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Einrichtung zur Messung hoher Gleichspannungen
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung hoher Gleichspannungen
in ochsannunsschaltanlagen, insbesondere in metallgekapselten SF6-gasisolierten
Hochspannungsschaltanlagen mit wenigstens zwei in Reihe zwischen Hochspannungspotential
und Erde angeordneten, einen ohmschen Spannungsteiler bildenden ohmschen Widerständen,
von denen der an Erde angeschlossene Widerstand als Meßwiderstand dient.
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Derartige ohmsche Spannungsteiler, bei denen der an Erdpotential liegende
Widerstand als Meßwiderstand dient, sind für Hochspannungs-, Gleichstrom-Ubertragungsanlagen
in Freiluftausführung bekannt. Dabei ist eine bandartig zusammengelegte Widerstandskordel
in Gießharz zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit eingegossen, mit einem Porzellanüberwurf
und mit einer blisolation versehen.
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Die Baugröße dieses Spannungsteilers ist sehr hoch, da sie sich nach
der Höhe des Porzellanüberwurfes zu richten hat, welche Höhe durch die Überschlags
länge und die Kriechstrecke von Hochspannungspotential zur Erde bestimmt ist.
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Für gekapselte Hochspannungs-GleichstromUbertragungseinrichtungen
ist ein Meßgenerator bekanntgeworden, der zwei mit segmentartigen Ausschnitten versehene,
etwa kreisrunde Blechteile aufweist, die gegeneinander rotieren. Wenn ein Blechsegment
des einen eiles den Freiraum des anderen Teiles überquert, findet eine Ladungsträoerwanderung
und damit ein Stromfluß statt, welcher Stromfluß proportional der Höhe der zu messenden
Spannung ist. Wegen der rotierenden mechanischen Teile ist ein gewisser Verschleiß
vorhanden, der die Lebensdauer verringert. Das besondere Problem hierbei ist allerdings,
daß mit dem Generator nur die G-.eichspannung und nicht die überlagerte tlelligkeit
gemessen werden kann. Ohne Zusatzelemente, wie beispielsweise eine kapazitive teßeinrichtung,
können Wechselspannungsanteile nicht gemessen werden. Daüberhinaus kann auch die
Polarität der zu messenden Gleichspannung nicht erfaßt werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs genannten
Art zu schaffen, bei der - bei Anwendung in gekapselten Anlagen - Wechselspannungen
miterfaßt werden können und welche gegenüber Freiluftschaltanlagen in ihrer Baugröße
erheblich verringert ist, so daß eine solche Einrichtung mit einem ohmschen Spannungsteiler
auch in eine gekapselte Anlage einfach und platzsparend eingebaut werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch wenigstens zwei in
Reihe zwischen Hochspannungspotential und Erde angeordnete ohmsche Widerstände,
von denen der an Erde angeschlossene Widerstand als Meßwiderstand dient und die
miteinander einen ohmschen Spannungsteiler bilden.
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Der besondere Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß ein der
Gleichspannung überlagerte Wechselspannungsanteil ohne weitere zusätzliche Maßnahmen
oder weitere Elemente mit gemessen werden kann, wobei eine zusätzliche kapazitive
eßeinrichtung nicht erforderlich wird und daß die erfindungsgemäße Einrichtung recht
platzsparend ausgebildet ist, so daß sie auch in metallgekapselte-SF6-gasisolierte
Schaltanlagen eingebaut werden kann.
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Der oberspannungsseitige oder hochspannungsseitige ohmsche Widerstand
kann aus im wesentlichen gleich ausgebildeten Widerstandselementen gebildet sein,
so daß durch eine konstruktiv einfach durchzuführende Reihenschaltung eine Anzahl
von Teilwiderständen zu einem gemeinsamen oberspannungsseitigen Widerstand der ohmsche
Spannunasteiler den unterschiedlichen Nennspannungsebenen angepaßt werden kann.
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Dadurch, daß die einzelnen Widerstandselemente gleich ausgebildet
sind, kann der hochspannungsseitige Widerstand baukastenartig aus mehreren Teilen
- angepaßt an die betreffenden und erforderlichen Nennspannungsebenen - zusammengebaut
werden.
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Es besteht wie eben erwähnt, die Möglichkeit, die Widerstände in ihren
Dimensionen gleich auszubilden; es besteht natürlich auch die Möglichkeit, die einzelnen
Widerstandselemente mit unterschiedlichen Abmessungen auszubilden; dann kann man
die Anpassung an die entsprechenden Nennspannungsebenen dadurch erreichen, daß man
die einzelnen, entsprechend ausgewählten Widerstandselemente in eine Metallkapselung
einbaut, die für viele Nennspannungsebenen die Gleiche ist.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann
zur Bildung eines Widerstandselementes ein Isolierkörper vorgesehen sein, der als
Träger für Widerstandsmaterial dient.
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Die Verwendung des Isolierkörpers begünstig dabei die mechanische
Festigkeit der einzelnen Widerstandselemente.
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.tan kann den Isolierkörper zweckmäßigerweise scheibenförmig ausbilden,
wobei auf jeder Scheibenfläche das Widerstandsmaterial aufgebracht werden kann.
Der einzelne Isolierkörper kann dabei eine in radialer Richtung gesehen gleichförmige
Dicke aufweisen; er kann auch diskusförmig mit nach außen hin verringerter Dicke
ausgebildet sein. Es besteht die öglichkeit, daß der scheibenförmige Isolierkörper
mit annähernd gleicher Dicke im Bereich seiner Mittelachse eine zumindest nach einer
Seite hin vorspringende, zur Abstandshalterung zweier benachbarter Isolierkörper
dienende Verdickung aufweisen; die Verdickung kann auch am Umfang vorgesehen sein,
wobei sie im letzteren Falle mit annähernd radial verlaufenden Schlitzen versehen
sein kann. Die diskusartige Form wird man deswegen wählen, weil diese der dielektrischen
Beanspruchung im Isolierkörper und in der Gasstrecke zwischen zwei benachbarten
Isolierkörpern am optimalsten angepaßt ist.
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Es besteht nun die Möglichkeit, zur Kontaktierung der Isolierkörper
zueinander jeden Isolierkörper mit wenigstens einer quer zur Achse verlaufenden
Fläche auf jeder Seite zu versehen, wobei bei Nebeneinanderanordnung zweier Isolierkörper
sich gegenüberliegende Flächen berühren, wobei an einer Berührungsstelle eine galvanische
Kontaktierung der einzelnen Widerstände erfolgt. Dies ist günstig dann, wenn die
Berührung der beiden Isolierkörper in der Mitte oder an ihrem Umfang erfolgt. Dieser
elektrische Kontakt zwischen zwei benachbarten Widerstandselementen kann in diesem
Falle ohne besondere zusätzliche faßnahmen hergesteht werden.
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Es besteht auch die filöglichkeit, zwei Widerstandselemente dadurch
miteinander zu verbinden, daß eine metallische Buchse zwischen beiden vorgesehen
wird, die einerseits der Abstandshalterung der beiden Widerstandselemente und andererseits
der elektrischen Verbindung bzw. Kontaktierung der Widerstandselemente dient.
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Das Widerstandsmaterial sollte zweckmäßigerweise platzsparend auf
die Seitenflächen des Isolierkörpers aufgebracht werden. ;ran kann hierbei das Widerstandsmaterial
spiralförmig auf den Seitenflächen des Isolierkörpers aufbringen, strahlenförmig
oder mäanderförmig; zweckmäßigerweise wird das Widerstandsmaterial so auf den beiden
Seitenflächen des Isolierkörpers aufgebracht, daß die Materialbahnen auf der einen
Seitenfläche parallel und gaf gegensinning zu denen der anderen verlaufen. Hierdurch
ergibt sich eine induktionsarme Anordnung, da die Stromrichtung auf der einen Seite
des Isolierkörpers - entgegen der Stromr-ichtung auf der anderen Seite verläuft,
so daß sich das Magnetfeld. insgesamt teilweise aufhebt. Dies kann weiter dadurch
noch unterstützt werden, daß man auf einer Seite des Trägerkörpers die Bahnen des
Widerstandsmaterials so anordnet, daß sie von dem Strom
in entgegengesetzter
Richtung durchflossen werden. Es besteht auch die iloglichkeit, das Widerstandsmaterial
in Bahnen so auf den Isolierkörper aufzubringen, daß die einzelnen Bahnen wenigstens
teilweise elektrisch parallelgeschaltet sind.
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Als Widerstandsmaterial kann man vorzugsweise eine sogenannte Widerstandskordel
verwenden; eine solche Widerstandskordel ist ein auf einem aus Fasern aus isolierendem
Material hergestellten Seil aufgewickelter Draht, der im Handel erhältlich ist.
Diesen Widerstandsdraht kann man auf die Seitenfläche des Isolierkörpers aufkleben
oder in an den Seitenflächen jedes Isolierkörpers angeordnete Rillen einlegen und
darin gegebenenfalls mittels Gießharz befestigen.
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Eine zweckmäßige Ausgestaltung kann darin bestehen, daß man als Widerstandsmaterial
eine sogenannte Dickfilm-Widerstandspaste benutzt; dies ist ein Material, welches
aus fein verteiltem Widerstandsmaterial, Glaspartikeln und organischen Trägern und
Zusätzen besteht; die Paste wird nach dem Auftragen bei ca. 130 OC getrocknet und
bei 850 OC gebrannt. Dadurch sind dann Widerstandsmaterial und Glas zu einem harten
Widerstandsband zusammengesintert. Anstatt einer Dickfilm-Widerstandspaste kann
man auch eine Metallegierung verwenden, die als Widerstandsmaterial auf den Isolierkörper
aufgedampft wird.
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Benutzt man die erfindungsgemäße Einrichtung bei einer SF6 -gasisoligten
Hochspannungsanlage, dann kann der auf Hochspannungspotential befindliche Widerstand
und der an Erde angeschlossene Meßwiderstand im inneren der Metallkapselung angeordnet
sein. Dieses Teilerverhältnis wird nahezu temperaturunabhängig, da Oberspannungt
und eßwiderstand gleichen Temperaturverhältnissen im Inneren der Kapselung ausgesetzt
sind.
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Aus diesem Grunde ist die andere t1dglichkeit, den Meßwiderstand
außerhalb
der etallkapselung vorzusehen, nicht ganz so optimal; unter bestimmten Voraussetzungen
jedoch kann diese Anordnung aus konstruktiven Gründen günstiger sein.
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Um die einzelnen Widerstandselemente nach dem Zusammenbau kapazitiv
zu steuern, wird man zwischen den Isolierkörpern kapazitive Steuerelemente vorsehen,
die plattenförmig ausgebildet sein können und an ihrem Umfang mit toroidartig ausgebildeten
Abschirmringen versehen sind. an kann auch die kapazitiven Steuerelemente topfartig
ausbilden; die toroidartigen Abschirmringe sind dann an dem freien Rand befestigt.
Die kapazitive Abschirmung ist aus folgendem Grund notwendig: Bei bestimmten Schaltvorgängen
besteht die Möglichkeit, daß relativ hohe Einschaltspannungsüberhchungen auftreten,
die zu einem Überschlag zwischen den oberspannungsseitigen tiderstandselementen
und der Metallkapselung führen können. Dies kann mit den kapazitiven Steuerelenenten
vermindert werden.
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Darüberhinaus wird auch verhindert, daß kapazitive Ableitströme fliessen
können.
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Anhand der Zeichnungen, in denen mehrere Ausführungsbeispiele der
Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere Vorteile, Ausgestaltungen
und Verbesserungen näher erläutert und beschrieben werden.
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Es zeigen: Figur 1 ein Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Ausführung,
bei der der Meßwiderstand in Inneren der Kapselung angeordnet ist, Figur 2 ein Ersatzschaltbild
ähnlich dem der Figur 1, wobei der Meßwiderstand außerhalb der Kapselung angeordnet
ist, Figur 3 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Einrichtung, Figur 4
einen Querschnitt durch eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Einrichtung,
Figur 5 unterschiedliche Ausführungsformen des Trägerkörpers, bis 11 Figur 12 unterschiedliche
Arten der Anordnung des Widerstandsbis 18 materials auf dem Trägerkörper.
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Es sei nun Bezug genommen auf die Figur 1.
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In der Figur 1 ist ebenso wie in der Figur 2 ein Ersatzschaltbild
der Anordnung schematisch dargestellt. Man erkennt eine Metallkapselung 10 auf Erdpotential
, die an ihrem rechten Ende in einem Flansch 12 endet, der mittels eines Deckels
14 verschlossen ist. Im Inneren ist ein Phasenleiter 16 vorgesehen, der das Hochspannungspotential
führt und an den ein erster Widerstand 18 und ein elektrisch damit in Reihe liegender
zweiter Widerstand 20 angeschlossen sind, wobei der Widerstand 18 als Oberspannungswiderstand
und der Widerstand 20
als Meßwiderstand bezeichnet sind; der Begriff
Oberspannungswiderstand bedeutet, daß der Widerstand mit seiner einen Anschlußseite
am Hochspannungspotential des Phasenleiters anliegt. Der Meßwiderstand 20 ist mit
seinem nicht mit dem Widerstand 18 verbundenen anderen Ende an den auf Erdpotential
liegenden Deckel 14 angeschlossen. Zwischen den Widerständen 18 und 20 ist eine
Meßleitung 22 angeschlossen, mit der die Spannung gegen Erde am Meßwiderstand 20
als Abbild der zu messenden Spannung zwischen dem Phasenleiter 16 und Erdpotential
erfaßt wird und die auf eine hier nicht näher beschriebene, dem Stand der Technik
entsprechende elektronische Verstärkereinrichtung aufgeschaltet ist, die das am
Meßwiderstand 20 abgegriffene Meßsignal derart verstärkt, daß dem Meßgerät bzw.
der Schgtzeinrichtung 26 die erforderliche Eingangs leistung zur Verfügung steht.
Selbstverständlich kann der Meßwiderstand 20 auch aus mehreren Widerstandselementen
bestehen. Die meßleitung 22 ist durch eine Öffnung 30 im Deckel 14 gegenüber dem
Deckel 14 isoliert hindurchgeführt.
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Die Widerstände 18 und 20 sind als Spannungsteiler zusammengeschaltet,
wobei der Meßwiderstand 20 im Inneren der Kapselung 10 liegt. Dies hat den Vorteil,
daR der leßwiderstand 20 praktisch die gleiche Temperatur aufweist, wie der Oberspannungswiderstand
18, so daß das an beiden Widerständen bestimmte Teilerverhältnis praktisch temperaturunabhängig
ist.
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In Figur 2 erkennt man das Ersatzschaltbild einer weiteren Ausgestaltung.
Die Kapselung ist wieder mit lO, der Deckel mit 14, der Phasenleiter mit 16, der
Oberspannungswiderstand mit 18 und der Meßwiderstand mit 20 bezeichnet. rlan erkennt,
daß der Oberspannungswiderstand im Inneren der Kapselung 10 und der tießwiderstand
20 außerhalb der Kapselung angeordnet ist. Die elektronische Verstärkereinrichtung
24 ist mit ihrem einen Eingang zwischen den Meßwiderstand 20 und dem Oberspannungswiderstand
18 e-ingeschaltet und liegt mit ihrem anderen Ende an Erde an. Die Anordnung nach
der Figur 2
ist unter gewissen Umständen einfacher herzustellen,
hat jedoch den Nachteil, daP am Oberspannungswiderstand 18 andere Temperaturen herrschen
können als am ?ießwiderstand 20, wodurch rteBergebnisse verfälscht werden können.
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Die Figur 3 zeigt nun eine erste Aufhrungform einer konkret auszuführenden
Einrichtung gemäß der Erfindung. lan erkennt die Kapselung 10 sowie den Deckel 14
und den Flansch 12. Ferner ist auch der Phasenleiter 16 eingezeichnet. Der Oberspannungswiderstand
18 besteht aus mehreren gleich ausgebildeten in Reihe geschalteten Widerstandselementen
32, deren konkreter Aufbau weiter unten näher beschrieben ist.
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Diese Widerstandselemente besitzen, wie der aus dem Widerstandselement
34 gebildete Meßwiderstand, eine Durchgangsbohrung 36; und nach Nebeneinanderanordnung
der einzelnen Widerstandselemente 32 und 34 wird durch lie Bohrung 36 ein Isolierstab
38 hindurchgesteckt, der schraubenbolzenartig ist und an seinem einen Ende einen
Gewindeabschnitt 40 und an seinem anderen Ende einen Sechskantmutterkopf 42 aufweist.
Der Phasenleiter 16 besitzt ein Gewindesackloch 44, in das der Gewindeabschnitt
40 der Isolierstange 38 eingeschraubt ist, wodurch die einzelnen tiiderstandselemente
32 gegeneinander und gegen den Phasenleiter 16 verspannt werden. Zwischen den einzelnen
Widerstandselementen (in der Figur 3 nur zwischen den drei links liegenden 5fiderstandselementen
eingezeichnet) sind kapazitive Steuerelemente 46 und 48 geklemmt, die, wie man aus
der Figur 3 entnehmen kann, topfförmig ausgebildet sind. Sie besitzen ein quer zur
Längsachse der Einrichtung angeordnetes Bodenteil 52 und 54, welches zwischen die
Widerstandselemente 32 geklemmt ist, und einen senkrecht dazu verlaufenden zylindrischen
Randabschnitt 56 und 58, an dessen freiem Rand ein toroifönnioer Ahschirmring 60
bzw. 62 angeformt bzw. befestigt ist.
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Mit diesen kapazitiven Steuerelementen wird eine Verzerrung des elektrischen
Feldes, die bei transienten Spannungsbeanspruchungen aufgrund der zwischen den Widerstandselementen
32
und dem geerdeten Gehäuse 10 bzw. zwischen den Widerstandselementen
32 untereinander wirksamen Streukapazitäten weitgehendst vermieden, so daß auch
bei Schaltstoß- oder Blitzstoßspannungen (mit höheren Spannungsfrequenzen) die Spannungsverteilung
auf die einzelnen Widerstandselemente annähernd gleich der Spannungsverteilung bei
Nennfrequenz ist und somit örtliche dielektrische Überbeanspruchungen vermieden
werden. Weiterhin ist bei optimaler Dimensionierung der kapazitiven Steuerelemente
das Teilerverhältnis in einem gewissen Frequenzbereich nahezu von der Frequenz unabhängig.
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Man erkennt in der Figur 3, daß die Widerstandselemente 32 annähernd
diskusförmig ausgebildet sind.
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In Figur 3 wird das Widerstandselement 34 vorteilhaft als Meßwiderstand
ausgebildet. Durch den mit dem oherspannungsseitigen Widerstandselementen 32 vergleichbaren
Aufbau des Meßwiderstandes ist sichergestellt, daß der FIeßwiderstand 34 den gleichen
thermischen Verhältnissen wie die oberspannungsseitigen Widerstandselemente ausgesetzt
ist, so daß das Teilerverhältnis weitgehend temperaturunabhängig ist.
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Die Anschlüsse der eßkabel an den Meßwiderstand 34 sind in Figur 3
nicht näher eingezeichnet.
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In der Figur 4 ist eine weitere Ausgestaltung der Erfindung dargestellt;
dort sind die einzelnen Widerstandselemente nichtdiskusförmig, sondern scheibenförmig
ausgebildet, worauf weiter unten noch näher eingegangen werden soll. Man erkennt
wieder die Kapselung 10, den Deckel 14, den Phasenleiter 16 und die einzelnen Widerstandselemente
32 und 34.
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Es sind hier die gleichen Bezugsziffern deshalb gewählt worden, um
zu verdeutlichen, daß die konstruktive Ausgestaltung bzw. die prinzipielle Ausbildung
der erfindungsgemäßen Einrichtung der Figur 4 gleich ist der Einrichtung nach der
Figur 3. Der :Ießwiderstand 34, der geschnitten dargestellt ist, besitzt wieder
die öffnung bzw. Durchbohrung 36 und man erkennt wieder den Isolierstab 38, der
allerdings
keinen Schraubenmutterkopf 32 besitzt, sondern der an
dessen Stelle einen Gewindeabschnitt 64 aufweist, auf dem eine Mutter 66 aufgeschraubt
ist, wobei zwischen der Mutter 66 und dem Widerstandselement 36 eine Distanzscheibe
68 aus lsolierendem Material zwischengeschaltet ist. Als kapazitive Steuerelemente
sind keine topfförmigen Elemente vorgesehen wie in der Figur 3, sondern plattenförmige,
die die Bezugsziffer 70 aufweisen; die Abschirmringe sind dabei am Umfang bzw. an
der Peripherie der plattenförmigen Steuerlemente angeordnet.
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Es ist selbstverstndlich, daß die in Fig. 4 gezeigten plattenformigen
Steuerelemente 70 auch mit den in Fig. 3 gezeichneten diskusförmigen Widerstandselementen
32 kombinierbar sind.
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Ebenso ist die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsform der kapazitiven
Steuerelemente 52 und 56 bzw. 54 und 58 mit den in Fig.4 skizzierten, schetbenförmig
ausgebildeten Widerstandselementen 32 und 34 kombinierbar.
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Die Meßleitung 22 ist im Bereich zwischem dem rechts befindlichen
Widerstandselement 32 und dem Meßwiderstand 34 angeschlossen und durch die öffnung
bzw. Bohrung 36 und die Bohrung 30 nach außen geführt; die Verstärkerschaltung 24
ist nicht näher dargestellt.
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Alle Widerstandselemente sowohl die Teilwiderstände für den Oberspannungswiderstand,
als auch dasjenige für den Meßwiderstand, sind aus einem aus Isolierstoff, beispielsweise
aus Gießharz oder aus Keramik aufgebauten platten- oder diskusförmigen Körper gebildet,
auf dem Wlderstandsmaterial in weiter unten dargestellter Weise aufgebracht ist.
In der Figur 5 erkennt man eine erste Ausgestaltung eines solchen Trägerkörpers,
der plattenförmig ausgebildet ist mit einem
außenliegenden plattenförmigen
Bereich 100 und einem innenliegenden plattenförmigen Bereich 102, dessen Dicke im
Vergleich zu der im Bereich 100 vergrößert ist. Man erkennt, daß der plattenförmige
Bereich 100 Rillen 104 aufweist, die beispielsweise spiralförmig von innen nach
außen verlaufen können und die zur Aufnahme des Widerstandsmaterials dienen können.
Der dickere Bereich 102 ist deswegen vorzusehen, damit ein Abstand D zwischen den
Bereichen 100 zweier nebeneinanderliegender Trägerkörper erzeugt werden kann, der
notwendig ist, um Überschläge zwischen benachbarten Trägerkörpern mit Widerstandsmaterial
zu vermeiden. Die beiden Stirnflächen 106 und 108 jedes Körpers sind mit Kontaktmaterial
beschichtet, um eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Widerstandselementen
zu erzielen.
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Die Figur 6 zeigt die diskusförmige Ausgestaltung des Plattenkörpers;
man erkennt, daß sich die Dicke der Scheibe radial von innen nach außen verringert;
die beiden Stirnflächen 111 und 112 im dickeren Bereich 114 sind wieder mit Kontaktmaterial
beschichtet.
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Bei der Ausführungsform nach Figur 6 ist der Plattenquerschnitt vorteilhaft
den dielektrischen Beanspruchungen sowohl im Isolierkörper als auch in der Gasstrecke
zwischen jeweils zwei benachbarten, mit Widerstandsmaterial versehenen Isolierkörpern
angepaßt. Weiterhin wird durch den sich radial nach aussen erweiternden Gasspalt
zwischen zwei benachbarten Isolierkörpern die Abfuhr der im Widerstandsmaterial
erzeugten Verlustwärme begünstigt.
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Eine weitere Ausgestaltung erkennt man in der Fig. 7. Dort sind die
einzelnen Trägerkörper, die hier die Bezugsziffer 120 und 122 aufweisen, radförmig
ausgebildet mit einem plattenartigen inneren Bereich 124 und einem dickeren äußeren
Umsich fangsbereich 126. Dabeiberührenrdie Stirnflächen 128 und 130
des
äußeren Bereiches jedes Trägerkörpers 120 oder 122; der Strom fließt vom Phasenleiter
16 über ein metallisches Zwischenstück 17 zu der Fläche 130 des Trägerkörpers 120
und von dort zu dem Widerstandsmaterial auf einer Seite, welches über die Mittelbohrung
mit dem auf der anderen Seite aufgebrachten Widerstandsmaterial verbunden ist.
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Da durch die Ausführung nach der Figur 7 zwischen zwei Trägerkörpern
ein freier Innenraum 134 gebildet ist, in dem evtl. auftretende Wärme sich stauen
könnte, müssen die äußeren Abschnitte 126 Kanäle 136 aufweisen, durch die innen
auftretende Warmluft nach außen abströmen kann. Imine derartige Ausführungist in
der Figur 8 dargestellt; dabei erkennt man oberhalb der horizontal verlaufenden
Mittelachse insgesamt sieben Schlitze 136. Es besteht natürlich auch die Möglichkeit,
die dickeren Abschnitte 126 so anzuordnen wie in der Figur 9; man benötigt dann
lediglich drei sternartig zur Mittelachse angeordnete dickere Abschnitte 138, 140
und 142.
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In der Figur 10 ist dargestellt, daß der Ahschnitt bzw. Bereich mit
größerer Dicke nicht so wie in der Figur 5 dargestellt, gebildet werden kann, sondern
dadurch, daß die Verdickung lediglich auf einer Seitenfläche vorspringt. Diese Verdickung
ist mit der Bezugsziffer 144 bezeichnet, die an einem plattenförmigen Trägerkörper
146 angeformt ist. Die Mittelbohrung besitzt wieder die Bezugsziffer 36, um zu verdeutlichen,
daß diese der Bohrung 36 des Widerstandselementes 34 in der Figur 4 entspricht.
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Ein ähnlich einseitig bzw. nach einer Richtung vorspringender dickerer
Abschnitt kann auch bei den Anordnungen nach den Figuren 6 bis 9 vorgesehen stin.
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In der vorgenannten Darstellung sind mehrere konstruktive Ausgestaltungen
der Trägerkörper dargestellt. Die Anordnung des Widerstandsmaterials ist aus den
Figuren 12 bis 18 ersthtlich.
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Bei dem Widerstandselement nach der Figur 12 ist das Widerstandsmaterial
ausgehend von der mit elektrisch leitfähigem Material beschichteten inneren Kontaktfläche
112, 110 oder 108 und 106 das Widerstandsmaterial spiralförmig nach aussen verlaufend
aufgebracht. Es besteht auch die iiöglichkeit, daß Widerstandsmaterial radial-mäanderförmig
(vgl. Fig. 13) oder strahlenförmig (vgl. Fig. 14 bis 16) aufzubringen. In der Figur
14 ist das Widerstandsmaterial 164, ausgehend von der Mitte, zickzackförmiq aufgelegt,
wobei insgesamt sechs Strahlen gebildet sind. In der Figur 16 ist das Widerstandsmaterial
166 speichenartig und in der Figur 15 ähnlich wie in der Figur 13 radial-mäanderförmig.
Dort besitzt das Widerstandsmaterial die Bezugsziffer 168.
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Eine weitere Art, das Widerstandsmaterial aufzubringen, ist jeweils
in den Figuren 17 und 18 gezeigt. In Fig. 17 ist das Widerstandsmaterial spiralförmig-mäanderförmig
aufgelegt. In der Fig. 18 ist dargestellt, daß das Widerstandsmaterial 181 teils
radialstrahlenförmig, teils kreisförmig auf den Trägerkörper aufgebracht werden
kann, wodurch das Widerstandsmaterialteilweise elektrisch parallel geschaltet ist.
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Als Widerstandsmaterial kann man einen Widerstandsdraht verwenden,
der aus einer Kordel und einem darum herumgewickelten dünnen Draht besteht, welche
Widerstandskordel im Handel erworben werden kann. Die XYiderstandskordel kann auf
die-glatte Außenfläche des Trägerkörpers aufgeklebt oder in Rillen 104 eingelegt
und dann ggf. mit Gießharz zugegossen werden.
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Anstatt einer Widerstandskordel könnte auch eine sogenannte Dickfilm-Widerstandspaste
verwendet werden, die ebenfalls im Handel zu erwerben ist.
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Eine noch einfachere Ausgestaltung zweier nebeneinander anzuordnender
Trägerkörper 150 bzw. 152 zeigt die Fig. 11.
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Diese beiden Trägerkörper sind als gleichförmig dicke Platten ausgebildet,
die von einer Distanzbüchse 154 aus elektrisch leitendem Material in Abstand gehalten
sind. Die Flächenbereiche um die mittlere Bohrung 36 sind auf beiden Seiten 150
oder 152 mit elektrisch leitfähigem Material beschichtet, an welchen Schichten die
Distanzbüchse anliegt.
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Den in Fig. 6 bis 11 gezeigten Ausführungsformen der Trägerkörper
ist gemeinsam, daß bei deren Aneinanderreihung auf einem Isolierstab 38 gem. Fig.
3 und Fig. 4 eine besonders einfach herzustellende elektrische Verbindung über die
mit elektrisch leitfähigem Material beschichteten Kontaktflächen zu den kapazitiven
Steuerelementen 52 und 56 bzw. 54 und 58 in Fig. 3 bzw. 70 in Fig. 4 geschaffen
wird.
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Bei Verwendung von Distanzbüchsen 154 unterschiedlicher Länge kann
der Abstand und damit die Kapazität zwischen den beiden Trägerkörpern 150 und 152
variiert werden. Auf diese Weise wird, wie mit den Steuerelementen 46 und 48 in
Fig. 3 oder 70 in Fig. 4 eine kapazitive Steuerung längs des Stapels von Tragkörpern
zur Bildung von Oberspannungs- und AuBenwiderstand erreicht, wenn der Abstand zwischen
den Trägerkörpern gezielt durch unterschiedliche Längen der Distanzbuchsen oder
mehrere-gleich lange Distanzbuchsen zwischen den Trägerkörpern eingestellt wird.
Diese Methode zur kapazitiven Steuerung ist nicht auf Trägerkörper nach Fig. 11
beschränkt. Sie ist auch anwendbar bei Verwendung von Trägerkörpern nach Fig. -5
bis 10»
Als Widerstandspaste ist dabei ein Material definiert,
welches aus feinverteiltem Widerstandsmaterial, Glaspartikeln, organischen Trägern
und Zusätzen besteht. Die Paste wird nach dem Auftragen auf den Trägerkörper bei
ca. 130 OC getrocknet und bei ca. 850 OC gebrannt, wodurch dann das Widerstandsmaterial
und das Glas zu einem harten Widerstandsband zusammensintern. Eine weitere Möglichkeit,
Widerstandsmaterial auf den Trägerkörper aufzubringen, besteht darin, eine rletallegierung
auf den Isolier- oder Trägerkörper aufzudampfen; diese Aufdampfverfahren auf Keramiken
sind ans ich bekannt.
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Sofern die Dickfilm-Widerstandspaste verwendet wird, besteht die ;iöglichkeit,
gleichzeitig auch kapazitive Teile auf das Trägermaterial aufzubringen, um damit
eine kapazitive Steuerung, wie schon ohen beschrieben, zu erreichen.
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Die Widerstandsbahnen können auf den einzelnen Trägerkörpern so aufgebracht
werden, daß eine"Reihenschaltung" gebildet ist (val. Fig. 12, 13, 15 und 17). Es
besteht auch die elöglichkeit, die einzelnen Widerstandsdrähte parallelzuschalten
(Fig. 14, 16 und 18); dann verlaufen sie von der Mitte ausgehend auf einer Seite
des Trägerkörpers nach außen und vom Außenrand wieder auf der anderen Fläche bzw.
Seitenfläche des Trägerkörpers nach innen. Der wesentliche Vorteil einer Anordnung
mit parallelgeschalteten Widerstandsstromhahnen gegenüber einer solchen mit in Reihe
geschalteten-ist darin zu sehen, daß bei Ausfall einer Bahn, z. B. durch Bruch,
die dazu parallelgeschalteten Bahnen die Spannungsmessung weiterhin ermöglichen.
Durch diese Redundanz wird die Verfügbarkeit der sleßeinrichtung wesentlich erhöht.
Bei Ausfall einer von mehreren in Reihe geschalteten Bahnen fällt die Meßeinrichtung
aus. Eine Erhöhung parallelgeschalteter Widerstandsbahnen ist z. B. möglich, wenn
zusätzlich zu der Anordnung nach Fig. 14 oder 16 kreisförmige Widerstandsbahnen
ähnlich wie in der Fig. 18 aufgebracht werden.
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Grundsätzlich ist man bestrebt,-3ie Widerstandsbahnen auf einer Seite
so anzuordnen, daß parallel zueinander verlaufen de Bahnstrecken gebildet werden,
so daß der Strom in einer Bahnstrecke hin und in der daneben liegenden zurückfließt.
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Dies wäre mit dem mäanderartigen Verlauf der Fig. 13, 15 und insbesondere
17 optimal erreicht. Sind Widerstandsbahnen auf beiden Seiten eines Trägerkörpers
aufgebracht, so werden die Bahnen auf einer Seite parallel und gegensinnig zu denen
auf der anderen Seite des Trägerkörpers aufgebracht. Mit beiden Maßnahmen ist die
Induktivität der Anordnung möglichst gering zu halten. Hier liegt der Vorteil der
mäanderförmigen Anordnung nach den Figuren 13, 15 und 17 bezüglich nebeneinanderliegender
Bahnen auf einer Seite des Trägerkörpers. Je gerinder die Induktivität ist, desto
höherfrequente Spannungen können gemessen werden.
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Wesentlich bei der Anordnung des x erstandsmaterials auf den einzelnen
Trägerplatten oder Tracrerteilen ist, daß das material zur Lildung eines bestimmten
riiderstandswertes in entsprechender Dichte oder entsprechender Weise auf den einzelnen
Trägerkörper aufgePracht ist. Durch die Aufteilung des oberspannungswiderstandes
in cinzelne Widerstandselemente, die gleich ausgebildet sein und auch den gleichen
Widerstandswert besitzen können, besteht die ?iöglichkeit, einen Oberspannungswiderstand
mit gewunschternoder beliebigem Widerstandswert einfach dadurch zu schaffen, daß
man mehrere Widerstandselemente nach Bedarf hintereinander schaltet. Der Spannungsteiler,
der dann'zurMessung verwendet werden kann, ist dann baukastenförmig aus einzelnen
Widerstandselementen aufzubauen.
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Die hintereinandergeschalteten Widerstandselemente müssen aber nicht
wie in Fig. 3 bis 12 dargestellt unbedingt gleiche Durchmesser haben. Alternativen,
beliebige Widerstandswerte bei konstanter Anzahl von Widerstandselementen zu erreichen,
bestehen darin, die Durchmesser der Elemente abzustufen oder bei gleichem Durchmesser
unterschiedliche Mengen von Widerstandsmaterial aufzubringen. Dabei geht allerdings
der Vortell des baukastenförmigen Aufbaus mehr oder weniger verloren.