| Dokumentenidentifikation |
DE19719521A1 19.11.1998 |
| Titel |
Spannungssensor für Meß- und Schutzwerke für Mittelspannungsschaltanlagen |
| Anmelder |
Felten & Guilleaume Energietechnik AG, 51063 Köln, DE |
| Erfinder |
Dirks, Rolf, 47877 Willich, DE |
| DE-Anmeldedatum |
09.05.1997 |
| DE-Aktenzeichen |
19719521 |
| Offenlegungstag |
19.11.1998 |
| Veröffentlichungstag im Patentblatt |
19.11.1998 |
| IPC-Hauptklasse |
G01R 15/04
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| IPC-Nebenklasse |
G01R 19/00
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| Zusammenfassung |
Die Erfindung geht aus von einem Spannungssensor für Meß- und Schutzzwecke für Mittelspannungsschaltanlagen mit einem in Gießharz eingegossenen ohmschen Spannungsteiler und einem mit diesem verbundenen Überspannungsableiter mit einem Erdungsanschluß. Der Spannungssensor wird unter dem Aspekt weiterentwickelt, daß er in unterschiedlichen Mittelspannungsbereichen verwendbar, kompakt gestaltet und auf einfache Weise montierbar ist. Der vorgeschlagene Sensor umfaßt einen Spannungsteiler (2) aus einem hochohmigen Hochspannungswiderstand (R1) und mehreren mit diesem in Reihe geschalteten Niederspannungsteilerwiderständen (R2; R3), die ausgangsseitig jeweils mit einem an der Außenseite des Spannungssensors angeordneten Kontaktelement (7.1, 7.2, 7.3) verbunden sind und bei dem der Überspannungsableiter (3) parallel zu den Niederspannungsteilerwiderständen (R2 und R3) angeordnet ist.
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| Beschreibung[de] |
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Die Erfindung betrifft einen Spannungssensor mit einem ohmschen Spannungsteiler für
Mittelspannungsschaltanlagen, insbesondere zur Anordnung an einem Kabelwinkelstecker.
Spannungssensoren gehören zur Sekundärtechnik in Mittelspannungsschaltanlagen und
sind für deren Betriebsführung, insbesondere hinsichtlich einer erhöhten Personen- und
Betriebssicherheit, der Minimierung von Funktionseinheiten und Baugruppen und der
Reduzierung des Prüfaufwandes von großer Bedeutung.
Es ist bekannt, ohmsche Spannungsteiler als Spannungssensoren zur Messung und
Prüfung von Gleich- und Wechselspannungen auszubilden und mit diesen eine zu einer
Primärspannung proportional verringerte Ausgangsspannung zu erzeugen und zu messen.
So ist aus dem Katalog "Current and Voltage Sensors" der Firma ABB Strömberg
Distribution Ltd., Fin-65101 Vaasar, Finnland, ein als Spannungssensor ausgebildeter
Spannungsteiler bekannt, der zur Messung von Spannungen an SF6- und luftisolierten Schaltanlagen
bestimmt und als externe Funktionseinheit ausgebildet ist.
Aus dem Aufsatz "Schaltanlagentechnik für die Zukunft" in der Zeitschrift etz, (1993) Band
114, S. 1000-1003, ist ein Spannungssensor mit einem ohmschen
Präzisionsspannungsteiler für Schaltanlagensysteme bekannt, der - ebenfalls als externe Funktionseinheit - parallel
zu einem Kabelanschluß anordbar ist.
In dem Aufsatz "Neue Schaltanlagentechnik" in der Zeitschrift etz, (1996), Heft 7, S. 6-10,
ist eine Schaltanlage beschrieben, die aus metallgekapselten, gasisolierten Schaltfeldern
aufgebaut ist, die jeweils einen kombinierten Strom- und Spannungssensor mit einem
kapazitiven Abgriff aufweisen. Als Spannungssensor dient ein ohmscher Spannungsteiler.
Der kombinierte Sensor enthält eine Elektrodenanordnung zur Abschirmung des
Spannungsteilers, die gleichzeitig als kapazitiver Abgriff genutzt wird.
Gegenstand der DE 296 05 845 U1 ist ein Sensor zur Strom- und Spannungsmessung für
Mittelspannungsschaltanlagen, der als Kombinationsgerät ausgebildet ist, bei dem für die
Spannungsmessung ein ohmscher Spannungsteiler verwendet wird. In einer
Ausführungsform sind die kombinierten Sensoranordnungen in einem Block aus Gießharz eingegossen.
Die vorbeschriebenen Spannungssensoren sind jeweils für einen bestimmten
Mittelspannungsbereich ausgelegt und zum Teil in montagetechnischer und handhabungstechnischer
Hinsicht aufwendig.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Spannungssensor für Meß- und Schutzzwecke für
Mittelspannungsschaltanlagen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, der in
unterschiedlichen Mittelspannungsbereichen verwendbar, kompakt gestaltet und auf
einfache Weise montierbar ist.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Spannungssensor nach dem
kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den
Unteransprüchen.
Der aus einem in Gießharz eingegossene ohmsche Spannungsteiler und einem
Erdungsanschluß gebildete Spannungssensor ist erfindungsgemäß derart gestaltet, daß der
Spannungsteiler aus einem hochohmigen Hochspannungswiderstand, vorzugsweise aus
Keramik, und mehreren mit diesem in Reihe geschalteten Niederspannungsteilerwiderständen
besteht, wobei sämtliche Widerstände ausgangsseitig mit jeweils einem an der Außenseite
des Spannungssensors angeordneten elektrischen Kontaktelement verbunden sind. Durch
Verwendung mehrerer Niederspannungsteilerwiderstände, kann der Meßbereich des
Sensors auf verschiedene Spannungsebenen (10 kV, 15 kV, 20 kV) umgestellt werden. Da der
Hochspannungswiderstand wesentliche räumliche Abmessungen besitzt, treten
Streukapazitäten auf, die bei der Messung steiler Hochspannungsimpulse zu erheblichen
Meßfehlern führen können. Es ist daher vorgesehen, den Teilerwiderständen Bauelemente zur
Begrenzung der Streukapazitäten zuzuordnen. Eine Maßnahme kann sein,
Schutzwiderstände hinzuzuschalten. Es wird vorzugsweise vorgeschlagen, die Streukapazitäten durch
eine leitfähige und geerdete Beschichtung des Gießharzkörpers zu begrenzen.
Die Kontaktelemente, die vorteilhafterweise als Steck- oder Gewindebuchsen für den
Anschluß eines Meß- oder Prüfgerätes ausgeführt sind, erlauben somit jeweils einen
Teilspannungsabgriff. Parallel zu den Niederspannungsteilerwiderständen ist ein
Überspannungsableiter angeordnet und mit dem Erdungsanschluß verbunden.
Dieser kompakt ausgeführte Spannungssensor ist einfach handhabbar und auf Grund der
Anordnung mehrerer Niederspannungsteilerwiderstände im Spanungsteiler zur Messung
und Prüfung mehrerer Bereiche von Mittelspannungen bei gleicher Ausführungsform
einsetzbar. Dabei ist der in Gießharz ausgeführte Spannungssensor im wesentlichen
wartungsfrei, nicht störanfällig und kompakt.
Der Überspannungsableiter kann als gasgefüllter Überspannungsableiter ausgeführt sein.
Diese Überspannungsableiter haben ein höheres Ableitungsverhalten als elektronische
Spannungsbegrenzer (Zenerdioden).
Der Spannungsteiler kann im Verschlußstopfen eines Kabelsteckteils integriert sein und ist
damit für jeden Meßvorgang an diesem ohne erneute Montage verfügbar. Der Verschluß-
stopfen kann umfangsseitig in dem aus dem Kabelsteckteil ragenden Bereich in
vorteilhafter Weise mit einer leitfähigen Beschichtung versehen sein und gemeinsam mit dem
leitfähigen Belag des Kabelsteckteils über den Massekontakt mit dem Metallgehäuse des
Kabelsteckteils eine Feldsteuerung für den Hochspannungswiderstand bilden. Die
Beschichtung kann eine Leitlackschicht sein, die einfach auftragbar ist.
Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Die zugehörigen
Figuren zeigen teilweise schematisch und geschnitten im Einzelnen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen als Verschlußstopfen für ein Kabelsteckteil
ausgebildeten Spannungssensor,
Fig. 2 eine Draufsicht auf die rückwärtige Stirnseite des Verschlußstopfens und
Fig. 3 das Schaltbild des Spannungssensors.
Fig. 1 zeigt einen als Spannungssensor ausgebildeten Verschlußstopfen 1 in Anlehnung an
DIN 47636 (400 A; Konus) eines Kabelsteckteils mit einem integrierten ohmschen
Spannungsteiler 2 und einem mit diesem verbundenen gasgefüllten Überspannungsableiter 3
und einem Erdungsanschluß 4. Solche Kabelsteckteile haben ein (in der Regel aus zwei
Hälften bestehendes) Metallgehäuse, über welches auch der Masseanschluß erfolgt. Der
Spannungsteiler 2 ist aus einem hochohmigen Hochspannungswiderstand R1 (100 MOhm)
aus Keramik und zwei mit diesem in Reihe geschalteten
Niederspannungsteilerwiderständen R2 und R3 (jeweils 1 kOhm) gebildet. Kabelseitig ist der Hochspannungswiderstand R1
mit einer Kontaktschraube 5 elektrisch kontaktiert, die am Kabelschuh eines mittels einer
Kontaktschraube am Kontaktstück eines Durchführungsisolators fixierten Kabels elektrisch
verbunden ist (nicht dargestellt). Zwischen den Widerständen R1 und R2 sowie R2 und R3
ist jeweils ein Spannungsabgriff angeordnet, der mit einer an der Stirnseite 6 des
Verschlußstopfens 1 angeordneten Anschlußbuchse 7.1 bzw. 7.2 verbunden ist. Ebenso ist der
Niederspannungswiderstand R3 ausgangsseitig mit einer Anschlußbuchse 7.3 verbunden,
bzw. hat über die Erdverbindung Kontakt mit Masse.
Fig. 2 zeigt, daß drei Anschlußbuchsen 7.1 bis 7.3 vorhanden sind, die im radialen Abstand
vom Erdungsanschluß 4 und im Abstand voneinander angeordnet sind. An diesen
Anschlußbuchsen (7.1, 7.2) können auf Grund der Anordnung der
Niederspannungsteilerwiderstände R2 und R3 zwei verschiedene Teilspannungen abgegriffen werden. Das
Schaltbild dazu ist in Fig. 3 dargestellt.
Der Verschlußstopfen 1 ist umfangsseitig in dem Bereich, der aus dem (nicht dargestellten)
Kabelsteckteil herausragt, mit einer Beschichtung 8 aus Leitlack versehen, die in
Ergänzung und gemeinsam mit dem äußeren leitfähigen Belag des Kabelsteckteils eine
Feldsteuerung für den Hochspannungswiderstand R1 bildet.
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| Anspruch[de] |
- 1. Spannungssensor für Meß- und Schutzzwecke für Mittelspannungsschaltanlagen mit
einem in Gießharz eingegossenen ohmschen Spannungsteiler mit einem Erdungsanschluß,
dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (2) aus einem hochohmigen
Hochspannungswiderstand (R1) und mehreren mit diesem in Reihe geschalteten
Niederspannungsteilerwiderständen (R2; R3) gebildet ist, die ausgangsseitig jeweils mit einem an der
Außenseite des Spannungssensors angeordneten Kontaktelement (7.1, 7.2, 7.3)
verbunden sind und daß den Teilerwiderständen Bauelemente (8) zur Begrenzung der
Streukapazitäten zugeordnet sind.
- 2. Spannungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Begrenzung der
Streukapazitäten, der Gießharzkörper (1) mit einer geerdeten, leitfähigen Beschichtung (8)
versehen ist.
- 3. Spannungssensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zu den
Niederspannungsteilerwiderständen (R2 und R3) ein Überspannungsableiter (3) parallel
geschaltet ist.
- 4. Spannungssensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Überspannungsableiter (3) ein gasgefüllter Überspannungsableiter ist.
- 5. Spannungssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (2) im Verschlußstopfen (1) eines Kabelsteckteils integriert ist.
- 6. Spannungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kontaktelemente (7.1 bis 7.3) erdungsanschlußseitig zugänglich sind.
- 7. Spannungssensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der
Verschlußstopfen (1) umfangsseitig in dem aus dem Kabelsteckteil ragenden Bereich mit einer leitfähigen
Beschichtung (8) versehen ist.
- 8. Spannungssensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung
(8) ein Leitlack ist.
- 9. Spannungssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Hochspannungswiderstand (R1) ein Keramikwiderstand ist.
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Patent Zeichnungen (PDF)
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