Schutz eines Wechselstromgeräts

Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung und ein Verfah ren zum Schutz eines mit einer Wechselstromleitung elektrisch verbundenen Wechselstromgeräts, eine Messanordnung zum Messen einer Wechselspannung an einer Wechselstromleitung sowie ein Energieübertragungssystem und dessen Verwendung.

Im Folgenden werden Wechselstrom und Wechselspannung führende Stromleitungen als Wechselstromleitungen, Gleichstrom und Gleichspannung führende Stromleitungen als Gleichstromleitun gen bezeichnet. Gleichstromleitungen werden insbesondere zur Energieübertragung über große Entfernungen mit hohen Gleich spannungen mit der so genannten Hochspannungs-Gleichstrom übertragung (HGÜ) eingesetzt. Um Wechselstromleitungen und Gleichstromleitungen von Stromnetzen effizient zu verlegen, können Wechselstromleitungen und Gleichstromleitungen zumin dest abschnittsweise zwischen denselben Leitungsmasten als Freileitungen aufgehängt werden und zwischen diesen Leitungs masten dementsprechend parallel zueinander verlaufen. Insbe sondere an hohen Gleichspannungen führenden Gleichstromlei tungen kann Ionisation der die Gleichstromleitungen umgeben den Luft auftreten. Wenn benachbart zu einer Gleichstromlei tung eine Wechselstromleitung verläuft, kann eine derartige Ionisation Ionenströmen zu der Wechselstromleitung verursa chen, die in der Wechselstromleitung fließende Gleichströme verursachen. Derartige Gleichströme in einer Wechselstromlei tung können Stromstärken von typischerweise etwa 100 mA er reichen. Diese Gleichströme können in einem Normalbetrieb ei nes Wechselspannungssystems beispielsweise über einen Leis tungstransformator abfließen, der mit der Wechselstromleitung verbunden ist. Wenn die Wechselstromleitung jedoch mit der Primärwicklung eines induktiven Spannungswandlers verbunden ist und frei geschaltet wurde, ohne geerdet zu sein, oder kein Leistungstransformator vorhanden ist oder der Leistungs transformator weggeschaltet ist, fließen die Gleichströme über die Primärwicklung des Spannungswandlers, wodurch der Spannungswandler in die magnetische Sättigung getrieben und dadurch thermisch überlastet und zerstört wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schutzvorrich tung und ein Verfahren zum Schutz eines mit einer Wechsel stromleitung elektrisch verbundenen Wechselstromgeräts, ins besondere eines induktiven Spannungswandlers, vor einer Schä digung durch in der Wechselstromleitung fließende Gleichströ me anzugeben, insbesondere wenn eine Gleichstromleitung, bei spielsweise eine HGÜ-Leitung, benachbart zu der Wechselstrom leitung verläuft.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schutzvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 5, eine Messanordnung mit den Merkma len des Anspruchs 6, ein Energieübertragungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und dessen Verwendung mit den Merk malen des Anspruchs 12 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Eine erfindungsgemäße Schutzvorrichtung für ein mit einer Wechselstromleitung elektrisch verbundenes Wechselstromgerät, umfasst wenigstens eine parallel zu dem Wechselstromgerät mit der Wechselstromleitung verbundene Stromableitungsspule und für jede Stromableitungsspule einen Magnetkern mit einem ers ten Magnetkernabschnitt, um den herum die Stromableitungsspu le verläuft.

Die Parallelschaltung der wenigstens einen Stromableitungs spule der Schutzvorrichtung und des zu schützenden Wechsel stromgeräts bewirkt eine Aufteilung des Stroms auf die we nigstens einen Stromableitungsspule und das Wechselstromge rät. Dadurch fließt ein geringerer Strom durch das Wechsel stromgerät. Insbesondere werden durch das Wechselstromgerät fließende Gleichströme reduziert, die das Wechselstromgerät beschädigen oder zerstören können. Jeder Magnetkern wird vor zugsweise derart ausgelegt, dass er nicht schon bei relativ kleinen Gleichströmen in die magnetische Sättigung getrieben wird. Die Schutzvorrichtung kann insbesondere mehrere Strom ableitungsspulen aufweisen, die jeweils parallel zu dem Wech selstromgerät geschaltet werden und um einen Magnetkernab schnitt eines Magnetkerns herum verlaufen.

Eine Ausgestaltung der Schutzvorrichtung sieht vor, dass we nigstens ein Magnetkern wenigstens einen Luftspalt aufweist. Insbesondere kann der erste Magnetkernabschnitt wenigstens eines Magnetkerns wenigstens einen Luftspalt aufweisen. Fer ner kann wenigstens ein Magnetkern einen zweiten Magnetkern abschnitt aufweisen, der nicht von der Stromableitungsspule umlaufen wird und wenigstens einen Luftspalt aufweist. Die Ausführung wenigstens eines Magnetkerns mit wenigstens einem Luftspalt bewirkt vorteilhaft, dass die magnetische Sättigung des Magnetkerns erst bei wesentlichen höheren Magnetfeldstär ken als bei einem sonst gleichen Magnetkern ohne einen Luft spalt eintritt. Um denselben Effekt mit einem Magnetkern ohne einen Luftspalt zu erreichen, müsste der Querschnitt des Mag netkerns wesentlich erhöht werden, was die Materialkosten und den Platzbedarf für die Messanordnung erhöhen würde. Insbe sondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass wenigstens ein Magnetkern wenigstens einen Luftspalt in dem von einer Strom ableitungsspule umgebenen ersten Magnetkernabschnitt und we nigstens einen Luftspalt in einem zweiten Magnetkernabschnitt aufweist. Dadurch kann auf einen Luftspalt in dem zweiten Magnetkernabschnitt zugegriffen werden, um die magnetischen Eigenschaften des Magnetkerns zu optimieren.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Schutz eines mit ei ner Wechselstromleitung elektrisch verbundenen Wechselstrom geräts wird dementsprechend jede Stromableitungsspule einer erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung parallel zu dem Wechsel stromgerät mit der Wechselstromleitung elektrisch verbunden. Eine erfindungsgemäße Messanordnung zum Messen einer Wechsel spannung an einer Wechselstromleitung umfasst einen indukti ven Spannungswandler mit einer Primärwicklung mit einem ers ten Primärwicklungsende, das mit der Wechselstromleitung elektrisch verbindbar ist, und wenigstens eine erfindungsge mäße Schutzvorrichtung, wobei jede Stromableitungsspule der Schutzvorrichtung parallel zu der Primärwicklung des Span nungswandlers geschaltet ist und die Schutzvorrichtung einen geringeren elektrischen Wirkwiderstand als die Primärwicklung des Spannungswandlers aufweist. Beispielsweise ist der Wirk widerstand der Schutzvorrichtung höchstens halb so groß wie der Wirkwiderstand der Primärwicklung des Spannungswandlers. Dadurch, dass die Schutzvorrichtung einen geringeren Wirkwi derstand als die Primärwicklung des Spannungswandlers hat, fließt der größte Teil des Stroms durch die Schutzvorrich tung, und die Primärwicklung des Spannungswandlers wird be sonders gut gegen eine Schädigung durch Gleichströme ge schützt.

Eine Ausgestaltung der Messanordnung sieht vor, dass ein zweites Primärwicklungsende der Primärwicklung des Spannungs wandlers auf ein Erdpotential gelegt ist. Dadurch wird das zweite Primärwicklungsende auf ein definiertes Bezugspotenti al gelegt.

Ein erfindungsgemäßes Energieübertragungssystem umfasst eine Gleichstromleitung, eine Wechselstromleitung, die benachbart zu der Gleichstromleitung verläuft, und eine erfindungsgemäße Messanordnung, deren erstes Primärwicklungsende mit der Wech selstromleitung elektrisch verbunden ist. Beispielsweise sind die Gleichstromleitung und die Wechselstromleitung Freilei tungen und/oder sie sind zumindest abschnittsweise zwischen denselben Leitungsmasten aufgehängt.

Ein derartiges Energieübertragungssystem ermöglicht insbeson dere eine Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung über die Gleichstromleitung ohne die oben erwähnte Gefährdung des mit der Wechselstromleitung verbundenen Spannungswandlers durch von der Gleichstromleitung verursachte Ionenströme, da Gleichströme, die sonst über den Spannungswandler fließen würden, im Wesentlichen über die Stromableitungsspule der Messanordnung fließen und den Spannungswandler nicht in die magnetische Sättigung treiben.

Dementsprechend sieht die Erfindung insbesondere die Verwen dung eines erfindungsgemäßen Energieübertragungssystems zu einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung über die Gleich stromleitung vor.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam menhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbei spielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläu tert werden. Dabei zeigen:

FIG 1 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines EnergieübertragungsSystems,

FIG 2 eine aufgebrochene perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Schutzvorrichtung.

Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit densel ben Bezugszeichen versehen.

Figur 1 (FIG 1) zeigt ein Blockdiagramm eines Ausführungsbei spiels eines erfindungsgemäßen Energieübertragungssystems 1. Das Energieübertragungssystem 1 umfasst eine Gleichstromlei tung 3, eine Wechselstromleitung 5 und ein Ausführungsbei spiel einer erfindungsgemäßen Messanordnung 7 zum Messen ei ner Wechselspannung an der Wechselstromleitung 5.

Die Gleichstromleitung 3 und die Wechselstromleitung 5 sind zumindest abschnittsweise zwischen denselben Leitungsmas ten 9, 10 aufgehängt. In Figur 1 sind exemplarisch nur je ein

Abschnitt der Gleichstromleitung 3 und der Wechselstromlei- tung 5 dargestellt, wobei diese Abschnitte parallel und be nachbart zueinander als Freileitungen zwischen zwei Leitungs masten 9, 10 verlaufen. Die Gleichstromleitung 3 ist bei spielsweise eine HGÜ-Leitung, die Wechselstromleitung 5 ist eine Leitung eines Wechselstromnetzes.

Die Messanordnung 7 umfasst einen induktiven Spannungswand ler 11 und eine erfindungsgemäße Schutzvorrichtung 13. Der Spannungswandler 11 weist eine Primärwicklung 15 und eine Se kundärwicklung 17 auf. Ein erstes Primärwicklungsende 15.1 der Primärwicklung 15 ist elektrisch mit der Wechselstromlei tung 5 verbunden. Ein zweites Primärwicklungsende 15.2 der Primärwicklung 15 ist auf ein Erdpotential gelegt. An der Se kundärwicklung 17 wird eine Sekundärspannung abgegriffen, aus der die an der Wechselstromleitung 5 gegenüber dem Erdpoten tial anliegende Wechselspannung ermittelt wird.

Die Schutzvorrichtung 13 umfasst eine Stromableitungsspule 19 und einen Magnetkern 21. Die Stromableitungsspule 19 ist pa rallel zu der Primärwicklung 15 des Spannungswandlers 11 ge schaltet und weist einen wesentlich geringeren elektrischen Wirkwiderstand als die Primärwicklung 15 auf. Beispielsweise ist der Wirkwiderstand der Primärwicklung 15 mindestens zehn mal so groß wie der Wirkwiderstand der Stromableitungsspu le 19.

Die Stromableitungsspule 19 verläuft um einen ersten Magnet kernabschnitt 21.1 des Magnetkerns 21 herum, der einen Luft spalt 23 aufweist. In einem zweiten Magnetkernabschnitt 21.2, der nicht von der Stromableitungsspule 19 umlaufen wird, weist der Magnetkern 21 einen weiteren Luftspalt 24 auf. Die Luftspalte 23, 24 sind beispielsweise jeweils mit Hartpapier oder einem Pressspan ausgefüllt (nicht dargestellt). Andere Ausführungsbeispiele der Schutzvorrichtung 13 können insbe sondere einen Magnetkern 21 mit mehr als nur zwei Luftspal ten 23, 24 aufweisen. Figur 2 (FIG 2) zeigt eine aufgebrochene perspektivische Dar stellung eines Ausführungsbeispiels einer Schutzvorrich tung 13. Die Stromableitungsspule 19 und der Magnetkern 21 sind in einem Gehäuse 25 angeordnet. Um die Stromableitungs- spule 19 herum ist eine Abschirmelektrode 27 zum Abschirmen elektrischer Felder gegen das Gehäuse 25 angeordnet. Aus dem Gehäuse 25 ist ein elektrischer Leiter 29 herausgeführt, der außerhalb des Gehäuses 25 von einem Hohlisolator 31 umgeben ist und über den die Stromableitungsspule 19 von außen kon- taktierbar ist.

Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungs beispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.