DE60206240T2

DE60206240T2 - Spannungssensor für gasisolierte elektrische Vorrichtung

Info

Publication number: DE60206240T2
Application number: DE60206240T
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Chiyoda-ku Maeda; Hirohide Chiyoda-ku Aoki; Hiroyuki Chiyoda-ku Hama
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-01-07
Filing date: 2002-07-05
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2022-07-06
Also published as: US6717499B2; US20030128089A1; EP1326080B1; JP2003203816A; CN1204574C; CN1431519A; JP4080749B2; EP1326080A2; DE60206240D1; EP1326080A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Transformator für eine gasisolierte elektrische Vorrichtung und insbesondere einen Transformator für eine gasisolierte elektrische Vorrichtung für ein gasisoliertes Schaltgerät, das auf dem Gebiet der Umspannung von Energieversorgungsnetzen verwendet wird.
2. Beschreibung des Stands der Technik
5 ist eine schematische Darstellung einer Spannungsdetektiervorrichtung eines herkömmlichen gasisolierten Schaltgeräts vom diskontinuierlichen Dreiphasentyp, wie es beispielsweise in der offengelegten JP-Patentanmeldung Hei 2-115 770 angegeben ist.
In 5 sind Dreiphasen-Hochspannungsleiter 3a bis 3c in einem gleichseitigen Dreieck in einem ringförmigen Erdungsbehälter 1 angeordnet, der mit einem isolierenden Lichtbogenlöschgas wie etwa SF₆-Gas gefüllt ist. Zwischen den miteinander verbundenen Öffnungen des ringförmigen Erdungsbehälters 1 ist eine scheibenartige Trenn-Montageplatte 17 angeordnet, die aus einem Metallmaterial besteht, und Bolzen (nicht gezeigt) sind in die Randbereiche der Hochspannungsleiter 3a bis 3c zum Zweck der Befestigung und Festlegung eingesetzt.
Diese Trenn-Montageplatte 17 hat koaxiale Durchgangslöcher 18a bis 18c, die einen Durchmesser haben, der in ausreichender Weise eine Isolation ermöglicht, wenn die Hochspannungsleiter 3a bis 3c eingesetzt sind, und Einphasen-Abstandselemente 19a bis 19c aus Isoliermaterialien sind jeweils an den Durchgangslöchern 18a bis 18c angebracht und stützen die Hochspannungsleiter 3a bis 3c ab.
Ferner sind zylindrische Erdungsabschirmungen 16a bis 16c, die mit den Durchgangslöchern 18a bis 18c der Trenn-Montageplatte 17 koaxial positioniert sind und das elektrische Feld der Montageflanschbereiche der Einphasen-Abstandselemente 19a bis 19c abschwächen, an der Trenn-Montageplatte 17 mittels Befestigungsschrauben festgelegt, die den Einphasen-Abstandselementen 19a bis 19c gemeinsam sind.
Außerdem sind in dem Außenumfangsbereich der Hochspannungsleiter 3a bis 3c und innerhalb der Erdungsabschirmungen 16a bis 16c zylindrische Floating-Elektroden 15a bis 15c so vorgesehen, daß sie damit koaxial angeordnet sind, wobei die Floating-Elektroden 15a bis 15c an den jeweiligen Erdungsabschirmungen 16a bis 16c mittels Isolatoren 20 befestigt sind.
Die jeweiligen Floating-Elektroden 15a bis 15c sind mit Transformatorbereichen 24a bis 24c, die außerhalb des ringförmigen Erdungsbehälters 1 angeordnet sind und Hilfskondensatoren enthalten, durch zwischengefügte Leiter 23 verbunden, die sich durch isolierende abdichtende Anschlüsse 21 an dem ringförmigen Erdungsbehälter 1, die jeweils an der zunächst liegenden Position angebracht sind, und durch Lochbereiche 22a bis 22c erstrecken, die in den Erdungsabschirmungen 16a bis 16c vorgesehen sind.
Ferner sind die Floating-Elektroden 15a bis 15c im jeweiligen Zentrum der Erdungsabschirmungen 16a bis 16c in Bezug auf die Axialrichtung davon angeordnet, und die Länge l_x der Erdungsabschirmungen ist im wesentlichen nicht kleiner als die doppelte Länge l_z der Floating-Elektroden 15a bis 15c.
Um bei dem oben beschriebenen Spannungsteiler vom Kondensatortyp in dem herkömmlichen gasisolierten Schaltgerät den Einfluß anderer Phasen zu begrenzen, sind die Erdungsabschirmungen 16a bis 16c koaxial mit den Floating-Elektroden 15a bis 15c vorgesehen, so daß es schwierig ist, den Zwischenphasenabstand der Hochspannungsleiter 3a bis 3c zu verringern, was es erschwert, eine Verkleinerung des gasisolierten Schaltgeräts vom diskontinuierlichen Dreiphasentyp zu erreichen. Außerdem führt das Vorsehen der Erdungsabschirmungen 16a bis 16c zu erhöhten Kosten des gasisolierten Schaltgeräts vom diskontinuierlichen Dreiphasentyp.
Die US-A-4 580 094 zeigt einen aktiven kapazitiven Spannungstransformator für ein metallgekapseltes gasgefülltes Hochspannungs-Schaltsystem mit einem kapazitiven Spannungsteiler.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde mit dem Ziel gemacht, die vorstehenden Probleme des Stands der Technik zu lösen. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen hochpräzisen Transformator für eine gasisolierte elektrische Vorrichtung anzugeben, der kein Erdungsfeld benötigt und einfach aufgebaut ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Transformator für eine gasisolierte elektrische Vorrichtung angegeben, wie er im Patentanspruch 1 angegeben ist.
Es ist somit möglich, einen stabilen und hochpräzisen Spannungsteiler zu erhalten, der frei vom Einfluß von Montagefehlern usw. ist, so daß es möglich ist, den Zwischenphasenabstand des Hochspannungsleiters zu verringern, ohne eine Konstruktion zu verwenden, in der eine Erdungsabschirmung vorgesehen ist. Es ist daher möglich, eine Verkleinerung der gasisolierten Schaltvorrichtung zu erreichen, und eine Erdungsabschirmung wird nicht benötigt, so daß Kosteneinsparungen erzielt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den beigefügten Figuren zeigen:
1 eine Schnittansicht einer gasisolierten elektrischen Vorrichtung, die mit einem Transformator für eine gasisolierte elektrische Vorrichtung versehen ist, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
2 eine Schnittansicht der gasisolierten elektrischen Vorrichtung entlang der Linie A-A in 1;
3 eine Schnittansicht einer gasisolierten elektrischen Vorrichtung, die mit einem Transformator für eine gasisolierte elektrische Vorrichtung versehen ist, gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;
4 eine Schnittansicht einer gasisolierten elektrischen Vorrichtung, die mit einem Transformator für eine gasisolierte elektrische Vorrichtung versehen ist, gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung; und
5 eine Schnittansicht einer gasisolierten elektrischen Vorrichtung, die mit einem herkömmlichen Transformator für eine gasisolierte elektrische Vorrichtung versehen ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsform 1
1 ist eine Schnittansicht einer gasisolierten elektrischen Vorrichtung, die mit einem Transformator für eine gasisolierte elektrische Vorrichtung versehen ist, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung; und 2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in 1. In den Zeichnungen sind diejenigen Komponenten, die gleich oder äquivalent denen von 5 sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher nicht erneut beschrieben.
In den Zeichnungen sind Hochspannungsleiter 3a bis 3c in dem ringförmigen Erdungsbehälter 1 aufgenommen, der ein Druckbehälter ist, der mit einem isolierenden Lichtbogenlöschgas, wie etwa SF₆-Gas gefüllt ist. Flanschförmige Verzweigungsrohre 2a bis 2c sind an dem ringförmigen Erdungsbehälter 1 so angebracht, daß sie den Hochspannungsleitern 3a bis 3c gegenüberliegen, und Spannungsteilungsbereiche 4a bis 4c sind mittels der flanschförmigen Verzweigungsrohre 2a bis 2c festgelegt.
Die Spannungsteilungsbereiche 4a bis 4c sind Spannungsteiler vom Kondensatortyp, die aus Floating-Elektroden 5a bis 5c bestehen, die aus scheibenförmigen Flachantennen 6a bis 6c und Stützleitern 7a bis 7c, zentralen Leitern 9a bis 9c und isolierenden abdichtenden Anschlüssen 8a bis 8c bestehen, die aus flanschförmigen Gießharzisolatoren 10a bis 10c bestehen.
Die Stützleiter 7a bis 7c sind mit den flanschförmigen Gießharzisolatoren 10a bis 10c so verbunden, daß sie dazu senkrecht sind, und zwar über die zentralen Leiter 9a bis 9c, und die Floating-Elektroden 5a bis 5c sind gegenüber dem ringförmigen Erdungsbehälter 1 isoliert.
Der ringförmige Erdungsbehälter 1 wird durch die flanschförmigen Verzweigungsrohre 2a bis 2c und die flanschförmigen Gießharzisolatoren 10a bis 10c hermetisch dicht gehalten.
Ferner sind die einen Enden von ohmschen Widerständen für die Spannungsteilung 11a bis 11c mit den zentralen Leitern 9a bis 9c verbunden, und die anderen Enden der ohmschen Widerstände für die Spannungsteilung 11a bis 11c sind mit Erdungsgehäusen 12a bis 12c verbunden, die auf dem gleichen Potential wie der ringförmige Erdungsbehälter 1 sind.
Wenn bei der oben beschriebenen Konstruktion der Widerstandswert der ohmschen Widerstände für die Spannungsteilung 11a bis 11c ausreichend kleiner als die Impedanz zwischen den Floating-Elektroden 5a bis 5c und dem ringförmigen Erdungsbehälter 1 gemacht wird, dann kann der Einfluß des elektrostatischen Felds zwischen den Floating-Elektroden 5a bis 5c und dem ringförmigen Erdungsbehälter 1 begrenzt werden, so daß es nicht notwendig ist, wie beim Stand der Technik, Erdungsabschirmungen 16a bis 16c zwischen den Floating-Elektroden 5a bis 5c und dem ringförmigen Erdungsbehälter 1 vorzusehen, so daß es möglich ist, einen stabilen und hochpräzisen Spannungsteiler zu erhalten, der nicht durch Montagefehler usw. infolge des Vorsehens von Erdungsabschirmungen beeinflußt wird.
Wenn die Eingangsimpedanz von Umwandlungsbereichen 26a bis 26c hinreichend groß gemacht wird, ist es möglich, den Widerstandswert der ohmschen Widerstände für die Spannungsteilung 11a bis 11c nicht kleiner als mehrere kOhm zu machen, so daß es möglich wird, die Größe der scheibenförmigen Flachantennen 6a bis 6c und die Größe des Spannungsteilers zu verringern.
Infolge der Größenverringerung der scheibenförmigen Flachantennen 6a bis 6c wird der Einfluß des elektrostatischen Felds aufgrund der andersphasigen Leiterspannung verringert, so daß es möglich ist, einen Transformator für eine gasisolierte elektrische Vorrichtung zu erhalten, der mit einem stabilen und hochpräzisen Spannungsteiler ausgestattet ist.
Durch das Vorsehen von Temperaturausgleichs-Widerstandseinheiten 27a bis 27c im Inneren des Spannungsteilers ist es ferner möglich, den Temperaturkennlinienfehler in der Floating-Kapazität zwischen den Hochspannungsleitern 3a bis 3c und den Floating-Elektroden 5a bis 5c auszugleichen, so daß es möglich ist, einen Transformator für eine gasisolierte elektrische Vorrichtung zu erhalten, die mit einem stabileren und hochpräzisen Spannungsteiler ausgestattet ist.
Wenn ferner die Umwandlungsbereiche 26a bis 26c mit einer Integrations-Verarbeitungsfunktion und einer Funktion ausgestattet werden, mittels welcher sie elektrische Analogsignale in optische Digitalsignale umwandeln, kann die Detektierspannung der Hochspannungsleiter 3a bis 3c in einen Spannungswert umgewandelt werden, der eine Verarbeitung an der Sekundärseite zuläßt, was es möglich macht, die optische digitale Übertragung der sekundärseitigen Ausgangsspannung, die zwischen den ohmschen Widerständen für die Spannungsteilung 11a bis 11c erzeugt wird, durchzuführen, ohne daß eine Beeinflussung durch externe Störungen erfolgt.
Wenn ferner die Umwandlungsbereiche 26a bis 26c in den Transformatoren 25a bis 25c direkt an der gasisolierten elektrischen Vorrichtung angebracht sind, ist es möglich, eine Verkleinerung der gasisolierten elektrischen Vorrichtung zu erzielen.
Ausführungsform 2
3 ist eine Schnittansicht, die einen Transformatorbereich einer gasisolierten elektrischen Vorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der oben beschriebenen Ausführungsform 1 dadurch, daß die Floating-Elektroden 5a bis 5c von elliptischen Antennen 13a bis 13c gebildet sind, die in der Axialrichtung der Hochspannungsleiter 3a bis 3c verlängert sind.
Bei der in der oben beschriebenen Weise ausgebildeten Ausführungsform 2 wird, wie bei der Ausführungsform 1, der Einfluß des elektrostatischen Felds infolge der andersphasigen Leiterspannung verringert, so daß es möglich ist, einen Transformator für eine gasisolierte elektrische Vorrichtung zu erhalten, der mit einem stabilen und hochpräzisen Spannungsteiler ausgestattet ist und bei dem die sekundärseitige Ausgangsspannung ausreichend hoch ist.
Ausführungsform 3
4 ist eine Schnittansicht, die einen Transformatorbereich einer gasisolierten elektrischen Vorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der Erfindung zeigt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von den oben beschriebenen Ausführungsformen 1 und 2 dadurch, daß die Floating-Elektroden 5a bis 5c durch sphärische Antennen 14a bis 14c gebildet sind.
Bei der Ausführungsform 3, die wie oben beschrieben aufgebaut ist, haben die Antennenbereiche kein Richtvermögen, und es gibt keine Beeinflussung durch Montagefehler usw., so daß es möglich ist, einen Transformator für eine gasisolierte elektrische Vorrichtung zu erhalten, der mit einem Spannungsteiler noch höherer Präzision ausgestattet ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen stabilen und hochpräzisen Spannungsteiler zu erhalten, der frei von Beeinflussungen durch Montagefehler usw.
ist, so daß der Zwischenphasenabstand des Hochspannungsleiters verringert werden kann, ohne daß eine Konstruktion verwendet werden muß, bei der eine Erdungsabschirmung vorgesehen ist. Damit ist es möglich, eine Verkleinerung der gasisolierten Schaltvorrichtung zu erzielen, und eine Erdungsabschirmung braucht nicht vorgesehen zu werden, so daß sich Kosteneinsparungen ergeben.
Es ist ferner möglich, den Einfluß des elektrostatischen Felds infolge des andersphasigen Hochspannungsleiters zu verringern.
Außerdem weist der Antennenbereich kein Richtvermögen auf, so daß es möglich ist, den Einfluß von Montagefehlern usw. zu verringern.
Es ist ferner möglich, eine Verkleinerung der gasisolierten elektrischen Vorrichtung zu erreichen.
Weiter ist es möglich, einen Transformator für eine gasisolierte elektrische Vorrichtung zu erhalten, der einen stabilen und hochpräzisen Spannungsteiler hat.

Claims

Transformator für eine gasisolierte elektrische Vorrichtung, der bei einer gasisolierten elektrischen Vorrichtung verwendbar ist, bei der ein Hochspannungsleiter (3a, 3b, 3c) in einem ringförmigen Erdungsbehälter (1) angeordnet ist, in dem ein isolierendes Lichtbogenlöschgas hermetisch eingeschlossen ist, wobei der Transformator folgendes aufweist: – einen Spannungsteiler (4a, 4b, 4c) vom Kondensatortyp, der eine Floating-Elektrode (5a, 5b, 5c) an einer Position hat, die einem Hochspannungsleiter (3a, 3b, 3c) durch einen isolierenden abdichtenden Anschluß (21) gegenüberliegt, der an einem Flansch eines Verzweigungsrohr (2a, 2b, 2c) angebracht ist, das an einer inneren Oberfläche des ringförmigen Erdungsbehälters (1) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator ferner folgendes aufweist: – einen ohmschen Widerstand für die Spannungsteilung (11a, 11b, 11c), der an einer Außenumfangsfläche des ringförmigen Erdungsbehälters (1) angebracht ist und der an dem einen Ende geerdet ist und dessen anderes Ende mit der Floating-Elektrode (5a, 5b, 5c) durch den Spannungsteiler (4a, 4b, 4c) vom Kondensatortyp verbunden ist und der eine Impedanz hat, die ausreichend kleiner als die Impedanz zwischen der Floating-Elektrode (5a, 5b, 5c) und dem ringförmigen Erdungsbehälter (1) ist, um den Einfluß des elektrostatischen Feldes zwischen den Floating-Elektroden (5a, 5b, 5c) und dem ringförmigen Erdungsbehälter (1) zu begrenzen; und – einen Umwandlungsbereich (26a, 26b, 26c), der mit dem ohmschen Widerstand für die Spannungsteilung (11a, 11b, 11c) parallelgeschaltet ist und der eine Eingangsimpedanz hat, die ausreichend größer als der Widerstandswert des ohmschen Widerstands für die Spannungsteilung (11a, 11b, 11c) ist, d. h. nicht kleiner als mehrere kOhm ist, und der die Detektierspannung des Hochspannungsleiters (3a, 3b, 3c) in einen Spannungswert umwandelt, der eine Verarbeitung an der Sekundärseite ermöglicht.
Transformator nach Anspruch 1, wobei die Floating-Elektrode (5a, 5b, 5c) als eine Scheibe ausgebildet ist, die einen Durchmesser hat, der nicht größer als der Durchmesser des gegenüberliegenden Hochspannungsleiters (3a, 3b, 3c) ist.
Transformator nach Anspruch 1, wobei die Floating-Elektrode (5a, 5b, 5c) als eine elliptische Platte ausgebildet ist, die eine kürzere Achse (7a, 7b, 7c) hat, die nicht länger als der Durchmesser des gegenüberliegenden Hochspannungsleiters (3a, 3b, 3c) ist, und die in der Axialrichtung des Hochspannungsleiters (3a, 3b, 3c) verlängert ist.
Transformator nach Anspruch 1, wobei die Floating-Elektrode (5a, 5b, 5c) in einer sphärischen Konfiguration ausgebildet ist, die einen Durchmesser hat, der nicht größer als der Durchmesser des gegenüberliegenden Hochspannungsleiters (3a, 3b, 3c) ist.
Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Umwandlungsbereich (26a, 26b, 26c) im Inneren des Transformators (25a, 25b, 25c) vorgesehen ist.
Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, der ferner folgendes aufweist: eine Temperaturausgleichs-Widerstandseinheit zum Ausgleichen von Temperaturkennlinienfehlern bei der Floating-Kapazität zwischen dem Hochspannungsleiter (3a, 3b, 3c) und der Floating-Elektrode (5a, 5b, 5c).