke, R-Widerstand, L-Induktivität, Kw-Kombinationswandler, Rm-Meßwiderstand, Os-Oszillograph. Die Ergebnisse sind in Fig. 8 dargestellt und zwar zeigt Teilbild (17) den Strom des stromführenden Leiters und das Teilbild (18) die von dem Kombinationswandler gelieferte Meßspannung für den Strom und Teilbild (19) den durch nachfolgende Integration zurückgewonnenen Verlauf des Stromes. Allerdings ist eine Integration nicht immer erforderlich, so z. B. nicht bei der Messung quasistationärer, sinusförmiger Ströme, wie sie in der elektrischen Energietechnik üblich sind.The operation of the combination converter in the current measurement is based on the fact that the magnetic field emanating from the current-carrying conductor ( 10 ) induces a voltage in the individual turns of the circular coil ( 1 ), which runs as a traveling wave both at the coil start and at the coil end. Since the coil start and coil end are each terminated with their wave resistance, the waves are absorbed there and cause a change in the voltages there. The resulting course of these voltages over time, z. B. the measuring voltage at the beginning of the coil corresponds to the differential of the conductor current, so that the original course of the conductor current can be recovered by means of a subsequent integration. This relationship has been demonstrated experimentally in a test circuit, see FIG. 7. The abbreviations used to designate the various components have the following meaning: HT high-voltage transformer, GL rectifier, C capacitor, IF spark gap, R resistor, L inductor, Kw combination converter, Rm measuring resistor, oscilloscope. The results are shown in FIG. 8, namely that partial image ( 17 ) shows the current of the current-carrying conductor and partial image ( 18 ) shows the measuring voltage for the current supplied by the combination transformer, and partial image ( 19 ) shows the course of the current recovered by subsequent integration. However, integration is not always necessary. B. not in the measurement of quasi-stationary, sinusoidal currents, as are common in electrical power engineering.
Dadurch, daß die die Spule (1) umgebende Metallfolie (3) sowohl mit dem stromführenden Leiter (10), als auch mit dem die Metallfolie (3) umgebenden Metallring (7) jeweils einen Kondensator bildet, ergeben sich zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren, die einen kapazitiven Spannungsteiler bezüglich der Spannung zwischen dem stromführenden Leiter (10) und dem Metallring (7) bilden. Die zwischen der Metallfolie (3) und dem Metallring (7) auftretende Meßspannung ist proportional der Spannung, die zwischen stromführendem Leiter (10) und Metallring (7) herrscht.The fact that the metal foil ( 3 ) surrounding the coil ( 1 ) forms a capacitor both with the current-carrying conductor ( 10 ) and with the metal ring ( 7 ) surrounding the metal foil ( 3 ), results in two capacitors connected in series, which form a capacitive voltage divider with respect to the voltage between the current-carrying conductor ( 10 ) and the metal ring ( 7 ). The measuring voltage occurring between the metal foil ( 3 ) and the metal ring ( 7 ) is proportional to the voltage that prevails between the current-carrying conductor ( 10 ) and the metal ring ( 7 ).
Der Einsatz des Kombinationswandlers erfolgt vorzugsweise in einphasigen, gasisolierten, metallgekapselten Hochspannungsanlagen, in Kabelendverschlüssen oder in Kabelmuffen. Er läßt sich mit geringem Aufwand herstellen und kann in bestehende Anlagen nachträglich eingebaut werden.The combination converter is preferably used in single-phase, gas-insulated, metal-enclosed high-voltage systems, in cable terminations or in cable sleeves. He let can be manufactured with little effort and can be integrated into existing ones Systems can be retrofitted.
In Fig. 6 ist als Beispiel der Einsatz des Kombinationswandlers in einer gasisolierten, metallgekapselten Hochspannungsanlage dargestellt. Ähnlich wie in der Prinzipskizze Fig. 5 dargestellt, ist die mit der Metallfolie (3) abgeschirmte Spule (1) koaxial um den stromführenden Leiter (10) angeordnet und wird durch eine sich im äußeren Metallrohr (11) befindende Nut (12) gehalten. Damit diese Anordnung gegenüber dem äußeren Metallrohr (11), das dem Metallring (7) in Fig. 5 entspricht, isoliert ist, ist die Nut durch eine Isolierschicht (13), siehe Fig. 6, ausgekleidet. Diese Isolierschicht (13) entspricht dem Isolierring (8) in Fig. 5. Die von der Spule (1) und der Metallfolie (3) ausgehenden isolierten Leiter (5, 6) werden durch eine gasdichte Durchführung (14) nach außen geführt und enden an der Übergabestelle, die z. B. eine Klemmenleiste sein kann. Zusätzlich wird am Innenrand des Metallrohres der Leiter (9) elektrisch mit dem Metallrohr verbunden und ebenfalls durch die gasdichte Durchführung (14) nach außen zur Übergabestelle geführt.In Fig. 6 the use of the combination converter in a gas-insulated, metal-encapsulated high-voltage system is shown as an example. Similarly, as shown in the schematic diagram of Fig. 5, the shielded with the metal foil (3) coil (1) is disposed coaxially around the current carrying conductor (10) and is held by a to exploiting Dende in the outer metal tube (11) groove (12). So that this arrangement is insulated from the outer metal tube ( 11 ), which corresponds to the metal ring ( 7 ) in Fig. 5, the groove is lined with an insulating layer ( 13 ), see Fig. 6. This insulating layer ( 13 ) corresponds to the insulating ring ( 8 ) in FIG. 5. The insulated conductors ( 5, 6 ) emanating from the coil ( 1 ) and the metal foil ( 3 ) are led to the outside through a gas-tight bushing ( 14 ) and end at the transfer point, the z. B. can be a terminal block. In addition, the conductor ( 9 ) is electrically connected to the metal tube on the inner edge of the metal tube and is also led outward through the gas-tight bushing ( 14 ) to the transfer point.
Mittels zweier Meßgeräte (15, 16), die an der Übergabestelle angeschlossen werden, können der quasistationäre Strom und die quasistationäre Spannung direkt gemessen werden. Andere Möglichkeiten der Meßspannungsverarbeitung bestehen darin, die Meßspannungen entweder direkt oder über einen Verstärker einer Warte zuzuleiten, sie in Lichtsignale umzuwandeln und über Lichtwellenleiter weiterzuleiten oder sie zu digitalisieren und dann weiter zu verarbeiten. Diese und weitere Möglichkeiten bleiben dem jeweiligen Einsatzfall überlassen.The quasi-stationary current and the quasi-stationary voltage can be measured directly by means of two measuring devices ( 15, 16 ) which are connected to the transfer point. Other possibilities for measuring voltage processing are to supply the measuring voltages either directly or via an amplifier to a control room, to convert them into light signals and to transmit them via optical fibers, or to digitize them and then to process them further. These and other possibilities are left to the respective application.
Fig. 1 Einsatz der Rogowski-Spule zur Strommessung Fig. 1 Use of the Rogowski coil for current measurement
Fig. 2 Spule (1) auf Kunststoffträger (2) Fig. 2 coil ( 1 ) on plastic carrier ( 2 )
Fig. 3 Mit Metallfolie (3) abgeschirmte Spule (1) Fig. 3 with metal foil ( 3 ) shielded coil ( 1 )
Fig. 4 Vergrößerte Darstellung der mit Widerständen (4) abgeschlossenen Spule (1), und Anschluß der Leitungen (5, 6) an Spule (1) und Metallfolie (3) Fig. 4 Enlarged view of the coil ( 1 ) closed with resistors ( 4 ), and connection of the lines ( 5, 6 ) to the coil ( 1 ) and metal foil ( 3 )
Fig. 5 Prinzipskizze zum Einsatz des Kombinationswandlers an einem rohrummantelten Leiter Fig. 5 schematic diagram for the use of the combination converter on a tube-coated conductor
Fig. 6 Einsatz des Kombinationswandlers in einer gasisolierten, metallgekapselten Hochspannungsanlage Fig. 6 Use of the combination converter in a gas-insulated, metal-enclosed high-voltage system
Fig. 7 Prüfschaltung zum Testen des Kombinationswandlers Fig. 7 test circuit for testing the combination converter
Fig. 8 Oszillogramm
(17) - des Stromes des stromführenden Leiters,
(18) - der Meßspannung für den Strom und
(19) - der integrierten Meßspannung Fig. 8 oscillogram
( 17 ) - the current of the live conductor,
( 18 ) - the measuring voltage for the current and
( 19 ) - the integrated measuring voltage
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