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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
IPC-Nebenklasse G01R 19/00   
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.

Beschreibung[de]

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.


Anspruch[de]
  1. 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. 2. Spannungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Begrenzung der Streukapazitäten, der Gießharzkörper (1) mit einer geerdeten, leitfähigen Beschichtung (8) versehen ist.
  3. 3. Spannungssensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Niederspannungsteilerwiderständen (R2 und R3) ein Überspannungsableiter (3) parallel geschaltet ist.
  4. 4. Spannungssensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Überspannungsableiter (3) ein gasgefüllter Überspannungsableiter ist.
  5. 5. Spannungssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (2) im Verschlußstopfen (1) eines Kabelsteckteils integriert ist.
  6. 6. Spannungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (7.1 bis 7.3) erdungsanschlußseitig zugänglich sind.
  7. 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. 8. Spannungssensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (8) ein Leitlack ist.
  9. 9. Spannungssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochspannungswiderstand (R1) ein Keramikwiderstand ist.






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