СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ И ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ЧИСТЫМ ВОЗДУХОМ
METHOD FOR MEASURING AND HIGH-VOLTAGE MEASURING TRANSDUCER WITH CLEAN AIR

Изобретение относится к высоковольтному измерительному преобразователю и к способу для измерения с помощью высоковольтного измерительного преобразователем с корпусом, который пространственно охватывает по меньшей мере одно электрическое измерительное устройство и изолирующий газ.
6
6
2
Газоизолированные высоковольтные измерительные преобразователи известны, например, из EP 0 600 233 A1. При этом в качестве изолирующего газа применяется гексафторид серы (элегаз), т.е. SF. В качестве альтернативы могут также применяться газы с подобными изоляционными свойствами, такие как, например, фторкетоны и/или фторнитрилы, или газовые смеси, такие как, например, смеси из SF und N. Гексафторид серы имеет, особенно при высоких напряжениях, например, в диапазоне от 72,5 до 800 кВ, наилучшие электрические изоляционные свойства. Альтернативные газы, такие как, например, фторкетоны и/или фторнитрилы, имеют высокие критические температуры (температуры сжижения), из-за чего для наружных применений (на открытом воздухе) при низких температурах принимаются в расчет лишь условно. Гексафторид серы, а также альтернативные газы имеют повышенный парниковый потенциал. К тому же фторкетоны/нитрилы являются опасными для здоровья.
Обладающий долговременной стабильностью, газонепроницаемый высоковольтный измерительный преобразователь требует высоких технических затрат, в частности, на герметизацию, а также затрат на заполнение газом, откачку газа и контроль давления газа. При утилизации по истечении срока службы или после выхода из строя и/или при ремонте изолирующий газ может улетучиваться. Ремонт или утилизация без утечки изолирующего газа являются очень затратными. Для безопасного манипулирования с изолирующим газом, без нанесения вреда окружающей среде и/или без угрозы для здоровья, необходимы высокие технические затраты и связанные с этим высокие издержки.
Задачей настоящего изобретения является предложить высоковольтный измерительный преобразователь и способ для измерения с помощью высоковольтного измерительного преобразователя, которые позволяют избежать вышеописанных недостатков. В частности, задачей является предложить высоковольтный измерительный преобразователь, который имеет сниженные затраты на герметизацию, меньшие затраты при манипулировании изолирующим газом, связанные с этим сниженные издержки и сниженную опасность для окружающей среды.
Указанная задача в соответствии с изобретением решается высоковольтным измерительным преобразователем с признаками согласно пункту 1 формулы изобретения и/или способом для измерения с помощью высоковольтного измерительного преобразователя согласно пункту 11 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления соответствующего изобретению высоковольтного измерительного преобразователя и/или способа для измерения с помощью соответствующего изобретению высоковольтного измерительного преобразователя приведены в зависимых пунктах формулы изобретения. При этом предметы независимых пунктов могут комбинироваться между собой и с признаками зависимых пунктов, а также признаки зависимых пунктов могут комбинироваться между собой.
Соответствующий изобретению высоковольтный измерительный преобразователь включает в себя корпус, который пространственно охватывает по меньшей мере одно электрическое измерительное устройство и изолирующий газ. Изолирующий газ представляет собой чистый воздух, соответственно, в качестве изолирующего газа применяется чистый воздух.
6,
Посредством чистого воздуха, т.е. очищенного воздуха в качестве изолирующего газа в корпусе высоковольтного измерительного преобразователя и посредством отказа от экологически вредного изолирующего газа, такого как, например, SFпри выделении изолирующего газа из корпуса не наносится вред окружающей среде. Благодаря этому требуются меньшие затраты на герметизацию, меньшие затраты на манипулирование изолирующим газом, с чем связаны меньшие требуемые издержки, и снижается опасность для окружающей среды.
Высоковольтный измерительный преобразователь может быть выполнен по типу преобразователя тока, напряжения или комбинированного преобразователя.
6
Изолирующий газ может иметь давление в диапазоне от 6 до 15 бар. В этом диапазоне давлений обеспечивается достаточная электрическая изоляция электрических деталей, в частности, при пространственных размерах высоковольтного измерительного преобразователя, аналогичных или равных размерам высоковольтных измерительных преобразователей с SF в качестве изолирующего газа. При меньших давлениях, расстояния между изолируемыми друг от друга деталями следует увеличивать, из-за чего высоковольтный измерительный преобразователь следует конструировать с увеличенными общими размерами. При больших давлениях, например, стенки корпуса следует конструировать толще и/или механически стабильнее.
Изолирующий газ как чистый воздух может представлять собой и/или включать в себя синтезированный воздух, в частности, состоящий из воздушной смеси с 80% азота и 20% кислорода или включающий в себя воздушную смесь с 80% азота и 20% кислорода. Эта воздушная смесь, в частности очищенная и высушенная, т.е. не имеющая или имеющая лишь незначительную влажность воздуха, обеспечивает очень хорошую электрическую изоляцию.
Корпус может содержать опорный изолятор, в частности, из керамики, силикона и/или из композиционного материала. Опорный изолятор может обеспечивать хорошую электрическую изоляцию электрических выводов по меньшей мере одного электрического измерительного устройства относительно потенциала заземления. Корпус может содержать резервуар сжатого газа, в частности, из стали и/или алюминия, в частности, алюминиевого литья, который может быть выполнен как головной (верхний) и/или цокольный корпус. Резервуар сжатого газа может пространственно охватывать по меньшей мере одно электрическое измерительное устройство и заполняться изолирующим газом. За счет соответствующего механического выполнения, в частности, выбора материала и толщины стенок, резервуар сжатого газа может долговременно стабильно содержать изолирующий газ, в частности, под давлением.
Корпус может располагаться по меньшей мере на одной опоре. Тем самым корпус может механически стабильно располагаться на основании и/или фундаменте.
Корпус может содержать по меньшей мере одно устройство защиты от избыточного давления, в частности, по меньшей мере одну предохранительную (разрывную) мембрану. Тем самым при избыточном давлении изолирующий газ может направленно вытекать из корпуса, например, за счет разрушения предохранительной мембраны, и люди в окружении высоковольтного измерительного преобразователя предохраняются, в частности, от разлетающихся частей высоковольтного измерительного преобразователя, которые возникали бы при взрыве корпуса. Избыточное давление может возникать, например, из-за сбоя при функционировании и/или повышенного тепловыделения. По меньшей мере один наполнительный и/или тестовый патрубок и/или контроллер герметичности могут содержаться в высоковольтном измерительном преобразователе, например, чтобы гарантировать контроль и правильное обращение с изолирующим газом, в частности, при заполнении и/или выпуске изолирующего газа.
На корпусе могут располагаться по меньшей мере два внешних электрических вывода для подключения к электрической сети, электрическому потребителю и/или устройству генерации тока. По меньшей мере одна клеммная коробка может содержаться в высоковольтном измерительном преобразователе, в частности, для измерительных устройств, датчиков и/или устройств записи данных. По меньшей мере один вывод заземления может содержаться в высоковольтном измерительном преобразователе, чтобы заземлять его части или прикладывать потенциал заземления к частям.
В качестве по меньшей мере одного электрического измерительного устройства в корпусе могут содержаться по меньшей мере один преобразователь тока и/или по меньшей мере один преобразователь напряжения, в частности, с катушками индуктивности и/или с конденсаторами и/или с сопротивлениями. Комбинированный преобразователь может содержать в качестве измерительного устройства по меньшей мере один преобразователь тока и по меньшей мере один преобразователь напряжения.
По меньшей мере один управляющий электрод и/или средство регулировки потенциала, в частности, содержащее пленки и алюминиевые обкладки, и/или по меньшей мере отводная трубка могут содержаться в высоковольтном измерительном преобразователе. Управляющий электрод может, например, обеспечивать возможность регулировки потенциала или оптимизации электрического поля в опорном изоляторе. Отводная трубка может обеспечивать возможность приложения потенциала заземления, в частности, посредством контактирования с опорой на земле.
Соответствующий изобретению способ для измерения с помощью вышеописанного высоковольтного измерительного преобразователя включает в себя то, что электрическая изоляция в корпусе высоковольтного измерительного преобразователя осуществляется посредством чистого воздуха.
6
Корпус высоковольтного измерительного преобразователя может заполняться чистым воздухом, в частности, при замене изолирующего газа SF на чистый воздух.
Преимущества соответствующего изобретению способа для измерения с помощью вышеописанного высоковольтного измерительного преобразователя согласно пункту 11 формулы изобретения аналогичны вышеописанным преимуществам соответствующего изобретению высоковольтного измерительного преобразователя согласно пункту 1 формулы изобретения, и наоборот.
Далее примеры выполнения изобретения схематично изображены на фиг. 1 и 2 и описаны более подробно. При этом:
Фиг. 1 схематично показывает вид сбоку в сечении соответствующего изобретению высоковольтного измерительного преобразователя 1 с измерительным устройством 3, расположенным в головном корпусе 6 на опорном изоляторе 5, и
Фиг. 2 схематично показывает вид сбоку в сечении альтернативной конструкции соответствующего изобретению высоковольтного измерительного преобразователя 1 с измерительным устройством 3 в цокольном корпусе 6 и расположенным над ним опорным изолятором 5.
На фиг. 1 изображен вид в сечении сбоку соответствующего изобретению высоковольтного измерительного преобразователя 1. Высоковольтный измерительный преобразователь 1 содержит корпус 2 с опорным изолятором 5 и резервуаром 6 сжатого газа. В резервуаре 6 сжатого газа расположено измерительное устройство 3 высоковольтного измерительного преобразователя 1. Измерительное устройство 3 выполнено с возможностью измерения тока в диапазоне от нескольких сотен до нескольких тысяч ампер и/или напряжения в диапазоне нескольких тысяч вольт, в частности, в диапазоне от 145 до 800 кВ. Измерительное устройство 3 выполнено как преобразователь тока и/или напряжения или как комбинированный преобразователь.
В примере выполнения согласно фиг. 1, измерительное устройство 3 содержит проводник тока, который расположен внутри резервуара 6 сжатого газа и окружен кольцевой катушкой, окружающей проводник тока. Проводник тока снаружи резервуара 6 сжатого газа через электрические выводы 12 электрически подключен к электрической сети, электрическому потребителю и/или устройству генерации тока. Измерительная катушка через электрически изолированные провода соединена с клеммной коробкой 13, в которой размещены или могут быть подключены измерительные устройства, датчики и/или устройства записи данных для измеренных сигналов и их оценки.
Резервуар 6 сжатого газа соответствующего изобретению высоковольтного измерительного преобразователя 1 расположен на опорном изоляторе 5, который выполнен в форме колонны и размещен вертикально на опоре 7. Опора 7 включает в себя, например, перекрещивающиеся стальные опоры и закреплена на фундаменте, который для простоты представления не изображен на чертежах. На опоре 7 одним концом закреплен опорный изолятор 5 в форме колонны, который является герметично замкнутым. На конце на опорном изоляторе 5 в форме колонны закреплена клеммная коробка 13, и на конце расположены устройства, такие как, например, наполнительный патрубок 9, тестовый патрубок 10 и/или контроллер 11 герметичности.
Опорный изолятор 5 и резервуар 6 сжатого газа в соответствии с изобретением заполнены чистым воздухом в качестве изолирующего газа 4 и герметично замкнуты как корпус 2. Заполнение может осуществляться через наполнительный патрубок 9, и контроль герметичности и давления газа в полости может осуществляться посредством тестового патрубка 10 и контроллера 11 герметичности. На верхнем конце опорного изолятора 5 в форме колонны на опорном изоляторе 5 размещен горшкообразный резервуар 6 сжатого газа с предохранительной мембраной в качестве устройства 8 защиты от избыточного давления на верхнем конце резервуара 6 сжатого газа. При сильном повышении давления изолирующего газа 4 в корпусе 2, например, за счет нагревания из-за влияний окружающий среды, в частности, солнечного излучения, из-за сбоя при функционировании или тепловыделения из-за сильных токов, избыточное давление за счет разрыва предохранительной мембраны может спускаться из корпуса 2 вверх. Тем самым предотвращается, например, взрыв опорного изолятора 5 и/или резервуара 6 сжатого газа, при котором за счет разлетающихся осколков мог бы быть нанесен ущерб лицам, находящимся в окрестности.
Резервуар 6 сжатого газа выполнен, например, из стали, чугуна и/или алюминия, с толщиной стенок, которая долговременно выдерживает давление изолирующего газа, например, от 6 до 15 бар. Толщина стенок лежит, например, в диапазоне от миллиметров до сантиметров. Опорный изолятор 5 в форме колонны выполнен внутри полым, с толщиной стенок, которая также долговременно выдерживает давление изолирующего газа, например, от 6 до 15 бар и удерживает вес резервуара 6 сжатого газа с закрепленными на нем подключенными нагрузками. Опорный изолятор 5 выполнен, например, из керамики, силикона и/или композиционного материала. Внешняя боковая поверхность опорного изолятора 5 имеет кольцевые, окружающие внешнюю боковую поверхность ламели, размещенные с регулярными интервалами вдоль продольной оси опорного изолятора 5 в форме колонны. Тем самым удлиняется путь тока поверхностной утечки вдоль продольной оси опорного изолятора 5 в форме колонны и улучшается внешнее изоляционное действие опорного изолятора 5.
Внутри опорного изолятора 5 в форме колонны вдоль продольной оси размещена отводная трубка 16 для заземления измерительного устройства 3 и осесимметрично вокруг отводной трубки 16 на верхнем участке опорного изолятора 5 расположен управляющий электрод 15 для улучшения распределения поля на этом участке. Управляющий электрод 15 и/или отводная трубка 16, в частности, выполнены из электрически хорошо проводящих материалов, таких как, например, медь и/или сталь.
Изолирующий газ 4 представляет собой чистый воздух или включает в себя синтезированный воздух, в частности, 80% азота и 20% кислорода. При давлении в диапазоне от 6 до 15 бар изолирующий газ 4, представляющий собой чистый воздух, изолирует подлежащие электрической изоляции участки в корпусе 2 высоковольтного измерительного преобразователя 1, в частности, при напряжениях в диапазоне от 145 до 800 кВ. В частности, при повышенных напряжениях, расстояния между электропроводными частями высоковольтного измерительного преобразователя 1 должны увеличиваться, т.е. высоковольтный измерительный преобразователь 1 должен выполняться с увеличенными размерами, или давление изолирующего газа 4 должно повышаться, причем, при обстоятельствах, стенки корпуса 2 для достаточного сопротивления сжатию должны выполняться более толстыми.
На фиг. 2 схематично показан вид сбоку в сечении альтернативной конструкции соответствующего изобретению высоковольтного измерительного преобразователя 1. В отличие от примера выполнения высоковольтного измерительного преобразователя 1 согласно фиг. 1 с головным корпусом 6 на опорном изоляторе 5, на фиг. 2 изображен высоковольтный измерительный преобразователь 1 с цокольным корпусом 6 под опорным изолятором 5. Резервуар 6 сжатого газа размещен непосредственно на опоре 7 и включает в себя в качестве измерительного устройства 3 высоковольтного измерительного преобразователя 1, например, первичную обмотку и сердечник преобразователя напряжения. На резервуаре 6 сжатого газа размещен опорный изолятор 5 в форме колонны с электрическими выводами 12 на верхнем конце опорного изолятора 5, для подключения высоковольтного измерительного преобразователя 1 к электрической сети, электрическому потребителю и/или к устройству генерации тока.
Измерительное устройство 3 выполнено с возможностью измерения, например, напряжения, в диапазоне нескольких тысяч вольт, в частности, в диапазоне от 72,5 до 800 кВ. Измерительное устройство 3 в примере выполнения согласно фиг. 2 выполнено как преобразователь напряжения, но может также выполняться как преобразователь тока или как комбинированный преобразователь, что для простоты представления не изображено на фиг. 2. Измерительное устройство 3 через электрически изолированные провода соединено с клеммной коробкой 13, в которой размещены или могут быть подключены измерительные устройства, датчики и/или устройства записи данных для измеренных сигналов и их оценки. Клеммная коробка 13 закреплена сбоку на резервуаре 6 сжатого газа 6 высоковольтного измерительного преобразователя 1. Устройства, такие как, например, наполнительный патрубок 9, тестовый патрубок 10 и/или контроллер 11 герметичности также расположены или выполнены на резервуаре 6 сжатого газа 6.
Опорный изолятор 5 и резервуар 6 сжатого газа, как герметично замкнутые части корпуса 2, в соответствии с изобретением заполнены чистым воздухом в качестве изолирующего газа 4. Заполнение может осуществляться через наполнительный патрубок 9, и контроль герметичности и давления газа в полости может осуществляться посредством тестового патрубка 10 и контроллера 11 герметичности. На нижнем конце опорного изолятора 5 в форме колонны размещен горшкообразный резервуар 6 сжатого газа на опоре 7. На верхнем конце опорного изолятора 5 в форме колонны выполнена предохранительная мембрана в качестве устройства 8 защиты от избыточного давления. При сильном повышении давления изолирующего газа 4 в корпусе 2, например, за счет нагревания из-за влияний окружающий среды, в частности, солнечного излучения, из-за сбоя при функционировании или тепловыделения из-за сильных токов, избыточное давление за счет разрыва предохранительной мембраны может спускаться из корпуса 2 вверх. Тем самым предотвращается, как в примере выполнения согласно фиг. 1, взрыв опорного изолятора 5 и/или резервуара 6 сжатого газа, при котором за счет разлетающихся осколков мог бы быть нанесен ущерб лицам, находящимся в окрестности.
Опорный изолятор 5 в форме колонны выполнен внутри полым, с толщиной стенок, которая долговременно выдерживает давление изолирующего газа, например, от 6 до 15 бар. Опорный изолятор 5 выполнен, например, из керамики, силикона, армированного стекловолокном пластика (GFK) и/или из композиционного материала. Внешняя боковая поверхность опорного изолятора 5 имеет кольцевые, окружающие внешнюю боковую поверхность ламели, размещенные с регулярными интервалами вдоль продольной оси опорного изолятора 5 в форме колонны. Тем самым удлиняется путь тока поверхностной утечки вдоль продольной оси опорного изолятора 5 в форме колонны и улучшается внешнее изоляционное действие опорного изолятора 5. Внутри опорного изолятора 5 в форме колонны вдоль продольной оси размещена отводная трубка 16 для соединения измерительного устройства 3 с выводами 12, и осесимметрично вокруг отводной трубки 16 на нижнем участке опорного изолятора 5 расположен управляющий электрод 15 и/или средство регулировки, в частности, включающее в себя пленки и/или алюминиевые накладки, для улучшения распределения поля на этом участке. Управляющий электрод 15 и/или отводная трубка 16, в частности, выполнены из электрически хорошо проводящих материалов, таких как, например, медь и/или сталь.
Корпус 2 с резервуаром 6 сжатого газа и опорным изолятором 4 в форме колонны, стоящем вертикально на резервуаре 6 сжатого газа, размещен на опоре 7, которая закреплена, например, на фундаменте, который для простоты представления не показан на фиг. 2. Опора 7, в примере выполнения согласно фиг. 2, включает в себя, например, перекрещивающиеся стальные опоры. Фундамент представляет собой, например, бетонный фундамент. Резервуар 6 сжатого газа выполнен, например, из стали, чугуна и/или алюминия. Резервуар 6 сжатого газа и опорный изолятор 5 в форме колонны в соответствии с изобретением заполнен свежим воздухом, в частности, при давлении изолирующего газа, например, от 6 до 15 бар. Толщина стенок резервуара 6 сжатого газа и опорного изолятора 5 соответственно выбраны в зависимости от материала, чтобы долговременно выдерживать давление изолирующего газа, например, от 6 до 15 бар.
Изолирующий газ 4 представляет собой чистый воздух как в примере выполнения согласно фиг. 1 или включает в себя синтезированный воздух, в частности, 80% азота и 20% кислорода. При давлении в диапазоне от 6 до 15 бар изолирующий газ 4, представляющий собой чистый воздух, изолирует подлежащие электрической изоляции участки в корпусе 2 высоковольтного измерительного преобразователя 1, в частности, при напряжениях в диапазоне от 72,5 до 800 кВ. При повышенных напряжениях, расстояния между электропроводными деталями высоковольтного измерительного преобразователя 1 должны увеличиваться, т.е. высоковольтный измерительный преобразователь 1 должен выполняться с увеличенными размерами, или давление изолирующего газа 4 должно повышаться, причем, при обстоятельствах, стенки корпуса 2 для достаточного сопротивления сжатию должны выполняться более толстыми.
Вышеописанные примеры выполнения могут комбинироваться друг с другом и/или могут комбинироваться с известными средствами из уровня техники. Так, например, комбинированные преобразователи могут выполняться с головным резервуаром 6 и/или цокольным резервуаром 6. Резервуар 6 сжатого газа может состоять из стали, чугуна и/или алюминия, в частности, алюминиевого литья. При применении герметизации в стальном корпусе, в частности, из ферритовой и/или аустенитной, немагнитной стали, могут реализоваться повышенные давления изолирующего газа и более компактные конструкции высоковольтного измерительного преобразователя 1. При применении цокольных резервуаров 6, например, из алюминиевого литья, могут реализовываться лишь меньшие давления изолирующего газа, а расстояния должны быть увеличены. Это приводит к менее компактным конструкциям высоковольтного измерительного преобразователя 1. Чтобы дополнительно повысить электрическую прочность электродных промежутков, электроды могут быть обработаны на поверхности диэлектрической средой. Компоненты изоляции в высоковольтном измерительном преобразователе 1 должны быть пригодны для воздушной изоляции. При повышенных рабочих давлениях, например, устройство защиты от избыточного давления, например предохранительная мембрана, должно быть увеличено.
6
Применение чистого воздуха в качестве изолирующего газ в соответствующем изобретению высоковольтном измерительном преобразователе 1 является экологически чистым, возможно до минус пятидесяти градусов Цельсия и ниже, обеспечивает экономию специального оборудования манипулирования газом, которое необходимо при применении SF, и экономию издержек на рециклирование газа. Чистый воздух легко производится, в частности, на месте, нетоксичен и не является жидким при температурах и давлениях окружающей среды. Поэтому чистый воздух хорошо пригоден для использования в качестве изолирующего газа, т.е. для электрической изоляции.
Перечень ссылочных позиций
1 Высоковольтный измерительный преобразователь
2 Корпус
3 Измерительное устройство, в частности, преобразователь тока и/или напряжения
4 Изолирующий газ
5 Опорный изолятор
6 Резервуар сжатого газа
7 Опора
8 Устройство защиты от избыточного давления, в частности, предохранительная мембрана
9 Наполнительный патрубок
10 Тестовый патрубок
11 Контроллер герметичности
12 Электрический вывод
13 Клеммная коробка
14 Вывод заземления
15 Управляющий электрод
16 Отводная трубка.