-
GEBIET DER
ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Isolator für Stromzuführung, der einen Körper und
einen zentral durch den Körper
des Isolators geführten Hauptleiter,
ein um den Hauptleiter angeordnetes Strommesselement und ein erstes
Spannungsmesselement aufweist, welches auf Spannungsteilung beruht
und innerhalb des Strommesselements konzentrisch mit dem Strommesselement
angeordnet ist.
-
Die
Raumnutzung von Mittelspannungsvorrichtungen ist kürzlich gesteigert
worden, indem herkömmliche
Strom- und Spannungswandler durch Sensoranordnungen ersetzt werden.
Die Raumeinsparung kann weiter vergrößert werden, indem Sensoren
in verschiedene Schienen- und Kabelbefestigungselemente integriert
werden, wie z. B. ein Widerstandsspannungsteiler in einen Schienenstützisolator
oder ein Strommesssensor in einen Isolator für Kabelstromzuführung.
-
Isolatoren
für Stromzuführung gemäß der Präambel sind
z. B. aus den US Patentveröffentlichungen
4,074,193 und 5,272,460 bekannt. In diesen Lösungen werden die Strom- und
Spannungsmesssensoren in eine geschachtelte Vorrichtung integriert,
wobei der Strommesssensor als eine Störungsabschirmung rund um das
Spannungsmesselement fungiert. Dies sorgt für eine relativ genaue Spannungsmessung,
die zumindest teilweise die um den Isolator herum wirkenden Störungsfelder
toleriert. Was die Vorrichtungen und Schienen anbelangt, ist es
lebenswichtig zu wissen, ob die Vorrichtung oder Schiene spannungsführend ist,
um Instandhaltungsarbeiten absolut sicher durchzuführen. In
dieser Hinsicht weisen die aus den oben genannten Literaturhinweisen
bekannten Isolatoren zusätzlich
zu dem genannten Spannungsmesselement keine anderen Elemente auf,
die Spannungsnachweis erlauben, und folglich ist es nicht möglich, einen
ausreichenden Zuverlässigkeitsgrad
mit diesen Isolatoren ohne separate zum Spannungsnachweis geeignete
Vorrichtungen zu erreichen.
-
Isolatoren
für Stromzuführung gemäß der Präambel, die
zudem ein drittes Element zum Spannungsnachweis enthalten, sind
aus der DE-U-296 05 845 und der DE-A 44 35 864 bekannt.
-
Die
aus den oben genannten Literaturhinweisen bekannten Isolatoren für Stromzuführung haben einen
gerade Körper. Üblicherweise
kann nur ein sich nach unten erstreckendes Kabel mit einem geraden Isolator
für Stromzuführung verbunden
werden. Wenn mehr parallele Kabel an die Stromzuführung angeschlossen
werden sollen, müssen
die Vorrichtungen und Schienen einer strukturell teuren Anordnung
unterworfen werden, mittels welcher der Isolator für Stromzuführung horizontal
aufgestellt werden kann. Mehrere sich nach unten erstreckende parallele
Kabel können
dann mit solch einem horizontalen Isolator für Stromzuführung mittels eines T-Stück-Kabelanschlussteils
verbunden werden.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Isolator für Stromzuführung bereitzustellen,
in welchem ein Schienenstützisolator,
ein Kabelanschlussteil und mehrere Messsensoren funktionsmäßig verbunden
sind, um zu ermöglichen,
mehrere Kabel mit dem Isolator für
Stromzuführung
ohne teure strukturelle Lösungen
zu verbinden.
-
Um
das oben genannte Ziel zu erreichen, ist der Isolator für Stromzuführung der
Erfindung in erster Linie dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator für Stromzuführung zudem
ein zweites Spannungsmesselement zum Spannungsnachweis aufweist, das
rund um den Hauptleiter angeordnet ist und entlang des Hauptleiters
in Bezug auf das genannte erste Spannungsmesselement axial versetzt
angeordnet ist.
-
Mehrere
elektrotechnische und strukturelle Vorteile werden durch die Erfindung
erreicht, da das Spannungsmesselement des Isolators konzentrisch innerhalb
des Strommesselements angeordnet ist. Der wesentlichste strukturelle
Vorteil ist, dass die Strom- und Spannungsmesselemente nur einen
kurzen axialen Raum benötigen,
wodurch der Körper des
Isolators für
Stromzuführung
und folglich der darin zentral verlaufende Hauptleiter in einen
gewünschten
Winkel, vorzugsweise einen Winkel von im Wesentlichen 90°, gebogen
werden kann, obwohl der Isolator zudem mit einem Spannungsnachweiselement
versehen ist, das axial in Bezug auf das Spannungsmesselement angeordnet
ist. Aufgrund des Biegens in einen Winkel können mehrere parallele Kabel
an das Kabelanschlussstück
unter Verwendung von T-Stück-Kabelanschlussteilen
gekoppelt werden, ohne den Isolator für Stromzuführung in eine horizontale Position
bringen zu müssen.
-
Die
Grundidee des Isolators der Erfindung ist, dass die Trennung der
Spannungsmessung vom Spannungsnachweis sicherstellt, dass ein Fehler
im Spannungsmessschaltkreis nicht zu einer falschen Diagnose bezüglich des
Vorhandenseins von Spannung führt.
Der Isolator für
Stromzuführung
der Erfindung ermöglicht
die Benutzung zweier solcher Spannungsmesssensoren, typischerweise
Metallzylinder, da die Strom- und
Spannungsmesssensoren ineinander geschachtelt sind.
-
Es
ist auch möglich,
die Auswirkungen von externen Störungen
auf die Messelemente mittels der Struktur zu verhindern, indem die
Spule des Rogowski-Sensors mit einem Metallgehäuse umgeben wird, auf dessen
Innenumfang ein umlaufender Durchbruch oder Lücke gegenüber dem als Spannungsmesselement
benutzten Metallzylinder angeordnet ist.
-
Im
Isolator für
Stromzuführung
der Erfindung kann die ineinander geschachtelte Anordnung des Strommess-
und Spannungsmesselements auch elektrotechnisch so benutzt werden,
dass das Metallgehäuse
des Rogowski-Sensors, das als Strommesselement fungiert, gekoppelt
an das Masse-Potential als die Masse-Platte des kapazitiven Spannungsmesssensors
wirkt.
-
LISTE DER
ABBILDUNGEN
-
Im
folgenden wird der Isolator für
Stromzuführung
der Erfindung in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genauer beschrieben
werden, in welchen
-
1 die allgemeine Struktur
des Isolators für
Stromzuführung
der Erfindung zeigt,
-
2 eine ausführlichere
Struktur der Strom- und Spannungsmesselemente, die vom Isolator
für Stromzuführung der 1 aufgewiesen werden, zeigt,
und
-
3 die elektrische Kopplung
des Spannungsmesselements der 2 zeigt.
-
GENAUE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
-
1 zeigt einen Isolator für Stromzuführung der
Erfindung, der in einer Öffnung
in einer Wand 12 einer Mittelspannungsvorrichtung angebracht
wird. Der Isolator für
Stromzuführung
umfasst einen Körper 5 aus
Isoliermaterial und einen Hauptleiter 4, der zentral darin
verläuft.
Die Enden des Hauptleiters sind jeweils mit spiralförmigen Bohrungen 6 und 7 für Verbindungen
mit einem Kabel und einer Leitungsschiene versehen. Zur Verbindung
mit einem Kabel weist der Isolator ein Kabelanschlussstück 8 vom
Typ eines externen Konus auf, an welchem das T-Stück-Kabelanschlussteil
am Ende des Kabels festgemacht ist. Wie bereits oben offenbart, kann
eine Vielzahl solcher T-Stück-Kabelanschlussteile
parallel verbunden werden, was erlaubt, mehrere Kabel mittels derselben
Stromzuführung
zu verbinden.
-
Wie
die Figur klar zeigt, bilden der Körper 5 des Isolators
für Stromzuführung und
der darin angeordnete Hauptleiter 4 einen Winkel von im
wesentlichen 90°,
um zu ermöglichen,
T-Stück-Kabelanschlussteile
des oben beschriebenen Typs in einem Isolator für Stromzuführung zu benutzen, ohne ihn
in einer horizontalen Position anordnen zu müssen. Daher erlaubt der Isolator
für Stromzuführung der
Erfindung die Be nutzung von herkömmlichen
Vorrichtungen und Schienenstrukturen, eine Möglichkeit, die nicht existiert,
wenn der Isolator für
Stromzuführung in
einer horizontalen Position angeordnet ist. Folglich ermöglicht die
Benutzung des Isolators für
Stromzuführung
der Erfindung wesentlich einfachere Vorrichtungsstrukturen im Vergleich
zu anderen Lösungen, die
die Verbindung mehrerer Kabel mit demselben Isolator der Stromzuführung erlauben.
-
Wie 1 zeigt, sind drei Sensoren
innerhalb des Isolators für
Stromzuführung
der Erfindung angeordnet, wobei das Bezugszeichen 1 einen
Metallzylinder bezeichnet, der zum Spannungsnachweis verwendet wird,
Bezugszeichen 2 einen Metallzylinder beschreibt, der zur
Spannungsmessung benutzt wird, und Bezugszeichen 3 einen
Rogowski-Sensor bezeichnet, der zur Strommessung verwendet wird. Es
ist im Isolator für
Stromzuführung
der Erfindung wesentlich, dass der Metallzylinder 2 zur
Spannungsmessung und der Rogowski-Sensor 3 ineinander geschachtelt
sind. Dies vermindert die axiale Länge des Isolators für Stromzuführung, und
ermöglicht,
ihn in einen 90° Winkel
zu drehen, und bietet auch mehrere elektrotechnische Vorteile beim
Betrieb der Sensoren.
-
2 zeigt ausführlicher
die Strukturen des Rogowski-Sensors 3 und des Metallzylinders 2,
der darin angeordnet ist und als Spannungsmesselement dient. Der
Rogowski-Sensor umfasst eine torusförmige Spule 9, um
welche ein Metallgehäuse angeordnet
ist, das aus zwei Hälften 10a und 10b gemacht
ist und teilweise geschachtelt sein kann. Die elektrische Kopplung
der Hälften
wird durch einen Kupferleiter 17 sichergestellt. Da der
Querschnitt des Metallgehäuses
des Rogowski-Sensor keine geschlossene Schleife bilden darf, sind
die Hälften 10a und 10b durch
einen Luftspalt 11 voneinander getrennt, welcher in einem
fertiggestellten Isolator für Stromzuführung mit
dem Isolationsmaterial des Isolators für Stromzuführung gefüllt ist, wie z. B. Gießharz. Dieser
Spalt 11 bildet eine Lücke,
die um den Innenumfang des torusförmigen Ringes umläuft, der von
den Hälften 10a und 10b gebildet
ist und gegenüber
welchem der Metallzylinder 2, der als Spannungsmesselement
benutzt wird, angeordnet ist. Der Zweck des Anordnens des Luftspalts
des torusförmigen
Metallgehäu ses
des Rogowski-Sensors auf dem Innenumfang der Gehäuseanordnung ist es, externe Störungen zu
vermeiden.
-
Befestigungsbuchsen 13 sind
auch mit der Gehäusehälfte 10a des
Rogowski-Sensors verbunden und dienen dazu, den gesamten Isolator
für Stromzuführung an
die Befestigungsöffnung
in der Wand 12 der Vorrichtung zu koppeln. Diese Buchsen dienen
auch dazu, den Metallschaft des Rogowski-Sensors zu erden. Bezugszeichen 14 bezeichnen
Kopplungsleiter an der Spule 9 des Rogowski-Sensors. Der
Metallzylinder 2, der als Spannungsmesselement dient und
auf kapazitiver Spannungsteilung beruht, ist im Rogowski-Sensor
verkörpert.
Das Metallgehäuse
des Rogowski-Sensors ist durch Befestigungshalterungen 13 an
das Masse-Potential gekoppelt und dient als Masse-Platte für den kapazitiven
Spannungsmesssensor 2, wodurch es keinen Bedarf für eine separate
Masse-Platte gibt, die für
ein kapazitives Spannungsmesselement typisch ist. Wenn es geerdet
ist, dämpft
das Metallgehäuse 10a, 10b des
Rogowski-Sensors
die von externen elektrischen Feldern verursachten Störungen bei
der Spannungsmessung.
-
3 zeigt die elektrische
Kopplung des Spannungsmesselements 2, und, zum Zwecke der Klarheit,
bezeichnen dieselben Bezugszeichen wie in den 1 und 2 die
verschiedenen Komponenten der Messanordnung. 3 zeigt, wie eine kapazitive Kopplung
zwischen dem Hauptleiter und dem Metallzylinder 2 und zwischen
dem Spannungsmesszylinder 2 und dem Gehäuse 10a, 10b des
Rogowski-Sensors gebildet wird. Wie in 2 wird bei der Kopplung der 3 der Messleiter, der mit
dem Spannungsmesselement 2 verbunden ist, vom Bezugszeichen 15 bezeichnet.
Dieser Leiter ist ein Koaxialkabel mit einer geerdeten Ummantelung,
wie es von der Kopplung der 3 ersichtlich
ist. 3 zeigt zudem externe
Kapazitanzen 16, die einen Teil der kapazitiven Messanordnung
des Spannungsmesselements bilden.
-
Zusätzlich zum
Metallgehäuse
des Rogowski-Sensors, das als Masse-Platte für das Spannungsmesselement
benutzt wird, bietet der Metallzylinder 2 des Spannungsmesssensors
auch einen Vorteil beim Betrieb des Rogowski-Sensors, indem er den Effekt
des elektrischen Felds des Hauptleiters 4 unmittelbar auf
die Spule 9 des Rogowski-Sensors durch den Luftspalt 11 in
seinem Metallgehäuse 10a, 10b verhindert.
-
Wie
es oben dargelegt wurde und wie es aus 1 ersichtlich
ist, ist auch ein zweiter separater Metallzylinder 1 zum
Spannungsnachweis rund um den Hauptleiter 4 angeordnet.
Die Teilung von Spannungsmessung und -nachweis stellt sicher, dass
ein Fehler im Spannungsmessschaltkreis nicht eine fehlerhafte Diagnose
bezüglich
des Vorhandenseins von Spannung verursacht.
-
In
der Sensoranordnung, bestehend aus dem Isolator für Stromzuführung der
Erfindung, hängt
die Größe und Stabilität der Kapazitanz,
die zwischen dem Hauptleiter 4 und dem Metallzylinder 2 des
Spannungsmesselements und zwischen dem Metallzylinder 2 und
dem als Masse-Platte dienenden Metallgehäuse erzeugt wird, vom Material
ab, das zur Isolation benutzt wird. In Bezug auf die Herstellungskosten
ist das billigste Verfahren, das Spannungsmesselement 2 im
selben Gießharz
wie den Rest der Struktur zu gießen, aber es ist möglich, die Messelemente 2 und 3 zuerst
in einem unterschiedlichen Material zu gießen, das dann innerhalb eines normalen
Gießharzes
gegossen wird, um die Isolatoranordnung für Stromzuführung der Erfindung herzustellen.
-
Im
oben Genannten ist der Isolator für Stromzuführung der Erfindung nur mittels
eines Ausführungsbeispiels
beschrieben worden, und es ist zu verstehen, dass mehrere Details
geändert
werden können
ohne jedoch vom durch die beigeführten
Ansprüche
definierten Schutzbereich abzuweichen.