Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schalterpol für Übertragungs- und/oder Verteilernetze für Hoch- und Mittelspannung, d. h. für Spannungen größer als 1000 Volt, der einen Strommeßsensor hat, welcher in seiner Struktur integriert und mittels optischer Techniken realisiert ist.

Der Pol nach der vorliegenden Erfindung wird im folgenden anhand eines Pols eines Hochspannungs-Leistungsschalters beschrieben, wodurch jedoch der Schutzumfang dieser Anmeldung in keiner Weise eingeschränkt wird.

Bekanntlich werden Strommessungen normalerweise in einem Pol eines Hochspannungs-Leistungsschalters durchgeführt, um eine adäquate Steuerung dieses Schalters zu gewährleisten. Strommessungen werden allgemein unter Verwendung von Meßpolen durchgeführt, die auf dem Gebiet der Technik als Stromwandler bekannt sind. Diese Meßpole umfassen im allgemeinen Wicklungen auf einem Kern aus magnetischem Material sowie Halte- und Isolierstrukturen. Es gibt verschiedene Arten dieser gebräuchlichen Meßpole, die gemäß speziellen Konfigurationen verwendet werden, die im folgenden beschrieben werden.

Eine erste Konfiguration von Stromwandlern ist auf dem Gebiet der Technik als selbständiger Wandler bekannt.

Die 1 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels für einen Stromwandler, der allgemein in dieser Konfiguration verwendet wird.

Der Wandler besteht hauptsächlich aus drei Strukturkomponenten: einem Isolator 1, der im allgemeinen aus einem Rippenrohr aus polymerem Material oder Porzellan besteht, einem Kopf 2 aus Aluminium oder Stahl und einer Basis 3, die ebenfalls aus Aluminium oder Stahl besteht und die Struktur zum Verankern mit einer Tragfläche, z. B. einem Tragstiel darstellt.

Die Primärwicklung 5 des Wandlers ist wie in 1 dargestellt in dem Kopf 2 angeordnet und besteht auch einem durchgehenden Stab 6, der horizontal angeordnet und in geeigneter Art und Weise an dem Kopf 2 befestigt ist.

Die Sekundärwicklungen 8 des Wandlers sind in mehreren Ringschirmen 7 angeordnet und von einem Tragrohr 9 gehalten, das mit seinem unteren Ende an der Basis 3 des Wandlers befestigt ist. In dem Rohr 9 sind Leiter 10 von den Sekundärwicklungen 8 geführt und an ihren Anschlüssen mit einem Anschlußkasten 11 verbunden, der an der Basis 3 des Wandlers angeordnet ist. Ein Flansch 12 zwischen der Basis 3 und dem Isolator 1 hat Löcher 13 für den Durchgang der Leiter 10 und zum Einleiten des dielektrischen Gases, das von einem (in der Figur nicht dargestellten) Füllventil in der Basis 3 ankommt. Das dielektrische Gas kann zum Beispiel Schwefelhexafluorid (SF₆), Stickstoff oder eine Mischung aus den beiden Gasen sein.

Der oben beschriebene Stromwandler hat verschiedene Probleme, die sich aufgrund der Verwendung eines Wandlers mit Magnetkern ergeben.

Bei hohen Strömen ist der Magnetkern des Wandlers nämlich Sättigungseffekten ausgesetzt, die die auszuführende Strommessung beeinträchtigen.

Wegen dieser Effekte muß der Wandlerkern entsprechend den zu messenden Strömen und der Präzision, mit der die Messung auszuführen ist, ausgelegt sein. Dies bringt beträchtliche technische Probleme und hohe Fertigungskosten mit sich.

Weitere Nachteile ergeben sich aus der Tatsache, daß Wicklungen mit Magnetkern im allgemeinen einen eingeschränkten Frequenzbereich haben und potentiell für externe elektromagnetische Störungen empfindlich ist.

Diese Nachteile führen zu hohen Fertigungs- und Betriebskosten, die mit steigenden Betriebsspannungen wachsen, da qualitativ hochwertige Magnetkerne verwendet werden müssen, um eine adäquate Wiederholbarkeit des Betriebsverhaltens des Meßpols zu gewährleisten.

Die selbständige Wandlerkonfiguration hat, wie im folgenden beschrieben, beträchtliche Probleme hinsichtlich Volumen und hoher Kosten sowohl während der Installation als auch beim Betrieb.

Die 2 zeigt eine schematische Ansicht eines Beispiels für den Einsatz der selbständigen Wandlerkonfiguration in einer Hochspannungs-Netzstation, bei der der in 1 gezeigte Pol als Stromwandler verwendet werden kann.

Der Netzstrom fließt, beispielsweise in Richtung des Pfeils 24, über einen Trennschalter 20 zu einem Leistungsschalter 21 und von dort zu einem Stromwandler 22, wie er bereits in 1 beschrieben wurde. Der Zugang zu dem Rest der Netzstation wird mittels des Trennschalters 23 erreicht.

Der Stromwandler 22 kann sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts des Leistungsschalters 21 angeordnet sein, ist jedoch in jedem Fall außerhalb des Leistungsschalters 21 angeordnet. Um eine adäquate Isolation zu gewährleisten, muß der Wandler 22 für jeden elektrischen Pol des Netzes auf einer separaten Stütze angeordnet und in einem geeigneten Abstand zu dem Leistungsschalter 21 plaziert sein. Dies bedeutet, daß die Netzstation insgesamt einen beträchtlichen Platzbedarf hat, was wiederum hohe Installations- und Betriebskosten mit sich bringt. Die Anzahl der verschiedenen und separaten Funktionselemente innerhalb der Netzstation führt zudem zu beträchtlichen Problemen, was Wartung und Verläßlichkeit betrifft.

Die 3 einst eine schematische Ansicht eines Beispiels für eine Konfiguration, bei der die Integration von Leistungsschalter und Stromwandler in einem einzigen Pol realisiert ist. Genauer gesagt erfolgt diese Integration in dem Körper des Leistungsschalters, wie in 3 dargestellt. Die Leistungsschalter/Stromwandler-Baugruppe besteht im wesentlichen aus drei Teilen, nämlich einer Unterbrechungskammer 30, die in 3 teilweise dargestellt ist, einem Bereich 31, in dem Primärwicklungen und Sekundärwicklungen 34 des Wandlers (mit einem Magnetkern) aufgenommen sind, einem Isolator 33 und einem Gehäuse 32, in dem Mittel 35 zum Betätigen des beweglichen Kontakts des Leistungsschalters sowie Sekundäranschlüsse 36 des Wandlers angeordnet sind. Leiter 37, die von den Wicklungen 34 abstehen, sind durch ein Metallrohr 38 im Inneren des Isolators 33 zu den Sekundäranschlüssen 36 geführt. Das Metallrohr 38 nimmt ferner eine Stange 39 zum Bewegen eines beweglichen Kontakts 40 des Leistungsschalters auf. Der Primärstrom fließt von dem beweglichen Kontakt 40 zu einem externen Primärkontakt 41, der an dem Bereich 31 angeordnet ist, der die Wicklungen 34 enthält.

Zwar integriert der in 3 gezeigte Pol vorteilhafterweise den Strommeßpol und den Leistungsschalter, doch verwendet er noch immer Stromwandler, die auf einen Magnetkern gewickelt sind. Bei dieser Konfiguration bleiben die technischen Probleme, die sich aus der Verwendung dieser Komponenten ergeben, bestehen, ebenso wie bei anderen Konfigurationen, die auf dem Gebiet der Technik anzutreffen sind. Wie vorstehend beschrieben, bestehen diese technischen Probleme hauptsächlich in dem großen Platzbedarf und den hohen Kosten der Wicklungen sowie in dem ungünstigen magnetischen Verhalten des Kerns solcher Wandler.

Es gibt andere bekannte Pole, die es ermöglichen, die Probleme zu lösen, die durch die Verwendung von Wicklungen auf Magnetkernen entstehen. Diese Pole verwenden optische Techniken und basieren auf der Messung der Drehung der Polarisationsebene einer Lichtwelle, die sich bei Vorhandensein eines Magnetfelds durch ein Übertragungsmedium fortpflanzt. Die Drehung ist proportional zur Intensität des Magnetfelds. Diese Eigenschaft ist allgemein als Faraday-Effekt bekannt. Der Einfachheit der Beschreibung halber werden Pole dieser Art im folgenden als „optische Stromsensoren" bezeichnet.

Ein erstes bekanntes Beispiel für optische Stromsensoren ist schematisch in 4 dargestellt.

Ein Lichtwellenleiter 53 ist auf einem geeigneten Träger (in der Figur nicht dargestellt) um einen Primärleiter 51 gewickelt, durch den ein zu messender Strom (durch den Pfeil 52 angedeutet) fließt. Ein Steuersystem 54 sendet eine Lichtwelle (durch den Pfeil 55 angedeutet) aus, die sich entlang dem Lichtwellenleiter 53 bewegt. Auf ihrem Weg wird die von dem Steuersystem 54 ausgesendete Lichtwelle 55 durch das Magnetfeld (durch den gestrichelten Pfeil 50 angedeutet) beeinflußt, das durch den Strom 52 erzeugt wird. Die Lichtwelle 55 kehrt zu dem Steuersystem 54 zurück, wobei ihr Polarisationswinkel um ein bestimmtes Maß gedreht ist. Das Steuersystem 54 mißt diese Drehung. Wie bereits erwähnt, ist die Größenordnung dieser Drehung proportional zu dem Magnetfeld 50 und somit zu dem Strom 52, der entlang dem Primärleiter fließt.

Die Empfindlichkeit des optischen Sensor nach dieser Ausführungsform hängt hauptsächlich davon ab, mit wieviel Windungen der Lichtwellenleiter 53 um den Primärleiter gewickelt ist. Das Verhalten des Sensors ist unabhängig von der Geometrie der Windungen dieses Lichtwellenleiters.

Ein weiteres bekannte Konstruktionsbeispiel für einen optischen Sensor ist in 5 dargestellt. Gemäß dieser Ausführungsform ist das verwendete Übertragungsmedium ein Kristall 56, der eine geeignete Geometrie hat und so angeordnet ist, daß er den Primärleiter 51 wie ein Ring umgibt. Ein Steuersystem 57 sendet eine Lichtwelle (durch den Pfeil 58 angedeutet) aus, die mittels eines Systems von Lichtwellenleitern 59 den Kristall 56 erreicht. In dem Kristall 56 erfährt die Lichtwelle 58 eine Reihe von Reflektionen, die die Lichtwelle 58 veranlassen, sich entlang einem Weg um den Primärleiter 51 herum zu bewegen, bis sie durch das Lichtwellenleitersystem 59 zu dem Steuerbaustein 57 zurückkehrt, der die Drehung der Polarisationsebene der Lichtwelle 58 mißt. Diese Drehung ist durch das Vorhandensein des Magnetfelds 50 bedingt, das von dem zu messenden Strom 52 erzeugt wird. Wie bei dem in 4 gezeigten Beispiel ist das Ausmaß der Drehung proportional zu der Intensität des Magnetfelds 50 und damit zur Stärke des Stroms 52.

Was die vorstehende Ausführungsform betrifft, so findet diese seltener Anwendung, da die Empfindlichkeit des Sensors nur dadurch erhöht werden kann, daß die Zahl der internen Reflektionen der Lichtwelle 58 erhöht wird, also die Abmessungen des Kristalls 56 vergrößert werden. Oberhalb einer bestimmten Grenze kann dies zu beträchtlichen Problemen bei der Fertigung des Kristalls 58 führen. Die in 5 gezeigte Ausführungsform wird daher zum Messen relativ hoher Ströme verwendet, beispielsweise über 2000 A.

Zahlreiche Konfigurationen sind als Alternative zu den in den 4 und 5 gezeigten Konfigurationen für optische Stromsensoren bekannt.

Es gibt beispielsweise bekannte Ausführungsformen, die mehrere Lichtwellen verwenden, die sich in dem gleichen Leiter oder Kristall in entgegengesetzten Richtungen fortpflanzen. Diese Ausführungsformen sind besonders vorteilhaft, da sie die Präzision und Empfindlichkeit des Meßsystems beträchtlich verbessern.

Optische Stromsensoren haben im allgemeinen auch bei sehr breiten Strombereichen eine hohe Linearität. Folglich erlauben sie es, die für Stromwandler mit Wicklungen auf einem Magnetkern charakteristischen Sättigungsprobleme in vorteilhafter Weise zu lösen. Ferner ist es durch die Verwendung von optischen Materialien wie Fasern oder Kristallen möglich, eine adäquate Isolierung zu gewährleisten und gleichzeitig kompakte Abmessungen beizubehalten.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß optische Sensoren, insbesondere diejenigen, die einen Lichtwellenleiter als Übertragungsmedium für die Lichtwelle verwenden, sehr variable Geometrien haben können und dabei ihre Funktionalität unverändert beibehalten.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß es mit optischen Stromsensoren möglich ist, Wechselströme und Gleichströme mit dem gleichen Pol zu messen.

Ferner erlaubt die fortgeschrittene Entwicklung von Technologien zum Herstellen von Lichtleitern und Kristallen einen hohen Grad industrieller Reproduzierbarkeit dieser Sensoren zu wettbewerbsfähigen Fertigungskosten.

Wie im Falle der Stromwandler mit Wicklungen auf einem Magnetkern, werden optische Stromsensoren zum Messen von Strömen in Systemen zum Übertragen und/oder Verteilen elektrischer Leistung verwendet.

Die 6 ist eine schematische Darstellung eines Konstruktionsbeispiels für einen Hochspannungspol, der einen optischen Sensor zum Messen des Netzstroms verwendet. Wie zu erkennen, ist ein Leistungsschalter 60 auf einer Stütze 61 montiert. Der Netzstrom (durch den Pfeil 62 angedeutet) fließt in einem geeigneten Leiter 64 von dem Leistungsschalter 60 zu einem Meßfühler 63, der außerhalb der Struktur des Leistungsschalters 60 montiert und gegenüber diesem durch einen Haltering 65 isoliert ist, der verhindert, daß das dielektrische Gas (beispielsweise SF₆) aus dem Leistungsschalter 60 austritt.

Der Leiter 64 führt durch einen Bereich, in dem der optische Stromsensor 66 derart angeordnet ist, daß er von dem Leiter 64 in der in den 4 und 5 beschriebenen Weise gequert wird.

Zwei Lichtwellenleiter 67 stehen von dem optischen Sensor 66 hervor und sind mit einem Steuerbaustein 68 verbunden, der Mittel 69 zum Aussenden von Licht, Mittel 70 zum Empfangen von Licht und einen Verarbeitungsbaustein 71 enthält. Der Verarbeitungsbaustein 71 steuert nicht nur die Mittel 69 zum Aussenden von Licht und die Mitel 70 zum Empfangen von Licht, sondern mißt auch die Drehung der Polarisationsebene des Lichts, das durch das von dem Strom 62 erzeugte Magnetfeld entlang den Lichtwellenleitern 67 übertragen wird.

Für die Verwendung von optischen Stromsensoren in Polen von Hochspannungs-Leistungsschaltern gibt es alternative Konfigurationen. Bei dem derzeitigen Stand der Technik sind diese optischen Stromsensoren jedoch immer in Strukturen angeordnet, die außerhalb des Leistungsschalters liegen, wie in 6 dargestellt, oder in Konfigurationen der Art des selbständigen Wandlers, ähnlich dem in 7 gezeigten.

Gemäß dieser 7 ist ein optischer Sensor 730 außerhalb des Körpers eines Leistungsschalters 740 an einem der Hauptstromleiter (mit dem Pfeil 750 bezeichnet) montiert.

Ein Kabel 760 verläuft entlang einem Isolator 770 abwärts, der einen adäquaten Abstand zwischen dem Stromleiter 750 und der Masseebene bereitstellen muß, die fest mit der Verarbeitungselektronik 780 verbunden ist. Der Isolator 770 dient auch dazu, das optische Kabel 760 vor Wetterauswirkungen zu schützen. Alternativ kann der Stromsensor an dem anderen Stromleiter 790 angeordnet sein.

Ein Nachteil dieser Ausführungsformen besteht darin, daß für die Strommessung Elemente notwendig sind, die außerhalb der Struktur des Leistungsschalters liegen.

Dies erfordert auch den Einsatz externer Stütz- und Schutzvorrichtungen (beispielsweise Tragsäulen und/oder Isolatoren), was die Abmessungen und somit die Fertigungs- und Installationskosten erhöht, wie oben unter Bezugnahme auf die in 2 gezeigte Ausfiihrungsform beschrieben. Ein Beispiel für einen Pol einen Schalterpol gemäß dem Oberbegriff des Anspruch 1 ist in der US-3686567 zu finden.

Außerdem verstärkt die Verwendung mehrerer Bauteile Wartungsprobleme und mindert die Verläßlichkeit des Systems.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Pol eines Hoch- und/oder Mittelspannungs-Leistungsschalters anzugeben, der einen Pol zum Messen von Strom enthält, welcher es erlaubt, sehr genaue Messungen durchzuführen, und welcher eine erhebliche Verringerung des Platzbedarfs ermöglicht.

Im Rahmen dieses Ziels besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Pol eines Hoch- und/oder Mittelspannungs-Leistungsschalters anzugeben, der einen Strommeßpol enthält, bei dem die Strommessung erfolgt, ohne daß die ungünstigen Bedingungen auftreten, wie sie für Strommessungen mit Wicklungen auf einem Kern aus magnetischem Material typisch sind.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, einen Pol eines Hoch- und/oder Mittelspannungs-Leistungsschalters anzugeben, der einen Strommeßpol enthält, bei dem das Einsetzen des Pols eine reduzierte Zahl von Komponenten mit sich bringt, die für die praktische Umsetzung der Struktur des Leistungsschalters notwendig sind.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Pol eines Hoch- und/oder Mittelspannungs-Leistungsschalters anzugeben, bei dem das Einsetzen eines Meßpols bedeutet, daß für die praktische Fertigung der Struktur eine geringere Zahl von mechanischen Prozessen ausgeführt werden muß.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Pol eines Hoch- und/oder Mittelspannungs-Leistungsschalters anzugeben, bei dem das Einsetzen eines Meßpols bedeutet, daß für den Betrieb des Pols eine geringere Zahl von elektrischen Verbindungen ausgeführt werden muß.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Pol eines Hoch- und/oder Mittelspannungs-Leistungsschalters anzugeben, bei dem der Schritt für die Montage des Strommeßpols einfach und schnell ausgeführt werden kann.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Pol eines Hoch- und/oder Mittelspannungs-Leistungsschalters anzugeben, der hochzuverlässig ist und wettbewerbsfähige Kosten hat.

Dieses Ziel sowie diese und andere Aufgaben, die im folgenden deutlich werden, erreicht ein Pol eines Hoch- und/oder Mittelspannungs-Leistungsschalters, mit einem isolierenden Gehäuse, zumindest einer Unterbrechungskammer, die in dem isolierenden Gehäuse angeordnet ist und zumindest einen beweglichen Kontakt und zumindest einen festen Kontakt enthält, einem dielektrischen Gas und einer Vorrichtung zum Messen des elektrischen Stroms, der durch den Pol fließt, wobei die Vorrichtung umfaßt:

einen optischen Stromsensor, in den eine polarisierte Lichtwelle eintritt; ein Steuersystem, das Lichtwellen zu dem optischen Stromsensor aussendet und Übertragungsmittel, die das Steuersystem mit dem optischen Stromsensor verbinden und entlang denen sich die Lichtwellen bewegen;

dadurch gekennzeichnet, daß der optische Stromsensor (96) in einem von dem dielektrischen Gas eingenommenen Raum des Pols derart angeordnet ist, daß der Weg des Stroms des Leistungsschalters vollständig in dem optischen Sensor (86) liegt.

Vorzugsweise ist der optische Sensor innerhalb der Struktur der Unterbrechungskammer des Leistungsschalters angeordnet.

Bei dem Pol nach der Erfindung wird durch die Verwendung eines optischen Stromsensor gewährleistet, daß die Messung des elektrischen Stroms exakt erfolgt, ohne daß die ungünstigen Bedingungen auftreten, die für bekannte Pole mit Wicklungen auf einem Magnetkern typisch sind.

Dadurch, daß der optische Stromsensor in dem Raum des Pols eingesetzt ist, der das dielektrische Gas enthält, und genauer gesagt in die Struktur der Unterbrechungskammer, ermöglicht der erfindungsgemäße Pol eine beträchtliche Reduktion des Platzbedarfs, da für seinen Betrieb eine geringere Zahl von Komponenten und elektrischen Verbindungen verwendet wird.

Der Pol nach der Erfindung ist zudem einfach zu montieren, erfordert keine besonderen mechanischen Prozesse für seine Fertigung, ist hochzuverlässig und hat relativ niedrige Fertigungskosten.

Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung einiger bevorzugter, jedoch nicht ausschließlicher Ausführungsbeispiele eines Pols eines Hoch- und/oder Mittelspannungs-Leistungsschalters, die als nicht einschränkende Beispiele in den zugehörigen Zeichnungen dargestellt sind, in denen zeigen:

1 eine schematische Ansicht eines in einem Hochspannungspol verwendeten Stromwandlers, gemäß einer bekannten Konfiguration realisiert;

2 eine schematische Ansicht eines Konstruktionsbeispiels der in 1 gezeigten bekannten Konfiguration, die in einer Netzstation für Hochspannungsnetze verwendet wird;

3 eine schematische Ansicht eines Schalterpols, gemäß einer weiteren bekannten Konfiguration realisiert;

4 eine schematische Ansicht eines bekannten Beispiels für einen optischen Stromsensor;

5 eine schematische Ansicht eines anderen bekannten Beispiels für einen optischen Stromsensor;

6 eine schematische Ansicht eines bekannten Beispiels für die Verwendung eines optischen Stromsensors in einem Hochspannungspol;

7 eine schematische Ansicht eines anderen bekannten Beispiels für die Verwendung eines optischen Stromsensors in einem Hochspannungspol;

8 eine teilweise geschnittene Ansicht eines Beispiels für ein erstes Ausführungsbeispiels des Pols nach der Erfindung;

9 eine Ansicht eines Konstruktionsdetails des in 8 gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels;

10 eine Ansicht eines weiteren Konstruktionsdetails des in 8 gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels;

11 ein Blockdiagramm des Steuersystems des optischen Stromsensors, der in dem Pol nach der Erfindung verwendet wird;

12 eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des Pols nach der Erfindung;

13 eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des Pols nach der Erfindung;

14 eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des Pols nach der Erfindung;

15 eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des Pols nach der Erfindung;

16 eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des Pols nach der Erfindung.

Ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines elektrischen Hochspannungspols nach der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 8 bis 10 beschrieben.

Der erfindungsgemäße Pol umfaßt ein isolierendes Gehäuse 81, eine Unterbrechungskammer 80 (in 8 teilweise dargestellt), die in dem isolierenden Gehäuse 81 positioniert ist und zumindest einen festen Kontakt und zumindest einen beweglichen Kontakt enthält, sowie ein Gehäuse 82, das an der Basis des isolierenden Gehäuses 81 angebracht ist. Die Unterbrechungskammer 80, der Isolator 81 und das Gehäuse 82 sind mit einem dielektrischen Gas, wie beispielsweise SF₆ gefüllt.

In der Unterbrechungskammer 80 ist eine Betätigungsstange 84 für den beweglichen Kontakt des (in 8 nicht dargestellten) Leistungsschalters aufgenommen. Ferner ist ein Stromabnehmer 88 in der Unterbrechungskammer 80 aufgenommen, der starr gegenüber einem Flansch 85 angeordnet ist. Ein optischer Stromsensor 86 ist auf dem Flansch 85 und um den Stromabnehmer 88 herum plaziert. Seine Anordnung wird weiter unten ausführlich beschrieben. Ein Übertragungskabel 87, vorzugsweise in optisches Übertragungskabel mit einem oder mehreren in einem Schutzmittel angeordneten Lichtwellenleiter/n steht von dem optischen Sensor 86 heraus und ist durch ein Durchgangsloch 94 in dem Flansch 85 zu dem Gehäuse 82 geführt. Der Flansch 85 hat ferner ein Dwchgangsloch 95 für den Durchgang der Betätigungsstange 84 des beweglichen Kontakts und des dielektrischen Gases in die Unterbrechungskammer 80. Der Stromabnehmer 88 ist derart angeordnet, daß er vollständig innerhalb des optischen Sensors 86 aufgenommen ist. Somit fließt der Strom von dem beweglichen Kontakt des Leistungsschalters entlang dem Stromabnehmer 88 aufwärts zu dem Flansch 85 und wird von dort durch einen geeigneten Anschluß, der in den Figuren nicht dargestellt ist, nach außen geleitet. Durch die für den optischen Stromsensor 86 und für den Stromabnehmer 88 gewählte Anordnung liegt der Weg des Stroms des Leistungsschalter vollständig innerhalb des optischen Sensors 86. Die elektrische Isolation zwischen dem Sensor 86 und dem Stromabnehmer 88 wird durch die Art des verwendeten Sensors selbst gewährleistet.

Das optische Kabel 87 ist in den Isolator 81 geführt, in dem auch die Betätigungsstange 84 des beweglichen Kontakts des Leistungsschalters aufgenommen ist. Das Kabel 87 tritt durch einen Flansch 96 mit einem Durchgangsloch 97 zum Festlegen des Kabels 87 und durch ein Loch 98 für den Durchgang der Betätigungsstange 84 in das Gehäuse 82 ein (in dem Elemente 90 zum Bewegen der Betätigungsstange 84 angeordnet sind).

Dann durchquert das optische Kabel 87 eine Trennwand 91 und tritt in ein Steuersystem 92 ein. Die Trennwand 91 ist so konzipiert, daß sie das hermetische Einschließen des dielektrischen Gases gewährleistet. Das Steuersystem 92 kann in einer (in

8 nicht gezeigten) zusätzlichen Kammer angeordnet sein, die starr an den Körper des Leistungsschalters gekoppelt und optional ebenfalls mit einem dielektrischen Gas gefüllt ist, oder die gemäß anderen bevorzugten Ausführungsbeispielen in einem Sitz außerhalb des Körpers des Leistungsschalters liegt, der auch in einem relativ großen Abstand zu dem Leistungsschalter angeordnet sein kann, wodurch eine Fernsteuerung realisiert wird.

Wie in 9 dargestellt, enthält der optische Sensor 86 als Übertragungsmedium einen Lichtwellenleiter 99, der in einem geeigneten Sitz 100 in einer oder mehreren Windungen um den Stromabnehmer 88 gewickelt ist. Alternativ kann als Übertragungsmedium ein optischer Kristall verwendet werden, der so angeordnet ist, daß er den Stromabnehmer 88 umgibt. Der Sitz 100 ist um den Stromabnehmer 88 herum auf dem Flansch 85 angeordnet und durch eine Isolationsschicht aus geeigneten Material, z. B. Poron, mechanisch gegenüber dem Stromabnehmer 88 und dem Flansch 85 isoliert.

In dem Sitz 100 ist der Lichtwellenleiter 99 in eine isolierende und stützende Schicht 102 (z. B. aus Silizium) eingetaucht.

Der Sitz 100 besteht vorzugsweise aus nichtleitendem Material, um zu verhindern, daß sich Oberflächen-Fremdströme bilden.

Der Lichtwellenleiter 99 ist durch einen Verbinder 103 mit dem optischen Kabel 87 verbunden, der über ein Durchgangsloch 94 in das Innere des isolierenden Gehäuses 81 eintritt.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält das optische Kabel 87 beide Enden des Lichtwellenleiters 99 innerhalb einer äußeren Schutzhülle aus hochdichtem Kunststoffmaterial, wie beispielsweise Kynar.

Wie in 10 dargestellt, tritt das optische Kabel 87 durch das Durchgangsloch 94 in das Innere des isolierenden Gehäuses 81 ein, bis es den Flansch 96 erreicht, der das isolierende Gehäuse 81 von dem Gehäuse 82 trennt. Durch das Durchgangsloch 97 tritt das Kabel 87 in das Gehäuse 82 ein. Bevor es das Durchgangsloch 97 erreicht, ist das Kabel 87 in eine Schutzhülle 104, beispielsweise aus metallischem Material, eingeführt, die auch verwendet wird, um das Kabel 87 festzulegen.

Die 11 zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des Steuersystems 92 der 8.

Gemäß diesem bevorzugten, jedoch nicht ausschließlichen Ausführungsbeispiel sendet eine Lichtquelle 200 zwei Lichtwellen an die beiden Enden des Lichtwellenleiters 99, die sich in die mit den Pfeilen 201 und 202 angedeuteten Richtungen bewegen. Die planare Polarisation der Wellen 201 und 202 erfolgt mittels eines Polarisationsmoduls 199. Der Lichtwellenleiter 99 verläuft entlang dem optischen Kabel 87 und ist um einen Stromleiter 203 gewickelt. Bevor die Lichtwellen 201 und 202 ihre Schleife um den Leiter 203 beginnen, werden sie durch einen Polarisationspol 204 zirkular polarisiert. Entlang ihrem Weg um den Leiter 203 nimmt jede Welle eine Phasenverzögerung an, die von dem durch den Leiter 203 fließenden Strom abhängig ist. Aufgrund der entgegensetzten Bewegungsrichtungen durch den Lichtwellenleiter haben die jeweiligen Phasenverzögerungen der Wellen 201 und 202 entgegengesetzte Vorzeichen. Dies bewirkt eine Vergrößerung der Phasenverschiebung zwischen den beiden Lichtwellen, was schließlich die Empfindlichkeit der Messung erhöht.

Am Ende der Schleife um den Leiter 203 werden die Wellen 201 und 202 wieder durch eine lineare Polarisation mittels des Pols 204 umgewandelt und treten in den Baustein 199 ein, der sie an einen Empfänger 205 überträgt. Der Empfänger 205 mißt die Phasenverschiebung zwischen den beiden Lichtwellen und gibt ein dazu proportionales elektrisches Signal 206 an einen Verarbeitungsbaustein 207 ab, der ein Meßsignal 208 ausgibt. Der Verarbeitungsbaustein 207 sendet ferner ein Steuersignal 209 an einen Phasenmodulator 210, der einen Rückmeldekreis in dem System schließt, was dessen Steuerung verbessert.

Die 12 ist eine schematische Darstellung einer alternativen Anordnung des optischen Stromsensors in dem erfindungsgemäßen Pol. Demnach ist der optische Stromsensor 86 nicht auf dem Flansch 85 zwischen der Unterbrechungskammer 80 und dem isolierenden Gehäuse 81 des Leistungsschalters angeordnet, sondern ist auf einem Haltering 110 angeordnet, der dank seiner Geometrie in jeder beliebigen Position entlang der Unterbrechungskammer 80 angeordnet sein kann. Der Flansch 85 sowie der Ring 110 haben Durchgangslöcher 94 und 112 für den Durchgang des optischen Kabels 87.

Die 13 ist eine schematische Darstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels des Pols nach der Erfindung, bei dem der optische Stromsensor 86 um die Struktur des festen Kontakts 120 des Leistungsschalters herum angeordnet ist. In diesem Fall verläuft das optische Kabel 87 entlang der gesamten Unterbrechungskammer 80 und durchquert den Flansch 85 durch das Durchgangsloch 121.

Die 14 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Pols nach der Erfindung. Die Unterbrechungskammer 80 ist im wesentlichen horizontal angeordnet und mechanisch mit einer gebogenen Kammer 151 verbunden, die auf einem isolierenden Gehäuse 150 angeordnet ist.

In der Kammer 151 ist der Mechanismus 152 zum Übertragen von Bewegung zwischen einer Hauptbetätigungsstange 153 und der Betätigungsstange des in der Unterbrechungskammer 80 angeordneten beweglichen Kontakts 154 aufgenommen. In der Unterbrechungskammer 80 ist ferner ein fester Kontakt 155 des Leistungsschalters aufgenommen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der optische Stromsensor 86 in der Kammer 80 angeordnet. Die durch die Pfeile 156 und 157 bezeichneten Anordnungen erscheinen vom konstruktiven Standpunkt aus gesehen besonders vorteilhaft. Die durch den Pfeil 157 bezeichnete Anordnung sieht vor, daß der Sensor an dem festen Kontakt 155 des Leistungsschalters in der Kammer 80 plaziert ist.

Die durch den Pfeil 156 bezeichnete Anordnung dagegen sieht vor, daß der optische Stromsensor 86 in der Kammer 80 an einem Flansch 158 zwischen der Unterbrechungskammer 80 und der Kammer 151 plaziert ist.

Die 15 zeigt eine Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird eine Unterbrechungskammer 80 des Leistungsschalters in einer metallverkleideten Struktur verwendet. Sie enthält einen beweglichen Kontakt 161, einen festen Kontakt 162 und Feldschirme 163, die den beweglichen Kontakt 161 und den festen Kontakt 162 vollständig umgeben.

Nach Durchlaufen des beweglichen Kontakts 161 und des festen Kontakts 162 durchläuft der Strom des Leistungsschalters die Anschlüsse 164 und 165.

Der optische Stromsensor 86 ist in der Unterbrechungskammer 80 in der Nähe eines Anschlusses 164 an der mit dem Pfeil 166 bezeichneten Position angeordnet. Als Alternative kann der optische Stromsensor 86 in der Nähe des Anschlusses 165 an der mit Pfeil 167 bezeichneten Position angeordnet sein. Auch ist es möglich, zwei optische Stromsensoren zu verwenden, die an beiden Anschlüssen 164 und 165 angeordnet sind.

Das optische Kabel 87 verläuft entlang der Unterbrechungskammer und tritt durch die Durchgangslöcher 170 und 171 durch die Flansche 168 und 169 hindurch.

Die 16 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Pols nach der Erfindung. Der elektrische Pol hat zwei Unterbrechungskammern 175 und 176, die im wesentlichen horizontal angeordnet sind und zumindest einen beweglichen Kontakt und einen festen Kontakt enthalten.

Die beiden Kammern 175 und 176 sind mittels einer Kammer 178, die Elemente 179 zum Übertragen von Bewegung zwischen einer Hauptbetätigungsstange 160 des Leistungsschalters und den beweglichen Kontakten in den Kammern 175 und 176 enthält, auf einer Stütze 177 befestigt.

Der optische Sensor 86 kann in der Struktur jeder Unterbrechungskammer angeordnet sein. Die durch die Pfeile 180, 181, 182 und 183 bezeichneten Anordnungen erscheinen besonders vorteilhaft und können unter Verwendung eines oder mehrerer optischer Stromsensoren realisiert werden.

In der praktischen Anwendung hat sich gezeigt, daß der erfindungsgemäße elektrische Schalterpol für Hoch- und/oder Mittelspannungsnetze das gesteckte Ziel vollkommen erreicht, da er es ermöglicht, den Strom eines Leistungsschalters unter Verwendung eines optischen Sensors zu messen, wobei der optische Sensor in der Struktur des Pols selbst in dem von dem dielektrischen Gas eingenommenen Raum integriert ist.

Die Probleme der nicht idealen Strommessung, die bei der Verwendung von Stromwandlern mit Wicklungen auf einem Kern aus magnetischen Material typischerweise auftreten, werden zudem durch die Verwendung eines optischen Stromsensors in vorteilhafter Weise gelöst.

Das Einsetzen eines optischen Sensor, der in die Struktur des Pols integriert ist, erfolgt mit einer begrenzten Zahl von Komponenten und einer begrenzten Zahl mechanischer Prozesse. Der Pol nach der Erfindung ist ferner leicht zu montieren, was die Installationskosten erheblich senkt.

Zudem hat sich gezeigt, daß der Pol nach der Erfindung eine beträchtliche Verringerung des Platzbedarfs des elektrischen Schalterpols ermöglicht, was die Betriebskosten erheblich senkt.

Ein weiterer Vorteil des Pols nach der Erfindung ergibt sich aus der Tatsache, daß die Verbindung zwischen dem optischen Stromsensor und der Steuerelektronik mit einer sehr kleinen Zahl von Anschlüssen erfolgt.

Diese Tatsache, zusammen mit der begrenzten Zahl der Bauteile zum Realisieren des erfindungsgemäßen Pols, ermöglicht eine beträchtliche Senkung der Wartungskosten.