für Hochspannung

Die Erfindung betrifft einen Stromwandler (Kombiwandler) mit Fluid- oder Ölpapierisolierung für Hochspannung, mit einem Kopfgehäuse, das von einem Primärleiter durchquert ist, wobei in dem Kopfgehäuse eine von dem Primärleiter durchsetzte Mess ^¬ einrichtung mit einem in einer Schutzhülle angeordneten Messkern angeordnet ist.

Für den Betrieb von Energieübertragungsnetzen besteht vielfach im Hochspannungssystem ein Bedarf, Ströme zu messen. Dies gilt für verschiedene Anwendungen, insbesondere für den Betrieb des Netzes an sich, für Verbraucheranschlüsse oder auch für An ^¬ schlüsse von Erzeugern. Wegen dieser unterschiedlichen Anwendungsfälle wird daher eine hohe Skalierbarkeit bezüglich des Strommessbereichs von den Strommesseinrichtungen (Stromwand ^¬ ler) erwartet.

Seit langem bekannt sind Stromwandler für Hochspannungssysteme mit kontaktloser Messung. Hierbei ist ein den Strom auf Hochspannungsniveau führender Primärleiter mittig durch eine to ^¬ rusförmige Messeinrichtung geführt. Zur Erweiterung des Strommessbereichs kann der Primärleiter mehrsträngig ausgeführt werden, häufig mit vier parallelen Strängen. Hierbei sind die Stränge mechanisch parallel durch die torusförmige Messein ^¬ richtung geführt. Elektrisch können die Stränge wahlweise in Reihenschaltung (mit externer Rückführung) oder Parallelschaltung verbunden werden. Indem die Stränge in Reihe geschaltet werden, kann der Strommessbereich nach unten, und durch Parallelschaltung der Strommessbereich nach oben erweitert werden.

Generell sind zur Vermeidung von Überschlägen Hochspannungswandler meist mittels Fluid - und/oder Ölpapierisolierung iso- liert. Bei einer mehrsträngigen Ausführung des Primärleiters führt dies zu dem Nachteil, dass eine mehrfache Durchführung durch den mittels Fluid - und/oder Ölpapierisolierung isolierten Innenraum erforderlich ist. Dies bedingt eine Vielzahl von Dichtungen. Meist müssen pro Strang zwei Dichtungen (am Eintritt sowie am Austritt) vorgesehen werden. Dies ist aufwendig und kann meist nur im Werk bei der Herstellung erfolgen. Eine nachträgliche Anpassung an einen veränderten Strommessbereich durch Hinzufügen weiterer Stränge ist deswegen kaum praktika- bei.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Stromwandler für Hochspannungssysteme dahingehend zu verbessern, dass sie mit weniger Aufwand besser anpassbar sind.

Die erfindungsgemäße Lösung liegt in den Merkmalen des unab ^¬ hängigen Anspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Bei einem Stromwandler mit Fluid- oder Ölpapierisolierung für Hochspannung, mit einem Kopfgehäuse, das von einem Primärlei ^¬ ter durchquert ist, wobei in dem Kopfgehäuse eine von dem Pri ^¬ märleiter durchsetzte Messeinrichtung angeordnet ist, ist er ^¬ findungsgemäß vorgesehen, dass der Primärleiter zwei verschie- dene Arten umfasst, und zwar als erste Art einen Außenrohr- Primärleiter und als zweite Art einen oder mehrere Innenlei ^¬ ter-Primärleiter, wobei der Außenrohr-Primärleiter einen Innenraum umschließt, der zur Aufnahme der Innenleiter-Primärleiter ausgebildet ist, und die Innenleiter-Primärleiter in den Innenraum einsteckbar sind.

Kern der Erfindung ist der Gedanke, mit dem Außenrohr einen besonderen Primärleiter zu schaffen, der einerseits zur Leistungsübertragung dient und andererseits eine Umhüllung für die Innenleiter schafft. Die Erfindung hat erkannt, dass somit nur der Außenrohr-Primärleiter gegenüber dem Kopfgehäuse abgedichtet werden muss, und daher Innenleiter problemlos nachträglich eingesteckt oder entfernt werden können, ohne dass eine Befas- sung mit Dichtmaßnahmen erforderlich wäre. Es wird erfindungs- gemäß somit eine besondere Kombination geschaffen, bei der das als schützende Umhüllung fungierende Außenrohr zugleich Primärleiter ist.

Eine nachträgliche Änderung hinsichtlich der Konfiguration und Anzahl der Primärleiter ist damit auf einfache Weise möglich. Ferner wird die Anzahl der Dichtungen verringert auf zwei (je eine am Anfang und Ende des Außenrohr-Primärleiters) gegenüber zwei je Strang (das waren insgesamt acht Dichtungen bei der häufigen Ausführung mit vier Leitersträngen) , was nicht nur eine Verringerung des Herstellungsaufwands bedeutet, sondern auch eine Erhöhung der Zuverlässigkeit mit sich bringt.

Außerdem hat die Erfindung den Vorteil, dass die Innenleiter keinen unmittelbaren Kontakt zu dem Kopfgehäuse haben und da- mit thermisch besser isoliert sind, wodurch die - an sich unerwünschte - Erwärmung des Stromwandlers und insbesondere sei ^¬ ner Messeinrichtung wegen unvermeidlicher Stromwärmeverluste in den Primärleitern minimiert wird. Unter einem Fluid wird Gas, beispielsweise Schwefelhexafluorid SF6, oder Flüssigkeit, beispielsweise Öl, verstanden.

Zweckmäßigerweise sind in dem Innenraum mehrere Aufnahmeta ^¬ schen gebildet, welche den oder die Innenleiter-Primärleiter im Innenraum positionieren. Damit ist die Positionierung der Innenleiter-Primärleiter definiert, so dass sie bei Bedarf einfach in die Aufnahmetasche eingeschoben werden können. Weitergehende Maßnahmen für eine korrekte Aufnahme oder Positio ^¬ nierung der Innenleiter-Primärleiter sind nicht erforderlich. Vorzugsweise sind für die Aufnahmetaschen Abstandshalter vor- gesehen. Damit ergibt sich automatisch durch das Einschieben der Innenleiter-Primärleiter auch deren korrekte Positionierung. Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Abstandshalter in die Aufnahmetasche integriert sind, so dass keine zusätzlichen Bauteile benötigt werden. Eine Nachrüstung des erfindungsgemä ^¬ ßen Stromwandlers mit weiteren Innenleiter-Primärleitern ist damit deutlich vereinfacht. Vorzugsweise sind die Innenleiter- Primärleiter luftisoliert ausgeführt. Vorzugsweise sind die Innenleiter-Primärleiter in Umfangsrich- tung gleichmäßig verteilt angeordnet. Dies bietet einen maxi ^¬ malen Abstand zwischen den einzelnen Primärleitern, was gerade im Fall der Reihenschaltung günstig ist für auftretenden Potenzialunterschiede zwischen den Innenleiter-Primärleitern. Ferner ergeben sich günstige Verläufe für die Feldlinien der elektrischen und magnetischen Felder. Besonders zweckmäßig ist eine Anordnung von drei Innenleiter-Primärleiter an Eckpunkten eines Dreiecks, das insbesondere rechtwinklig und gleich ^¬ schenklig ist.

Der Außenrohr-Primärleiter ist vorzugsweise nur auf einer Seite isoliert in das Kopfgehäuse geführt und aus der gegenüber ^¬ liegenden Seite über eine Kontaktgrundplatte leitend mit dem Kopfgehäuse verschraubt. Ferner ist es zweckmäßig, wenn der oder die Innenleiter-Primärleiter isoliert sind gegenüber dem Außenrohr-Primärleiter. Damit ist es möglich, dass Potenzialunterschiede zwischen Innenleiter und Außenrohr bestehen können. Das kann insbesondere für eine Reihenschaltung der Innenleiter genutzt werden, umso den Strommessbereich zu erweitern.

Bei einer bewährten Ausführungsform ist der Innenraum einheitlich und frei von Zwischenwänden ausgeführt. Somit besteht ei ^¬ ne größtmögliche Variabilität bei der Nutzung des Innenraums mit verschiedenen Innenleiter-Primärleitern. Mit Vorteil ist der Außenrohr-Primärleiter so ausgeführt, dass er eine in den Innenraum weisende Ausstülpung aufweist. Diese Ausstülpung engt den Innenraum an einer Stelle ein. Vorzugsweise ist es genau die Stelle, an der ein (fiktiver) zusätzli- eher Innenleiter angeordnet wäre ( innenleitergleiche Positio ^¬ nierung der Ausstülpung) . Mit dieser Ausstülpung wird zum einen ein gut leitender Bereich mit großem Querschnitt für den Außenrohr-Primärleiter bereitgestellt, zum anderen wird damit eine flächenmäßig große Anschraubfläche an den Enden des Au- ßenrohr-Primärleiters geschaffen. Sie stellt damit eine quer ^¬ schnittsmäßig gesehen große und somit niederohmige sowie si ^¬ chere Anschlussmöglichkeit für den Strom zuführende bzw. ab ^¬ führende Hochspannungsleitungen dar. Zur Anordnung der zuführenden bzw. abführenden Hochspannungsleitungen sind vorzugs- weise an beiden Enden des Außenrohr-Primärleiters entsprechen ^¬ de Anschlüsse vorgesehen. Zweckmäßigerweise ist der Quer ^¬ schnitt der Ausstülpung mindestens so groß gewählt wie derje ^¬ nige eines der Innenleiter-Primärleiters. Damit ist sicherge ^¬ stellt, dass über die Ausstülpung der Strom genauso gut und mit gleichen (oder sogar geringeren) Verlusten geführt werden kann wie über die Innenleiter-Primärleiter.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beige ^¬ fügte Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläu- tert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines Stromwandlers mit Isolatorfuß und Kopfgehäuse; Fig. 2 eine schematische Ansicht der Anordnung der Innenleiter im Außenrohr-Primärleiter (mit Stromdichte) ;

Fig. 3a-c Frontansichten des Kopfgehäuses ohne und mit Innen ^¬ leitern; Fig. 4a-c Frontansichten mit montierten Innenleitern und deren Anschlüssen; und

Fig. 5 eine schematische Längsschnittdarstellung des Kopf- gehäuses eines zweiten Ausführungsbeispiels.

Ein in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 1 bezeichneter Stromwandler für Hochspannungsanwendungen ist in einer teilgeschnittenen Darstellung in Figur 1 dargestellt. Der Stromwand- 1er 1 weist einen Wandlerkopf 10 mit einem Gehäuse 11 auf, der am oberen Ende eines langgestreckten Isolatorfußes 12 angeord ^¬ net ist. Oben auf dem Wandlerkopf 10 ist ein Topf 17 angeord ^¬ net . Mit einem Flansch 13 am unteren Ende des Isolatorfußes 12 ist der Stromwandler 1 fest auf einer Unterlage montierbar. In dem Inneren des Isolatorfußes 12 ist ein Sekundärleiter 20 ange ^¬ ordnet, der die von einem Messkern 2 im Wandlerkopf 10 aufge ^¬ nommene Signale für einen gemessenen Strom zu einem Anschluss- kästen 14 am Flansch 13 führt.

Der Wandlerkopf 10 weist eine scheibenartige Gestalt mit einer mittigen Durchgangsöffnung 16 auf. Durch die Durchgangsöffnung 16 ist ein Primärleiter 3 geführt.

Um die Durchgangsöffnung 16 herum ist eine torusförmige Mess ^¬ einrichtung 2 in dem Wandlerkopf 10 angeordnet. Sie ist zwei- lagig ausgeführt und weist zwei Messkerne 21, 22 auf, die kon ^¬ zentrisch um die Durchgangsöffnung 16 angeordnet sind. Die Messkerne sind - in an sich bekannter Weise - dazu ausgebil ^¬ det, den durch den Primärleiter 3 geführten Strom berührungslos zu erfassen und ein entsprechendes Signal über den im Iso ^¬ latorfuß 12 angeordneten Signalleiter 20 auszugeben. Bei dem in Figur 1 dargestellten Stromwandler handelt es sich um einen öl-isolierten Stromwandler. Die Erfindung kann ebenso ausgeführt sein an einem mittels Schutzgas isolierten Stromwandler. Dies ist in Fig. 5 schematisch dargestellt. Bei die- ser alternativen Ausführungsform ist der Wandlerkopf 10 ^λ mit einer Gasisolierung anstelle der Olisolierung versehen. Man erkennt, dass hierbei der Topf 17 ^λ eine größere Bauhöhe auf ^¬ weist. Aus Übersichtsgründen sind in Fig. 5 wie auch in Fig. 1 Anschlussplatten für den Primärleiter nicht dargestellt.

Der Primärleiter 3 besteht aus einem Außenrohr-Primärleiter 30 mit einem Innenraum 35, in dem einer oder mehrere Innenleiter- Primärleiter 41, 42, 43 aufnehmbar sind. Unabhängig von der Art des isolierenden Mediums muss der Primärleiter 3 abgedichtet sein. Zu diesem Zweck sind an den Stellen, an denen der Außenrohr-Primärleiter 30 in den Wandlerkopf 10 eintritt bzw. austritt jeweils eine Dichtung 39 vorgesehen. Die Dichtung 39 umgibt jeweils den Primärleiter 30 an seinem Außenumfang.

Die Anordnung von Innenleiter-Primärleiter relativ zu dem Außenrohr Primärleiter ist in Figur 2 dargestellt. Man erkennt den Außenrohr-Primärleiter 30, in dem ein Innenraum gebildet ist. Der Innenraum ist vorgesehen zur Aufnahme von drei Innenleiter-Primärleiter 41, 42, 43. Sie sind als kreisförmige Stä ^¬ be ausgeführt und in verrundeten Aufnahmetaschen 31, 32, 33 des Innenraums angeordnet. Hierbei ist die Form der Aufnahme ^¬ taschen 31, 32, 33 so auf die Innenleiter-Primärleiter 41, 42, 43 abgestimmt, dass sich im wesentlichen gleichmäßige Abstände zwischen dem Außenumfang der Innenleiter-Primärleiter 41, 42, 43 einerseits und dem Rand des Innenraums 35 andererseits er ^¬ geben, wobei die Abstände zwischen zwei benachbarten Innenlei ^¬ ter-Primärleitern 41, 42 bzw. 41, 43 jeweils doppelt so groß sind wie der Abstand zwischen Innenleiter-Primärleiter 41, 42, 43 und dem Rand des Innenraums 35. Damit wird eine gleichmäßi ^¬ ge Feldverteilung des elektromagnetischen Feldes erreicht. Die Innenleiter-Primärleiter sind luftisoliert gegenüber dem sie umgebenden Außenrohr-Primärleiter 30.

Erfindungsgemäß ist der Innenraum 35 zur Umgebung hin offen. Damit können die Innenleiter-Primärleiter 41, 42, 43 dichtungsfrei in den Innenraum 35 des Außenrohr-Primärleiters 30 eingesetzt sein. Eine Nachrüstung mit Innenleiter-Primärleiter 41, 42, 43 ist damit leicht und auch im Feld möglich. Die ein ^¬ zigen Dichtungen sind außenseitig an dem Außenrohr-Primärlei ^¬ ter 30 vorgesehen, und werden bereits im Werk eingesetzt. Da ^¬ mit ergibt sich eine robuste und gut nachrüstbare Gesamtkon ^¬ struktion .

Die drei Innenleiter-Primärleiter 41, 42, 43 sind angeordnet in einer Dreieckskonfiguration und zwar in der Weise, dass sie Eckpunkte eines rechtwinkligen gleichschenkeligen Dreiecks bilden. Bezogen auf den Querschnitt des Außenrohr-Primärlei- ters 30 ist das von den drei Innenleiter-Primärleiter 41, 42, 43 gebildete Dreieck außermittig angeordnet. Es verbleibt so ^¬ mit ein Raum für eine Ausstülpung 34 des Außenrohr-Primärlei ^¬ ters 30. Dieser ist an der Stelle angeordnet, an der - bei re ^¬ gelmäßiger Anordnung - ein vierter Innenleiter angeordnet wä- re . Die Ausstülpung 34 ist so beschaffen, dass ihr Querschnitt mindestens so groß ist wie einer der Innenleiter-Primärleiter 41, 42, 43. Damit tritt das von ihr hervorgerufene elektrische Feld funktionell an die Stelle eines weiteren Innenleiters. Im Ergebnis ergibt sich damit nicht nur eine günstige Feldvertei- lung, sondern auch eine günstige Stromdichteverteilung. Diese ist in Figur 2 durch unterschiedliche Stufen von Grauschattie ^¬ rung kenntlich gemacht.

Verschiedene Anordnungsvarianten von Innenleiter-Primärleiter in dem gemeinsamen Außenrohr-Primärleiter 30 sind in den Figu- ren 3 bis 5 dargestellt. Sie zeigen jeweils eine Teilansicht auf den Wandlerkopf, und zwar von der Achse des Außenrohr-Primärleiters 30 gesehen. Dieser weist, wie bereits vorstehend erläutert, einen Innenraum 35 mit drei taschenartigen Ausneh- mungen 31, 32, 33 (Aufnahmetaschen) zur Aufnahme von Innenleiter-Primärleiter auf. In Figur 3a ist kein Innenleiter-Primärleiter eingesteckt. Damit bildet der gesamte Innenraum 35 einen Freiraum. Im Unterschied dazu ist bei der Darstellung gemäß Figur 3b ein Innenleiter-Primärleiter 41 in den Freiraum 35 in eine mittlere der Aufnahmetaschen 31 eingesteckt. Er ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch mehrere Ab ^¬ standshalter 37 in dem Innenraum 35 positionsmäßig fixiert. Die Abstandhalter 37 können als Einzelelemente ausgeführt sein oder als hülsenartige Elemente. Sie sind zweckmäßigerweise nicht entlang der gesamten Länge des Innenleiter-Primärleiters 41 angeordnet, sondern vorzugsweise nur im Bereich von dessen beiden Enden. Figur 3c zeigt eine Darstellung, bei der zwei Innenleiter Primärleiter 41, 42 eingesteckt sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind keine Abstandhalter eingezeichnet. Man erkennt, dass der Innenleiter-Primärleiter 42 in einer der beiden übrigen taschenartigen Ausnehmungen des Innenraums 35 angeordnet ist. Ein optional evtl. vorhandener dritter Innen ^¬ leiter-Primärleiter 43 ist gestrichelt dargestellt. Beispiele für eine Beschaltung des Außenrohr-Primärleiters 30 bzw. der darin angeordneten Innenleiter-Primärleiter 41, 42, 43 sind in den Figuren 4a) bis c) dargestellt. In Figur 4a) ist der Grundfall dargestellt wie in Figur 3a, wonach ledig ^¬ lich der Außenrohr-Primärleiter 30 vorhanden ist. Für diesen ist eine Anschlussplatte 50 vorgesehen, die isoliert an einer Frontseite des Wandlerkopfs 10 angeordnet ist. Die Anschluss ^¬ platte 50 kontaktiert den Außenrohr-Primärleiter 30 über eine Anschlussschiene 60. Diese ist mittels Schraubverbindungen ei ^¬ nerseits mit der Anschlussplatte 50 und andererseits mit dem Außenrohr-Primärleiter 30 verbunden. Zu diesem Zweck ist an dem Außenrohr-Primärleiter 30 im Bereich der Ausstülpung 34 eine Anschraubfläche 38 zur Aufnahme der Verschraubung der An ^¬ schlussschiene 60 ausgebildet. Damit kann eine betriebssichere und hochstromfeste Anschaltung des Außenrohr-Primärleiters 30 erreicht werden. Auf der Rückseite ist eine entsprechende spiegelbildliche Anordnung vorgesehen.

Dabei erfolgt die Beschaltung des Außenrohres mit Vorteil in der Weise, dass das Außenrohr 30 über die Anschlussschiene 60 mit der Anschlussplatte 50 verbunden ist. Das Außenrohr 30 ist dann der erste Leiter. Dieser wird auf der Eingangsseite iso ^¬ liert in das Gehäuse 11 eingeführt und auf der gegenüberlie ^¬ genden Seite über die Kontaktgrundplatte 53 leitend mit dem Gehäuse verschraubt. Das Gehäuse 11 ist dann der erste Rück- leiter. Weitere Rückleiter, Kontaktierungsbügel 51 und 52 so ^¬ wie zugeordnete Anschlussplatten sind isoliert auf der Kon ^¬ taktgrundplatte montiert. Sie können je nach der gewünschten Schaltungsvariante über die Anschlussschienen 61, 62, 63 verschaltet werden.

Reicht die Anordnung gemäß Figur 4a) für die Übertragung der Ströme nicht aus, so können erfindungsgemäß weitere Primärlei ^¬ ter eingesetzt sein, und zwar als Innenleiter-Primärleiter 41, 42, 43, die in den Innenraum 35 des Außenrohr-Primärleiters 30 eingesetzt werden können. Diese sind in den Figuren 4b) und c) dargestellt. Man erkennt neben den drei Innenleiter-Primärlei ^¬ ter 41, 42, 43 zusätzlich noch eine Kontaktgrundplatte 53 so ^¬ wie Kontaktierungsbügel 51, 52. Letztere sind so ausgebildet, dass sie außenseitig um den Wandlerkopf 10 umlaufen, um so dessen Vorder- und Rückseite miteinander zu verbinden. Die

Kontaktierungsbügel 51, 52 werden einzeln mittels entsprechend zugeordneter Anschlussschienen 61, 62, 63 mit jeweils einem der Innenleiter-Primärleiter 41, 42, 43 verbunden. Damit kann eine Reihenschaltung der Innenleiter-Primärleiter 41, 42, 43 unter Einbeziehung des Außenrohr-Primärleiters 30 erreicht werden. Auf diese Weise wird der Messbereich zu kleineren Strömen hin erweitert (genauer gesagt vervierfacht) .

Eine schematische Schnittdarstellung ist in Figur 5 abgebil- det. Es handelt sich hierbei, wie bereits erwähnt, um eine Ausführungsform mit einem schutzgasisolierten Wandlerkopf 7. Deutlich zu erkennen ist der Außenrohr-Primärleiter 30 mit seinen Dichtungen 39, der durch eine Mittelöffnung der torus- förmigen Messeinrichtung 2 geführt ist. Der Innenraum des Wandlerkopfs 10 ^λ mit der torusförmigen Messeinrichtung 2 ist durch Ölpapier oder Gas-, insbesondere Schwefelhexaflourid SF6, isoliert. Innenleiter-Primärleiter sind in dieser Abbildung nicht vorhanden; bei Bedarf können sie in den Innenraum des Außenrohr-Primärleiters 30 eingesteckt werden, ohne dass es dazu erfindungsgemäß zusätzlicher Dichtungen bedarf, da deren Abdichtung zentral von dem Außenrohr-Primärleiter 30 übernommen wird.