DE3121795A1

DE3121795A1 - "koppelstuetzisolator"

Info

Publication number: DE3121795A1
Application number: DE19813121795
Authority: DE
Inventors: Helmut 8060 Dachau Lindner
Original assignee: GOSSEN GmbH 8520 ERLANGEN; Gossen GmbH
Current assignee: LINDNER, HELMUT, 8060 DACHAU, DE
Priority date: 1981-06-02
Filing date: 1981-06-02
Publication date: 1982-12-16

Description

"Koppelstützisolator"
Die Erfindung betrifft einen Stützisolator, insbesondere für Hochspannungstrennschalter, mit Hohlräumen zur Aufnahme von Befestigungsmitteln.
Da Hochspannungstrennschalter (z.B. 20-kV-Nennspannung) nicht unter Last geschaltet werden dürfen, ist es derzeit erforderlich, kostenaufwendige Verriegelungsketten aufzulegen gegebenenfalls Spannungsmessungen durchzuführen, um zu prüfen, ob an den jeweiligen Sammelschienenabgängen ohne Gefahr ein Trennschalter betätigt werden kann.
Zur Erfassung der Spannungsabbildung sind in der Hochspannungstechnik Spannungswandler bekannt, wobei in Mittel-und Hochspannungsnetzen induktive und in Höchstspannungsnetzen vorwiegend kapazitive Spannungswandler Verwendung finden. Derartige Wandler sind bedingt durch den konstruktiven Aufbau sehr kostenaufwendig. Darüber hinaus muß in der Schaltanlage konstruktiv als auch raummäßig der Wandlereinbau vorgesehen werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Stützisolator zu schaffen, durch dessen Gestaltung es in einfacher Weise ermöglicht wird, das Anliegen einer Hochspannung an einer durch den Stützisolator getragenen Stromschiene oder einem Trennschalter festzustellen.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung im wesentlichen dadurch gelöst, daß bei einem Stützisolator der eingangs genannten Art in den Hohlräumen des Isolators ein kapazitiver Spannungsteiler angeordnet ist, daß an den hochspannungsfreien Teil des kapazitiven Spannungsteilers eine elektronische Schaltung angeschlossen ist, deren Ausgang zum Feststellen bzw. der Anzeige der Hochspannung an einer mit dem Isolator verbundenen Stromschiene bzw. zur Betätigung eines Hochspannungsschalters mit einem zugeordneten Schaltelement in Verbindung steht.
Ein derartiger Stützisolator läßt sich einfach und mit relativ geringen Kosten herstellen. Der erfindungsgemäße Koppelstützer hat bezüglich seiner Isolatoreigenschaften die gleiche Spannungsfestigkeit und Umbruchkraft wie die herkömmlichen Stützisolatoren für Stromschienen und Trenner.
Der erfindungsgemäße Stützisolator kann anstelle der herkömmlichen Isolatoren eingesetzt werden. Demzufolge wird kein zusätzlicher Raumbedarf im Schaltanlagenbereich erforderlich.
Auch bestehende Schaltanlagen lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Stützisolator ohne Mühe nachrüsten.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der kapazitive Spannung steiler aus zwei im Abstand von ein ander in dcm Isolator eingegossenen Elektroden gebildet, die Elektroden sind an ihren Enden vorzugsweise zu Halbkugeln ausgebildet, die im Isolator einander gegenüberliegen und die mit Hochspannung beaufschlagbare Elektrode ist mit einem, mit einem Stromschienenträger verbindbaren, Befestigung steil verbunden.
Nach einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Befestigungsschraube für den Isolator zur Aufnahme der elektrcnischen Schaltung hohl ausgeführt und die elektronische Schaltung ist in einer Patrone angeordnet, die im Hohlraum der Befestigungsschraube einsetzbar ist.
Gemäß einem zweckmäßigen Merkmal der Erfindung ist die nicht mit Hochspannung beaufschlagte Elektrode mittels eines Federelementes mit der elektronischen Schaltung in elektrische Verbindung gebracht.
Die elektronische Schaltung weist erfindungsgemäß einen Meßverstärker auf, dem eine dem Ableitstrom des kapazitiven Spannungsteilers proportionale Spannung zugeführt wird und dessen Ausgangsspannung ein Schaltelement betätigt.
Die elektronische Schaltung wirkt als Spannungswandler oder Spannungsfühler und kann für Meßzwecke oder auch für Verriegelungszwecke eingesetzt werden.
Über die elektronische Schaltung können Phasenspannungen abgebildet werden, die für Spannungsanzeigen-, Meß- und Überwachung seinrichtungen, bei entsprechender Schaltungsverknüpfung, auch als Erdschlußerfassungseinrichtung genutzt werden können. Darüber hinaus kann die Ausgangsspannung der elektronischen Schaltung auch verwendet werden, um einen Trenner zu verriegeln, d.h. zu verhindern, daß ein Trenner unter Last geschaltet wird. Ferner kann auch verhindert werden, daß ein Erder auf unter Spannung stehende Teile geschaltet wird.
Schließlich läßt sich durch eine entsprechende Schaltung auch eine Erdschlußerfassung durchführen.
In zweckmäßiger Weise ist die Patrone mit der elektronischen Schaltung mit Steckanschlüssen für Zufuhr der Betriebsspannung und die Ableitung der Meßspannung versehen.
Da in Mittelspannungs- bzw. Hochspannungsnetzen mit häufigen, kurzzeitigen Überspannungen zu rechnen ist (Schalthandlungen, Blitzeinschlag usw.) ist in vorteilhafter Weise der elektronischen Schaltung ein Überstrom-Schutzelement bzw. Überspannungselement, z.B. ein Varistor, vorgeschaltet.
Der erfindungsgemäße Stützisolator unterscheidet sich in seinen Abmessungen und seiner mechanischen Festigkeit nicht gegenüber normalen Stützisolatoren und kann daher an jeder Stelle, auch dort wo Schienen oder P rimärgeräteanschluß stützpunkte erforderlich sind, eingesetzt werden.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert, die schematisch Ausführungsbeispiele darstellt. Dabei zeigt: Fig. 1 schematisch einen Isolator mit dem kapazitiven Spannung steiler, Fig. 2 schematisch eine Befestigungsschraube mit elektronischer Schaltung enthaltender Patrone, Fig. 3 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel im zusammengebauten Zustand, Fig. 4 eine elektronische Schaltung mit Meßverstärker, Fig. 5 eine erweiterte elektronische Schaltung zur Erdschlußprüfung, und Fig. 6 schematisch die Ausbildung eines Trennschalters mit erfindungsgemäßen Stützisolatoren.
In Fig. 1 ist ein Stützisolator nach der Erfindung in einem Mittellängsschnitt dargestellt. Dabei ist ersichtlich, daß der Isolator, in an sich bekannter Weise einen oberen Hohlraum 2 und einen unteren Hohlraum 3 aufweist, in den Befestigungsmittel einschraub- oder einsetzbar sind. Der Isolator 1 ist in seinem oberen Hohlraum 2 mit einer Elektrode 4 versehen, die an ihrem unteren Ende als Halbkugel 6 ausgebildet ist. Desgleich ist im unteren Hohlraum 3 eine untere, hochspannungsfreie Elektrode 5 angeordnet, die in ihrem oberen Bereich als Halbkugel 7 ausgebildet ist. Die Elektroden 6, 7 können auch eine andere geeignete Geometrie aufweisen, die eine reproduzierbare Kapazität ergibt.
Der untere Hohlraum 3 ist mit einem Gewindeabschnitt 25 versehen, zur Verbindung des Isolators 1 mit einer (in Fig. 1 nicht dargestellten) Befestigungsschraube.
Der Isolator 1 entspricht in seinen Abmessungen und seinen elektrischen Eigenschaften bekannten, handelsüblichen Stützisolatoren.
In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer in einer Patrone 9 angeordneten elektronischen Meßschaltung dargestellt, wobei die Patrone 9 in einem Hohlraum 11 im Innern einer hohlen Befestigungsschraube 10 angeordnet ist. Der Hohlraum 11 wird nach Einsetzen der Patrone 9 mit Gießharz 20 vergossen. Am oberen Ende der Patrone 9 ist ein Federelement 18 angeordnet, das zur Verbindung der Schaltung der Patrone 9 mit der Halbkugel 7 der unteren Elektrode 5 dient. Das Federelement 18 kann dabei als Druck-Zylinderfeder, als federnder Stift oder in anderer an sich bekannter Weise ausgebildet sein.
Die Fig. 3 zeigt in Längsschnitt einen erfindungsgemäßen Stützisolator, wobei die obere Elektrode 4 mit einem Befestigungsteil 8 für eine Stromschiene oder einen Trenner verbunden ist.
Die obere Elektrode 4 kann mit Gießharz 19 ausgegossen sein.
In Fig. 3 ist die Patrone 9 geschnitten dargestellt und läßt nach einem Ausführungsbeispiel eine elektronische Schaltung erkennen, wobei ein Meßverstärker 12 vorgesehen ist, dem über einen Spannung steiler und das Federelement 18 aus dem Ableitstrom der einen kapazitiven Spannung steiler bildenden Halbkugeln 6, 7 eine Meßspannung zugeführt wird. Am Ausgang des Meßverstärkers 12 ist bei diesem Ausführungsbeispiel ein Relais 13 dargestellt, wobei der Ausgang des Relais 13 zur Betätigung einer Anzeigeeinrichtung, einer Schalteinrichtung oder dergleichen verwendet werden kann. Am unteren Ende der Befestigungsschraube 10 bzw. der Patrone 9 sind Steckanschlüsse 14 vorgesehen, die zur Zufuhr der Betriebsspannung an den Verstärker 12 und zur Ableitung der Meßspannung dienen.
Die Elektroden 4, 5 sind, wie erwähnt, an ihren Enden zu Halbkugeln 6, 7 ausgebildet, wodurch sich eine günstigere Spannungsverteilung ergibt. Liegt an der oberen Elektrode 4 bzw.
am Befestigungsteil 8 eine Spannung an, und ist der Isolator 1 mit seinem unteren Ende über die Befestigungsschraube 10 mit Erde verbunden (z.B. durch eine Traverse 21) dann fließt über die Elektroden 4, 5 ein kapazitiver Strom zur Erde.
Durch den Spannungsteiler, der zwischen unterer Elektrode 7 und Erde liegt, wird proportional zum Ableitstrom eine Spannung abgegriffen und auf den Meßverstärker 12 geschaltet.
Dieser verstärkt -linear den am Widerstand abgegriffenen, relativ kleinen Spannungswert zu einer verwendbaren Meßgröße.
In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel einer derartigen elektronischen Schaltung dargestellt, die in der Patrone 9 angeordnet ist. Der Spannungsteiler für den Meßverstärker 12 ist beispielsweise durch Spannungsteilerwiderstände 16 und 17 gebildet.
Das in Fig. 3 dargestellte Relais 1? ist in Fig. 4 als Alternative eingezeichnet, während in aer Hauptzeichnung die Ausgangsspannung des Meßverstärkers 12 an einem Ausgangswiderstand 26 abgenommen werden kann.
In Fig. 5 ist eine Schaltung dargestellt, die als Erdschlußwähler dienen kann, wobei für jede Phase der Wechselspannung je ein Meßverstärker 12', 12" bzw. 12"' Verwendung findet.
Die einzelnen Meßverstärkerschaltungen entsprechen der Schaltungsanordnung nach Fig. 4. Die den Phasen R, S und T zugeordneten Meßverstärker sind in bekannter Weise an einem Knotenpunkt 27 zusammengeführt.
Die Versorgungsspannung für die elektronische Schaltung in der Patrone 9 kann aus einer in jedem Umspannwierk vorhandenen Gleichstrombatterie abgeleitet werden. Dazu dienen, an sich bekannte DC/DC-Wandler, um beispielsweise von den Batteriespannungen 60, 110 oder 220 V eine übliche elektronische Schaltungen anwendbare Spannung von beispielsweise 15 V abzuleiten.
In Fig. 6 ist schematisch die Anwendung erfindungsgemäßer Stützisolatoren bei einem Trennschalter gezeigt. Dabei sind zwei Stützisolatoren 1 dargestellt, bei denen einer eine Stromschiene 22 trägt und der andere mit einem Trennschalter 24 bzw. mit dessen Trennschiene 23 verbunden ist. Die Einzelheiten der Patrone 9 und der anschließbaren Auswerteschaltungen bzw. Versorgeschaltungen sind, da sie nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind, weggelassen.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungs- bzw.
Anwendungsbeispiele beschränkt. Sie umfaßt auch alle fachmännischen Abwandlungen und Weiterbildungen sowie Teil- und Unterkombinationen der beschriebenen und/oder dargestellten Merkmale und Maßnahmen.
Bezugszeichenliste 1 Isolator 41 2 oberer Hohlraum 42 3 43 unterer Hohlraum 4 obere (Hochspannungs-)Elektrode 44 untere (hochspannungsfreie) Elektrode 6 obere Halbkugel 46 7 untere Halbkugel 47 8 Befestigungsteil 48 9 Patrone 49 10 Eefestigungsschraube So 11 Hohlraum in 10 51 12 Meßverstärker 52 13 Relais 53 14 Steckanschlüsse 54 15 Varistor 55 16 Spannungsteilerwiderstand 56 17 Spannungsteiler widerstand 57 18 Federelement 58 19 Gießharz in 2 59 20 Gießharz in 11 60 21 Traverse 61 22 Stromschiene 62 23 Trennschiene 63 24 Trennschalter 64 25 Gewindeabschnitt 65 Ausgangswiderstand 66 27 Knotenpunkt 67 28 68 29 69 30 70 31 71 32 72 33 73 34 74 35 75 36 76 37 77 38 78 39 79 4° 80 Leerseite

Claims

Ansprüche Stützisolator, insbesondere für Hochspannungstrennschalter, mit Hohlräumen zur Aufnahme von Befestigungsmittel, dadurch gekennzeichnet,~ daß in den Hohlräumen (2, 3) des Isolators (1) ein kapazitiver Spannungsteiler angeordnet ist, daß an den hochspannungsfreien Teil des kapazitiven Spannungsteilers eine elektronische Schaltung angeschlossen ist, deren Ausgang zum Feststellen bzw. zur Anzeige der Hochspannung an einer mit dem Isolator (1) verbundenen Stromschiene (22) bzw. zur Betätigung eines Hochspannungsschalters mit einem zugeordneten Schaltelement (13) in Verbindung steht.
2. Isolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kapazitive Spannungsteiler aus zwei im Abstand voneinander in den Isolator (1) eingegossene Elektroden (4, 5) gebildet ist, daß die Elektroden (4, 5) an ihren Enden vorzugsweise zu Halbkugeln (6, 7) ausgebildet sind, die im Isolator (1) einander gegenüberliegen und daß die- mit Hochspannung beaufschlagbare Elektrode (4) mit einem, mit einem Stromschienenträger verbindbaren, Befestigungsteil (8) verbunden ist.
3. Isolator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Befestigungsschraube (10) für den Isolator (1) zur Aufnahme der elektronischen Schaltung hohl ausgeführt ist, und daß die elektronische Schaltung in einer Patrone (9) angeordnet ist, die in einem Hohlraum (11) der Befestigungsschraube (10) einsetzbar ist.
4. Isolator nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch~gekennzeichnet, daß die nicht mit Hochspannung beaufschlagte Elektrode (5) mittels eines Federelementes (18) mit der elektronischen Schaltung bzw. der Patrone (9) in Verbindung steht.
5. Isolator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltung einen Meßverstärker (12) aufweist, dem eine dem Ableitstrom des kapazitiven Spannungsteilers proportionale Spannung zugeführt wird, und dessen Ausgangsspannung bzw. Ausgangsstrom ein Schaltelement (z.B. Relais 13) betätigt.
6. Isolator nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Patrone (9) mit Steckanschlüsen (14) für die Zufuhr einer Betriebsspannung und die Ableitung der Meßspannung versehen ist.
7. Isolator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronischen Schaltung ein Überspannungsschutzelement (z.B. Varistor 15) vorgeschaltet ist.