DE19841864A1

DE19841864A1 - Koppelkondensator mit integriertem Anschlußkabel

Info

Publication number: DE19841864A1
Application number: DE19841864A
Authority: DE
Inventors: Josef Lehmann; Jakob Rhyner; Bernhard Doser; Ate Postma
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Priority date: 1998-09-14
Filing date: 1998-09-14
Publication date: 2000-03-23
Anticipated expiration: 2018-09-15
Also published as: EP0987810B1; ES2188121T3; US6255935B1; NO994444D0; DE19841864C2; DE59903379D1; NO994444L; ATE227897T1; EP0987810A1

Abstract

Die Erfindung hat eine vereinfachte und kostengünstige Vorrichtung zur Signaleinkopplung in Stromleitungen auf Hoch- oder Mittelspannungsebene zum Gegenstand. Es wird eine einfach montierbare und berührungssichere Koppeleinheit vorgeschlagen, bei welcher das Anschlusskabel 9 in das Gehäuse 10 des Koppelkondensators 8 integriert ist. Im Bereich der Durchführung des Leiters 20 durch das geerdete Gehäuse 10 des Koppelkondensators 8 wird das elektrische Feld mittels einer speziellen Form 10a der Gehäusewand abgesteuert. Eine glatte Feldverteilung wird durch eine geeignete Abrundung der zur Einführung des Anschlusskabels 9 vorgesehenen Ausformung 10a erreicht.

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Kommunikation über Stromversorgungsnetze. Sie geht aus von einer Vorrichtung zur Signaleinkopplung in Stromleitungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

STAND DER TECHNIK

Die Verwendung bestehender Energieverteilungsnetze zur Daten kommunikation ist von grosser wirtschaftlicher Bedeutung. Elek trizitätsversorgungsunternehmen möchten ohne Neuinstallation von Leitungen beispielsweise Einrichtungen des Stromvertei lungsnetzes abfragen und fernbedienen oder durch Fernabfragen und -steuerungen bei Endverbrauchern die Auslastung des Netzes optimieren.

In der deutschen Patentschrift DE 196 48 382 C1 werden ein Ver fahren und eine Vorrichtung zur Signalübertragung über Strom versorgungsleitungen offengelegt, bei welchem Kommunikations signale über die Phasenleiterschirme von Stromkabeln übertragen werden. Die Signale werden über induktive Koppler auf die Ab schirmungen aufmoduliert. Offensichtlich ist dieses Verfahren nur bei Stromkabeln mit Abschirmungen anwendbar und für unge schirmte Überlandleitungen ungeeignet. Im Weiteren wird die Schaltung einer Signalübertragungseinrichtung gezeigt, bei wel cher die Ein- und/oder Auskopplung der Kommunikationssignale über einen Koppelkondensator zu mindestens einem Phasenleiter der Stromleitung erfolgt.

Der Anschluss des Koppelkondensators (KK) an einen Phasenleiter auf Mittel- oder Hochspannungsebene wird durch ein stromloses Anschlusskabel (AK) vermittelt. Die Verbindung zwischen AK und KK erfolgt normalerweise ausserhalb eines den KK umgebenden, geerdeten Gehäuses. Die mittel- oder hochspannungskompatible Durchführung durch dieses Gehäuse umfasst Mittel zur Feldab steuerung zwecks Vermeidung von Feldüberhöhungen. Dazu geeignet ist beispielsweise eine feldsteuernde Schicht aus einem Materi al mit einer hohen Dielektrizitätskonstante, welche Schicht als Schlauch oder Band um den Stromleiter angeordnet ist (Kabel endverschluss). Eine in der WO 80/00762 offenbarte, kapazitive Feldsteuerung ist geeignet für Durchführungen durch geerdete Metallwände. Sie basiert auf einer Anzahl konzentrisch um den zentralen Leiter angeordneter leitender Metallfolien.

Die Verbindung des Anschlusskabels mit der Durchführung erfor dert einen grossen Isolationsaufwand und Platzbedarf. Sie ist zudem in modernen Kompaktschaltanlagen aufgrund der zu geringen Isolationsabstände mit herkömmlichen Kabelendverschlüssen un möglich. Als Ersatz sind Verbindungen mittels isolierter Hoch spannungskoaxialstecker möglich, welche aber teuer und aufwen dig in der Installation sind.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine kostengünsti ge, platzsparende und effiziente Vorrichtung zur kapazitiven Signaleinkopplung in eine Freiluftleitung oder ein Stromkabel eines Mittel- oder Hochspannungsnetzes anzugeben. Diese Aufga be wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Kern der Erfindung ist es, das eine Ende des isolierten An schlusskabels direkt in ein den Koppelkondensator umschliessen des Gehäuse zu integrieren. Dadurch entfällt die oben genannte, isolationstechnisch aufwendige beziehungsweise teure Verbin dung. Eine derartige Integration eines isolierten Mittel- oder Hochspannungskabels in ein geerdetes Gehäuse bedingt eine Feld steuerung im Bereich der Durchführung, d. h. an der Stelle wo die Abschirmung des Kabels unterbrochen ist. In der vorliegen den Erfindung wird das elektrische Feld mittels einer speziel len Vorgabe der Form des Gehäuses abgesteuert. Eine geeignete Abrundung der erfindungsgemässen Ausformung der kabelseitigen Gehäusewand hat eine unkritische Feldverteilung zur Folge.

Zur Ausführung der Erfindung kann auf bekannte und bewährte Standardkomponenten (Koppelkondensatoren (KK) und Anschlusska bel (AK)) zurückgegriffen werden. Die aus KK und AK gebildete erfindungsgemässe Einheit ist kompakt und berührungssicher, wo bei sich unter Verwendung von Trockenkondensatoren weitere Vo lumen- und Gewichteinsparungen erzielen lassen. Die zur Feld steuerung vorgesehene Ausbildung des den KK umgebenden Gehäuses lässt sich mittels einer einfachen und kostengünstigen mechani schen Bearbeitung realisieren.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen schematisch:

Fig. 1 eine Schalt- oder Transformatorenstation mit einer Koppeleinheit zur kapazitiven Signaleinkopplung in ei ne Phase einer Stromleitung;

Fig. 2 einen Querschnitt durch das Gehäuse eines Koppelkon densators mit dem erfindungsgemäss integrierten An schlusskabel.

In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung hat eine Vorrichtung zur Signalein- und Signal auskopplung in Stromleitungen 2a, 2b eines Mittel- oder Hoch spannungsnetzes zum Gegenstand. In Fig. 1 ist eine Energiever teilungsanlage 1, z. B. einer Schaltstation, Transformatoren station o. ä. gezeigt, welcher über eine Freiluft- oder Über landleitung 2a und/oder über ein Stromkabel 2b mit Abschirmung 3 elektrische Energie zugeführt und bedarfsweise über Schalter 4 weitergeleitet oder an Verbraucher 5 vermittelt wird. Es ist nun bestens bekannt, Signale einer Kommunikationselektronik 6 über einen der Impedanzanpassung dienenden Signaltransformator 7 einem Koppelkondensator 8 (KK) zuzuführen und kapazitiv über den KK 8 und ein Anschlusskabel 9 (AK) einem Phasenleiter der Überlandleitung 2a oder des Stromkabels 2b aufzumodulieren. Oft sind der KK 8 und der Signaltransformator 7 in einem gemeinsa men, geerdeten Gehäuse 10 untergebracht. Der Kontakt des AK 9 mit einer Leiterphase der Stromleitung erfolgt in einem An schlusspunkt 11. Dieser kann beispielsweise auf einer Sammel schiene (Busbar) liegen oder auch als T-förmiges Verzweigungs stück ausgeführt sein.

Erfindungsgemäss sind das Anschlusskabel 9 (AK) und der Koppel kondensator 8 (KK) zu einer in Fig. 1 gestrichelt angedeuteten Einheit zusammengefasst. Dies bedeutet, dass der Leiter des AK 9 direkt und dauerhäft in das Gehäuse 10 geführt wird und nicht ausserhalb des letzteren auf eine spezielle Durchführung trifft. Diese Koppeleinheit kommt ohne teure Koaxialstecker aus, und als KK und AK können erprobte Standardkomponenten ver wendet werden.

Zur Feldabsteuerung beim Übergang des AK 9 in das vorschrifts gemäss geerdete Gehäuse 10 wird eine spezielle Lösung gewählt. Das Gehäuse 10 ist nicht wie normalerweise üblich zur Aufnahme eines die eigentliche Durchführung stützenden Flansches vorbe reitet, sondern selbst Teil der Feldsteuerung. Ausführliche Tests haben ergeben, dass für die hier interessierenden Span nungen auf die eingangs genannten zylindrischen Leiterflächen verzichtet werden kann. Statt dessen ist es für die Steuerung der elektrischen Felder ausreichend, die kabelseitige Gehäuse wand wie in Fig. 2 im Schnitt gezeigt speziell zu verformen. Der Rand der zur Aufnahme des AK 9 vorgesehenen Öffnung in der Gehäusewand ist gegen aussen trichterförmig ausgebildet. Diese rotationssymmetrisch um das AK 9 vorgesehene Ausbildung 10a geht in den Leiterschirm 22 des AK 9 über. Erfindungsgemäss sind im Bereich der Kabeldurchführung keine weiteren leitenden Flächen zur Feldsteuerung vonnöten.

Der Leiter 20 und die Leiterisolation 21 werden ins Innere des Gehäuses 10 bis zum KK 8 geführt, wogegen der Leiterschirm 22 auf einer entsprechenden Länge entfernt wird. Der den KK 8 um gebende Raum 24 innerhalb des Gehäuses ist mit Isolationsmate rial (z. B. Polyurethan) vergossen und/oder ausgeschäumt.

Wesentlich an der Ausformung 10a ist, dass ein minimaler Krüm mungsradius 30 nicht unterschritten wird, wodurch das Über schreiten einer kritischen Feldstärke vermieden werden kann. Es hat sich herausgestellt, dass für alle in Frage kommenden Ka beltypen dieser minimale Radius ungefähr 0.5 cm beträgt. Dabei ist natürlich bei kleineren Kabeldurchmessern ev. ein noch grö sserer minimaler Radius zu beachten.

In Mittel- oder Hochspannungskabeln wie sie im vorliegenden Fall als Anschlusskabel verwendet wurden, umfasst die konzen trisch um den Leiter angeordnete Abschirmung 22 eine erste lei tende Umhüllung 22a, welche vorzugsweise aus einem russgefüll ten Polymer gefertigt ist, und darüber als zweite Schicht 22b ein metallisches Drahtgeflecht oder eine metallische Bandage bzw. ein sonstiger massiver Leiter. In diesem Falle wird die äussere Schicht 22b wie in Fig. 2 angedeutet über eine zusätz liche Erdverbindung 23 auf das Gehäuse 10 geführt. Der unmit telbare elektrische Kontakt zwischen der Kabelabschirmung und dem Kondensatorgehäuse 10a wird über die erste leitende Schicht 22a hergestellt.

In Fig. 1 ist eine Energieverteilungsanlage 1 dargestellt, bei welcher der Anschlusspunkt 11 des AK auf der Phase der Über landleitung 2a liegt. Ausser bei Überlandleitungen 2a kann die Erfindung auch bei Stromkabeln 2b mit geerdeten Kabel- oder Phasenabschirmungen 3 angewendet werden. In den Figuren ge zeigt ist nur eine erfindungsgemässe Einheit zur Kopplung an eine Phase der Stromleitung. Bevorzugt ist jedoch jede Phase (R, S, T) der Stromleitung 2a, 2b mit je einer Einkoppeleinheit verbunden.

Wichtige Vorteile der erfindungsgemässen Koppeleinheit aus AK und KK betreffen seine einfache Montage und die geometrische Flexibilität des Anschlusskabels. Durch die komplett gekapsel te und berührungssichere Form der Koppeleinheit kann sie bei jeder bestehende Schalt- oder Transformatorenstation eingebaut werden. Die Erfindung eignet sich besonders gut für die digi tale Signalübertragung über die Phasen von Hoch- und Mit telspannungsleitungen.

Bezugszeichenliste

1

Energieverteilungsanlage

2

a,

2

b Stromleitung; Freiluftleitung, Stromkabel

3

Abschirmung des Stromkabels

4

Schalter

5

Verbraucher

6

Kommunikationselektronik

7

Signaltransformator

8

Koppelkondensator KK

9

Anschlusskabel AK

10

,

10

a Gehäuse, Anformung

11

Anschlusspunkt P

20

Leiter des AK

21

Leiterisolation des AK

22

,

22

a,

22

b Leiterschirm, innere und äussere Schicht

23

Erdverbindung

24

Isolation

30

Krümmungsradius

Claims

1. Vorrichtung zur kapazitiven Einkopplung von Kommunikations signalen in einen Phasenleiter einer Stromleitung (2a, 2b) eines Mittel- oder Hochspannungsnetzes, umfassend

a) einen Koppelkondensator (8) in einem geerdeten Gehäuse (10) und
b) ein Anschlusskabel (9) mit einem Leiter (20) und einem Leiterschirm (22), welcher Leiter (20) an einen Punkt (11) eines Phasenleiters der Stromleitung (2a, 2b) an schliesst,
dadurch gekennzeichnet, dass
c) der Leiter (20) des Anschlusskabels (9) ins Innere des Gehäuses (10) geführt und mit dem Koppelkondensator (8) verbunden ist und dass
d) der Leiterschirm (22) des Anschlusskabels (9) mit dem Gehäuse (10) leitend verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10) zur Feldsteuerung eine im wesentlichen ro tationssymmetrisch um das Anschlusskabel (9) ausgebildete, Ausformung (10a) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausformung (10a) sich nach aussen hin stetig verengt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Punkt der Ausformung (10a) der Krümmungsradius (30) in einer den Leiter (20) enthaltenden Ebene einen mi nimalen Krümmungsradius von 0.5 cm nicht unterschreitet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum (24) des Gehäuses (10) mit einem elektrisch isolierenden Material vergossen und/oder ausgeschäumt ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiterschirm (22) des Anschlusska bels (9) zwei leitende Schichten (22a, 22b) umfasst, wobei die äussere Schicht (22b) über eine Erdverbindung (23) mit dem Gehäuse (10) in Kontakt steht.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Koppelkondensator (8) ein Trocken kondensator, vorzugsweise ein Folien- oder Keramikkondensa tor ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Signaltransformator (7) ebenfalls im Gehäuse (10) untergebracht ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit aus Koppelkondensator (8) und Anschlusskabel (9) im Innern einer Energieverteilungs anlage (1) angeordnet ist.