FI82784C - Hoegspaenningsanordning. - Google Patents

Description

1 82784

Korkeajännitelaite 1

Keksinnön kohteena on korkeajännitelaite, ja erityisesti jännitteen mittaamiseen tarkoitettu kondensaattori. Kondensaattori on edullisesti, mutta ei välttämättä, tarkoitettu käytettäväksi korkeajännitteisessä avojohtojärjestelmässä, jolloin kondensaattori voi muodostaa osan jännitteenjakopiiristä johdon jännitteen mittaamiseksi.

Patenttijulkaisussa GB-1 471 570 on esitetty järjestelmä korkeajännitteen tarkkailemiseksi, jossa hartsikappale on valettu johtimeen, ja johtava putkimainen elementti on sovitettu hartsiin johtimen ympäri. Johdin ja putkimainen elementti muodostavat korkeajännitekondensaattorin elektrodit. Korkea-jännitekondensaattori on kytketty maahan matalajännitekonden-saattorin kautta, jolloin muodostuu kapasitiivinen jännitejakaja, jolloin johtimen jännite on määritettävissä. Maadoitettu suojarengaselektrodi on myös sovitettu hartsiin putkimaisen elementin kunkin pään taakse. Ryömintätien pituus pitkin hartsin paljastettua ulkopintaa lisääntyy sovittamalla ympyränmuotoiset rimat, mutta tällöin kapasitanssi-, ja myös jän-nitemittaukseen vaikuttaa ei-säädettävästi vuotovirta, joka kulkee ulkopinnalla. Sähköpotentiaalin gradientti, joka liittyy tällaiseen virtaan, aikaansaa kapasitiivisen kytkennän putkenomaisen elementin kanssa, jolloin vaikeutetaan johtimen tarkkaa jännitemittausta. Patenttijulkaisussa GB-1 453 679 on samalla tavalla sovitettu kapasitanssielektrodi ja suojaren-gaselektrodit valettuun hartsiin, joka on sovitettu jakolait-teen ulkoiseen metallikuoreen. Hartsin sisäpinta on kuitenkin erotettu korkeajännitejohtimesta ilmavälin avulla, jolloin tätä pitkin virtaa vuotovirta, joka vaikuttaa negatiivisesti jännitemittauksen tarkkuuteen.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on tarjota korkeajännitteen mittauslaite, joka on pieni kooltaan, helppo koota, 2 82784 ja joka on tarkka. Keksinnön tarkoituksena on edelleen tarjota laite, joka soveltuu, sopivasti modifioituna sinänsä tunnetulla tavalla mikäli mahdollista, käytettäväksi ei ainoastaan sisätiloissa suojatussa ympäristössä, vaan myös ulkona huonoissa ympäristöolosuhteissa. Keksinnön tarkoituksena on edelleen tarjota laite, joka on helppo modifioida siten, että se toimii yhdessä muiden sähkölaitteiden kanssa.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti tämä aikaansaadaan korkeajännitelaitteella, joka sisältää muodoltaan yleisesti lieriömäisen kondensaattorin, joka käsittää: pitkänomaisen sisäelektrodin; kiinteän sähköeristysaineen, joka on sovitettu sisäelektrodille muodostamaan kondensaattorin eristeen; ulomman lieriömäisen elektrodin, joka on olennaisesti samakeskinen sisemmän elektrodin kanssa, ja sisä- ja ulkoelektrodit ja eristävä aine on sovitettu aikaansaamaan yleisesti lieriökon-densaattori, jolla on tunnettu kapasitanssi; ja ainakin yhden olennaisesti lieriömäisen suojarengaselektrodin, joka on sovitettu eristävän aineen ulkopinnalle välimatkan päähän ulko-elektrodin päästä. Laitteelle on tunnusomaista, että ulko-elektrodi on sijoitettu vain eristemateriaalin ulkopinnan osalle, että suojarengaselektrodi on sijoitettu eristemateriaalin ulkopinnalle niin, että se on erillään ulkoelektrodista välin verran ja että puolijohtavaa materiaalia olevat kuormituksen säätöelimet ulottuvat välin poikki ja on järjestetty limittymään ja muodostamaan sähköinen kosketus ulkoelektrodin ja yhden tai jokaisen suojarengaselektrodin kanssa säätäen tällöin sähköistä kuormitusta mainittujen elektrodien välillä.

Kiinteän eristyksen sovittaminen kondensaattorin kahden elektrodin välille, yhdessä suojarengaselektrodien tarjoaman sähköisen suojan kanssa, varmistaa, että mitattuun kapasitanssiin ei olennaisesti vaikuta kondensaattorin ulkoiset olosuhteet, ja täten että sisäelektrodin jännitteen määrittäminen vastaavasti voidaan tehdä suurella tarkkuudella. Edelleen, sovitta- 3 82784 tantalla suojarengaselektrodi tai -elektrodit eristysaineen ulkopintaan, joka muodostaa kondensaattorin eristyksen, aikaansaadaan se, että mahdollinen vuotovirta, joka virtaa ulkopinnalla sovitetaan virtaamaan näihin elektrodeihin, jotka pidetään maapotentiaalissa tai sen lähellä, jolloin ehkäistään näiden vaikutus kapasitanssimittaukseen. Tällä tavalla nähdään, että suojarengaselektrodi tai -elektrodit myös täyttävät toisen tehtävän sen lisäksi, että ne varmistavat, että kapasitanssin vaihtelut kondensaattorin elektrodien päissä ei vaikuta kapasitanssimittaukseen.

On ymmärrettävää, että epäedulliset ympäristöolosuhteet saattavat vaikuttaa ainoastaan osaan kondensaattorista mikäli esimerkiksi tämä muodostaa osan sähkölaitteen läpivientihol-kista tai rakennuksen läpiviennin tai vastaavan, jossa osa kondensaattorista on muulla tavoin suojattu ympäristöstä. Näissä sovellutuksissa saattaa ainoastaan yksi suojarengas-elektrodi olla välttämätön, jolloin kuormituksen säätöelimet on sovitettu suojarengaselektrodin ja ulkoelektrodin väliseen tilaan. Muissa sovellutuksissa, kuten mikäli kondensaattori on sovitettu avojohtoon, on sovitettava suojarengas ja kuor-mituksensäätöelimet kondensaattorin kumpaankin päähän, s.o. ulkoelektrodin kummallekin puolelle. Joka tapauksessa tarvitaan suojarengas ja vastaava kuormituksen säätö näissä toimintaolosuhteissa kondensaattorin toiseen tai molempiin päihin, joissa pintavuotovirrat ja kuormituksen säätöaineen läsnäolosta johtuvat virrat ovat sellaiset, että ne vaikuttavat mitattavaan kapasitanssiin sisä- ja ulkoelektrodin välillä. Tällaiset "harhailevat" virrat on erotettava mittauspiiristä, johon käytön aikana kondensaattorin ulkoelektrodi on kytketty, ja tällaiset virrat johdetaan yleensä maahan.

Kuormituksen säätöelinten sovittaminen ulkoelektrodin ja suo-jarengaselektrodin tai -elektrodien väliin, joka on yhä tärkeämpää kun jännite nousee korkeajännitealueelle s.o. yli 1 kV, ja erityisesti yli 5 kV, parantaa edelleen mittaustu- 4 82784 losta eliminoimalla, tai ainakin olennaisesti pienentämällä, purkausaktiiviteettiä elektrodien päissä.

Edullisesti on lisäksi sovitettu kuormituksen säätö kondensaattorin elektrodeihin näiden haarojen sähköpurkausten eliminoimiseksi tai pienentämiseksi. Täten on kondensaattorin eristyksen ulkopinnan elektrodeihin sovitettu kuormituksen-säätöelimet ei ainoastaan näiden välien yli, vaan myös pit-kittäissuunaesa uloimpien elektrodien päihin. Esimerkiksi, mikäli 1isäelektrodi on sovitettu eristykseen ulkoelektrodin kummallekin puolelle, ulottuvat lisäkuormituksen säätöelimet kunkin lisäelektrodin ulkopäästä aina eristykseen saakka.

Kuormituksen säätöelimet voivat olla vapaamuotoisia. Edullisesti ne ovat ainetta, joka on esimerkiksi resistiivieta, 6 10 jonka ominaisinpedanssi on välillä 10 ohm-cm ... 10 ohm- cm, tai hyvin eristävää ainetta, tai ainetta, jolla on epälineaarinen vaihtovirtaimpedanssiominaiskäyrä.

Mikäli jännitteeltään mitattava johdin on avojohto, voi kondensaattori sijaita koaksiaa1iseti johtimen kanssa. Tässä tapauksessa voi sisäelektrodi sisältää johtimen, esimerkiksi siten, että se on punottu siihen, jolloin se kuljettaa koko johtimen virran, tai se voi sisältää johtavan putkimaisen elimen, jonka läpi sähköjohdin kulkee sähköisessä kosketuksessa tähän, jolloin tämä on olennaisesti samassa potentiaalissa kuin johdin. Vaihtoehtoisesti kondensaattori voidaan kytkeä avojohtoon ulkonemaliitoksena siten, että sisäelektrodi sisältää ulkoneman, tai on sovitettu koaksiaa1isesti putken-omaisena elimenä ulkonemajohtimen ympäri. Sähköinen liitäntä kondensaattorin sisäelektrodin ja johtimen välillä voidaan esimerkiksi aikaansaada johtavan tulpan avulla putkenomaisen elimen ja avojohdon välillä.

On edullista, että sisäelektrodi käsittää yhdenmukaisen kerroksen johtavaa ainetta korkeajännitejohtimen tai putkenomai- li 5 82784 sen elimen ja korkeajännitekondensaattorin eristeaineen välillä onteloiden esiintymisen minimoimiseksi näiden välillä.

Etenkin kondensaattorin suojaamiseksi ulkotilakäytössä tai muissa vaikeissa olosuhteissa voidaan siihen järjestää ulkopinta, joka on sähköisesti eristävää ja olennaisesti ryömy-virrankestävää ainetta, jolla voi olla rivoitettu ja/tai kierretty muoto ainakin osalta pituuttaan. Tällainen aine ulottuu edullisesti yli ainakin osan kuormituksensäätöpin-noista, ja aina eristykseen saakka. Mikäli eriste sinänsä ei ole ryömyvirrankestävää, voi aine ulottua yli koko eristyksen, ja se saattaa ylittää näiden päät ympäristösulun aikaansaamiseksi yli kondensaattorin paljastettujen sisäelektrodien. Kierretty pinta aikaansaadaan edullisesti käyttämällä kierrettyä putkea. Rivat voidaan sovittaa esimerkiksi muotonsa muuttavasti yksittäin tai monimutkaisempana valuna lieriömäiselle putkelle.

Edullisesti on ainakin kondensaattorin ulkoelektrodi suljettu koteloon sen suojaamiseksi ympäristön vaikutuksilta, joka kotelo edullisesti on tiivis. Kotelo on edullisesti sähköä johtavaa ainetta, kuten metallia, ja se on kytketty kuhunkin suojarengaselektrodiin. Suojarengaselektrodi tai -elektrodit ja kotelo voivat olla yhtä kappaletta.

Mikäli kotelo on tiivis ympäristön suhteen, suojaa se edelleen ulkoelektrodia sään vaikutukselta varmistaen esimerkiksi, että siihen ei vaikuta sade tai muu saaste, joka saattaa aiheuttaa maavuotovirtoja, jotka vaikuttavat kondensaattorin kapasitanssiin negatiivisesti, jolloin mittaus vaikeutuu tai on mahdoton suorittaa. Vaikkakin koteloon vaikuttavat tällaiset ympäristöolosuhteet, varmistaa kondensaattorin sähköinen eristys ul-koelektrodista, että kondensaattorin kapasitanssiin ei vaikuteta. Kotelo pidetään käytännössä edullisesti kiinteässä potentiaalissa, edullisesti maapotentiaalissa. Kotelo muodostaa .. täten Faradayn häkin sen sisällä oleville komponenteille.

^ 82784

Esillä olevan keksinnön mukainen kondensaattori on edullisesti muodostettu putkimaisista osista, jotka edullisesti ovat esimerkiksi lämmöstä muotonsa muuttavia, tai vaihtoehtoisesti voivat ne olla elastomeeristä ainetta, joka on sovitettu työntösoviteosina.

Muotonsamuuttava kappale on sellainen, jonka kokoa voidaan muuttaa huomattavasti sopivalla käsittelyllä. Kappale voi olla lämmön vaikutuksesta muotonsamuuttava, jolloin sen koko muuttuu kun siihen kohdistetaan lämpöä. Yleensä nämä kappaleet muuttavat muotonsa lämmönvaikutuksesta alkuperäiseen muotoon, josta ne on alunperin deformoitu, mutta termiä "lämmöstä muotonsamuuttava" käytetään tässä myös kappaleista, jotka lämmönvaikutuksesta saavat uuden muodon, vaikkakin sitä ei olla ennen deformoitu.

Yleisimmässä muodossaan käsittää tällainen kappale lämpöku-tistuvan hoikin, joka on polymeeristä ainetta, joka toimii elastisen tai plastisen muistin tavoin, kuten on selostettu esimerkiksi US-patenteissa 2 027 962, 3 086 242 ja 3 597 372. Kuten selostetaan esimerkiksi US-patenttijulkaisussa 2 027 962, voi alkuperäinen kooltaan lämpöstabiili muoto olla siirtymämuoto jatkuvassa prosessissa, jossa esimerkiksi suu-lakepuristettua putkea laajennetaan ollessaan lämpimänä kooltaan termisesti epästabiili, mutta toisissa sovellutuksissa ennaltamuovattu lämpöstabiili kappale muokataan kooltaan termisesti epästabiiliin muotoon eri askeleessa.

Polymeerinen aine voi olla verkkoutettu missä tahansa valmistusvaiheessa, joka parantaa toivottua koon muodonmuutosta. Eräs tapa tuottaa läitanön vaikutuksesta muotonsamuuttava osa sisältää polymeerisen aineen muovaamisen toivottuun lämpösta-biiliin muotoon, jonka jälkeen verkkoutetaan polymeerinen aine, lämmitetään kappale lämpötilaan, joka on polymeerin kiteisen sulamispisteen yläpuolella tai amorfeilla aineilla pehmeämislämpötilan yläpuolella, deformoidaan kappale ja

II

7 82784 jäähdytetään se sen ollessa muodoltaan muutetussa tilassa, jolloin tämä muoto säilyy. Koska kappaleen muoto on termisesti epästabiili, lämmön sovittaminen aiheuttaa sen, että kappale muuttaa muotoaan alkuperäiseen lämpöstabiiliin muotoon.

Toisissa kappaleissa, kuten on selostettu esimerkiksi patenttijulkaisussa GB-1 440 524, pidetään elastomeerinen elin, kuten esimerkiksi putkimainen elin venytetyssä tilassa toisella elimellä, kuten sisemmällä putkimaisella elimellä, joka lämmön vaikutuksesta sulaa ja täten sallii elastomeerisen elimen muodonmuutoksen.

Käytettäessä muotonsamuuttavaa ainetta, kuten polymeeristä tai elastomeeristä ainetta, joka edullisesti on putkimaista, on tavanomainen rakenne sovittaa metalliselle, esimerkiksi alumiini- tai kupariputkelle, joka muodostaa sisemmän korkeajännite-elektrodin, ensimmäinen kerros johtavaa ainetta sileän pinnan aikaansaamiseksi ja ontelomuodostelmien minimoimiseksi, ja tämän jälkeen yksi tai useampi kerros eristävää ainetta, pitkittäissuunnassa erotetut kerrokset johtavaa ainetta ulkoelektrodin ja suojarenkaiden muodostamiseksi, yksi tai useampi pitkittäissuuntaisesta erotettu puolijohtava kerros kuormituksen säätöä varten, ja yksi tai useampi pitkit-täissuuntaisesti erotettu eristävä ja ryömyvirrankestävä kerros suojaavan ulkopinnan muodostamiseksi, ja tämän jälkeen asentaa johtava kotelo esimerkiksi parina alumiinisena puoli-kuorena kerroksen ympäri. On ymmärrettävä, että hyvissä ympäristöolosuhteissa voidaan luopua eräistä näistä komponenteista.

Esillä olevan keksinnön laitteen kondensaattorissa käytettävät johtavat, eristävät ja puolijohtavat lämmöstä muotonsamuutta-vat putkielimet voivat olla vastaavasti esimerkiksi Raychemin tuotteita CNTM, BBIT ja SCTM. Voidaan myös käyttää Raychemin samanaikaisesti suulakepuristettuja putkijohtoja CCIM ja CICM, joissa on johtava sisäosa ja eristävä ulko-osa, ja vastaavaa- e 82784 ti eristävä sisäosa ja johtava ulko-osa. Viimeksimainituissa järjestelyssä on ilmeistä, että kokonaiseristyspaksuus muodostuu kahden putkijohdon osasta.

Vaihtoehtoisessa toteutuksessa voi kondensaattorin eristysai-ne (eriste) olla tulenkestävää ainetta, kuten keraamista ainetta, jolloin uiko- ja sisäelektrodit voivat olla ruisku-päällystettyjä tämän päälle.

Kondensaattori voi myös olla aikaansaatu tavanomaisemmilla menetelmillä, esimerkiksi valamalla eristävä hartsi sisä-elektrodin päälle ja tämän jälkeen ruiskuttamalla metallia ulkokuoreen elektrodi järjestelmän aikaansaamiseksi. Vaihtoehtoisesti voidaan kondensaattori muodostaa kääritystä paperista tai polymeerisestä kalvosta.

Keksinnön mukaisen laitteen kondensaattoria voidaan käyttää jännitejakajapiirissä, jossa tapauksessa ulompi (matalajännite) elektrodi on kytketty maahan toisen sähköisen piirin kon-ponenttien kautta, joka voi olla toinen kondensaattori, jolla on tunnettu impedanssi. Ainakin tunnetun impedanssin omaava komponentti jakajapiirissä voi olla sovitettu korkeajännite-kondensaattorin johtavan kotelon sisään, mikäli tällaista koteloa käytetään. Tällaisessa sovitelmassa voidaan kondensaattoria käyttää tavanomaisella tavalla sisäelektrodin jännitteen mittaamiseen, joka elektrodi voi olla kytketty pitkänomaiseen korkeajännitejohtimeen.

Keksinnön mukaisen laitteen kondensaattori, jota käytetään jännitteen mittaamiseen, voi edullisesti olla varustettu virtaa mittaavalla piirillä, siten, että jännitteen ja virran yhdistetystä mittauksesta tehonjakelujärjestelmän yhdessä kohtaa, esimerkiksi avojohtojärjestelmässä, ei ainoastaan virheen esiintyminen, vaan myös suunta ja etäisyys virhekoh-taan voidaan määrittää. Tällöin voi virtaa mittaavassa laitteessa olla virtamuuntaja, ja yksi tai useampi tällainen lai- 9 82784 te voi edullisesti olla sovitettu jännitekondensaattorin suo-jaavan kotelon sisään, mikäli tällainen on olemassa. Edullisesti on virtamuuntaja- tai muuntajat sovitettu kondensaattorin ympäri koaksiaalisesti ulkoelektrodin kanssa. Tällä tavalla on muuntaja sähköisesti suojattu sisäelektrodin korkea-jännitteestä, jolloin voidaan käyttää halvempaa matalajännite-virtamuuntajaa.

Keksinnön mukaisesti voidaan käyttää yhtä tai useampaa virta-muuntajaa, jolloin esimerkiksi ensimmäinen virtamuuntaja on sovitettu mittaamaan virtaa, joka virtaa sisäelektrodissa normaaleissa toimintaolosuhteissa, toinen virtamuuntaja on sovitettu mittaamaan sisäelektrodin virtaa virheolosuhteissa, ja kolmas virtamuuntaja on sovitettu ottamaan sisäelektrodis-ta sähkötehoa ja syöttämään tätä sähkölaitteiden käytettäväksi. Sähkölaite voi olla jännitejakaja, tai muu mittauspii-ri laitteen kondensaattorin yhteydessä, tai se voi olla paristo sähkötehon varaamiseksi muuhun käyttöön.

Mikäli keksinnön mukainen laite käsittää kondensaattorin kol-mivaiheavojohdon jännitteen mittaamiseksi ja virtamuuntajän johdossa virtaavan virran mittaamiseksi, voidaan vian paikantaminen aikaansaada ei ainoastaan siten, että yksi laitteen osa on kytketty kuhunkin vaihejohtimeen, vaan myös asentamalla lisävirtamuuntaja, joka on kytketty kaikkiin kolmeen vaihe johtimeen. Lisävirtamuuntaja antaa tällöin nollavirran normaaliolosuhteissa, ja vikavirran virhetilanteen esiintyessä. Virhevirran havaitsemisen tarkkuus riippuu tällöin kunkin vaihejohtimen virrasta, joka tutkitaan suhteessa johtimen normaaliin virtaan.

Johtimen jännitteen ja virran tutkiminen mahdollistaa kulman määrittämisen, joka on käyttökelpoista tehovakion korjaukses-. sa.

ίο 82784

Keksinnön mukaisen laitteen kondensaattoria, kytkettynä sähköisesti johtimeen, esimerkiksi avojohtimeen sähköä tehon ja-kelusysteemissä, voidaan käyttää järjestelmän osana lähettämään korkeataajuisia viestisignaaleja johtimeen siirrettäväksi tätä pitkin, mikäli nämä on kytketty sopivaan sähköiseen piiriin.

On edullista, että eristimet, kuten kiristyseristin, tuki-eristin tai riippueristin voi sisältää kondensaattorin, jolloin yhdessä ainoassa rakenteessa on sekä korkeajännitteen eristäminen maadoitetusta osasta, ja johtimen jännitemittaus yhdistettynä.

t

Edelleen esimerkkinä keksinnön mukaisen laitteen yhdistämisestä muihin sähkölaitteisiin voidaan mainita, että laitteen kondensaattorin toinen pää voi olla kytketty sähköiseen voimajohtoon, jolloin se on sähköisesti sarjassa tämän kanssa. Liitos aikaansaadaan siten, että kaapelin johtava ulkokuori muodostaa kondensaattorin suojarenkaan pidennyksen, jolloin kaapeli on sovitettu suojaamaan kondensaattorin ulkoelektrodia kondensaattorin kaapelipuolella. Kondensaattorin ulkopää voi olla kytketty johtavaan kiinnityskorvaan, jolloin kaapeli voi olla kytketty muihin sähkölaitteisiin, kuten jakolaitteeseen tai jännitemuuntajaan keksinnön mukaisen laitteen kautta. Vaihtoehtoisessa toteutuksessa laitteen mainittu toinen pää voi olla varustettu hylsyllä, joka on tarkoitettu asennettavaksi esimerkiksi jakolaitteen tai jännitemuuntajän hoikkiin. Viimeksimainitussa toteutuksessa on ilmeistä, että laitteen toinen pää voi olla sovittimen muotoinen, joko rivimuotoinen tai L-muotoinen (kyynärpää), jota yleensä käytetään voimajohdon liittämiseksi esimerkiksi jakolaitteeseen tai muuntajaan. Tällainen sovitin voi olla esimerkiksi sellainen, joka on esitetty rinnakkaisessa patenttihakemuksessamme EP-0 147 979 (tullut julkiseksi 10.7.1985).

Il 11 82784

On myös edullista, että esillä olevan laitteen mittaustoiminto voidaan yhdistää katkaisutoimintoon, jolloin esimerkiksi kondensaattorin sisäelektrodi muodostaa katkaisijan osan, tai vaihtoehtoisesti on sähköisesti kytketty sarjaan tämän kanssa. Voidaan käyttää laitteen antosignaalia kytkimen avaamiseksi vai sen sulkemiseksi. Kuormitusvirran puuttuessa voidaan käyttää kapasitanssin muutosta kytkimen tilan osoittamiseksi. Täten on laitteen kapasitanssi eri riippuen onko kytkin auki tai kiinni, ja riippuen siitä syöttääkö toinen tai syöttävätkö molemmat koskettimet virtaa. Määrittämällä etukäteen laitteen kapasitanssi kussakin tilassa aikaansaadaan kapasitanssin mittauksella laitteen toimiessa osoitus kytkimen tilasta. Kondensaattorin sisempi, korkeajännite-elektrodi voi muodostua kytkimen kontakteista, ja ulompi, matalajännite-elektrodi voi muodostua kytkimen metallikotelosta, tai se voi olla erillinen johtava elin kytkinkotelon sisällä, joka voi olla asennettu sisemmän eristävän elimen päälle. Mikäli on välttämätöntä, voidaan sähköinen liitäntä kytkinkotelon läpi aikaansaada lasi-metallitiivistyksellä. Kytkin voi olla esimerkiksi rinnakkaisen patenttihakemuksen EPO-PCT 0 148 851 mukainen (tullut julkiseksi 24.7.1985).

Sähköinen kytkin voi käsittää ensimmäisen ja toisen kosketin-elementin, jotka liikkuvat toistensa suhteen kahden asennon välillä, jotka vastaavat vastaavasti kytkimen avointa tai suljettua tilaa, sähköisen johtavan elimen, joka sijaitsee erillään mainituista kohtaktielementeistä, ja joka on kapasi-tiivisesti kytketty molempiin kosketinelementteihin kummassakin asennossa, ja elimet mainitun elimen ja kosketinelement-tien välisen kapasitanssin mittaamiseksi.

. · Täten, sijoittamalla yksi ainoa elektrodi kytkinkoskettimien lähelle, esimerkiksi lieriömäisesti koaksiaalisesti näiden ympäri, saadaan kaikki yllä mainittu tieto käyttäen ainoastaan yhtä johdinta, joka on kytketty mittauslaitteen ulkoe- * · · 12 82784 lektrodiin, joka on erittäin käytännöllistä mikäli elektrodi sijaitsee kytkimen kotelon sisällä.

Kapasitanssinmittauspiiri on edullisesti yllä selostetun tyyppinen.

Kytkimeen voi liittyä yksi tai useampi virtamuuntaja, joka toimii yllä selostetulla tavalla, ja joka edullisesti sijaitsee maadoitetun metallikotelon sisällä.

Kytkimen tila (auki, suljettu, syöttää virtaa, ei syötä virtaa) voidaan myös määrittää, jolloin kytkimen kosketinkokoon-pano sisältää kondensaattorin korkeajännite-elektrodin, jonka toinen elektrodi on varustettu johtavalla elimellä, joka sijaitsee kytkinkotelon sisällä, tai sisältää (johtavan) kotelon itsessään, jolloin molemmat elektrodit ovat kapasitiivisesti kytketyt yhteen kytkimen kaikissa yllä mainituissa tiloissa, ja jolloin mainittujen elektrodien välinen kapasitanssi mitataan, esimerkiksi kapasitiivisellä jännitejakajapiirillä en-naltamäärättyjen kapasitanssimittausten mukaisen kytkimen tilan määrittämiseksi.

Korkeajännitelaite, joka sisältää yleisesti lieriömäisen kondensaattorin, jossa sisäelektrodi sisältää paljaan (s.o. ei-eristetyn) pitkänomaisen johtimen, tai pitkänomaisen putkimaisen johtavan elimen, joka on asennettu paljaan pitkänomaisen johtimen ympäri ja sähköiseen kosketukseen tämän kanssa, voidaan muodostaa asettamalla eristävä aine sisäelektrodin ympärille kondensaattorin eristyksen muodostamiseksi, sovittamalla lieriönmuotoinen johtava ulkoelin eristyksen ainoastaan pitkänomaisen osan ympäri ulkoelektrodin muodostamiseksi, sijoittamalla lieriömäinen suojarengaselektrodi kondensaattorien eristyksen ympäri tämän ulkopinnalle ulkoelektrodin toisen pään lähelle paikkaan, joka sijaitsee erillään tästä, ja sovittamalla kuormituksen säätöelimet, jotka ovat puolijohta-vaa materiaalia, ulkoelektrodin ja suojarengaselektrodin vä- i3 82784 liin. Muut komponentit, joilla on yllä selostetut ominaisuudet, sisältyvät myös keksintöön.

Keksinnön mukainen laite voi täten sisältää asennetun kondensaattorin, jossa on putkimainen sisäelektrodi, joka toimii komponenttien loppuosan kannattimena, vaatien ainoastaan asennusta pitkänomaiseen johtimeen, ja sopivaa sähköistä liitäntää johtimeen ja mittauspiiriin, kuten jännitejakajaan, esimerkiksi johtimen jännitteen määrittämiseksi. Vaihtoehtoisesti voidaan kondensaattori muodostaa paikallaan pitkänomaiselle johtimelle.

Alla selostetaan keksinnön mukaista korkeajännitelaitetta jännitteen, virran ja näiden yhdistelmien mittaamiseksi sähköjohdoissa, ja näiden laitteiden asentamista, viittaamalla oheisiin kuvioihin, joissa kuvio 1 esittää keksinnön mukaista laitetta asennettuna avo-johtoon, kuvio 2 on laitteen suurennos, osittain leikkauskuvantona, kuvio 3 esittää laitteen mukaisen kondensaattorin sähköpiiriä kytkettynä sopivaan jännitteenmittauspiiriin, kuvio 4 esittää kaaviomaisesti kolmen kuvion 2 mukaisen laitteen asentamista kuhunkin vaihejohtimeen kolmivaiheisessa avojohtosysteemissä, ja virtamuuntajaa, joka on yhteinen kaikille vaihejohtimille, kuvio 5 esittää kuvion 2 mukaisen laitteen yksinkertaistettua muotoa sovitettuna sähköiseen kaapeliin kiinnityskorvakkeen muodostamiseksi tähän, kuvio 6 esittää kuvion 2 mukaista yksinkertaistettua muotoa sähkökaapelissa kyynärpääliitoksen aikaansaamiseksi, kuvio 7 esittää kuvion 2 mukaisen laitteen yksinkertaistettua muotoa yhdistettynä kytkimellä, ja kuvio 8 esittää kuvion 7 mukaisen laitteen yksinkertaistettua muotoa.

i4 82784

Viittaamalla kuvioon 1 nähdään siinä paljas avojohto 2 24 kVsn tehonjakelujärjestelmässä maadoitetun pylvään 4 alueella. Johdin 2 on asennettu pylvääseen 4 ja eristetty tästä kiristys- ja tukieristimillä 6, yksi pylvään kummallakin puolella, siten että johdin 2 itse kiertää pylvästä. Kannatusvarsi 8 ulottuu pylväästä 4 ja pitää jännitteen- ja virranmittaus-laitteen 10 kiertävän johtimen 2 ympärillä. Laite 10 on esitetty yksityiskohtaisemmin kuviossa 2.

Laite käsittää korkeajännitekondensaattorin johtimen 2 jännitteen mittaamiseksi, ja kolme jännitemuuntajaa, joista kaksi mittaa johtimen 2 läpi virtaavaa virtaa eri olosuhteissa, ja kolmas on sovitettu ottamaan tehoa johtimesta.

Viittaamalla kuvioon 2 nähdään siinä kondensaattorin sisä-elektrodi, joka on muodostettu kiinteänä onttona alumiini-putkena 12, jolla on hieman suurempi sisähalkaisija, esimerkiksi 38 mm, kuin punotun johtimen 2 ulkohalkaisija. Putki 12 on varmistetusti asennettu johtimen 2 kumpaankin päähän johtavien tappien 14 avulla, joilla varmistetaan myös se, että elektrodiputki 12 on samassa potentiaalissa kuin korkeajännite johdin 2. Metalliputkelle 12 on sovitettu samanaikaisesti suulakepuristettu lämpökutistuva polymeerinen putki 16, joka esimerkiksi on Raychemin tavaramerkki CCIM, jossa on sisäkom-ponentti 16A ja eristävä ulkokomponentti 16B, peittämään osa putkesta 12, siten että kumpikin pää putkesta 12 jää vapaaksi. Johtava lämpökutistuva polymeerinen putkijohto 18, joka esimerkiksi on Raychemin tavaramerkki CNTM, on sovitettu keskeisen, grafiitilla peitetyn suulakepuristetun putkijohdon 16 osan yli, ja muodostaa kondensaattorin ulomman, matalajännite-elektrodin. Suulakepuristetun putkijohdon 16 eristävä komponentti 16B muodostaa kondensaattorin eristyksen ulkoelektrodin 18 ja sisäelektrodin välillä, joka sisäelektrodi sisältää metalliputken 12 ja sisäkomponentin 16A suulakepuristeessa 16, ja muodostaa tunnetun kapasitanssin. Johtava komponentti 16A on mukautunut metalliputken 12A ulkopintaan, täyttäen tämän is 82784 kaikki epäsäännöllisyydet. Edelleen, koska johtavat ja eristävät kerrokset 16A ja 16B vastaavasti ovat samanaikaisesti suulakepuristetut vältytään onteloista näiden välillä, jotka muuten saattaisivat aiheuttaa sähköisiä purkautumisia.

Sovitetaan pari lämpökutistuvaa johtavaa polymeeriä CNTM putkijohtoa 20 eristävän putkijohdon 16B yli pitkittäissuunnassa erillään sijaitsevissa, grafiitilla päällystetyissä kohdissa ulomman elektrodin 18 kummallakin puolella tämän suojarenkai-den muodostamiseksi (kuten selostetaan alla). Suojarenkaiden 20 ja ulomman elektrodin 18 välisten aukkojen kuormituksen säätö, ja suojarenkaiden pitkittäissuunnassa ulkopäissä, aikaansaadaan sähköpurkautumisten esiintymisen minimoimiseksi sijoittamalla lämpökutistuva puolijohtava polymeeriputkijohto 22 ja 24, jota myydään Raychem tavaramerkillä SCTM näihin kohtiin. Suojarenkaiden 20 ja ulomman elektrodin 18 sähköinen kuormituksen säätö aikaansaadaan sovittamalla johtava maali 26 eristävälle pinnalle, joka sijaitsee näiden reunojen vieressä ennen kuin sovitetaan elektrodit ja putkijohdot 24. Tähän päähän suihkutetaan ohut grafiittikerros eristyksen 16B ulkopinnalle kolmelle erilliselle alueelle, jotka vastaavasti vastaanottavat elektrodit 18 ja 20. Grafiittikerros elektrodien alla lievittää onteloiden muodostumista, jotka saattaisivat aiheuttaa sähköisiä purkauksia eristeen ja johtavien komponenttien rajapinnalla.

Paljaat pinnat kuormituksensäätöputkijohtimissa 24 ja eristyksissä 16B ulkoelektrodin 18 kunnaallakin puolella suljetaan tämän jälkeen lämpökutistuvaan polymeeriseen putkijohtoon 28, jolla on sähköisesti eristävät ja ryömyvirrankestävät ominaisuudet, esimerkiksi Raychem tavaramerkki HVTM. Putkijohdot 28 ylittävät vastaavat kuormituksen säätöputkijohdot 24 täysin, ja ulottuvat toisessa päässään vastaavaan suojarenkaaseen 20 ja toisessa päässään eristyksen 16B yli aina sisäelektrodille 12 asti.

i6 82784

Ulkoelektrodin 18 ja suojarenkaiden 20 suojaaminen ympäristöltä ja sähköisesti aikaansaadaan sovittamalla näiden ympäri alumiininen puolikuori kotelon 30 muodostamiseksi, joka kummassakin päässä on tiivistetysti sovitettu vastaavaan HVTM putkijohtoon 28. Kondensaattorin kannatusvarsi 8 on kiinnitetty koteloon 30.

Kondensaattori käsittää edelleen useita ripoja 31, jotka edullisesti ovat samaa eristävää ja ryömyvirrankestävää ainetta HVTM kuin putkijohdot 28. Rivat 31 voivat olla lämpöku-tistettuja putkijohtoihin 28, mutta edullisesti ne muodostetaan näiden osana, esimerkiksi valamalla.

Kuvion 2 laite 10 soveltuu erityisesti ulkokäyttöön. Kuitenkin, mikäli halutaan käyttää laitetta sisätiloissa tai muuten kuivissa ja ei-saastuneissa olosuhteissa, on mahdollista jättää pois ulkoiset eristävät ja ryömyvirrankestävät komponentit 28 ja myös kotelo 30. On kuitenkin myös näissä olosuhteissa suositeltavaa sovittaa ulkokotelo, joka ylettyy ainakin elektrodin 18 yli, ja edullisesti myös suojarenkaiden 20 ja kuormituksen säätöputkijohtimien 24 yli. Edelleen, on edullista, mikäli laite asennetaan ulottumaan saastuneen ja ei-saastuneen ympäristön rajalle, esimerkiksi eristysholkkina, joka kannattaa johdinta saastuneesta ulkotilasta sähkölaitteen suojattuun tilaan, että ainoastaan laitteen toisessa päässä, sen ulkopäässä on komponentit 28 ja 30, kun toisaalta sen si-säpää voi olla yllä selostetun tapainen.

On siksi ymmärrettävää, että mikäli laitteessa ei ole ulkoista eristävää putkijohtoa 28 ja koteloa 30, eristyksen 16B ulkopinnan vuotovirrat virtaavat maadoitettuihin suojarenkai-siin 20, eivätkä täten vaikuta ulkoelektrodiin 18. Elektrodin 18 suojaus aikaansaadaan sovittamalla johtava kotelo 30 tämän ympärille, sähköisesti kytkettynä suojarenkaisiin 20. Ulomman eristyskuoren 28 ollessa läsnä jakautuvat kaikki tässä vir- i7 82784 taavat vuotovirrat harmittomaeti maahan suojarenkaiden ja/tai kotelon 30 kautta.

Kuviossa on kaaviomaisesti esitetty mittauskondensaattori 32, jonka kapasitanssi on Cj^ kotelon 30 sisällä. Sähköiset liitännät kondensaattorilta 32 ulkoelektrodiin 18, suojarenkaat 20 ja kotelo on myös esitetty kaaviomaisesti, kuten myös kotelon 30 maadoitus, tunnetun kiinteän kondensaattorin kapasitanssi Ce sisä- ja ulkoelektrodin 12 ja 18 välillä, ja muutettavan kondensaattorin kapasitanssi tämän kummallakin puolella. Lisäksi siinä on pintavuotoresistanssi (R^> putkijohtojen 28 HVTM pinnalla korkeajännitesisäelektrodin 12 maadotetun kotelon välillä.

Kapasitanssi Cj muodostuu kuormituksensäätöaineen 24, eris-tysaineen 16B ja 28 ja elektrodien 12 ja 16A kapasitiivisistä vaikutuksista, ja näiden välisistä yhteistoiminnoista.

Tässä on sovitettu neljä kuormituksensäätöputkijohtoa, vaikkakin näiden toiminto voidaan aikaansaada pienemmällä putki-johtolukumäärällä, esimerkiksi yhdellä ainoalla putkijohdolla, joka ulottuu toisessa päässään eristyksestä 16B kummankin .·· suojarenkaan 20 ja ulomman elektrodin 18 yli ja eristyksen 16B

toiseen päähän, mikäli välttämätön sähkökosketus suojarenkai-siin ja ulkoelektrodiin voidaan aikaansaada tyydyttävästi. S a -.* maila tavalla voidaan eristys ja ryömyvirrankestävä putkijohto *·’ * 28 muodostaa yhteneväiseksi.

t -« « ·

Laite 10 käsittää myös kolme virtamuuntajaa, jotka on esitetty kaaviomaisesti numeroilla 34, 36 ja 38, jotka on käämitty ympyrämuotoisesti ja koaksiaalisesti johtimen 2 ympäri. Vir-: tamuuntaja 34 on sovitettu mittaamaan johtimessa 2 virtaavaa >V virtaa normaaliolosuhteissa, ja se kyllästyy mikäli siinä kulkee vikavirta. Virtamuunta ja 36 on sovitettu mittaamaan '*·· vikavirran arvoa, joka virtaa johtimessa 2. Virtamuunta ja 38 on sovitettu ottamaan tehoa johtimelta 2 <ei-esitetyn) sähkö- • * ie 82784 laitteen toiminnan syöttämiseksi. On ymmärrettävä, että muuntajiin, 34, 36 ja 38 liittyy tavanomaisia sähköpiirejä tämän aikaansaamiseksi.

Kuten nähdään kuviosta 2, eivät muuntajat 34, 36 ja 38 ainoastaan ole asennettu maadoitetun kotelon 30 sisään, vaan ovat myös erotetut korkeajännitejohtimesta 2 matalajännite-kondensaattorielektrodin 18 avulla, joka on sovitettu olemaan potentiaalissa noin 10 volttia. Siksi ei tarvita virta-muuntajia, jotka kestävät ja toimivat korkeassa jännitteessä, jolloin matalajännitevirtamuuntajät soveltuvat hyvin ja ovat suhteellisen halpoja.

Erityisesti ja yleisesti on edullista, että keksinnön mukaisen laitteen virtamuuntajät ovat sovitetut mittaamaan tai tarkkailemaan johtimen läpi virtaavaa virtaa, tai ottamaan tehoa johtimesta sähkölaitteiden syöttämiseksi, jotka liittyvät kondensaattoriin johtimen jännitteen määrittämiseksi, tai toimintalaitteelle, kuten kytkimille, jotka reagoivat jännitteeseen ja/tai virtaan, jota mitataan laitteella.

Kuviossa 3 on esitetty kuvion 2 mukaisen laitteen kondensaattori järjestelmän ekvivalenttisähköpiiri, joka toimii kapasi-: tiivisena jännitejakajapiirinä sisemmän, korkeajännite-elekt rodin 12, ja täten avojohtimen 2 jännitteen Vi määrittämiseksi. Z edustaa suojarenkaiden ja ulomman elektrodin 18 välisen aukon impedanssia, ja eliminoi sellaisenaan mitatusta jännitteestä V kapasitanssin C ja resistanssin R vaihtelut.

T L

Tässä suhteessa on huomattava, että kapasitanssiin C kon-

T

densaattorin 10 päässä vaikuttaa erityisesti lämpötila, ja että resistanssin R , pinnan vuotoresistanssiin, vaikuttaa

L

.: kosteus ja ympäristön saastuneisuus. Edelleen C ja R

T L

vaikuttavat toisiinsa. Täten, mittaamalla jännitettä V kapasitanssin yli, voidaan jännite Vi avojohtimelle määrittää riittävän tarkasti. Voidaan päätellä, että käyttämällä suojarenkaita, voidaan kondensaattori 10 sovittaa antamaan avojohdon jännitemittaukselle tarkkuus noin 0,1 % - 5 %.

li 19 82784

Tyypi11ieesti 24 kV:n voimajohdon yhteydessä on kapasitanssi Cs sovitettu olemaan 150 pF, ja yleisesti alueella 50 -200 pF, ja ulomman matalajännitteisen elektrodin 1Θ potentiaali on välillä 10 - 50 volttia.

Viittaamalla jälleen kuvioon 1, on edullista, että laite 10 sijaitsee eristimen 6 kohdalla, jolloin johdin 2 kulkee suoraan ja ohittaa turvallisesti maadoitetun kannatuspylvään 4.

Viittaamalla kuvioon 4, nähdään siinä kolmivaiheinen avojohto (24 kV - 36kV> jakeluverkossa, jossa on paljaat johtimet 40, 42, 44 kutakin vaihetta varten, ja jotka yleensä sijaitsevat erillään varmistaakseen, että näiden välillä ei ole sähköistä yhteyttä (kuten on esitetty kuvion kummassakin päässä). Jännitteen- ja virranmittauslaite 46 on asennettu kuhunkin johti-meen, jolloin laite on olennaisesti kuvion 2 mukainen. Tämä tarkoittaa sitä, että laite käsittää maadoitetun metallikote-lon 46, joka sisältää korkeajännitteisen kondensaattorin ja virtamuuntajän, jotka on sovitettu koaksiaa1isesti tämän kanssa, ja jotka on esitetty numeroilla 47, 49 vastaavasti, jolloin kondensaattorissa on saojarenkaat ja kuormituksen sää-töelimet, kuten yllä on selostettu. Eristävä ja ryömyvirran-;*’· kestävä ulkoholkki 50, joka on lämmöstä muotoaan muuttavaa .··. polymeeristä ainetta, ja jolla on rivoitettu ulkoinen vaippa . .·. ulottuu koteloon 48 toisesta sivusta kuhunkin paljaaseen joh- Γ*. timeen. Johtimet kulkevat vastaavan kotelon 48 toisesta päästä metallilla päällystettyinä avokiskoina, ja kolme avokiskoa on : suunnattu toisiaan kohti ja kulkevat eristävään katkokohtaan 52, ja sijaitsevat rinnakkain ja lähellä toisiaan kulkiessaan maadoitetun metallikotelon 54 läpi, kulkevat toisen eristävän jatkokohdan 56 kautta, ja kulkevat erilleen ennen kuin ne jälleen kulkevat yhdensuuntaisesti ja erillään paljaina joh-: · timina 40, 42 ja 44. Kotelo 54 sisältää virtamuuntajän 58, :*:*· joka sisältää kaikki kolme avokisko johdinta .

20 82784

Laitteen 46 osa toimii yllä selostetulla tavalla viittaamalla kuvioon 2, johtimien 40, 42 ja 44 läpivirtaavan virran jännitteen ja virran mittaamiseksi. Virtamuuntaja 58 kotelossa 54 toisaalta mittaa nettovirran, joka virtaa kaikissa kolmessa vaiheessa, ja joka on nolla normaaleissa toiminto-olosuhteissa kun jokaisessa johtimessa kulkee sama virta. Mikäli virhe esiintyy linjassa, mikä johtaa johtimien epätasapainoon virran suhteen, havaitsee muuntaja 58 virran. Laitteen 46 virtamuuntaja 49 havaitsee myös saman virran muutoksen, mutta paljon pienempänä prosentuaalisena muutoksena, koska muuntaja 49 yleensä mittaa täyden linjavirran. Siksi muuntajan 58 ei tarvitse olla niin herkkä kuin muuntajan 49.

Kuviossa 5 on esitetty jännitteenmittauskondensaattori 60, jolla on samat olennaiset ominaisuudet kuin mitä selostettiin yllä viittaamalla kuvioon 2. Kondensaattori 60 on punottu korkeajännitekaapeliin 62.

Kondensaattorissa 60 on sisempi alumiininen putkimainen elektrodi 64, jossa on johtava sileä kerros 66. Polymeerinen eristävä putkijohto 68 on sovitettu sisäelektrodin 64 päälle kondensaattorin eristyksen muodostamiseksi. Johtava maali yhdessä polymeerisen johtavan putkijohdon 70 kanssa on sovitettu eristyksen 64 ulkopinnan keskiosalle ulomman, matala-jännite-elektrodin muodostamiseksi kondensaattorissa 60.

Suojarengaselektrodit 72 on kytketty elektrodiin 70 kuormi-tuksensäätöputkijohtimien 74 avulla, ja suojarenkaan 72 ulko-päätä, joka sijaitsee kauempana kaapelista 62, kuormitussää-detään eristykselle 68 lisäputkijohtimen 76 avulla. Edelleen laite käsittää eristävät putkijohdot 78, jotka ulottuvat kuormituksensäätöputkijohtimen 74 yli, ja elektrodin 70 pinnalle siten, että ainoastaan osa tästä jää paljaaksi yhdistävän johdon 80 sovittamiseksi. Kondensaattorin 70 siinä päässä, joka sijaitsee kauempana kaapelista 62, peittyvät eristysput-kijohto 78 ja kuormituksensäätöputkijohto 76 eristävällä putkijohdolla 82, joka ulottuu kondensattorin eristyksen 68 pää-

II

2i 82784 hän, ja on edullisesti ryömyvirrankestävä ja siinä saattaa olla rivoitus (kuten on esitetty katkoviivalla), etenkin ulkokäytössä. Kaapelin päässä on putkimainen sisäelektrodi 64 tulpattu sähköäjohtavalla siirtokappaleella 84 helpottamaan liittämistä kaapeliin 62.

Kaapelissa 62 on eristävä vaippa 86, johtava maadoituspunos 88, suojakerros 90, ensiöeristys 92, ja johdin 94, jotka osat on paljastettu kaapelin liittämiseksi tavanomaisella tavalla.

Kondensaattorin 60 sisäelektrodin 64 siirtokappale 84 on liitetty kaapelijohtimeen 94 puristusliitoksen 96 avulla. Kuormitusta säätävää kittiainetta 98 käytetään puristusliitosta 96 ympäröivän alueen täyttämiseksi, ja kondensaattorin eristyksen 68 ja kaapelin ensiöeristyksen 92 välillä. Muotoaan-muuttava kuormituksensäätöputki 100 on sovitettu ulottumaan kondensaattorin suojarenkaasta 72 lähelle kaapelia 62, kondensaattorin eristyksen 68 yli, kitin 98 yli, kaapelin ensiöeristyksen 92 pään yli, ja maadoitettuun kaapelisuojaan 90. Samaan aikaan suulakepuristettu putkijohto 102, jolla on eristävä sisäkomponentti ja johtava ulkokomponentti, on sovitettu kuormituksensäätöputkijohdon 100 yli, ja suojakerros 104 on sovitettu tämän päälle maadoitusvikavirtojen kuljettamiseksi. Sekä putkijohdon 102 ulompi johtava komponentti että punos 104 on sähköisesti kytketty suojarengaselektrodiin 72 kondensaattorin 60 päässä lähellä kaapelia 62, kondensaattorin suojauksen parantamiseksi, jolloin molemmat on kytketty maadoitettuun kaapelipunokseen 28. Lopulta ulkokerros 109, joka on eristävää ja edullisesti ryömyvirrankestävää ainetta sovitetaan punoksen päälle, siten että se ulottuu kaapelin ulkovaipan 86 pään yli, kondensaattorin eristävän putkijohdon 78 toisen pään kohdalla lähellä kaapelia 62. Kondensaattorin 60 ja kaapelin 62 välinen sähköinen kytkentä varustetaan lopuksi johtimilla 108 ja 110, jotka ulottuvat maahan kondensaattorin suojarenkaista 72, jotka vastaavasti sijaitsevat kaukana ja lähellä kaapelia 62. Metallinen kiinnityskorva 112 on sovi- 22 82784 tettu kondensaattorin sisäelektrodiin 64 kaapelin toisessa päässä.

Ulompi, matalajännite-elektrodijohdin 80 on kytketty kapasi-tiiviseen jännitejako- ja mittauspiiriin, jota on selostettu kuvion 3 yhteydessä, sisäelektrodin 64 ja täten kaapelijohtimen 94 jännitteen mittaamiseksi. Kondensaattori 60 voi olla varustettu johtavalla, maadoitetulla metallikotelolla sen suojaamiseksi ympäristön vaikutukselta ja sähköisesti, sekä yhdellä tai usealla muuntajalla, joita on selostettu kuvion 2 yhteydessä, ja jotka on kytketty edullisesti kotelossa sijaitsevaan kondensaattoriin.

Kuvion 5 laite tarjoaa yksinkertaisen tavan mitata jännitettä, ja tarvittaessa virtaa, tehokaapelissa vähäisin häiriöin. Kaapelin päätä käsitellään kuten tavanomaisesti liitettäessä tai päätettäessä ja kondensaattori sijoitetaan kaapelin ja korvakkeen välille ja liitetään kaapeliin kuin se olisi toinen kaapeli. Kaapeli, johon on sovitettu mittauslaite, voidaan tämän jälkeen asentaa normaalisti, kiinnityskorvakkeiden avulla, sähkölaitteeseen, kuten jakolaitteeseen tai jännite-muuntajaan.

Kuviossa 6 on esitetty kuvion 5 toinen vaihtoehto, jossa kaapeli 113 on kytketty jänniternittauskondensaattorin kautta päätekorvakkeeseen, joka on kytketty L-muotoiseen sovittimeen, tai "kyynärpään" avulla, joka toimii kondensaattorina työntö-liitoksena liitettäväksi esimerkiksi jakolaitteen tai muuntajan hoikkiin. Koska kaapeli 113 on samanlainen kuin kuvion 5 kaapeli 62, ja koska kaapelijohtimen liitännät, eristykset ja vaipat kondensaattorin muihin osiin ovat identtiset kuvion 5 selostettujen kanssa, niitä ei selosteta tässä lähemmin.

Kuvion 6 kondensaattorissa on sisäelektrodi 114, joka osalta pituuttaan on sauvamainen, ja joka on kytketty rengasmaisen koskettimen 116 avulla vaihdettavaan tulppaan 118, joka liitetään tapin 120 avulla johtimeen hoikilla 122 ja täten säh- I; 23 82784 kölaitteeseen. Elektrodin 114 sauvanmuotoinen osa on sovitettu sähköisesti eristävään aineeseen 124, joka muodostaa kondensaattorin eristyksen, ja joka muodostaa L-muotoisen kappaleen sovittimessa. Eristyksessä 124 on kaksi liitintä, jotka on sovitettu vastaanottamaan vastaavasti tulppaa 118 ja hoikkia 122 työntöliitoksina aksiaalisesti olennaisesti kohtisuoraan sauvamuotoisen elektrodiosan suhteen. Eristävän kappaleen 124 ulkopinnassa on johtava kerros 126, joka toimii kondensaattorin ulompana, matalajännite-elektrodina. Sovittimen varsi-osassa, lähellä kaapelia 113, on ulompi elektrodi 126 sovitettu erilleen lieriömäisestä suojarengaselektrodista 128, joka myös on sovitettu eristykseen 124, kuormituksensäätöputkijohtimen 130 avulla. Holkki 122 on sovitettu johtavaan ja maadoitettuun laippaan 132, ja toimii sovittimen tämän pään suo-jarenkaana, ja laippa 132 on erotettu sovittimen ulkopinnasta 126 kuormituksensäätöputkijohtimen 134 avulla. Johdin, jota ei ole esitetty, joka johtaa ulkoelektrodilta 126 jännitteen-jako- ja mittauspiirille, voidaan täten sovittaa kaapelijohtimen jännitteen arvon antamiseksi.

Edelleen voidaan virtamuuntaja 136 sovittaa sovittimen varsi-pään tai toisen pään ympäri, jolloin johtimessa virtaavaa virtaa myös voidaan mitata.

Esitetyn tapainen tulppa 118 on sovitettu liittämään kondensaattorin sauvaelektrodin sähköisesti hoikin johtimeen, mutta tulppa 118 on vaihdettavissa, ja voidaan korvata tulpalla, joka sähköisesti eristää nämä kaksi johtavaa elintä, jolloin voidaan testata sähkölaitetta tai kaapelia. Tällaisia tulppia on selostettu esimerkiksi patenttijulkaisussa GB-8 431 393.

Kuviossa 7 on esitetty jännitteenmittauskondensaattorin ja kytkimen kombinaatiota, jolloin kytkimen tila voidaan määrittää tavanomaisesti mittaamalla kapasitanssi.

24 82784

Kytkimessä on ulompi metallinen suojattu ja maadotettu lieriömäinen kotelo 140. Kotelo 140 sisältää kosketinkokoonpanon 141, joka sisältää kaksi kiinteätä sähkökosketinelementtiä 142 ja 144, ja liikutettavan kosketinelementin 146, jossa on monta kielekettä. Kuviossa on kytkin esitetty avoimessa tilassa, jolloin kosketinelementti 144 ei ole yhteydessä elementtiin 146. Toiseen kiinteään koskettimeen voi kuitenkin olla kytketty sähkö. Käyttämällä kytkintä (ei-esitetyillä elimillä), viedään liikutettava kosketinelementti 146 tämän akselinsa suuntaisesti siten, että sen kielekkeet kohtaavat kiinteätä kosketinelementtiä 144, jolloin kytkin on suljetussa tilassaan.

Kotelossa 140 on lieriömäinen metallielektrodi 148, joka sijaitsee erillään kotelosta ja kytkimen kosketinelementistä, jolloin elektrodi 148 on sen pituinen, että se sulkee kosketinkokoonpanon 141 suljetussa tilassa ja kytkimen avoimessa tilassa. Kosketinelementit 142, 144 ja 146 muodostavat kondensaattorin sisemmän elektrodin, jossa ulkoelektrodi on aikaansaatu elimellä 148. Kytkimen eristävä aine voi olla esimerkiksi tyhjö tai eristävä kaasu, kuten rikkiheksafluoridi SF^ korkeassa paineessa. Kondensaattorin kapasitanssi vaih-telee riippuen onko kytkin auki vai kiinni, tai onko toiseen tai molempiin kosketinelementteihin kytketty sähkö. Kondensaattori voidaan kalibroida tämän osoittamiseksi. On ymmärrettävää, että kuvion 7 mukaisella järjestelyllä kondensaattorin ulkoelektrodi 148 on kytketty mittauspiiriin, joka on kuvion 3 tyyppinen, jolloin eristetty johdin ulottuu elektrodilta 148 kotelon 140 läpi, ja matalajännitekondensaattorin 156 kautta maahan. Kuviossa on esitetty mittauspiiri 158 kaa-viomaisesti, joka on sovitettu valikoivasti osoittamaan kytkimen tila ja kosketinelementtien jännite.

Mikäli halutaan mitata virtaa, voidaan sovittaa virtamuuntaja 150 kotelon 140 ympäri koaksiaalisesti ulkoelektrodin 148

II

25 82784 kanssa, joka sovitelma on sovitettu maadoitettuun metalliko-teloon 152.

On ymmärrettävää, että kytkin voi olla sähköisesti kytketty sarjaan muiden sähkölaitteiden kanssa, kuten tehojohtimen tai jännitemuuntajän kanssa.

Kuviossa 8 on esitetty modifikaatio kuvion 7 järjestelystä, jossa ulompi metalli 160 sisältää korkeajännitekondensaattorin ulomman elektrodin. Täten on kotelolla 160 mittauksen tarkkuuden ja turvallisuuden varmistamiseksi ulompi eristyskuori 162, jolloin kotelo 160 sallitaan olla n. 50 V potentiaalissa. Kuten kuvion 7 kytkimen kohdalla on tunnetun kapasitanssin omaava kondensaattori 164 kytketty koteloon 160 ja maapoten-tiaaliin, joka edullisesti on uloin maadoitettu metallikotelo 166, joka sisältää virtamuuntajän 168.

• · I < .

• · · • · ·

Claims (14)

26 827 8 4

1. Korkeajännite1aite, joka käsittää eylinterimäisen kondensaattorin, joka käsittää pitkänomaisen eisäelektrodin; kiinteän sähköeristysai n een, joka on sovitettu sisäelektrodiin kondensaattorin eristyksen muodostamiseksi; ulomman lieriömäisen elektrodin, joka on olennaisesti koaksiaa1inen sisä-elektrodin kanssa, jolloin sisä- ja ulkoelektrodit ja eristys-aine on sovitettu aikaansaamaan lieriömäinen kondensaattori, jolla on tunnettu kapasitanssi; ja ainakin yhden olennaisesti lieriömäisen suojarengaeelektrodin, joka on sijoitettu välimatkan päähän ulkoelektrodin päästä, tunnettu siitä, että ulkoelektrodi (18) on sijoitettu ainoastaan eristeaineen (16B) ulkopinnan osalle, että suojarengaselektrodi (20) on sijoitettu eristeaineen (16B) ulkopinnalle niin, että sen erottaa ulkoelektrodista (18) väli ja että puolijohdemateriaalia (22) sisältävät kuormituksen säätöelimet ulottuvat välin poikki ja on järjestetty limittymään ja aikaansaamaan sähköinen kosketus ulkoelektrodin (18) ja yhden tai jokaisen suojarengaeelektrodin (20) kanssa säätäen näin elektrodien välistä sähkökuormi-tusta .

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että se edelleen käsittää kuormituksensäätöelimet (24), jotka ulottuvat eristysaineesta (16B) elektrodien (18, 20) paljaiden päiden yli, elektrodin päiden sähkökuormitukeen säätämiseksi.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että kuormituksensäätöelimet (22, 24) ovat ainetta, 6 10 jonka omina isimpedanssi on välillä 10 ohm-cm ja 10 ohm-cm.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että se käsittää kotelon (30), joka muodostaa suojaavan kotelon ainakin kondensaattorin ulkoelektrodin (18) pituudelta. 27 82784

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, tunnettu siitä, kotelo (30) on sähköäjohtava ja on sähköisesti kytketty suo-jarengaselektrodiin <20> ja -elektrodeihin ollakseen samassa potentiaalissa.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että siinä on sähköäsristävä ja olennaisesti ryömyvirrankestävä ulkopinta <28>, joka ulottuu eristävän aineen <16B) paljaan ulkopinnan yli.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että eristysaine <16B>, elektrodit <18, 20) tai kuormitukseneäätöelimet <22, 24) käsittävät putkijohdon, joka edullisesti on lämmöstä muotoaanmuuttavaa ainetta.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että tunnetun impedanssin omaava sähköpii-rikomponentti (32) on sähköisesti kytketty sarjaan kondensaattorin <12, 16, 18B) kanssa jännitteenjakopiirin muodosta miseksi .

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laite, tunnettu siitä, se käsittää jännitteenjakopiirin, joka on kytketty konden- .'*J saattoriin ja mainittuun komponenttiin korkeajännitekonden- ·· saattorin sisäelektrodin sähköpotentiaalin määrittämiseksi.

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että se sisältää ainakin yhden virtamuunta-jän <34, 36, 38), joka on sovitettu kondensaattorin ympärille olennaisesti koaksiaalieesti tämän sisäelektrodin <2, 12) kanssa.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen laite, tunnettu siitä, että ainakin yksi virtamuuntaja <34, 36, 38) on sovitettu mittaamaan virtaa, joka virtaa sisäelektrodissa <2, 12) nor-maaliolosuhteissa, tai mittaamaan virtaa, joka kulkee sisä- * ♦ * · ( * · 28 82784 elektrodissa vikatilanteessa, tai syöttämään sähkötehoa sisä-elektrodista sähkölaitteen toimintaa varten.

12. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että kondensaattorin (60) toinen pää on sähköisesti kytketty sähkötehokaape1iin (62), jolloin kondensaattorin (60) sisäelektrodi (64) on kytketty kaapelin (62) johtimeen (94).

13. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen laite säh köisen kytkimen yhteydessä, tunnettu siitä, että kondensaattorin sisäelektrodi <2, 12, 16A; 142, 144, 146) muodostaa tai on sähköisesti kytketty sarjaan kytkimen sähköisten kosketti-mien kanssa, jolloin kondensaattori on sovitettu mittaamalla sen kapasitanssi määrittämään, ovatko kytkimen (141) sähköiset koskettimet auki vai kiinni.

14. Järjestely, tunnettu siitä, että se sisältää patenttivaatimuksen 10 tai 11 mukaisen laitteen (46) sijoitettuna kolmivaiheisen jakeluverkon jokaiseen johtimeen (40, 42, 44), jolloin kukin johdin muodostaa vastaavan laitteen kondensaattorin sisäelektrodin osan, ja ylimääräisen virtamuuntajän (56), joka on sijoitettu kaikkien johtimien (40, 42, 44) ympärille.