Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen auf Hochspannungspotential befind¬ lichen Stromwandler nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Stromwandler der eingangs genannten Art dienen zur Erfassung vo Strömen in einem Hochspannungspotential führenden Leiter einer Hochspannungsanlage.

Aus der DE-OS 25 46 694 ist ein Meßsendegerät für Hoch¬ spannungsleitungen bekannt geworden, welches auf Be¬ triebspotential, d. h. Hochspannungspotential, befindliche Me߬ wertaufnehmer für elektrische Größen der Hochspannungsleitung aufweist. Die Ausgangssignale der Meßwertaufnehmer werden einem Umwandlungs-Digitalisierungsteil, der sich auf Betriebspotentia befindet, zugeführt und als digitale Signale beispielsweise durch eine Sendeeinrichtung auf Erdpotential übertragen. Wie de Meßwertaufnehmer ausgebildet ist, ist aus der DE-OS 25 46 694 nicht zu ersehen.

Aus der DE-OS 37 12 190 ist ein Stromwandler der eingangs ge¬ nannten Art bekannt geworden, dessen Meßwertaufnehmer in Form einer Rogowskispule ausgebildet ist. Die Rogowskispule ist au¬ ßerhalb des Außenumfangs des elektrischen Leiters um diesen her umgewickelt. Die dabei aufgenommenen elektrischen Signale werde einer innerhalb des Innenleiters befindlichen Meßeinheit zuge¬ führt, von der aus die ausgewerteten Signale über eine Datenlei tung in Form einer Glasfaserleitung durch einen Isolator nach außen heraus geführt werden. Die Stromversorgung für die Meßein heit erfolgt über eine weitere Glasfaserleitung, die von Erdpo¬ tential durch den Isolator hindurch auf Hochspannungspotential geführt ist. Diese Ausgestaltung ist relativ kompliziert, insbe sondere wegen der speziellen Stromversorgung für den Meßwertauf nehmer.

Eine weitere Ausführung von Stromwandlern sind induktive Me߬ wandler, siehe z. B. CH-PS 514 923, die im Bereich der Außenkap selung einen oder mehrere Ringkerne aufweisen, die den Leiter konzentrisch umgeben. Diese Stromwandler sind technisch aufwen¬ dig zu fertigen.

Aus dem JP-Abstract 58-124 960 ist eine Meßanordnung bekannt ge worden, die in einem halbzylindrischen Ausschnitt im Innenleite angeordnet ist. Der Sensor ist ein Fotoelement, mit dem das elektrische Feld im Inneren des Ausschnittes detektiert wird. Bei dieser Ausgestaltung kommt es darauf an, daß dort, wo der Sensor angeordnet ist, die größte Konzentration der Strompfade vorhanden ist. Dies erfolgt bei der Anordnung nach dem JP-Ab¬ stract da urch, daß der Ausschnitt, in dem sich der Sensor be¬ findet, auf der gegenüberliegenden Seite des Innenleiters von zwei weiteren Ausschnitten flankiert wird, wodurch ein omega- förmiger oder meander-förmiger Strompfadverlauf erzeugt wird. Darüberhinaus ist ersichtlich, daß die Ausschnitte so tief ein¬ gefügt werden, daß die Böden der Ausschnitte auf der Mittelachse des Innenleiters liegen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Stromwandler der eingangs genannten Art zu schaffen, der einfach zu fertigen ist und eine hohe Meßgenauigkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kenn¬ zeichnenden Merkmale des Anspruches 1.

Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Un¬ teransprüchen angegeben.

Die Meßeinrichtung befindet sich erfindungsgemäß innerhalb der Außenkontur innerhalb einer Vertiefung des auf Hochspannungspo¬ tential befindlichen Innenleiters; von der Meßeinheit erzeugte Lichtsignale werden dabei nach Anspruch 2 als Lichtstrahl oder über Lichtleiter und zwar - gemäß Anspruch 3 - bei einer metall¬ gekapselten HochspannungsSchaltanlage durch den Stützisolator auf Erdpotential geführt. Wenn das Lichtsignal über einen Licht-

strahl in einer metallgekapselten Hochspannungsanlage auf Erdpo tential geführt werden soll, dann sind im Innenleiter und im Au ßenleiter jeweils radiale Bohrungen vorgesehen, die für den Lichtstrahl durchlässig sind. Daß dabei mindestens der Außenlei ter mit einer transparenten Abdichtung in der Radialbohrung ver sehen sein muß, ist selbstverständlich. Daß weiterhin die Radi¬ albohrungen miteinander fluchten müssen, liegt auch auf der Hand.

Zwar ist, wie eingangs erwähnt, aus der DE-OS 37 12 190 eine au Hochspannungspotential befindliche Meßanordnung, deren Meßsi¬ gnale als Lichtsignale zum Erdpotential übertragen werden, be¬ kannt. Von Bedeutung ist aber, daß die Energieversorgung einer¬ seits und die Herausführung der in Lichtsignale umgewandelten Meßsignale anders ausgestaltet sind.

Die Ausführung nach der Erfindung ermöglicht es, eine Stromwand lereinheit zu bilden, die in bestehende Anlagen nachgerüstet werden kann. Dadurch, daß der die Spule abdeckende Zylinder einen Außendurchmesser aufweist, der dem Außendurchmesser des Innenleiters gleicht, ändert sich bei metallgekapselten Hoch¬ spannungsanlagen die dielektrische Durchschlagsfestigkeit zwi¬ schen dem Innenleiter im Bereich der Spule und dem Außenleiter nicht.

Wenn der Innenleiter oder die Innenleiter (bei einer mehrphasi¬ gen Anordnung) mittels eines scheibenförmigen Stützisolators in nerhalb der Metallkapselung festgehalten sind, dann werden die Lichtleiter nach Anspruch 3 in bevorzugter Weise spiral- oder mäanderförmig innerhalb des Stützisolators nach außen hin ver¬ legt sein. Hierdurch ergibt sich eine günstige Anordnung bezüg¬ lich der Kriechstrecken entlang der Lichtleiter.

Zwar ist aus der DE-OS 32 07 306 bekannt geworden, wie Lichtlei ter von Hoch- und Niederspannungspotential geführt werden kön¬ nen. Allerdings handelt es sich bei dem bekannten Isolator nich um einen innerhalb einer gasisolierten, metallgekapselten Anlag befindlichen scheibenförmigen Stützisolator, sondern um einen

Porzellanisolator mit Tellern zur Verlängerung der Kriechstrec¬ ken. Außerdem befinden sich die Lichtleiter auf der Außenfläche und sie verlaufen wendeiförmig, nicht aber spiralförmig.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann ge¬ mäß Anspruch 4 zur SpannungsVersorgung der Über- tragungsschaltungsanordnung ebenfalls innerhalb der Außenfläche des Leiters eine Kondensatoranordnung vorgesehen, die dadurch gebildet ist, daß der Leiter eine umlaufende Vertiefung auf¬ weist, in der in Abstand zum Boden der Vertiefung eine Elektrode isoliert angeordnet ist. Der Außendurchmesser der Elektrode ent¬ spricht dem Außendurchmesser des Leiters.

Der vom _; ,Meßwandler aufgenommene Strom ist an sich ein Analogsi¬ gnal, und demgemäß ist in zweckmäßiger Weise die Übertragungs- schaltungsanordnung als Analog/Digital-Wandler mit einem Licht¬ sender ausgebildet, der das analoge Meßsignal in ein digitales Lichtsignal umwandelt, welches direkt als Lichtstrahl oder mit¬ tels der Lichtleiter zu einer auf Erdpotential bzw. außerhalb der Kapselung befindlichen Auswerteeinheit übertragen wird.

Die Meßwerte können zusätzlich in analoger Form mit einer weite¬ ren Lichtstrahlstrecke oder Lichtleiterstrecke in den Außenraum zur Auswerteeinheit übertragen werden, um den Phasenwinkel genau erfassen zu können.

Die Übertragungsschaltungsanordnung befindet sich auf hohem Po¬ tential innerhalb des stromführenden Innenleiters.

Aus technischen Gründen, beispielsweise bei hohen Lastströmen oder bei Sonneneinstrahlung, kann die Temperatur des Innenlei¬ ters Temperaturen über 80° C annehmen. Nicht ausgeschlossen wer¬ den können Temperaturanstiege bis 130° C. Die sichere Funktion der Übertragungsschaltungsanordnung und der zugehörigen Opto¬ elektronik ist allerdings nur bis zu Grenzwerten der Ein¬ satztemperatur gewährleistet; die Grenzwerte liegen bei 75° C, in speziellen Fällen auch bei 125° C.

Zur Kühlung kann gemäß den Merkmalen des Anspruches 8 ein Pel- tier-Element benutzt werden, dessen Grundprinzip allgemein be¬ kannt ist und beispielsweise in Meyers-Lexikon der Technik und der exakten Naturwissenschaften, 3. Band, Bibliographisches In stitut, Mannheim/Wien/Zürich, 1970 erläutert ist.

Anhand der Zeichnung, in der zwei Ausführungsbeispiele der Er¬ findung dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigen:

Figur 1, . eine schematische Darstellung eines Stromwandler innerhalb einer Hochspannungsschaltanlage, mit Lichtleitern,

Figur 2 den Stromwandler nach Figur 1 mit direktem Licht strahl, und

Figur 3 einen Stromwandler nach Figur 1 mit Kühlung.

Eine metallgekapselte, gasisolierte Hochspannungsschaltung, wi sie in der Figur 1 dargestellt ist, besitzt eine auf Erdpoten¬ tial befindliche Außenkapselung 10, in der konzentrisch ein ho ler, Hochspannungspotentiäl führender Innenleiter 11 angeordne ist. Die Außenkapselung 10 ist aus zwei Kapselungsteilen 12, 1 zusammengesetzt, an deren Stirnenden je ein Flansch 14 bzw. 15 vorgesehen ist, zwischen denen ein scheibenförmiger Stützisola tor 16 für den Innenleiter 11 eingespannt ist. Anstatt eines I nenleiters 11 können selbstverständlich bei mehrphasig gekapse ten Schaltanlagen auch eine der Anzahl der Phasen entsprechend Anzahl von Innenleitern vorgesehen werden.

Innerhalb des Innenleiters 11 ist eine umlaufende Vertiefung 4 eingebracht, die durch einen von einem Rand 41 der Vertiefung Richtung der Außenfläche vorspringenden Abdeckzylinder 42 bis auf einen Spalt 43 abgedeckt ist. In dem durch den Zylinder 42

und den Boden der Vertiefung 40 befindlichen Innenraum 44 ist eine Spule 45 untergebracht, die beispielsweise als Rogows¬ kispule ausgebildet ist und deren Meßsignale über Leiter 46, 47 einer Schaltungsanordnung 25 zugeführt werden, die im Inneren des Innenleiters 11 angeordnet ist. In dieser werden die durch die Leiter 23 und 24 zu der Schaltungsanordnung 25 geführten analogen Meßsignale in digitale Signale umgewandelt. Demgemäß handelt es sich bei der Schaltungsanordnung 25 um einen Ana- log/Digital-Wandler. An dem Analog/Digital-Wandler 25 befindet sich ein Lichtsender 26; Analog-Digital-Wandler und Lichtsender bilden zusammen die ÜbertragungsSchaltungsanordnung, wobei der Lichtsender die digitalen Signale nach Umwandlung in Lichtsi¬ gnale auf eine Lichtleiteranordnung oder Lichtleiter 27 über¬ trägt, die - wie in der Figur schematisch dargestellt - spiral- oder mäanderförmig durch den Stützisolator 16 nach außen her¬ ausgeführt ist. Man erkennt in der Figur die einzelnen Quer¬ schnitte der Lichtleiteranordnung 27. Die Lichtleiteranordnung 27 ist mit einer Auswerteschaltung 28 verbunden, in der die Lichtsignale ausgewertet werden. Der Innenleiter 11 besitzt eine umlaufende weitere Vertiefung 30, auf deren Boden Isolierstege 31 und 32 angeordnet sind, mittels denen eine Elektrode 33 ge¬ genüber dem Innenleiter 11 isoliert abgestützt ist. Zwischen der Elektrode 33 und dem Boden der Vertiefung 30 ist somit ein Kon¬ densator oder eine Kapazität 34 gebildet; mit der zwischen der Elektrode 33 und der Metallkapselung 12 befindlichen Kapazität 35 bildet der Kondensator ^' 34 einen kapazitiven Spannungsteiler.

Der Wandler 25 wird mittels dieser erwähnten Kondensatoran¬ ordnung 34/35 über Leiter 36/37 mit Spannung versorgt.

Es besteht natürlich die Möglichkeit, daß die Spannungs¬ versorgung für den Wandler 25 und dem Lichtsender 26 von dem Meßwandler selbst und nicht mittels einer zusätzlichen Versor¬ gungskapazität bereitgestellt wird.

Nicht dargestellt ist ein jeweils zusätzlicher Lichtleiter, der dem induktiven Meßwandler 45 zugeordnet ist und der die von dem Meßwandler erzeugten Signale in analoger Form der Auswerteschal-

tung zuführt. Diese zusätzlichen Lichtleiteranordnungen würden ebenso spiral- oder mäanderförmig durch den Stützisolator 26 hindurchgeführt; mit diesen analogen Signalen, die zur zu mes¬ senden Größe in gleicher Phase liegen, kann der Phasenwinkel ge nau erfaßt werden.

Die Erfindung ist anwendbar bei gas- oder flüssigkeitsisolierte Hochspannungsschaltanlagen und sie besitzt insgesamt einen ver¬ gleichweise geringen Raumbedarf und ist außerdem mit geringem Aufwand herstellbar. Sie kann - in modifizierter Form - auch be Freiluftanlagen angewendet werden.

Die Figur 1 zeigt lediglich einen Einzelleiter innerhalb der Me tallkapselung; die Hochspannungsanlage kann natürlich auch eine mehrphasige gekapselte Anlage sein. Dann kann die Elektrode 33 nur über einen Teil des Umfangs ausgebildet sein, so daß die Spannungsversorgung für jeden einzelnen Innenleiter separat er¬ folgt.

Aufgrund der Ausgestaltung der Anordnung nach der Figur 1 befin det sich im Inneren des Meßwandlers bzw. der Versor¬ gungskapazität das gleiche Dielektrikum wie innerhalb der Außen kapselung 10, so daß die Meßsignale in erster Näherung tempera¬ turabhängig sind.

Der Zylinder 42 endet, wie ersichtlich, in einem Abstand zu dem nächsten Rand der Vertiefung 40, wodurch der Spalt 43 gebildet ist. Dieser ist sehr wichtig, um eine magnetische Abschirmung der Spule bei Kurzschlußströmen zu vermeiden. Der Zylinder 42 dient lediglich als Abschirmung für die Spule 45, insoweit als Meßverfälschungen durch kapazitive Einstreuungen vermieden wer¬ den. Die Spule 45 ist in zweckmäßiger Weise als Rogowskispule ausgebildet.

Daß die Versorgung des Wandlers 25 als Spannungsversorgung aus¬ gebildet ist, hat den Grund, daß Spannung immer vorhanden ist bzw. die Spannung dem Strom voreilt. Dies hat den Vorteil, daß

die Versorgung des Wandlers 25 sowie des zugehörigen Lichtsen¬ ders 26 sichergestellt ist.

Die Meßsignale können auch über einen direkten Lichtstrahl nach außen auf Erdpotential übertragen werden. Hierzu besitzen der Innenleiter 11 und der Außenleiter 10 je eine Radialbohrung 50 und 51, wobei die Radialbohrung 51 des Außenleiters 10 mit einem Fenster 52 aus geeignetem transparentem Material verschlossen ist. Die Auswerteeinheit 28 ist dann so dem Fenster 52 zuzuord¬ nen, daß Streulicht den Empfang der Auswerteeinheit nicht beeinträchtigen kann, siehe Figur 2.

Die Kühlung der elektronischen Bauteile der Übertraguήgs- schaltuiigsanordnung erfolgt nach Figur 3.

Auf einem Absatz 60 im Inneren des Innenleiters 11 ist ein Pel¬ tier-Element, das in seiner Gesamtheit mit 61 bezeichnet ist, aufgesetzt. Das Peltier-Element 61 besitzt, wie bekannt, Leiter¬ materialien unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit, wie beispielsweise aus Meyers-Lexikon der Technik und der exakten Naturwissenschaften, Band 3, Seite 1916 bekannt, so daß hier nicht näher auf die Zusammensetzung eingegangen werden muß.

Zur Verringerung der Betriebstemperaturen wird bzw. werden die Übertragungsschaltungsanordnungen mit der kalten Fläche des Pel- tier-Elementes 61 thermisch kontaktiert.

Das Peltier-Element 61 wird mittels eines den Innenleiter 11 um¬ gebenden geeignet bemessenen Stromwandlers 62 über Leitungen 63 und 64 mit Strom versorgt, so daß für die Übertragungsschal- tungsanordnung 25/26 ein ausreichender Kühleffekt erzielt werden kann. Selbstverständlich könnte auch die Spannungsversorgung 29 benutzt werden. Daß ein Gleichrichter vorgesehen sein muß, ist selbstverständlich und in Figur 3 nicht näher dargestellt.