DE10024335A1

DE10024335A1 - Resistive potential divider for measuring voltage in Medium and High voltage systems accommodated in bushing insulator and wound around live conductor

Info

Publication number: DE10024335A1
Application number: DE2000124335
Authority: DE
Inventors: Markku Launonen; Olavi Maekelae
Original assignee: ABB Transmit Oy
Current assignee: ABB Transmit Oy
Priority date: 1999-05-17
Filing date: 2000-05-17
Publication date: 2000-11-23
Also published as: FI991119A0; FI106226B

Abstract

The divider is made up of a chain (6) of LV resistors normally used in electronic circuits, divided into two sections so selected that the voltage drop across each resistor is identical. The divider is housed in an insulating material (epoxy resin or a gas) in the insulator core (8,9) through which a live conductor (2) passes. The divider is wound around the conductor

Description

FIELD OF THE INVENTION

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.Ohmic voltage sensor for use especially in medium and / or high voltage measurements and for mounting in a room that is perforated by a primary current conductor and be made of insulating medium is connected, for example, to an isolator of any type, which voltage sensor has a voltage divider with an upper resistor stood and has a lower resistance. The top resistance of the on Voltage distribution based voltage sensor is for example with ei attached an electrode to a component of the voltage to be measured, for example on the primary conductor, and the task of the upper counter is to cause a required voltage drop during the lower resistance at its first end on the upper resistance and on is attached to the earth potential at the second end. The voltage measurement is carried out via the lower resistor and the voltage is proportional nal to the ratio of the resistances of the upper and lower resistance.

BACKGROUND OF THE INVENTION

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.According to the above, the invention is based on the object ohmic voltage sensor based on voltage distribution bring, its most suitable application in medium and high voltage measurements exist. The sensor is, for example, in connection with a Component in a medium or high voltage apparatus, such as with a Support or bushing insulator, a combination sensor, a scarf terteil or the like, arranged. The sensor can be used both indoors and outdoors outdoor installations can also be used. The following is the invention described in connection with a post insulator, because this execution Form should be an application, which makes the applicability of the invention is illustrated.

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.The conventional technique for distributing electrical energy uses current and voltage transformers for current and voltage measurement solutions in the medium and high voltage range. However, these are common large and heavy and therefore difficult to handle in connection with other com components to be integrated. Especially in fault situations Measuring accuracy of the current transformers due to the saturation of the trans format core significantly weakened. Except for transformers Voltage measurement methods are available based on ohmic voltage capacitive voltage dividers and optical sensors.

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.Increasing requirements for better measurement accuracy of the Measuring sensors speak for an application of purely ohmic elements as voltage measuring components of the sensors. Compared to capacitive Measuring method is the accuracy of ohmic elements and measuring methods better in the desired voltage range and in terms of frequency.

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.Solutions are already known, according to which an ohmic, on chip voltage distribution based voltage sensors, for example in connection with an isolator is integrated. In these solutions the upper resistance is the Voltage divider usually by using a high voltage resistor has been realized. The problem with these solutions lies in large di dimensions, high price, rigid structure and rod-shaped design of the High voltage resistance, which complicates the voltage divider in ver Integrate binding with other components. Problems are also from the dielectric strength of such a solution. The resistances of the voltage divider form an insulation made of high-quality synthetic resin the same length channel as the voltage divider, in which channel on the Interface of resistance and isolation ent a discontinuity stands. Small electrical partial discharges may occur at the interface over time conditions that cause voids to appear in the synthetic resin hen, whereby the insulation ability of the insulation is weakened and a Ka can be formed for arcing in fault situations.

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.One problem with existing solutions is often the disadvantageous one Shape of the voltage sensor with voltage divider, which causes that an arrangement of the sensor in connection with any other comm component, as with a post insulator, the dimensions of the component unnecessary tig much enlarged or harassed their advantageous design. It will striving for ever smaller and more integrated components. To the second, the components, whose lifespan is typically tens of years, have a sufficiently good dielectric strength. For this reason Sufficient insulation material must be provided, and any Electrical discontinuity points on the constructions must be minimized become. Third, the requirements for measurement accuracy increase where with a purely ohmic sensor in a wide frequency band gives exact measurement results and not sensitive to disturbances from the environment is sensitive. Fourth, the well-known, on transducers or high a high Price. Fifth, a high voltage resistor has a rigid structure and its coefficient of thermal expansion differs from thermal expansion Coefficient of the synthetic resin, what tensions in the synthetic resin caused. For the sixth, the shrinkage of the fine synthetic resin causes the pouring and then tensions at the interface of the High voltage resistance and resin.

BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

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.The invention has for its object one on an ohm to realize voltage divider-based voltage sensors in such a way that the above problems can be solved. This task is accomplished by means of of an ohmic voltage sensor of the type mentioned at the beginning, the is characterized in that the upper and lower resistance of the Voltage divider have a resistance chain that goes around the primary current conduct around in the space of insulating medium essentially in spiral form is arranged.

Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden in ab hängigen Patentansprüchen beschrieben.The preferred embodiments of the invention are shown in pending claims described.

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.The invention is based on the fact that by manufacturing the upper Resistor of the voltage divider consisting of one or more elements ohmic material, preferably for example from low voltage resistance stand, and by connecting the elements together, d. H. through Verket tion, a ribbon-shaped resistance chain that will become the unit, the one necessary resistance is realized and in connection with a component Insulating material, such as with a post insulator, can be arranged. This Resistor chain becomes Wi with regard to the outer dimensions of the post insulator derstandsreihen bent in advantageous lengths that parallel to each other ordered - folded - to be. The folded counter formed in this way Standchain is around a primary conductor of a bushing insulator spiraling in the direction of the cross section of the bushing insulator shape so shaped that the first end of the upper resistance of the chip voltage divider with an electrode on the primary conductor of the to be measured Voltage is attached and the second end with an electrode on the un teren resistance of the voltage divider is attached. The second end of the lower resistance is in turn provided with an electrode at earth potential increases.

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.A precise and fault tolerant voltage sensor from small format, which can be arranged in conjunction with a post insulator can be achieved by the fact that the voltage divider Resistor chain in insulating medium around the primary current conductor is arranged essentially in a spiral shape so that the ohmic distributed poten tial each point of the resistance chain is essentially the same size as the kapa distributed potential of the corresponding point in the electrical field of the iso medium. The structure of the tension sensor is with the Benen voltage discrete folded voltage divider structure in the post insulator. It is possible thanks to the small format of the voltage sensor, too to arrange other sensors in connection with the same post insulator, without the size of the insulator increasing significantly.

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.If a voltage divider consists of series-connected, separate Wi the stand elements is constructed, its structure is easily formable and to be flexible. This has the advantage that the size and shape of the sensor is flexi can be changed if the sensor is connected to a Post insulator or any other appropriate component is arranged. If purely ohmic components are used and a resistor chain as described in the claims in Spi ralform is arranged, the action of capacitive and inductive Um world factors minimized on the feeler.

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.As an advantage of the discrete, folded voltage divider structure can also be mentioned that the flexibility and thereby the mechanical Strength of such a structure are much better than that of the rigid, rod-shaped resistance structures. The band-shaped resistance chain of the folded tension divider structure holds the shrinkage of fine art well resin after pouring out, as well as the tensions that the chip divider due to thermal expansion due to temperature fluctuations is exposed.

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.By using low voltage resistors the Advantage achieved that the sensor according to the invention is cheap. Low span Resistance resistances come in several accuracy, quality and price classes Available from several manufacturers, with sensors with the desired properties shafts are easy to manufacture, in that their components can be selected according to the respective requirements. If a particularly small one The voltage sensor can be produced, the sensor according to the invention preferably also realized by using surface resistances become light.

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.The resistance components of the upper and lower resistors levels of the voltage sensor according to the invention are parallel to the Pri Märstromleiter arranged. It follows that the areas covered by individual Looping the resistance elements with coil-shaped structures are parallel to the magnetic field that is the current in the vertical primary has caused current conductor. The magnetic field in the resistance minimizes interference caused, which leads to the advantage that the accuracy of the sensor improves and the sensitivity to interference diminishes.

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.The resistance elements of the upper and lower resistance of the Voltage dividers are arranged in rows of resistors, one or more re have resistance elements in succession and in parallel with each other and are bent in the same direction with the primary conductor. Such Arrangement allows an advantageous embodiment of the sensor depending on the Component in which the sensor is arranged, but so that the Accuracy and the small format of the feeler are preserved.

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.If the Wi. Consisting of separate resistance elements series with a spiral support structure made of insulating Material, if necessary, around the primary conductor in the transverse direction of the The primary current conductor is supported in spiral form, the advantage is that the optimally planned, spiral structure of the resistance chain also with Manufacturing process of the sensor can be preserved, d. H. when pouring the Sensor in an insulating material, such as high-grade synthetic resin, when the sensor is connected with another component. The length of the channel, which the support structure forms in the insulating material, d. H. the length of the creep can also stretch with an advantageous embodiment of the support structure be regulated significantly. If the creepage distance is much longer than the radius between the inner surface based on the primary conductor surface and the outer surface of the piece of insulating material, and the spiral shaped support structure supporting the resistance chain is that the creepage distance between two parallel series of resistors long the surface of the support structure is much longer than the Ab stood between two parallel resistance elements, is used for the construct tion achieved a good dielectric strength, and the efficient service life the feeler will be remarkably longer.

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.Because the spiral resistance chain with the upper and the lower resistance of the voltage divider according to the invention also to a thread is arranged around the primary conductor, can Constructions for which an elongated sensor shape is advantageous, more Flexibility in the design of the sensor in connection with another Component can be achieved.

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.By connecting the lower resistance of the voltage in parallel divider and a capacitive component, which according to the gefor by the sensor properties and the planned operating conditions is the effects of stray capacitance and inductance between the resistance elements and the primary conductor and between the Wi stand elements are compensated significantly, and thus the Frequency characteristics and the accuracy of the sensor can be improved. The effects of disturbances caused by the stray capacity and the environment The measurement accuracy of the sensor can preferably be reduced to this be reduced that coupling electrodes of the sensor are formed as Control elements of the electric field to act.

BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Die Erfindung wird jetzt anhand einiger bevorzugten Ausführungs formen der Erfindung ausführlicher erläutert, und zwar unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:The invention is now based on some preferred embodiment Forms of the invention explained in more detail with reference to the attached drawings. Show it:

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. 1 is a transverse cuts of a supporting insulator, which forms an embodiment of the invention, and in which a spirally molded, resistive voltage sensor is arranged,

Fig. 2 einen längsgerichteten Aufschnitt des Stützisolators der Fig. 1 mit dem darin angeordneten Spannungsfühler, Fig. 2 is a longitudinal cuts of the support insulator of FIG. 1 with the voltage sensor arranged therein,

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. 3A, a preferred wrinkle structure of the voltage sensor of Fig. 1 and 2 forming the resistor chain and a support structure for supporting the resistance in the desired spiral shape in the longitudinal direction and

Fig. 3B die Konstruktion der Fig. 3A in der Querrichtung. Fig. 3B shows the construction of Fig. 3A in the transverse direction.

DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

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. Fig. 1 and 2 show an embodiment of a erfindungsge MAESSEN, resistive sensor. In this embodiment, the guide is arranged in connection with a post insulator. The insulator has a body which has a space 1 made of insulating medium. The insulating medium is preferably a fine synthetic resin, but it can also be gas. The body is perforated by a cylindrical primary current conductor 2 . The Pri märstromleiter 2 has a voltage that is characteristic of the related voltage range, and the voltage measurement with the sensor according to the invention relates to the voltage of the primary current conductor 2 . Depending on the application of the insulator, the insulator body may have several layers.

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.The voltage sensor based on voltage distribution according to the invention acts like a voltage divider and has a resistance chain, which was formed by an upper resistor and a lower resistor. The task of the upper resistor is to cause a required voltage drop, while the lower resistor acts as a measuring element via which the voltage is measured. The voltage to be measured is proportional to the ratio of the resistances of the upper and lower resistance. The upper resistor is attached to its first end, for example with an electrode 3 on the primary current conductor 2 and at its second end to the lower resistor. The lower resistance is in turn stood at its first end on the upper counter and at its second end with an electrode 4 at ground potential be. For this purpose, a third electrode is present between the lower resistor and the upper resistor, from which he will receive a voltage measurement signal.

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.In Fig. 1, the voltage sensor according to the invention is arranged in an insulating layer which is in direct connection with the primary current conductor 2 of the insulator in a space between an inner surface 8 and an outer surface 9 of the insulating material. The thickness of this insulating layer, ie the radius between the inner surface 8 and the outer surface 9 , is preferably 20 mm in 20 kV devices, for example. The sectional view of Fig. 1 in the transverse direction of the insulator shows the spiral shape of a resistance chain 6 , which forms the voltage sensor. Fig. 2 in turn shows the positioning and structure of the resistor chain 6 forming the voltage sensor in the longitudinal cut of the insulator around the primary conductor 2 .

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.Of FIG. 3A can be seen that the inventive discrete resistive voltage probe preferably made in the electronics used low-voltage resistive elements 5 is made one by one and thus forms a resistive chain 6. In 20 kV devices, the upper resistor of the voltage divider can preferably consist, for example, of a resistor chain with 100 resistors, the resistance of each resistor being 1 MΩ and thus the total resistance of the upper resistor 100 MΩ. The resistance of the lower resistor can preferably be, for example, 10 kΩ.

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. Fig. 3A shows an example of an arcuate resistor chain 6. Folding is understood to mean a bending of the resistor chain 6 in the manner that the resistor chain forms rows of resistors with one or more resistor elements in succession - in this embodiment there are two resistor elements in succession - which rows are bent into parallel folds. The length of a band-shaped construction thus formed is significantly shorter than the length of a straight resistance chain. From Figs. 1 and 2 as the voltage sensor formed in the above manner will be apparent to a live primary current conductor 2 is the gewun.

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.The voltage sensor according to the invention is characterized by its spiral shape around the primary current conductor 2 . In the Isolatorkonstruk tion according to the embodiment is wound, the folded resistor string 6 helically around the primary current conductor 2 around the insulator construction. In the voltage sensor according to the invention, the resistance chain 6 is shaped so that the potential at each point of the resistance chain 6 , which forms the voltage divider, is the same or almost the same as the potential of the capacitive voltage distribution at the corresponding location of the insulating material of a support insulator construction.

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
The optimal, spiral path of the folded resistor chain 6 in the insulation around the primary conductor 2 can be formed mathematically who the. The strength of the electric field around the primary current conductor 2 in a space between the inner surface 8 and the outer surface 9 of the insulating material of an insulating layer is at a point r

E_r = -dV_r/dr,
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
where r is the radius of the cylinder surface at the center of the primary current conductor 2 and V _{r is} the potential of the electric field at the corresponding point of the insulating material of the insulating layer. By integrating with regard to r

wird die folgende Modellierung für den Radius r der optimalen Bahn erhalten
the following modeling is obtained for the radius r of the optimal path

[(U.In(r_o) - In(r_o/r_i).V_r)/U]
[(U.In (r _o ) - In (r _o / r _i ) .V _r ) / U]

r = e,
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.where U is the voltage of the primary conductor 2 , r _{o is} the radius of the outer jacket 9 of the insulator and r _{i is} the radius of the inner jacket 8 of the isolator.

Entsprechend, wenn N für die Position der N:ten Widerstandsreihe - Falte - steht, so ist
Correspondingly, if N stands for the position of the Nth row of resistors - fold - then

[(U.In(r_o) - In(r_o/r_i).V_N)/U]
[(U.In (r _o ) - In (r _o / r _i ) .V _N ) / U]

r_N = e.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.The above modeling gives the optimal trajectory but is taken into account not the restrictions imposed by the shape of the isolator or by any another, corresponding component.

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.The parallel rows of resistance, folds, the resistance chain 6 are kept separate from one another in such a way that between the parallel folds preferably at least 2 mm of insulating material, such as fine resin, will be provided. The required thickness of the insulation between the folds depends on the magnitude of the voltage loss via the resistances of the folds. When casting a voltage sensor in connection with egg nem insulator, it is advantageous to support the resistance chain 6 with a rigid support structure 7 made of insulating material. The support structure can typically be made of plastic or synthetic resin. By means of the support construction 7 , a desired spiral path is obtained for the resistance chain 6 . The support structure can preferably be shaped in such a way that a sufficient creepage distance along the surface of the support is provided between two parallel, supported folds, which improves the dielectric strength of the structure and reduces the sensitivity to breakdown.

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.According to FIG. 2, the longitudinal axis of the resistive elements is of the resistor string 6 may be in parallel with the primary current conductor 2 5. Then there is no potential difference caused by the magnetic field between the ends of a resistance element 5 , ie no Ro gowski phenomenon takes place in individual resistors because the magnetic field of the primary current conductor 2 does not break through the resistance material loops 5 of the resistance elements 5 .

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.According to FIG. 2, the upper resistance of the resistor string 6, which forms the voltage sensor is attached to an electrode 3 on the primary current conductor 2. The lower resistor of the resistor chain 6 is connected to the earth potential with a second electrode 4 . For this purpose, a third electrode is coupled between the upper and lower resistance, from which a voltage measurement signal is obtained, specifically by carrying out the measurement between this electrode and the electrode 4 fastened to earth potential. In order to minimize the effect of the stray capacitances which arise from the resistor chain 6 forming the voltage divider into the earth and into the primary current conductor 2 , and thus to minimize a phase error of the divider, the electrodes can preferably be designed such that they act as control elements of the electrical field. The electrodes 3 can be U-shaped, for example.

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.If it is for the arrangement of the sensor - in conjunction with a support insulator or the like - is advantageous to the resistor string 6 can also be formed so that it runs in the direction of the primary current conductor 2 screw threadedly forward.

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.Although the invention above is only with reference to an exemplifikato Rical embodiment of a in conjunction with a post insulator Neten voltage sensor is explained, it is clear that the invention is not is limited to this, but that they invent in many ways within the scope of the rical idea of the appended claims can be modified.

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.Here you can also use the following applications as described above benen invention can be mentioned. An ohmic chip according to the invention Voltage sensors for isolator designs can also be used as a single module be constructed that can be attached in a casting and for example an inner sleeve, an outer sleeve, a resistance chain and a support con structure of the resistance chain and necessary connections. The inventor Ohmic voltage sensors according to the invention can of course also be used in others Constructions as used in post insulator constructions, as in Bushing insulators or in a construction by means of the shape of a Transducer is made. The ohmic voltage sensor according to the invention is intended primarily in pourable, solid insulation materials to be brought, but it is also suitable for air or gas insulated constructions different voltage levels.

Claims

1. Ohmic voltage sensor for use especially with medium and / or high voltage measurements and for mounting in a room ( 1 ) which is perforated by a primary current conductor ( 2 ) and consists of an insulating medium, for example in connection with an insulator of any one Type, which voltage sensor has a voltage divider with an upper resistor and a lower resistor, characterized in that the upper and lower resistors of the voltage divider have a resistor chain ( 6 ) which surrounds the primary current conductor ( 2 ) in the room ( 1 ) is arranged essentially in spiral form from insulating medium.

2. Voltage sensor according to claim 1, characterized in that the ohmic distributed potential at each point of the resistance chain ( 6 ) is substantially the same size as the capacitively distributed potential at a corresponding point in the electrical field in the room ( 1 ) from isolie-renden Medium.

3. Voltage sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the resistance chain ( 6 ) has one or more separate, series-connected resistance elements ( 5 ).

4. Voltage sensor according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the resistance elements ( 5 ) of the resistance chain ( 6 ) are low-voltage resistors.

5. Voltage sensor according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that the resistance elements ( 5 ) of the resistance chain ( 6 ) are surface resistances.

6. Voltage sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the resistance elements ( 5 ) of the resistance chain ( 6 ) are arranged substantially in parallel with the primary current conductor ( 2 ).

7. Voltage sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the resistance elements ( 5 ) of the resistance chain ( 6 ) to resistance rows ( 10 ) with one or more ren resistance elements ( 5 ) are arranged one after the other, which resistance rows substantially parallel to each other and with the primary current conductor ( 2 ) are arranged.

8. Voltage sensor according to claim 7, characterized in that between the resistance elements ( 5 ) consisting of separate rows of resistors ( 10 ) at least 2 mm of insulating material, such as fine resin, is provided.

9. Voltage sensor according to claim 7, characterized in that the separate resistance elements ( 5 ) consist of the resistance rows ( 10 ) with a spiral support structure ( 7 ) made of insulating material in the transverse direction of the primary current conductor ( 2 ) around the primary current conductor ( 2 ) are supported in spiral form.

10. Voltage sensor according to one of the preceding patent claims, characterized in that the distance that the resistance chain ( 6 ) and / or this supporting, spiral Stützkon construction ( 7 ) in the insulating medium ( 1 ) between one on the primary conductor ( 2 ) supporting inner surface ( 8 ) and a surface ( 9 ) at earth potential, ie the creepage distance is remarkably longer than the radius between the surface ( 8 ) based on the primary current conductor ( 2 ) and the surface ( 9 ) of the piece at earth potential.

11. Voltage sensor according to claim 9, characterized in that the spiral support structure ( 7 ) of the resistance chain ( 6 ) is shaped so that the distance - the creepage distance - between two parallel rows of resistance ( 10 ) along the surface of the support construction much longer is than the distance between two parallel resistance elements ( 5 ).

12 voltage sensor according to one of the preceding patent claims, characterized in that the resistor chain voltage divider forming spiral (6) märstromleiters (2) running thread is arranged around the primary current conductor (2) around as a in the direction of the Pri.

13. Voltage sensor according to one of the preceding patent claims, characterized in that a capacitive compo nente connected in parallel with the lower resistor of the voltage divider is.

14. Voltage sensor according to one of the preceding claims, characterized in that coupling electrodes ( 3 , 4 ) of the sensor are shaped such that they act as control elements of the electric field.