DE2341073B2

DE2341073B2 - Meßeinrichtung für die Spannung in einer gekapselten Hochspannungsschaltanlage

Info

Publication number: DE2341073B2
Application number: DE2341073A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr.-Ing. Hermstein; Willi Dr.-Ing. Mueller; Gerhard Dipl.-Ing. Rosenberger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-08-10
Filing date: 1973-08-10
Publication date: 1980-01-10
Also published as: JPS5049623A; CH575125A5; US3939412A; IT1017959B; CS174787B2; NL7409475A; FR2240454A1; DE2341073A1; GB1478640A; FR2240454B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßeinrichtung für die Spannung in einer einen innenleiter und ein den Innenleiter umgebendes geerdetes metallisches Außenrohr enthaltenden gekapselten Hoehspannungsschali anlage mit einer gegenüber dem Außenrohr isolierten, räumlich fest angeordneten Hilfselektrode, die mit dem Innenleiter einen Kondensator bildet und an die eine Meß- und/oder Anzeigevorrichtung mit einer diskreten Kapazität angeschlossen ist, die aufgrund ihres Anschlusses an die Hilfselektrode und an das Außenrohr als Uiiterspannungskondensator eines kapazitiven Spannungsteilers wirkt, dessen Oberspannungskondensator von dem Innenleiter und der Hilfselektrode gebildet ist und an den ein Meß- und/oder Anzeigegerät angeschlossen ist.

Bei einer bekannten Spannungsmeßeinrichtiing dieser Art für vollisolicrte, metallgekapselt llochspanriungsschaltanlagen (DE-OS 21 25 297) ist im Innern des metallenen Außenrohres der Hochspannungsschallanlage eine flächenhafte Elektrode angeordnet, die mil dem Hnchspannungslciter der Anlage einen Obcrspanriungskondensator eines kapazitiven .Spannungsteilers bildet, an dessen mit dem Oberspannungskondensator verbundenen Unterspannungskondensator ein Versiiirker mit nachgeordneter Bürde angeschlossen ist.

Ferner ist es schon vorgeschlagen worden (DE-OS 45 779). in Weiterbildung des eben beschriebenen, bekannten Spannungswandler den mit der fliichcnhaflen Elektrode den Oberspannungskondensator bikicnden Hochspannungsleiter als stabforiiiigen metallenen Ansatz an dem Hochspannungslciler der Anlage auszuführen; der stabförmige Ansatz und die flachenhafte Elektrode sind in einem an dem Außenrohr der Hochspannungsschaltanlage gasdicht befestigten Druckkessel untergebracht.

Es ist ferner eine Anordnung zum Messen hoher Spannungen (DE-PS 3 36 562) und eine Anordnung zur Spannungsmessung an Hochspannungsleitcrn (DEPS 39 835) bekannt, bei denen mit Hilfe eines konzentrisch angeordneten Zylindersegments, das mit dem Inneren zweier konzentrischer Zylinder einen Vorschaltkondensator für einen elektrostatischen Spannungsmesser bildet, eine Spannungsmessung möglich ist. Gemäß der DE-PS 3 36 562 ist das Zylindersegment in einem mit dem Außenzylinder metallisch verbundenen Gehäuse untergebracht, wobei der Abstand des Zylindersegments vom inneren Zylinder großer ist als der des Außenzylinders; dies bewirkt einen Schutz des elektrostatischen Spannungsmessers gegen die /crstö-

rende Wirkung von Überschlagen und schafft eine Möglichkeit zur Veränderung der Kapazität des Vorschallkondensators mit Hilfe eines beweglichen Metallschirmes.

Es ist weiterhin ein Spannungswandler für eine metallgekapselte Hochspannungsschaltanlage bekannt (DE-AS 18 07 997), dessen Wicklungen, von denen die Hochspannungswicklung innerhalb eines Isolierkörpers liegt, und dessen Kern in einem mit Isoliergas gefüllten.

an das metallene Außenrohr der Schaltanlage gasdicht anflansehbaren Druckkessel angeordnet sind. Der Isolierkörper trägt in seinem die Hochspannungszuleitung umgebenden Bereich einen umlaufenden Flansch, über den der Isolierkörper an einer Montageplatte befestigt ist, die ein Fenster zum Durchtritt des die Hochspannungszuleitung umgebenden Bereiches des Isolierkörpers in das metallene Außenrohr besitzt; die Montageplatte ist an dem offenen Ende des Druckkessels befestigt, wobei sie zusammen mit dem Flansch einen Abschluß des Druckkessels gegen das metallene Außenrohr bildet. Bei diesem bekannten Spannungswandler handelt es sich also um einen induktiven Spannungswandler.

Ein Spannungswandler dieser A.rt ist jedoch nur für Nennspannungen bis zu einer bestimmten Höhe einsetzbar, da sich bei hohen Nennspannungen Wandlerkonstruktionen ergeben, die sehr viel Raum beanspruchen oder bei geteiltem Eisenkern nur noch geringe Leistung haben; induktive Spannungswandler für hohe Nennspannungen können auch nur mit hohem Aufwand stoßspannungsfest und teiientiadungsfrei gestaltet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrur.de, eine Meßeinrichtung für die Spannung in einer gekapselten Hochspannungsschaltanlage zu schaffen, die die Homogenität des elektrischen Feldes zwischen dem Innenleiter und dem metallenen Außenrohr der Anlage nicht wesentlich beeinträchtigt.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist das Außenrohr einer Meßeinrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß eine Erweiterung auf, der Innenraum der Erweiterung ist von dem Innenraum der Hochspannungsschaltanlage allein durch die Hilfselektrode abgegrenzt und die Hilfselektrode hat den gleichen Abstand wie das Außenrohr vom Innenleiter.

Die Meßeinrichtung nach der Erfindung besitzt den Vorteil, daß sich die Hilfselektrode vergleichsweise einfach herstellen und anordnen läßt. Außerdem wird durch die Hilfselektrode die Homogenität des Feldes zwischen dem Innenleiter und dem metallenen Außenrohr nicht gestört.

Führt man das Anzeigegerät als eine dem Unterspannungskondensator parallel geschaltete Anzeigeglimmlampe aus. dann erhält man in vorteilhaft einfacher Weise eine Überwachungseinrichtung für die Spannung in der Hochspannungsschaltanlage, indem man in der Wand des Außenrohres im Bereich der Erweiterung ein Beobachtungsfenster vorsieht. Durch dieses Beobachtungsfenster k;inn die Anzcigeglimmlampc beobachtet ■> <) und damit die Spannung in der Hochspannungsanlage überwacht werden. Die gesamte Überwachungseinrichtung befindet sich dann ;n der Erweiterung, so dall Durchführungen durch das Außenrohr nach außen nicht erforderlich sind.

Selbstverständlich ist die Ausnutzung der an dem Unterspannungskondcnsator abfallenden Spannung nicht nur auf den Einsatz einer Anzeigeglimmlampe beschränkt. Vielmehr können auch andere bekannte Meß- und/oder Anzeigegeräte an den Unterspanniings- bo kondensator angeschlossen werden. Bei diesen bekannten Meß- und/oder Anzeigegeräten kann es sich um eine zentrale Einrichtung für die Anzeige verschiedener Werte der Hochspannungsschaltanlage handeln; es kann aber an dem Unterspannungskondensator gegebe- μ ncnfalls auch ein Kathodenstrahloszillograph mit hinreichend hohem Eingangswiderstand angeschlossen werden. Über geeignete Anpassungsverstärker (Impedanzwandler) ist auch der Anschluß des Unterspannungskondensators an Einrichtungen zur analogen oder digitalen Meßwertverarbeitung möglich. In jedem dieser eben kurz skizzierten Fälle ist in dem Außenrohr im Bereich der Erweiterung eine Durchführung vorgesehen, um die erwähnten Meß- und/oder Anzeigegeräte an den Unterspannungskondensator anschließen zu können.

Die Hilfselektrode der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung läßt sich in einer Weiterbildung der Erfindung zum Aufbau einer Meßeinrichtung einsetzen, die mit elektrooptischen Bauelementen und Licht arbeitet. So erscheint es vorteilhaft, wenn das Meßgerät ein elektro-optisches Bauelement enthält, an das die Spannung an dem in der Erweiterung befindlichen Unterspannungskondensator angelegt ist; das elektrooptische Bauelement ist im Strahlengang polarisierten Lichtes angeordnet, und dem elektrooptischen Bauelement ist eine optische Auswerteeinrichtung nachgeordnet. Das e.'ektro-optische Bauelement kann grundsätzlich sowohl innerhalb der Erw-.:erung als auch außerhalb angeordnet sein. Es trr^heint jedoch vorteilhaft, das elektro-optische Bauelement innerhalb der Erweiterung unterzubringen, da dann das elektrooptische Bauelement geschützt angeordnet ist.

Es kr nnen auch die das polarisierte Licht erzeugende Lichtquelle und die optische Auswerteeinrichtung innerhalb der Erweiterung angeordnet sein, falls dadurch keine als störend hinsichtlich ihrer verhältnismäßig großen Abmessungen empfundene Erweiterung erforderlich ist. Es ist aber ohne weiteres auch möglich, die Lichtquelle und die optische Auswerteeinrichtung außerhalb der Erweiterung anzuordnen und den Lichtstrahl über zwei Fenster im Außenrohr im Bereich der Erweiterung zu dem elektro-optischen Bauelement zu führen. Das elektro-optische Bauelement ist vorteilhafterweise eine Kerr-Zelle oder eine Pockels-Zelle.

Die Erweiterung des Außenrohres ist in vorteilhafter Weise mittels eines an dem Außenrohr im Derck-h einer Öffnung angebrachten Stutzens geschaffen, der nach außen durch einen Flansch abgeschlossen ist.

Zjr Erläuterung der Erfindung ist in der F-" i g. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung mit einem unter Verwendung der Hilfselektrode gebildeten kapazitiven Spannungsteiler dargestellt, und in den F i g. 2 und 3 sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung unter Verwendung einer Pockels- und einer Kerr-Zelle gezeigt.

Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung nach F i g. 1 ist Bestandteil einer gekapselten Hochspannungsschaltanlage I, die einen Innenleiter 2 und ein metallenes Außenrohr 3 aufweist. Das metallene Außenrohr 3 trägt einen metallenen Stutzen 4, der mit einem Flansch 5 n.-ich iißen abgeschlossen ist und eine Erweiterung 6 des Außenrohres 3 bildet. Der Innenraum der Erweiterung 6 ist gegenüber dem Inncnruim 7 der Hochspannungsschaltanlage I durch eir,e Hilfselektrode 8 abgegrenzt, die isoliert gegenüber dem metallenen Außenrohr 3 angeordnet ist. Die Halterung der Hilfselektrode 8 mittels Isoliermaterial kann in unterschiedlicher Weise erfolgen, so daß in der F-" i g. I aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit auf eine ausführliche Darstellung verzichtet ist.

Die Hilfselektrode 8 bildet mit dem Innenleiter 2 der Hochspannungsschaltanlage I einen Obcrspannungskondensator eines kapazitiven Spannungsteilers, dessen Unterspannungskondensator von einem Kondensator 9 gebildet ist. Der Unterspannungskondensator 9 ist

daher einerseits mit der Hilfselektrode 8 und andererseits mit dem flansch 5 galvanisch verbunden, der mit dem Stutzen 4 verbunden ist und daher ebenso wie das metallene Außenrohr 3 der Hochspannungsschaltanlage 1 geerdet ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Γ ig. I ist dem Unterspannungskondensator 9 cine Anzcigcglimmlampe 10 parallelgcschaltet. die durch ein gasdicht eingebrachtes Fenster 11 im Stutzen 4 zu beobachten ist. ferner ist an dem Unterspannungskondensator eine !.ellung 12 angeschlossen, die mittels einer Durchführung 13 an eine äußere Klemme 14 geführt ist. An diese Klemme kann beispielsweise ein Kathodenstrahloszillograph mit hohem Eingangswidersiarid oder über geeignete Anpassungsverstärker eine Vielzahl um unterschiedlich ausgeführten Meßgeräten angeschlossen werden

Die Meßeinrichtung nach F i g. 2 enthält wiederum eine in einer Erweiterung 50 liegende Hilfselektrode 51. die zusammen mit dem Innenleiter 52 der Hochspannungsschaltanlage 53 einen Oberspannurigskondensator eines kapazitiven Spannungsteilers bildet, dessen Un'i.Tspannungskondensator von einem Kondensator 54 gebildet ist: der Kondensator 54 ist einerseits an die Hilfselektrode 51 und andererseits an einen die Erweiterung 50 bildenden Stutzen 55 oder an einen den Stutzen abschließenden flansch 56 angeschlossen.

An den Unterspannungskondensator 54 lsi eine Pockels-Zelle 57 angeschlossen, die im Strahlengang eines polarisierten Lichtstrahles 58 angeordnet ist. Das polarisierte Licht wird von einer Lichtquelle 59. beispielsweise einem Laser, abgegeben. Das in an sich bekannter Weise in der Pockels-Zelle 57 entsprechend der Spannung am Unterspannungskondensator 54 in seiner Polarisationsebene gedrehte, austretende Licht 60 wird über einen t Imlenkspicgel 61 einer optischem Allswerteeinrichtung 62 zugeführt, die einen bekannten Aufbau aufweisen kann. Die optische Auswerteeinrichtung 62 gibt eine elektrische Größe ab. die der > Spannung am Unterspannungskondensator 54 und damit auch der Hochspannung in der Hochspannungsschaltanlage 53 proportional ist. Die Ausgangsgröße der optischen Auswerteeinrichtung 62 kann über Durchführungen durch einen die Erweiterung 50 bildenden

in Stutzen 55 herausgeführt sein; der besseren Übersichtlichkeit halber sind diese Durchführungen ebensowenig dargestellt wie die fur die Versorgungsleitungen der Lichtquelle 59.

Die Meßeinrichtung nach Fig. ! enthält ebenfalls

i'> eine Hilfselektrode 70. die in einer Erweiterung 71 des metallenen Außenrohres 72 der Hochspannungsschaltanlage 73 untergebracht ist; die Erweiterung 71 ist von einem Stutzen 74 und einem den Stutzen nach außen abschließenden Flansch 75 gebildet. Die Hilfselektrode 70 bildet zusammen mit dem Innenleiter 76 in beschriebener Weise einen Obcrspannungskoridensa tor. Der Kondensator 77 stellt einen Unterspannungskondensator d,ir. An den Unlerspannungskondcnsator 77 ist eine Kerr-Zelle 78 angeschlossen, der durch ein

Ji l'enstc: 79 im Flansch 75 über einen Umlenkspiegel 80 polarisiertes Licht einer Lichtquelle 81 zugeführt wird. Das entsprechend der Höhe der Spannung am I 'ntcrspannungskondensator 77 in seiner Polarisationsebene gedrehte Licht wird über einen weiteren

m I imlcnkspicgel 82 durch ein weiteres Fenster 83 einer optischen Auswerfeinrichtung 84 zugeführt, die an ihren Ausgangsklemmen 85 eine elektrische Größe abgibt, die der Spannung am Unterspannungskondensator 77 proportional ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Meßeinrichtung für die Spannung in einer einen Innenleiter und ein den Innenleiter umgebendes geerdetes metallisches Außenrohr enthaltenden gekapselten Hochspannungsschaltanlage mit einer gegenüber dem Außenrohr isolierten, räumlich lest angeordneten Hilfselektrode, die mit dem Innenleiter einen Kondensator bildet und an die eine Meß- und/oder Anzeigevorrichtung mit einer diskreten Kapazität angeschlossen ist, die aufgrund ihres Anschlusses an die Hilfselektrode und an das Außenrohr als Unterspannungskondensator eines kapazitiven Spannungsteilers wirkt, dessen Oberspannungskondensator von dem Innenleiter und der Hilfselektrode gebildet ist und an den ein Meß- und/oder Anzeigegerät angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (3) eine Erweiterung (6) aufweist, daß der Innenraum der Erweiterung (6) von dem Innenraum der Hochspannungsschaltanlage (1) allein durch die Hilfselektrode (8) abgegrenzt ist und daß die Hilfselektrode (8) den gleichen Abstand wie das Außenrohr (3) vom Innenleiter (2) hat (Fi g. I).

2. Spannungsmeßeinrichiung nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigegerät aus einer dem Unterspannungskondensator (8) parallel geschalteten Anzeigeglimmlampe (10) besteht (Fig. I). jo

3. Spannungsmeßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeglimmlampe (10) im Innenraum der En. eiterung (6) untergebracht ist und daß das A'ißcnrohr (3) im Bereich der Erweiterung (6) ein Beobachtungsfenster (U) )5 aufweist (F i g. I).

4. Spannungsmeßeinrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Meß- und/oder Anzeigegerät außerhalb des Außenrohres angeordnet und über eine Durchführung im Außenrohr an den Unterspannungskondensator angeschlossen ist.

5. Spannungsmeßeinrichiung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgerät ein elektro-optisches Bauelement (57) enthält, an das die Spannung am Unterspannungskondensator (54) angelegt ist, daß das elektro-optische Bauelement (57) im Strahlengang polarisierten Lichtes (58) angeordnet ist und daß dem elektro-optischen Bauelement (57) eine optische Auswerteeinrichtung (62) nachgeordnet ist (F i g. 4).

6. Spannungsmeßeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das elektro-optische Bauelement eine Kerr-Zelle (57) ist (F i g. 4).

7. Spannungsmeßeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das elektro-optische Bauelement eine Pockels-Zelle (78) ist (F i g. 5).

8. Spannungsmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die das polarisierte Licht erzeugende Lichtquelle (39), das elektro-optische Bauelement (58) und die optische Auswerteeinrichtung (62) in der Erweiterung (50) untergebrach· sind (Fi g. 4).

9. Spannungsmeßeinrichtung nach einem der vorangehender! Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erweiterung (6) des Außenrohres (3) von einem nach außen mittels eines Flansches (5) abgeschlossenen metallenen Stutzen (4) gebildet ist (Fig. I).