DE10024335A1 - Ohmscher Spannungsfühler - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen ohmschen Spannungsfühler, der besonders bei Mittel- und/oder Hochspannungsmessungen angewendet wird. Der Spannungsfühler ist in einem Raum (1) angebracht, der von einem Primärstromleiter (2) perforiert ist und aus isolierendem Medium besteht, zum Beispiel in Verbindung mit einem Isolator von irgendeinem Typ. Der Spannungsfühler weist einen Spannungsteiler auf, dessen oberer und unterer Widerstand eine Widerstandskette (6) bilden, die um den Primärstromleiter (2) herum in dem Raum (1) aus isolierendem Medium wesentlich in Spiralform angeordnet ist. Das ohmsch verteilte Potential an jeder Stelle der Widerstandskette (6) ist wesentlich gleich groß wie das kapazitiv verteilte Potential an entsprechender Stelle des elektrischen Feldes, das in dem Raum (1) aus isolierendem Medium wirkt. Die Widerstandskette (6) weist ein oder mehrere separate, seriengeschaltete Widerstandselemente (5) auf, die zu Widerstandsreihen (10) mit einem oder mehreren Widerstandselementen (5) nacheinander angeordnet sind, welche Widerstandsreihen wesentlich parallel miteinander und mit dem Primärstromleiter (2) angeordnet sind. In der Querrichtung des Primärstromleiters (2) sind die Widerstandsreihen (10) mit einer spiralförmigen Stützkonstruktion (7) aus isolierendem Material um den Primärstromleiter (2) herum in Spiralform abgestützt. Die spiralförmige Stützkonstruktion (7) der Widerstandskette (6) ist so ausgeformt, dass der Abstand - die Kriechstrecke - ...

Description

BEREICH DER ERFINDUNG

Ohmscher Spannungsfühler zur Anwendung besonders bei Mittel- und/oder Hochspannungsmessungen und zum Anbringen in einem Raum, der von einem Primärstromleiter perforiert ist und aus isolierendem Medium be­ steht, zum Beispiel in Verbindung mit einem Isolator von irgendeinem Typ, welcher Spannungsfühler einen Spannungsteiler mit einem oberen Wider­ stand und einem unteren Widerstand aufweist. Der obere Widerstand des auf Spannungsverteilung basierenden Spannungsfühlers ist zum Beispiel mit ei­ ner Elektrode an einer Komponente der zu messenden Spannung befestigt, beispielsweise an dem Primärstromleiter, und die Aufgabe des oberen Wider­ stands ist, einen erforderlichen Spannungsabfall zu bewirken, während der untere Widerstand an seinem ersten Ende am oberen Widerstand und an sei­ nem zweiten Ende am Erdpotential befestigt wird. Die Spannungsmessung wird über den unteren Widerstand ausgeführt und die Spannung ist proportio­ nal zu dem Verhältnis der Resistanzen des oberen und unteren Widerstands.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Nach dem Obigen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen ohmschen, auf Spannungsverteilung basierenden Spannungsfühler zustande­ zubringen, dessen geeignetste Anwendung in Mittel- und Hochspannungs­ messungen besteht. Der Fühler ist beispielsweise in Verbindung mit einer Komponente bei einer Mittel- oder Hochspannungsapparatur, wie mit einem Stütz- oder Durchführungsisolator, einem Kombinationsfühler, einem Schal­ terteil oder dergleichen, angeordnet. Der Fühler kann sowohl bei Innen- als auch Außeninstallationen verwendet werden. Im folgenden wird die Erfindung in Verbindung mit einem Stützisolator beschrieben, denn diese Ausführungs­ form dürfte eine Anwendung sein, wodurch die Anwendbarkeit der Erfindung veranschaulicht wird.

Die herkömmliche Technik zur Verteilung elektrischer Energie be­ nutzt Strom- und Spannungstransformatoren für Strom- und Spannungsmes­ sungen im Mittel- und Hochspannungsbereich. Diese sind jedoch gewöhnlich groß und schwer und somit beschwerlich, um in Verbindung mit übrigen Kom­ ponenten integriert zu werden. Besonders in Störungssituationen wird die Messgenauigkeit der Stromtransformatoren wegen der Sättigung des Trans­ formatorkerns wesentlich abgeschwächt. Außer Transformatoren stehen Spannungsmessverfahren zur Verfügung, die auf ohmschen Spannungstei­ lern, kapazitiven Spannungsteilern und optischen Fühlern basieren.

Zunehmende Anforderungen an eine bessere Messgenauigkeit der Messfühler sprechen für eine Anwendung möglichst rein ohmscher Elemente als Spannungsmesskomponenten der Fühler. Im Vergleich zu kapazitiven Messverfahren ist die Genauigkeit ohmscher Elemente und Messverfahren besser in gewünschtem Spannungsbereich und was die Frequenz betrifft.

Vorbekannt sind Lösungen, nach denen ein ohmscher, auf Span­ nungsverteilung basierender Spannungsfühler zum Beispiel in Verbindung mit einem Isolator integriert ist. In diesen Lösungen ist der obere Widerstand des Spannungsteilers gewöhnlich durch Anwendung eines Hochspannungswider­ stands verwirklicht worden. Das Problem dieser Lösungen liegt in großen Di­ mensionen, hohem Preis, steifer Struktur und stabförmiger Ausgestaltung des Hochspannungswiderstands, was es erschwert, den Spannungsteiler in Ver­ bindung mit übrigen Komponenten zu integrieren. Probleme werden auch von der Spannungsfestigkeit einer solchen Lösung verursacht. Die Widerstände des Spannungsteilers bilden innerhalb einer Isolation aus Edelkunstharz einen gleich langen Kanal wie der Spannungsteiler ist, in welchem Kanal an der Schnittstelle des Widerstands und der Isolation eine Diskontinuitätsstelle ent­ steht. An der Schnittstelle können mit der Zeit kleine elektrische Teilentladun­ gen erfolgen, die es verursachen, dass im Edelkunstharz Hohlräume entste­ hen, wodurch die Isolierfähigkeit der Isolation abgeschwächt wird und ein Ka­ nal für Überschläge in Störungssituationen gebildet werden kann.

Ein Problem der existierenden Lösungen ist oft die unvorteilhafte Form des Spannungsmessfühlers mit Spannungsteiler, was dazu führt, dass eine Anordnung des Messfühlers in Verbindung mit irgendeiner anderen Kom­ ponente, wie mit einem Stützisolator, die Dimensionen der Komponente unnö­ tig viel vergrößert oder deren vorteilhafte Ausgestaltung belästigt. Es wird nach immer kleineren und mehr integrierten Komponenten gestrebt. Zum zweiten müssen die Komponenten, deren Lebensdauer typisch zig Jahre ist, eine ausreichend gute Spannungsfestigkeit aufweisen. Aus diesem Grund muss Isoliermaterial in zureichendem Maße vorgesehen sein, und eventuelle elektrische Diskontinuitätsstellen an den Konstruktionen müssen minimiert werden. Zum dritten nehmen die Anforderungen an Messgenauigkeit zu, wo­ bei ein möglichst rein ohmscher Messfühler in einem weiten Frequenzband ein genaues Messergebnis gibt und für Störungen aus der Umgebung nicht emp­ findlich ist. Zum vierten haben die bekannten, auf Messwandlern oder Hoch­ spannungswiderständen basierenden Spannungsmesslösungen einen hohen Preis. Zum fünften hat ein Hochspannungswiderstand eine steife Struktur und sein Wärmedehnungskoeffizient unterscheidet sich von dem Wärmedeh­ nungskoeffizienten des Edelkunstharzes, was Spannungen im Edelkunstharz verursacht. Zum sechsten bewirkt das Schrumpfen des Edelkunstharzes nach dem Gießen und darauf mit der Zeit Spannungen an der Schnittstelle des Hochspannungswiderstands und des Harzes.

KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen auf einem ohm­ schen Spannungsteiler basierenden Spannungsfühler so zu verwirklichen, dass die obigen Probleme gelöst werden können. Diese Aufgabe wird mittels eines ohmschen Spannungsfühlers eingangs angeführten Typs gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, dass der obere und der untere Widerstand des Spannungsteilers eine Widerstandskette aufweisen, die um den Primärstrom­ leiter herum in dem Raum aus isolierendem Medium wesentlich in Spiralform angeordnet ist.

Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden in ab­ hängigen Patentansprüchen beschrieben.

Die Erfindung basiert darauf, dass durch Herstellung des oberen Widerstands des Spannungsteilers aus einem oder mehreren Elementen aus ohmschem Material, vorzugsweise zum Beispiel aus Niederspannungswider­ ständen, und durch Verbindung der Elemente miteinander, d. h. durch Verket­ tung, eine bandförmige Widerstandskette die Einheit werden wird, die eine nötige Resistanz verwirklicht und die in Verbindung mit einer Komponente aus Isoliermaterial, wie mit einem Stützisolator, angeordnet werden kann. Diese Widerstandskette wird hinsichtlich der Außenmaße des Stützisolators zu Wi­ derstandsreihen in vorteilhaften Längen gebogen, die parallel miteinander an­ geordnet - gefaltet - werden. Die in dieser Weise gebildete, gefaltete Wider­ standskette wird um einen Primärstromleiter eines Durchführungsisolators herum in der Richtung des Querschnitts des Durchführungsisolators in Spiral­ form so ausgeformt, dass das erste Ende des oberen Widerstands des Span­ nungsteilers mit einer Elektrode an dem Primärstromleiter der zu messenden Spannung befestigt wird und das zweite Ende mit einer Elektrode an dem un­ teren Widerstand des Spannungsteilers befestigt wird. Das zweite Ende des unteren Widerstands wird wiederum mit einer Elektrode am Erdpotential befe­ stigt.

Ein genauer und störungstoleranter Spannungsmessfühler von kleinem Format, der in Verbindung mit einem Stützisolator angeordnet werden kann, wird dadurch zustandegebracht, dass die den Spannungsteiler bildende Widerstandskette in isolierendem Medium um den Primärstromleiter herum wesentlich in Spiralform so angeordnet wird, dass das ohmsch verteilte Poten­ tial jeder Stelle der Widerstandskette wesentlich gleich groß ist, wie das kapa­ zitiv verteilte Potential der entsprechenden Stelle im elektrischen Feld des iso­ lierenden Mediums. Die Struktur des Spannungsfühlers wird mit der Benen­ nung diskret gefaltete Spannungsteilerstruktur im Stützisolator bezeichnet. Dazu ist es dank dem kleinen Format des Spannungsfühlers möglich, auch andere Messfühler in Verbindung mit demselben Stützisolator anzuordnen, ohne dass die Größe des Isolators wesentlich zunimmt.

Wenn ein Spannungsteiler aus seriengeschalteten, separaten Wi­ derstandselementen konstruiert wird, wird seine Struktur leicht ausformbar und flexibel sein. Dies hat den Vorteil, dass die Größe und Form des Fühlers flexi­ bel verändert werden können, wenn der Fühler in Verbindung mit einem Stützisolator oder irgendeiner anderen, entsprechenden Komponente ange­ ordnet wird. Wenn möglichst rein ohmsche Komponenten verwendet werden und eine Widerstandskette wie in den Patentansprüchen beschrieben in Spi­ ralform angeordnet wird, wird die Einwirkung kapazitiver und induktiver Um­ weltfaktoren auf den Fühler minimiert.

Als ein Vorteil der diskreten, gefalteten Spannungsteilerstruktur kann auch erwähnt werden, dass die Flexibilität und dadurch die mechanische Festigkeit einer solchen Struktur wesentlich besser sind als die der steifen, stabförmigen Widerstandsstrukturen. Die bandförmige Widerstandskette der gefalteten Spannungsteilerstruktur hält gut das Schrumpfen des Edelkunst­ harzes nach dem Gießen aus, sowie auch die Spannungen, denen der Span­ nungsteiler auf Grund der Wärmedehnung infolge Temperaturschwankungen ausgesetzt wird.

Durch Verwendung von Niederspannungswiderständen wird der Vorteil erreicht, dass der erfindungsgemäße Fühler billig wird. Niederspan­ nungswiderstände sind in mehreren Genauigkeits-, Qualitäts- und Preisklas­ sen bei mehreren Herstellern erhältlich, wobei Fühler mit gewünschten Eigen­ schaften leicht herzustellen sind, und zwar dadurch, dass deren Komponenten nach jeweiligen Anforderungen gewählt werden. Wenn ein besonders kleiner Spannungsfühler hergestellt werden soll, kann der erfindungsgemäße Fühler vorzugsweise auch durch Verwendung von Oberflächenwiderständen verwirk­ licht werden.

Die Widerstandskomponenten des oberen und des unteren Wider­ stands des erfindungsgemäßen Spannungsfühlers sind parallel mit dem Pri­ märstromleiter angeordnet. Daraus folgt, dass die Flächen, die von einzelnen Schleifen der Widerstandselemente mit spulenförmigen Strukturen gebildet sind, parallel mit dem Magnetfeld sind, das der Strom im senkrechten Primär­ stromleiter veranlasst hat. Dabei werden die vom Magnetfeld im Widerstand­ selement verursachten Störungen minimiert, was zu dem Vorteil führt, dass die Genauigkeit des Fühlers sich verbessert und die Störungsempfindlichkeit sich vermindert.

Die Widerstandselemente des oberen und unteren Widerstands des Spannungsteilers sind zu Widerstandsreihen angeordnet, die ein oder mehre­ re Widerstandselemente nacheinander aufweisen und die parallel miteinander und in gleicher Richtung mit dem Primärstromleiter gebogen sind. Eine solche Anordnung ermöglicht eine vorteilhafte Ausgestaltung des Fühlers je nach der Komponente, bei welcher der Fühler angeordnet wird, jedoch so, dass die Genauigkeit und das kleine Format des Fühlers bewahrt werden.

Wenn die aus separaten Widerstandselementen bestehenden Wi­ derstandsreihen mit einer spiralförmigen Stützkonstruktion aus isolierendem Material, wenn nötig, um den Primärstromleiter herum in der Querrichtung des Primärstromleiters in Spiralform abgestützt sind, liegt der Vorteil darin, dass die optimal geplante, spiralförmige Struktur der Widerstandskette auch beim Herstellungsprozess des Fühlers bewahrt werden kann, d. h. beim Gießen des Fühlers in ein Isoliermaterial, wie Edelkunstharz, wenn der Fühler in Verbin­ dung mit einer anderen Komponente angeordnet wird. Die Länge des Kanals, den die Stützkonstruktion im Isoliermaterial bildet, d. h. die Länge der Kriech­ strecke, kann auch mit einer vorteilhaften Ausgestaltung der Stützkonstruktion erheblich geregelt werden. Wenn die Kriechstrecke wesentlich länger ist, als der Radius zwischen der sich auf den Primärstromleiter stützenden Innenflä­ che und der Außenfläche des Stücks aus Isoliermaterial, und dazu die spiral­ förmige, die Widerstandskette abstützende Stützkonstruktion so ausgeformt ist, dass die Kriechstrecke zwischen zwei parallelen Widerstandsreihen ent­ lang der Oberfläche der Stützkonstruktion wesentlich länger ist, als der Ab­ stand zwischen zwei parallelen Widerstandselementen, wird für die Konstruk­ tion eine gute Spannungsfestigkeit erreicht, und die effiziente Lebensdauer des Fühlers wird somit bemerkenswert länger sein.

Weil die spiralförmige Widerstandskette mit dem oberen und dem unteren Widerstand des erfindungsgemäßen Spannungsteilers außerdem zu einem Gewinde um den Primärstromleiter herum angeordnet ist, kann bei Konstruktionen, für die eine längsgestreckte Fühlerform vorteilhaft ist, mehr Flexibilität bei der Ausgestaltung des Fühlers in Verbindung mit einer anderen Komponente erreicht werden.

Durch Parallelschaltung des unteren Widerstands des Spannungs­ teilers und einer kapazitiven Komponente, die gemäß den vom Fühler gefor­ derten Eigenschaften und den geplanten Betriebsverhältnissen dimensioniert ist, können die Einwirkungen der Streukapazitäten und -induktanz zwischen den Widerstandselementen und dem Primärstromleiter und zwischen den Wi­ derstandselementen bedeutend kompensiert werden, und somit können die Frequenzeigenschaften und die Genauigkeit des Fühlers verbessert werden. Die Einwirkung der von der Streukapazität und der Umwelt veranlassten Stö­ rungen auf die Messgenauigkeit des Fühlers kann dazu vorzugsweise so ver­ mindert werden, dass Kopplungselektroden des Fühlers ausgeformt sind, als Steuerelemente des elektrischen Feldes zu fungieren.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Die Erfindung wird jetzt anhand einiger bevorzugten Ausführungs­ formen der Erfindung ausführlicher erläutert, und zwar unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 einen querlaufenden Aufschnitt eines Stützisolators, der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung bildet und in dem ein spiralförmig ausge­ formter, ohmscher Spannungsfühler angeordnet ist,

Fig. 2 einen längsgerichteten Aufschnitt des Stützisolators der Fig. 1 mit dem darin angeordneten Spannungsfühler,

Fig. 3A eine bevorzugte Faltenstruktur einer den Spannungsfühler der Fig. 1 und 2 bildenden Widerstandskette und eine Stützkonstruktion zum Stützen der Widerstände in gewünschter Spiralform in der Längsrichtung und

Fig. 3B die Konstruktion der Fig. 3A in der Querrichtung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Fig. 1 und 2 zeigen eine Ausführungsform eines erfindungsge­ mäßen, ohmschen Spannungsfühlers. In dieser Ausführungsform ist der Füh­ ler in Verbindung mit einem Stützisolator angeordnet. Der Isolator weist einen Körper auf, der einen Raum 1 aus isolierendem Medium aufweist. Das isolie­ rende Medium ist vorzugsweise Edelkunstharz, es kann aber auch Gas sein. Der Körper ist von einem zylindrischen Primärstromleiter 2 perforiert. Der Pri­ märstromleiter 2 hat eine Spannung, die für den bezüglichen Spannungsbe­ reich charakteristisch ist, und die Spannungsmessung mit dem erfindungsge­ mäßen Fühler bezieht sich auf die Spannung des Primärstromleiters 2. Der Isolatorkörper weist je nach der Anwendung des Isolators eventuell mehrere Schichten auf.

Der erfindungsgemäße, auf Spannungsverteilung basierende Spannungsfühler fungiert wie ein Spannungsteiler und weist eine Wider­ standskette auf, die von einem oberen Widerstand und einem unteren Wider­ stand gebildet ist. Die Aufgabe des oberen Widerstands ist es, einen erforder­ lichen Spannungsabfall zu bewirken, während der untere Widerstand als Messelement fungiert, über das die Messung der Spannung ausgeführt wird. Die zu messende Spannung ist proportional zu dem Verhältnis der Resistan­ zen des oberen und unteren Widerstands. Der obere Widerstand ist an sei­ nem ersten Ende zum Beispiel mit einer Elektrode 3 an dem Primärstromleiter 2 und an seinem zweiten Ende an dem unteren Widerstand befestigt. Der un­ tere Widerstand wird wiederum an seinem ersten Ende an dem oberen Wider­ stand und an seinem zweiten Ende mit einer Elektrode 4 am Erdpotential be­ festigt. Zwischen dem unteren Widerstand und dem oberen Widerstand ist dazu eine dritte Elektrode vorhanden, von der ein Spannungsmesssignal er­ halten wird.

In Fig. 1 ist der erfindungsgemäße Spannungsfühler in einer Iso­ lierschicht, die in unmittelbarer Verbindung mit dem Primärstromleiter 2 des Isolators steht, in einem Raum zwischen einer Innenfläche 8 und einer Au­ ßenfläche 9 des Isoliermaterials angeordnet. Die Dicke dieser Isolierschicht, d. h. der Radius zwischen der Innenfläche 8 und der Außenfläche 9, ist in 20 kV Geräten vorzugsweise zum Beispiel 20 mm. Die Aufschnittsansicht der Fig. 1 in der Querrichtung des Isolators zeigt die Spiralform einer Widerstands­ kette 6, die den Spannungsfühler bildet. Fig. 2 zeigt wiederum die Positionie­ rung und Struktur der den Spannungsfühler bildenden Widerstandskette 6 in längsgerichtetem Aufschnitt des Isolators um den Primärstromleiter 2 herum.

Aus Fig. 3A ist ersichtlich, dass der erfindungsgemäße, diskrete, ohmsche Spannungsfühler vorzugsweise aus in der Elektronik verwendeten Niederspannungswiderstandselementen 5 nacheinander besteht und somit eine Widerstandskette 6 bildet. In 20 kV Geräten kann der obere Widerstand des Spannungsteilers vorzugsweise zum Beispiel aus einer Widerstandskette mit 100 Widerständen bestehen, wobei die Resistanz jedes Widerstands 1 MΩ ist und somit die Gesamtresistanz des oberen Widerstands 100 MΩ. Die Resi­ stanz des unteren Widerstands kann vorzugsweise beispielsweise 10 kΩ sein.

Fig. 3A zeigt ein Beispiel für eine gebogene Widerstandskette 6. Unter Faltung versteht man eine Biegung der Widerstandskette 6 in der Wei­ se, dass die Widerstandskette Widerstandsreihen mit einem oder mehreren Widerstandselementen nacheinander bildet - in dieser Ausführungsform sind es zwei Widerstandselemente nacheinander -, welche Reihen zu parallelen Falten gebogen werden. Die Länge einer so gebildeten bandförmigen Kon­ struktion ist bedeutend kürzer als die Länge einer geraden Widerstandskette. Aus den Fig. 1 und 2 ist ersichtlich, wie der in obiger Weise gebildete Spannungsfühler um einen spannungsführenden Primärstromleiter 2 gewun­ den wird.

Der erfindungsgemäße Spannungsfühler ist durch seine Spiralform um den Primärstromleiter 2 herum gekennzeichnet. In der Isolatorkonstruk­ tion nach der Ausführungsform wird die gefaltete Widerstandskette 6 spiral­ förmig um den Primärstromleiter 2 der Isolatorkonstruktion herum gewunden. Bei dem erfindungsgemäßen Spannungsfühler wird die Widerstandskette 6 so ausgeformt, dass das Potential an jeder Stelle der Widerstandskette 6, die den Spannungsteiler bildet, dasselbe oder beinahe dasselbe ist wie das Potential der kapazitiven Spannungsverteilung an der entsprechenden Stelle des Iso­ liermaterials einer Stützisolatorkonstruktion.

Die optimale, spiralförmige Bahn der gefalteten Widerstandskette 6 in der Isolation um den Primärstromleiter 2 kann mathematisch gebildet wer­ den. Die Stärke des elektrischen Feldes um den Primärstromleiter 2 in einem Raum zwischen der Innenfläche 8 und der Außenfläche 9 des Isoliermaterials einer Isolierschicht in einem Punkt r ist

E_r = -dV_r/dr,

wo r der Radius der Zylinderfläche am Mittelpunkt des Primär­ stromleiters 2 gemessen ist und V_r das Potential des elektrischen Feldes am entsprechenden Punkt des Isoliermaterials der Isolierschicht ist. Durch Inte­ grierung in Hinsicht auf r

wird die folgende Modellierung für den Radius r der optimalen Bahn erhalten

[(U.In(r_o) - In(r_o/r_i).V_r)/U]

r = e,

wo U die Spannung des Primärstromleiters 2, r_o der Radius des Außenmantels 9 des Isolators und r_i der Radius des Innenmantels 8 des Iso­ lators ist.

Entsprechend, wenn N für die Position der N:ten Widerstandsreihe - Falte - steht, so ist

[(U.In(r_o) - In(r_o/r_i).V_N)/U]

r_N = e.

Die obige Modellierung gibt die optimale Bahn, aber berücksichtigt nicht die Beschränkungen, die von der Form des Isolators oder von irgend­ einer anderen, entsprechenden Komponente veranlasst werden.

Die parallelen Widerstandsreihen, Falten, der Widerstandskette 6 werden in der Weise separat voneinander gehalten, dass zwischen den pa­ rallelen Falten vorzugsweise mindestens 2 mm Isoliermaterial, wie Edelkunst­ harz, vorgesehen sein wird. Die erforderliche Dicke der Isolation zwischen den Falten ist von der Größe des Spannungsverlusts über die Widerstände der Falten abhängig. Beim Gießen eines Spannungsfühlers in Verbindung mit ei­ nem Isolator ist es vorteilhaft, die Widerstandskette 6 mit einer steifen Stütz­ konstruktion 7 aus Isoliermaterial abzustützen. Die Stützkonstruktion kann ty­ pisch aus Kunststoff oder Edelkunstharz bestehen. Mittels der Stützkonstruk­ tion 7 wird für die Widerstandskette 6 eine gewünschte, spiralförmige Bahn erhalten. Die Stützkonstruktion kann vorzugsweise so ausgeformt werden, dass zwischen zwei parallelen, gestützten Falten auch eine ausreichende Kriechstrecke entlang der Oberfläche der Stütze vorgesehen wird, was die Spannungsfestigkeit der Konstruktion verbessert und die Durchschlagemp­ findlichkeit vermindert.

Nach Fig. 2 wird die Längsachse der Widerstandselemente 5 der Widerstandskette 6 parallel mit dem Primärstromleiter 2 sein. Dann entsteht zwischen den Enden eines Widerstandselements 5 keine vom Magnetfeld veranlasste Potentialdifferenz, d. h. in einzelnen Widerständen findet kein Ro­ gowski-Phänomen statt, weil das Magnetfeld des Primärstromleiters 2 die Wi­ derstandsmaterialschleifen der Widerstandselemente 5 nicht durchschlägt.

Nach Fig. 2 wird der obere Widerstand der Widerstandskette 6, die den Spannungsfühler bildet, mit einer Elektrode 3 am Primärstromleiter 2 befestigt. Der untere Widerstand der Widerstandskette 6 wird mit einer zweiten Elektrode 4 an das Erdpotential angeschlossen. Zwischen den oberen und unteren Widerstand wird dazu eine dritte Elektrode gekoppelt, von der ein Spannungsmesssignal erhalten wird, und zwar dadurch, dass die Messung zwischen dieser Elektrode und der am Erdpotential befestigten Elektrode 4 ausgeführt wird. Zur Minimierung der Einwirkung der Streukapazitäten, die aus der den Spannungsteiler bildenden Widerstandskette 6 in die Erde und in den Primärstromleiter 2 entstehen, und somit zur Minimierung eines Phasenfehlers des Teilers können die Elektroden vorzugsweise so ausgebildet sein, dass sie als Steuerelemente des elektrischen Feldes fungieren. Dabei können die Elektroden 3 beispielsweise U-förmig sein.

Wenn es für die Anordnung des Fühlers - in Verbindung mit einem Stützisolator oder dergleichen - vorteilhaft ist, kann die Widerstandskette 6 auch so ausgeformt werden, dass sie in der Richtung des Primärstromleiters 2 schraubengewindeartig vorwärts läuft.

Obwohl die Erfindung oben nur unter Bezug auf eine exemplifikato­ rische Ausführungsform eines in Verbindung mit einem Stützisolator angeord­ neten Spannungsfühlers erläutert wird, ist es klar, dass die Erfindung nicht darauf begrenzt ist, sondern dass sie in vielen Weisen im Rahmen der erfinde­ rischen Idee der beigefügten Patentansprüche modifiziert werden kann.

Hier können noch die folgenden Anwendungen der oben beschrie­ benen Erfindung erwähnt werden. Ein erfindungsgemäßer, ohmscher Span­ nungsfühler für Isolatorkonstruktionen kann auch als ein einheitliches Modul konstruiert werden, das in einem Gussstück anbringbar ist und zum Beispiel eine Innenhülse, eine Außenhülse, eine Widerstandskette und eine Stützkon­ struktion der Widerstandskette und nötige Anschlüsse aufweist. Der erfin­ dungsgemäße, ohmsche Spannungsfühler kann natürlich auch in anderen Konstruktionen als in Stützisolatorkonstruktionen benutzt werden, wie in Durchführungsisolatoren oder in einer Konstruktion, die mittels der Form eines Messwandlers gefertigt ist. Der erfindungsgemäße, ohmsche Spannungsfühler ist beabsichtigt, hauptsächlich in gießbaren, festen Isoliermaterialien ange­ bracht zu werden, aber er ist auch für luft- oder gasisolierte Konstruktionen auf verschiedenen Spannungspegeln geeignet.

Claims (14)

1. Ohmscher Spannungsfühler zur Anwendung besonders bei Mit­ tel- und/oder Hochspannungsmessungen und zum Anbringen in einem Raum (1), der von einem Primärstromleiter (2) perforiert ist und aus isolierendem Medium besteht, zum Beispiel in Verbindung mit einem Isolator von irgendei­ nem Typ, welcher Spannungsfühler einen Spannungsteiler mit einem oberen Widerstand und einem unteren Widerstand aufweist, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der obere und der untere Widerstand des Spannungstei­ lers eine Widerstandskette (6) aufweisen, die um den Primärstromleiter (2) herum in dem Raum (1) aus isolierendem Medium wesentlich in Spiralform angeordnet ist.

2. Spannungsfühler nach Patentanspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das ohmsch verteilte Potential an jeder Stelle der Wider­ standskette (6) wesentlich gleich groß ist, wie das kapazitiv verteilte Potential an entsprechender Stelle des elektrischen Feldes in dem Raum (1) aus isolie­ rendem Medium.

3. Spannungsfühler nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Widerstandskette (6) ein oder mehrere sepa­ rate, seriengeschaltete Widerstandselemente (5) aufweist.

4. Spannungsfühler nach Patentanspruch 1, 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Widerstandselemente (5) der Widerstands­ kette (6) Niederspannungswiderstände sind.

5. Spannungsfühler nach Patentanspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandselemente (5) der Wider­ standskette (6) Oberflächenwiderstände sind.

6. Spannungsfühler nach einem der vorhergehenden Patentan­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandselemente (5) der Widerstandskette (6) wesentlich parallel mit dem Primärstromleiter (2) angeordnet sind.

7. Spannungsfühler nach einem der vorhergehenden Patentan­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandselemente (5) der Widerstandskette (6) zu Widerstandsreihen (10) mit einem oder mehre­ ren Widerstandselementen (5) nacheinander angeordnet sind, welche Wider­ standsreihen wesentlich parallel miteinander und mit dem Primärstromleiter (2) angeordnet sind.

8. Spannungsfühler nach Patentanspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, dass zwischen den aus separaten Widerstandselementen (5) bestehenden Widerstandsreihen (10) mindestens 2 mm Isoliermaterial, wie Edelkunstharz, vorgesehen ist.

9. Spannungsfühler nach Patentanspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die aus separaten Widerstandselementen (5) bestehen­ den Widerstandsreihen (10) mit einer spiralförmigen Stützkonstruktion (7) aus isolierendem Material in der Querrichtung des Primärstromleiters (2) um den Primärstromleiter (2) herum in Spiralform abgestützt sind.

10. Spannungsfühler nach einem der vorhergehenden Patent­ ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand, den die Widerstandskette (6) und/oder die diese stützende, spiralförmige Stützkon­ struktion (7) im isolierenden Medium (1) zwischen einer sich auf den Primär­ stromleiter (2) abstützenden Innenfläche (8) und einer Oberfläche (9) am Erd­ potential bildet, d. h. die Kriechstrecke, bemerkenswert länger ist, als der Radi­ us zwischen der sich auf den Primärstromleiter (2) stützenden Oberfläche (8) und der Oberfläche (9) des Stücks am Erdpotential.

11. Spannungsfühler nach Patentanspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die spiralförmige Stützkonstruktion (7) der Widerstands­ kette (6) so ausgeformt ist, dass der Abstand - die Kriechstrecke - zwischen zwei parallelen Widerstandsreihen (10) entlang der Oberfläche der Stützkon­ struktion wesentlich länger ist, als der Abstand zwischen zwei parallelen Wi­ derstandselementen (5).

12. Spannungsfühler nach einem der vorhergehenden Patent­ ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Spannungsteiler bildende, spiralförmige Widerstandskette (6) als ein in der Richtung des Pri­ märstromleiters (2) laufendes Gewinde um den Primärstromleiter (2) herum angeordnet ist.

13. Spannungsfühler nach einem der vorhergehenden Patent­ ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine kapazitive Kompo­ nente mit dem unteren Widerstand des Spannungsteilers parallelgeschaltet ist.

14. Spannungsfühler nach einem der vorhergehenden Patent­ ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kopplungselektroden (3, 4) des Fühlers so ausgeformt sind, dass sie als Steuerelemente des elektri­ schen Feldes fungieren.