Spannungswandler für Hoch- und Mittelspannungen Die Erfindung betrifft einen Spannungswandler, insbesondere einen potentialtrennenden Spannungswandler, einen integrierten Spannungswandler und Verfahren zum Herstellen derselben.

Für die Problematik, dass im Bereich der elektrischen Ener- gieübertragung und -Verteilung an verschiedenen Punkten im Netz Spannung gemessen werden müssen, stehen im Stand der Technik verschiedene Messmethoden zur Verfügung. Insbesondere zur Potentialtrennung und um die zu messende Spannung an die Eingangspegel der Messgeräte anzupassen, werden Spannungs- wandler verwendet. Üblich ist dabei, dass etwa 100 V bei der Nennspannung am Eingang der Messgeräte anliegen.

Diese Spannungswandler setzen das primäre Spannungssignal, im Bereich von 1 KV bis 60 KV für Mittelspannungen oder oberhalb von 60 KV für Hochspannungen, auf die benötigten Energiepegel des jeweiligen Messgerätes oder der jeweiligen Schutzgeräte um.

Diese potentialtrennenden Spannungswandler sind aber relativ teuer und benötigen einen vergleichsweisen großen Einbauraum.

Als Alternative zu den potentialtrennenden Spannungswandlern sind im Stand der Technik nichtpotentialtrennende Spannungs ^¬ wandler bekannt, die zwar im Vergleich mit den potentialtren- nenden Spannungswandlern kleiner und günstiger sind, aber eben nicht die geforderte Potentialtrennung zwischen Ober- und Unterspannungsseite, also der Primärspannung und der Se ^¬ kundärspannung, leisten. Zusätzlich sind die nichtpotential- trennenden Spannungswandler spezifisch an die Eingangsimpe- danz des jeweiligen Messgerätes angepasst. Als Spannungswandler sind folgende Spannungswandler für Mittel- und Hochspannungsanlagen bekannt:

Induktive Spannungswandler, also Transformatoren, die eine Potentialtrennung zwischen dem Primärkreis und dem Sekundärkreis, also der Oberspannungsseite oder Primär ^¬ spannung und der Unterspannungsseite oder Sekundärspannung leisten;

- Kapazitive Spannungswandler, zum Beispiel Kombination eines kapazitiven Spannungsteilers mit einem Transforma ^¬ tor; diese bieten prinzipiell eine Potentialtrennung zwischen dem Primärkreis und dem Sekundärkreis; und

- Spannungswandler mit einem ohmschen Spannungsteiler, der keine Potentialtrennung bietet.

Die induktiven und kapazitiven Spannungswandler benötigen in Schaltanlagen einen relativ großen Bauraum und sind vergleichsweise teuer.

Die ohmschen Spannungswandler, die keine Potentialtrennung ermöglichen, kommen mit deutlich kleineren Bauräumen aus und sind auch in der Herstellung günstiger. Allerdings weisen sie als Nachteil neben der fehlenden Potentialtrennung auch die Notwendigkeit der speziellen Anpassung an die Eingangsimpe ^¬ danz des jeweils angeschlossenen Messgerätes oder Schutzgerä ^¬ tes auf. Die Eingangskreise der Messgeräte sind also funktio ^¬ nale Bestandteile der ohmschen Spannungswandler.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, einen Spannungswandler bereitzustellen, der die Nachteile aus dem Stand der Technik behebt .

Gelöst wird diese Aufgabe durch die unabhängigen Ansprüche 1, 7, 8 und 10 und die von diesen abhängigen Ansprüchen.

In einem Ausführungsbeispiel weist ein erfindungsgemäßer ka ^¬ pazitiver Spannungswandler für Mittel- und Hochspannungsanla- gen einen, um einen Leiter, der mit einer Mittel- und/oder Hochspannung beaufschlagbar ist, anordenbaren koaxialen, kapazitiven Abgriff auf. Der koaxiale, kapazitive Abgriff weist einen Träger auf,

- das elektrisch isolierend ausgebildet ist,

- das radial um den Leiter wickelbar oder anordenbar ist,

- das eine Abgriffmetallisierung, weitere Metallisierungen und eine Anschlussmetallisierung aufweist,

- und die Metallisierungen derart auf dem Träger angeordnet sind, dass sich die Metallisierungen nicht berühren und so beabstandet sind, dass eine Isolationsfestigkeit in Bezug auf eine vorgebbare Nennspannung der Leitung begeben ist. Dabei liegen die Metallisierungen des Trägers, in dem Leiter umwickelten oder umgebenen Zustand, also der Zustand, in dem der Leiter von dem Träger umwickelt oder umgeben ist, im wesentlichen radial übereinander und sind durch den Träger oder mehrere Lagen des Trägers elektrisch voneinander isoliert. Die Anschluss ^¬ metallisierung weist einen Abgriff und/oder ein elektrisches Verbindungselement auf.

Die Metallisierungen können dabei auf oder in den Träger eingebracht sein. Vorteilhafter Weise ist eine Fläche der Meta- llisierungen durch den Träger von einer darüber- oder darunterliegenden Metallisierung elektrisch isoliert.

Unter den Begriffen „wickelbar" und „umwickelt" ist zu verstehen, dass der Träger entweder selbst um den Leiter gewi- ekelt worden ist, oder aber im Vorfeld um zum Beispiel eine Wickelhilfe gewickelt worden ist und dann nach dem Entfernen der Wickelhilfe über den Leiter geschoben wurde und so den Leiter dann umwickelt oder umgibt. Der Begriff koaxial beschreibt die Anordnung der die Kondensatoren bildenden Metallisierungen um den Leiter. Dabei kann der Leiter Rund oder auch rechteckig ausgeführt sein. Bei ei- ner rechteckigen Ausführung kann der Leiter derart umhüllt sein, dass die Wicklungen des Trägers eine Spiralbahn beschreiben, die Wicklungen des Trägers können aber auch eine an zwei oder mehr Seiten abgeflachte Spiralbahn beschreiben.

Der Abgriff oder das elektrisches Verbindungselement können optional mit einer Schirmung versehen sein.

Bevorzugt wird auch, dass die Metallisierungen so beabstandet sind, dass eine Isolationsfestigkeit in Bezug auf eine vorgebbare Nennspannung der Leitung gegeben ist

Weiter wird bevorzugt, dass der Abgriff oder das elektrische Verbindungselement mit einem Eingang eines Verstärkers derart verbunden ist, dass die Amplitude des Ausgangssignals des

Spannungswandlers bei einer vorgebbaren Nennspannung in einem voreinstellbaren Spannungsbereich liegt. Besonders bevorzugt wird, dass bei der Nennspannung im Primärkreis das Ausgangs ^¬ signal bei 100 V liegt.

Auch wird bevorzugt, dass der Eingang des Verstärkers einen Eingangs-Kondensator aufweist. Weiter wird auch bevorzugt, dassdas Eingangssignal am Eingang gegen die Bezugsmasse dem Verstärker zugeführt wird.

Auch wird bevorzugt, dass der Abstand zwischen den Metalli ^¬ sierungen die Breite der Metallisierungen parallel zur Wickelrichtung bestimmt. Besonders bevorzugt wird, dass die Breite der Metallisierun ^¬ gen parallel zur Wickelrichtung bestimmt wird durch:

Breite = (Pi * d) - Abstand, mit Pi der Kreiszahl und d dem jeweiligen Durchmesser der Wicklung des Trägers.

Auch wird bevorzugt, dass der Abstand zwischen den Metalli ^¬ sierungen parallel zur Wicklung ein ganzzahliges Vielfaches N des Produktes aus Pi und d, dem jeweiligen Durchmesser der Wicklung des Trägers, beträgt, also sich ein oder mehr Wicklungen, also N Wicklungen, des Trägers zwischen den jeweils auf dem Träger benachbarten Metallisierungen befinden.

In einer weiteren Ausführung weist ein integrierter kapazitiver Spannungswandler für Mittel- und Hochspannungsanlagen einen kapazitiven Spannungswandler nach einem der vorstehenden Ausführungen auf, wobei der Verstärker in räumlicher Nähe zur Anschlussmetallisierung des Trägers angeordnet ist, und/oder der Verstärker in einer gemeinsamen Umhüllung mit dem kapazitiven Abgriff oder dem elektrischen Verbindungselement angeordnet ist. Eine weitere Ausführung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines kapazitiven Spannungswandlers für Mittels- und Hoch ^¬ spannungsanlagen, wobei ein Träger, welcher

- elektrisch isolierend ausgebildet ist und

- eine Abgriffmetallisierung, weitere Metallisierungen und eine Anschlussmetallisierung aufweist, wobei die Meta ^¬ llisierungen derart auf dem Träger angeordnet sind, dass sich die Metallisierungen nicht berühren und die Metallisierungen so beabstandet sind, dass eine Isolations ^¬ festigkeit in Bezug auf eine vorbestimmbare Nennspannung gegeben ist, und wobei die Anschlussmetallisierung einen Abgriff und/oder ein elektrisches Verbindungselement aufweist,

- radial um eine Wickelhilfe gewickelt wird, wobei die Wi- ckelhilfe einen ersten Umfang aufweist, der den zweiten Umfang einer ersten innersten Wicklung bestimmt, und der so erzeugte koaxiale kapazitive Abgriff von einer Umhül ^¬ lung umgeben wird, die ein Abwickeln des aufgewickelten Trägers verhindert, und die Wickelhilfe entfernt wird. Weiter bevorzugt wird auch, dass der kapazitive Abgriff eines oder mehrere der Merkmale der vorstehenden Ausführungen aufweist. Eine weitere Ausführung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines integrierten kapazitiven Spannungswandlers für Mittel- und Hochspannungsanlagen, wobei ein Träger, welcher - elektrisch isolierend ausgebildet ist und

- eine Abgriffmetallisierung, weitere Metallisierungen und eine Anschlussmetallisierungen aufweist, wobei die Meta ^¬ llisierungen derart auf dem Träger angeordnet sind, dass sich die Metallisierungen nicht berühren und die Meta- llisierungen so beabstandet sind, dass eine Isolations ^¬ festigkeit in Bezug auf eine vorbestimmte Nennspannung gegeben ist, wobei die Anschlussmetallisierung einen Abgriff und/oder ein elektrisches Verbindungselement auf ^¬ weist,

- radial um eine Wickelhilfe gewickelt wird, wobei die Wi ^¬ ckelhilfe einen ersten Umfang aufweist, der den zweiten Umfang einer ersten innersten Wicklung bestimmt und der Abgriff oder das elektrische Verbindungselement mit ei ^¬ nem Verstärker verbunden werden und der so erzeugte, ka- pazitive Abgriff mit dem Verstärker von einer Umhüllung umgeben wird, die ein Abwickeln des aufgewickelten Trägers verhindert und die Wickelhilfe entfernt wird.

Bevorzugt wird auch eine Mittelspannungsanlage und/oder Hoch- spannungsanlage mit einem zuvor beschriebenen Spannungswand ^¬ ler .

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren im Rahmen eines Ausführungsbeispiels erläutert. Figur 1: Schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen kapazitiven Spannungswandlers mit Verstärker und Messgerät ;

Figur 2: Schematische Darstellung des elektrisch isolierenden Trägers mit den Metallisierungen; und

Figur 3: Schematische Darstellung einen Schnittes durch den kapazitiven Abgriff eines erfindungsgemäßen kapazi- tiven Spannungswandlers, der um einen Leiter ange ^¬ ordnet ist.

Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfin dungsgemäßen kapazitiven Spannungswandlers 1, der an einem Leiter 5 angeordnet ist, wobei der Leiter 5 bevorzugt ausge staltet ist, um Mittel- und/oder Hochspannungen zu übertra ^¬ gen .

Der kapazitive Spannungswandler 1 weist einen kapazitiven Ab- griff 10 auf, der durch Kondensatoren gebildet wird, die mit Hilfe eines aufgerollten Trägers 15 - hier nicht gezeigt - und Metallisierungen 20, 25, 30 auf dem Träger 15 gebildet werden. Die elektrisch isoliert angeordneten Metallisierungen 20, 25, 30 bewirken eine kapazitive Spannungsteilung und eine Potentialtrennung des Spannungswandlers. Der Träger mit den Metallisierungen 20,25,30 wird zum Bilden des kapazitiven Spannungswandler 1 aufgerollt und bildet so eine Folge von kapazitiven Elementen, die wie einzelne Kondensatoren wirken. Weiter fällt auch Spannung an dem Eingangskondensator 50, dem Verstärker 40 und dem Meßgerät 65 ab. So wird die Spannung der Leitung 5 auf die benötigten Spannung des jeweiligen Messgerätes 65 oder der jeweiligen Schutzgeräte umgesetzt.

Die Abgriffmetallisierung 20 ist bevorzugt um eine Isolierung 8 - in Figur 1 nicht gezeigt - des Leiters 5 gelegt, kann aber auch direkt auf dem Leiter 5 liegen, um diesen zu kontaktieren. Die Isolierung 8 bildet dabei die Form des Leiters 5 weiter, insbesondere bei runden Leitern 5, oder kann die Geometrie des Leiters 5 derart ändern, dass beispielsweise ein rechteckiger oder quadratischer Leiter 5 eine Isolierung 8 mit einer zylinderförmigen Außenfläche aufweist.

Die Anschlussmetallisierung 30 einen einem Abgriff 35 aufweist oder mit einem elektrischen Verbindungselement 35 ^λ kon ^¬ taktiert ist, über den der kapazitive Abgriff 10 mit dem Ein ^¬ gangskondensator 50 des Eingangs 45 des Verstärkers 40 ver- bunden ist. Der Verstärker 40 ist außerdem mit einer Bezugsmasse, Erde oder Messmasse 60 verbunden. Im Verstärker 40 wird das Ausgangssignal, das auf den Ausgang 55 des Verstär ^¬ kers 40 gelegt wird, bei einer am Leiter 5 anliegenden Nennspannung auf zum Beispiel 100 V oder zum Beispiel 100 V : 3 angehoben, so dass das Ausgangssignal einem herkömmlichen Messgerät 65 zugeführt werden kann.

Das Messgerät 65 ist mit einer Bezugsmasse, Erde oder Mess ^¬ masse 60 verbunden.

Die Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Trägers 15 mit einer Abgriffmetallisierung 20, weiteren Metallisierungen 25 und einer Anschlussmetallisierung 30. Zur Isolation weisen die Metallisierungen 20, 25, 30 jeweils einen Randab- stand 85 auf. Außerdem sind jeweils benachbarte Metallisie ^¬ rungen 20, 25, 30 jeweils durch einen Abstand 70 in der Wi ^¬ ckelrichtung 80 beabstandet. Der Träger 15 ist um den Leiter 5 gewickelt, so dass der Träger eine spiralförmige, koaxial kapazitive Struktur bildet. Die Wickelrichtung 80 ist die Richtung in der der Träger 15 aufgewickelt oder aufgerollt wird, um den kapazitiven Abgriff 10 zu bilden.

Die Abgriffmetallisierung 20 kontaktiert in der Figur 2 den Leiter 5, der eine Isolierung 8 aufweist. Alternativ kann die Isolierung 8 auch zwischen der Abgriffmetallisierung 20 und dem Leiter 5 liegen. Sofern der Abstand 70 weniger als eine Umwicklung des Leiters 5 beträgt, errechnet sich die Breite einer Metallisierung 20, 25, 30 nach der Formel (Pi * d) - Abstand 70, wobei d den je ^¬ weiligen Durchmesser der Wicklung des Trägers 15 beschreibt und Pi die Kreiszahl ist.

Die Anschlussmetallisierung 30 ist mit einem Abgriff 35 oder einem elektrischen Verbindungselement 35 ^λ versehen. Die Figur 3 zeigt einen Schnitt durch einen koaxialen, kapazitiven Abgriff 10, der um einen Leiter 5 angeordnet ist. Die Metallisierungen 20,25,30 sind dabei derart auf dem Träger 15 beabstandet, dass sie jeweils übereinander liegen und durch hier eine Lage des Trägers getrennt sind. Auf der oberen Sei- te des Schnittes sind die Metallisierungen auf Grund der Beabstandungen hier nicht erkennbar.

Die Abgriffmetallisierung 20 liegt in diesem Beispiel direkt auf dem Leiter 5 und kontaktiert diesen so elektrisch. Alter- nativ kann zwischen dem Leiter 5 und der

Abgriffmetallisierung 20 auch eine Isolierung 8 des Leiters 5 angeordnet sein, so dass die Abgriffmetallisierung 20 mit dem Leiter 5 kapazitiv gekoppelt ist. Die Anschlussmetallisierung weist einen Abgriff 35 auf, der mit einem Eingang 45 des Verstärkers 40 elektrisch leitend verbunden ist. Nicht gezeigt ist in Figur 3 die Eingangskapa ^¬ zität 50. Der Verstärker ist mit einer Messmasse 60 elekt ^¬ risch leitend verbunden.

Der Ausgang des Verstärkers 40 ist elektrisch leitend mit ei ^¬ nem Messgerät 65 verbunden. Das Messgerät 65 ist ebenfalls mit der Messmasse 60 elektrisch leitend verbunden. Bezugs zeichenliste :

1 Kapazitiver Spannungswandler

5 Leiter, insbesondere Mittel- und/oder Hochspannungslei ^¬ ter

8 Isolierung des Leiters 5

10 Kapazitiver Abgriff

15 Elektrisch isolierender Träger

20 Abgriffmetallisierung

25 Weitere Metallisierung

30 Anschlusmetallisierung

35 Abgriff

35 ^λ Elektrisches Verbindungselement

40 Verstärker

45 Eingang, insbesondere Messeingang des Verstärkers

50 Eingangskondensator

55 Ausgang des Verstärkers

60 Bezugsmasse, Erde, Messmasse

65 Messgerät

70 Abstand zwischen den benachbarten Metallisierung

75 Breite der Metallisierungen parallel zur Wickelrichtung

80 Wickelrichtung

85 Randabstand