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Dokumentenidentifikation DE19703300C1 14.05.1998
Titel Spannungsteiler für Mittelspannungsanlagen
Anmelder Kommanditgesellschaft Ritz Messwandler GmbH & Co, 20251 Hamburg, DE
Erfinder Bläcker, Thomas, 57629 Malberg, DE;
Bräuer, Gerd, 56412 Niederelbert, DE
Vertreter Vonnemann, G., Dipl.-Ing. Dr.-Ing., Pat.-Anw., 21335 Lüneburg
DE-Anmeldedatum 30.01.1997
DE-Aktenzeichen 19703300
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 14.05.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 14.05.1998
IPC-Hauptklasse H02B 13/065
IPC-Nebenklasse H01C 13/00   G01R 15/04   H02B 11/26   
IPC additional class // H01C 1/034  
Zusammenfassung Ein Spannungsteiler (1) zum Einbau in Mittelspannungsanlagen ist als einsteckbares, einlegbares oder eingießbares Modul ausgestaltet, bei dem ein Träger (2) mit einem Widerstandsmaterial (3) zur Bildung eines ohmschen Widerstands versehen und mit einem kautschukartigen Material (4) umschlossen ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Spannungsteiler zum Einbau in Mittelspannungsanlagen, wobei der Spannungsteiler als einsteckbares, einlegbares oder eingießbares Modul ausgestaltet ist, bei dem ein Träger mit einem Widerstandsmaterial zur Bildung eines ohmschen Widerstands versehen ist.

Derartige Spannungsteiler werden als Sensoren für die Spannungsmessung und Überwachung eingesetzt. Bei Mittelspannungen von einigen 10 000 Volt teilt ein ohmscher Spannungsteiler eine Meßspannung im Bereich von etwa 0,1 bis 10 Volt ab, die mit herkömmlichen Spannungsmeßgeräten auf einfache Weise gemessen werden kann.

Aus der DE 44 12 784 A1 ist ein Kombisensor für ein Mittelspannungsschaltfeld bekannt, bei dem ein Strom- und ein Spannungssensor in einem Gießharzgehäuse untergebracht sind. Das Spannungssensorelement besteht aus einem Keramikwiderstand, der wiederum aus einem Keramikkörper, um den herum ein hochohmiger Widerstandsdraht gewickelt ist, besteht. Der Keramikkörper ist in einem relativ große Hohlraum des Gehäuses untergebracht. Das Spannungssensorelement ist bei dieser Ausführungsform mit einem Isoliergas umgeben, das über die gesamte Lebensdauer hermetisch eingeschlossen sein muß. Der elektrische Verbindung mit der Mittelspannung einerseits und dem Erdpotential andererseits kann hier grundsätzlich durch Steckkontakte an den Enden des Keramikkörpers geschehen. Für die elektrische Verbindung des Zwischenabgriffs für die Meßspannung ist allerdings ein besonderes Leiterstück angeschlossen und aus dem Gehäuse herausgeführt.

Aus der DE 41 22 331 A1 ist eine ganz ähnliche Anordnung bekannt. Auch hier besteht der Widerstandsteiler aus einem in einem relativ großen Hohlraum des Gehäuses angeordneten Stab, der an seinen beiden Enden in Kontaktelemente eingesteckt ist. Ebenso ist der Meßanschluß mittels eines besonderen Leiters ausgeführt, der im mittleren Bereich des Stabes angeschlossen und über eine Durchführung aus dem Gehäuse herausgeführt ist.

Aus der DE 37 14 945 C2 ist ein ohmscher Widerstand bekannt, der einen als rechteckigen Streifen ausgebildeten Träger aufweist, der mit einem meanderförmig aufgetragenen Widerstandsmaterial versehen ist.

Aus der US 4,792,782 ist ebenfalls ein auf einem rechteckigen Streifen aufgebrachter ohmscher Widerstand bekannt, der zum Zwecke der Spannungsteilung in zwei ungleiche Teile unterteilt ist. Die beiden Teile sind mittels einer Verbindungsleitung verbunden, von der auch ein Meßanschluß abzweigt.

Aus der DE-AS 1 665 858 ist ein elektrischer Schichtwiderstand bekannt, der zum Schutz gegen Entflammen bei Überlast mit einem Überzug aus Silikonkautschuk versehen ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Spannungssensorelement für Mittelspannungsanlagen anzugeben, das bei geringem Einbauraum gegen elektrische Überschläge geschützt und bezüglich der Art des Einbaus in unterschiedliche Gehäuse flexibel verwendbar ist.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß an den Schmalseiten des länglich ausgestalteten Trägers elektrische Anschlüsse für Steckkontakt- oder Lötverbindungen ausgebildet sind und daß zumindest ein für einen Zwischenabgriff des ohmschen Widerstands bestimmter Meßanschluß an derselben Schmalseite wie der Erdanschluß angeordnet ist.

Diese Anordnung erlaubt einen kompakten Aufbau bei geringen Fertigungskosten und eine einfache Montage. Im einfachsten Fall wird das Spannungsteilermodul einfach in das Gehäuse eingesteckt. Wenn der Spannungsteiler im Gehäuse nicht eingegossen ist, kann er genauso einfach wieder entnommen werden, beispielsweise um einen defekten Spannungsteiler zu ersetzen oder wenn ein anderer Widerstandswert gewünscht wird. Der Spannungsteiler ist für die unterschiedlichsten Einbauverhältnisse flexibel einsetzbar, insbesondere wenn die Gehäuse der Sensoranordnungen sehr klein, leicht und kompakt ausgestaltet sind. Die Gefahr von Überschlägen wird verringert durch die Maßnahme, daß zumindest ein für einen Zwischenabgriff des ohmschen Widerstands bestimmter Meßanschluß an derselben Schmalseite wie der Erdanschluß angeordnet ist. Das Potential des Meßanschlusses unterscheidet sich vom Erdpotential nur durch die sehr geringe Meßspannung.

Die Gefahr von Überschlägen kann weiter reduziert werden durch die Maßnahme, daß der Träger mit einem kautschukartigen Material umgossen ist. Als kautschukartiges Material wird vorzugsweise Silikon verwendet. Diese Maßnahme ist in der Fertigung besonders einfach durchführbar und gewährleistet eine gute Haftung zwischen dem eigentlichen Spannungsteiler und seiner Schutzhülle. Der Spannungsteiler wird durch das ihn umgebende kautschukartige Material vor mechanischen und chemischen Einflüssen geschützt. Er eignet sich daher zum Einstecken in sehr kompakt aufgebaute Gehäuse für Sensoranordnungen genauso wie zum Eingießen in Gießharzgehäuse, ohne daß eine Beschädigung vor oder während der Montage befürchtet werden muß. Der Silikonumguß gewährleistet eine elektrisch dichte Fuge mit hoher elektrischer Spannungsfestigkeit, so daß keine Gefahr von Überschlägen in der Fuge besteht. Auf eine Füllung des Gehäuses mit Isoliergas kann mit Vorteil verzichtet werden.

Der Kriechweg für Kriechströme entlang der Oberfläche des Spannungsteilers kann dadurch vergrößert werden, daß auf der Außenseite des kautschukartigen Materials umlaufende Rippen ausgebildet sind.

Die Herstellung des Spannungsteilers kann einfacher und kostengünstiger gestaltet werden, indem das Widerstandsmaterial aus einer auf den Träger aufgebrachten, elektrisch hochohmigen Beschichtung besteht.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Beschichtung auf dem Träger mäanderartig ausgestaltet ist. Diese Maßnahme verlängert den vom Strom zu durchlaufenden Weg des Widerstandsmaterials, so daß der Spannungsteiler hochohmiger wird und weniger Wärme erzeugt.

Als Material für den Träger wird wegen seiner günstigen thermischen und elektrisch isolierenden Eigenschaften Keramik empfohlen. Vorzugsweise ist der Träger als rechteckiger Streifen ausgestaltet, dessen ebene Flächen sich zum Aufbringen des Widerstandsmaterials besonders gut eignen.

Der Erfindungsgegenstand kann dadurch noch verbessert werden, daß in dem den Träger umschließenden Material Ausnehmungen zum Durchgang der Steckontakt- oder Lötverbindungen ausgebildet sind. Dadurch wird die Montage des Spannungsteilers im Gehäuse weiter vereinfacht.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß ein Hochspannungsanschluß auf der einen Schmalseite des Trägers und ein Erdanschluß an der entgegengesetzten Schmalseite angeordnet ist. Durch den so erzielten maximalen räumlichen Abstand zwischen den beiden Anschlüssen werden die Kriechstrecken und die Gefahr von Überschlägen verringert.

Unter Schutz gestellt werden soll auch eine Sensoranordnung, die mit einem erfindungsgemäßen Spannungsteiler versehen ist und durch die Maßnahme, daß der Spannungsteiler in ein Gehäuse der Sensoranordnung eingegossen ist, besonders einfach und kostengünstig gefertigt werden kann. Außerdem ermöglicht diese Maßnahme auch einen kompakten und leichten Aufbau der Sensoranordnung, nicht zuletzt durch Wegfall des Erfordernisses der Gasisolation.

Eine vorteilhaft kompakte Sensoranordnung erhält man unter Verwendung des erfindungsgemäßen Spannungsteilers auch dadurch, daß ein aus Kunstharz bestehendes Gehäuse der Sensoranordnung mit einer eingegossenen Ausnehmung versehen ist, in die der Spannungsteiler eingesteckt oder eingelegt ist.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen.

Die Figuren zeigen im einzelnen:

Fig. 1 eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Spannungsteilers in einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie A-A von Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Darstellung ähnlich Fig. 1 eines Spannungsteilers in einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 4 einen Schnitt gemäß Linie B-B von Fig. 3;

Fig. 5 bis 8 verschiedene erfindungsgemäße Spannungssensoranordnungen im Schnitt.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Spannungsteiler 1 besitzt einem Träger 2 aus Keramik, auf dessen Oberfläche eine Beschichtung aus einem Widerstandsmaterial 3 aufgebracht ist. Der Träger 2 ist in einen mindestens 1 bis 20 mm dicken Mantel aus kautschukartigem Material 4, hier Silikon, eingegossen, das den Träger 2 fast vollkommen umschließt.

Der Träger 2 selbst ist ein rechteckiger Keramikstreifen. Das Widerstandsmaterial 3 besteht aus einer hochohmigen Widerstandspaste, die als Beschichtung auf den Träger 2 aufgebracht wird, wobei auch gleich elektrische Anschlüsse 5, 6, 7 für Steckkontakt- oder Lötverbindungen gebildet werden. Auf der einen Schmalseite 8 des Trägers 2 ist ein Hochspannungsanschluß 5 und auf der entgegengesetzten Schmalseite 9 ein Erdanschluß 6 angeordnet, um einen möglichst großen Abstand zwischen diesen beiden Anschlüssen 5, 6 zu erzielen. Für einen Zwischenabgriff des ohmschen Teilerwiderstands 3 ist ein Meßanschluß 7 vorgesehen, der an derselben Schmalseite 9 wie der Erdanschluß 6 angeordnet ist. In dem den Träger 2 umschließenden Material 4 sind drei Ausnehmungen 10, 11, 12 vorgesehen, durch die die genannten elektrischen Verbindungen von außen hindurchgreifen können, um mit den Anschlüssen 5, 6, 7 in Kontakt zu treten.

Bei der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform weist das den Träger 2 umschließende Material 4 auf seiner Außenseite 13 eine glatte Oberfläche auf. Davon unterscheidet sich die in den Fig. 3 und 4 dargestellte Ausführungsform durch umlaufende Rippen 14, die auf der Außenseite 13 ausgebildet sind. Durch die Rippen 14 wird der Kriechweg für Kriechströme zwischen dem Hochspannungsanschluß 5 und dem Erdanschluß 6 wesentlich vergrößert.

Die Fig. 5 bis 8 zeigen verschiedene Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung. In allen dargestellten Beispielen ist ein aus Kunstharz bestehendes Gehäuse 15 mit einer Spannungssensoranordnung versehen. Das Gehäuse 15 weist jeweils eine Ausnehmung auf, in die der Spannungsteiler 1 eingegossen ist. Elektrische Verbindungen 17, 18 führen zu den Anschlüssen 5, 6, 7 des Spannungsteilers 1. Auf der einen Seite des Gehäuses 15 befindet sich ein Mittelspannungsanschluß, der beispielsweise wie in Fig. 7 als Steckbuchse 20 oder wie in Fig. 8 als Stecker 22 ausgebildet sein kann. Auf der anderen Seite führt ein Meßleitungsanschluß 21 aus dem Gehäuse 15 heraus.

Der Spannungsteiler 1 kann aber in ähnlicher Weise auch in ein Gehäuse einer Sensoranordnung eingesteckt werden.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist in dem Gehäuse 15 außer dem Spannungsteiler 1 noch ein an sich bekannter induktiver Stromwandler 23 untergebracht.

Bezugszeichenliste

1 Spannungsteiler

2 Träger

3 Widerstandsmaterial

4 kautschukartiges Material

5 Hochspannungsanschluß

6 Erdanschluß

7 Meßanschluß

8 Schmalseite

9 Schmalseite

10 Ausnehmung

11 Ausnehmung

12 Ausnehmung

13 Außenseite

14 Rippen

15 Gehäuse

16

17 elektrische Verbindung

18 elektrische Verbindung

19

20 Steckerbuchse

21 Meßleitungsanschluß

22 Stecker

23 Stromwandler


Anspruch[de]
  1. 1. Spannungsteiler zum Einbau in Mittelspannungsanlagen, wobei der Spannungsteiler (1) als einsteckbares, einlegbares oder eingießbares Modul ausgestaltet ist, bei dem ein Träger (2) mit einem Widerstandsmaterial (3) zur Bildung eines ohmschen Widerstands versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß an den Schmalseiten (8, 9) des länglich ausgestalteten Trägers (2) elektrische Anschlüsse (5, 6, 7) für Steckkontakt- oder Lötverbindungen ausgebildet sind und daß zumindest ein für einen Zwischenabgriff des ohmschen Widerstands bestimmter Meßanschluß (7) an derselben Schmalseite (9) wie der Erdanschluß (6) angeordnet ist.
  2. 2. Spannungsteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (2) mit einem kautschukartigen Material (4) umgossen ist.
  3. 3. Spannungsteiler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Außenseite (13) des kautschukartigen Materials (4) umlaufende Rippen (14) ausgebildet sind.
  4. 4. Spannungsteiler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsmaterial (3) aus einer auf den Träger (2) aufgebrachten, hochohmigen Beschichtung besteht.
  5. 5. Spannungsteiler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung auf dem Träger (2) mäanderartig ausgestaltet ist.
  6. 6. Spannungsteiler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (2) aus Keramik besteht.
  7. 7. Spannungsteiler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (2) aus einem rechteckigen Streifen besteht.
  8. 8. Spannungsteiler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem den Träger (2) umschließenden Material (4) Ausnehmungen (10, 11, 12) zum Durchgang der Steckkontakt- oder Lötverbindungen ausgebildet sind.
  9. 9. Spannungsteiler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hochspannungsanschluß (5) auf der einen Schmalseite (8) des Trägers (2) und ein Erdanschluß (6) an der entgegengesetzten Schmalseite (9) angeordnet ist.
  10. 10. Sensoranordnung mit Spannungsteiler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler in ein Gehäuse der Sensoranordnung eingegossen ist.
  11. 11. Sensoranordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus Kunstharz besteht und daß der Spannungsteiler beim Gießen des Gehäuses mit eingegossen wird.
  12. 12. Sensoranordnung mit Spannungsteiler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus Kunstharz bestehendes Gehäuse (15) der Sensoranordnung mit einer eingegossenen Ausnehmung (16) versehen ist, in die der Spannungsteiler (1) eingesteckt oder eingelegt ist.
  13. 13. Sensoranordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (15) mit elektrischen Verbindungen (17, 18, 19) versehen ist, die zu den Anschlüssen (5, 6, 7) des Spannungsteilers (1) führen, daß auf der einen Seite des Gehäuses (15) eine Hochspannungs-Steckerbuchse (20) und auf der anderen Seite ein aus dem Gehäuse (15) herausführender Meßleitungsanschluß (21) vorgesehen ist.
  14. 14. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtstärke des kautschukartigen Materials (4) zwischen 1 mm und 20 mm beträgt.






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