DE2348397A1 - Induktiver spannungswandler - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen induktiven Spannungswandler mit einer ein Flußführungsteil eines an Hochspannungspotential angeschlossenen Kernes umfassenden Hochspannungswicklung und mit einer an der von dem einen Flußführungsteil des Kernes abgewendeten Fläche der Hochspannungswicklung angeordneten Niederspannungswicklung.

Bei bekannten induktiven Spannungswandlern dieser Art (siehe beispielsweise DT-OS 1 638 345 und 1 638 539) bildet das eine Flußführungsteil einen Schenkel eines Schenkelkernes, dessen weitere Schenkel frei von V/icklungen sind. Diese Ausbildung der bekannten induktiven Spannungswandler bringt einen verhältnismäßig großen Übersetzungsfehler mit sich, der auf die relativ große Streuinduktivität zurückzuführen ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen induktiven Spannungswandler mit kleinem Übersetzungsfehler und damit großer Übertragungsgenauigkeit vorzuschlagen.

Zur lösung dieser Aufgabe bildet bei einem induktiven

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Spannungswandler der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß das eine Flußführungsteil des Kernes gemeinsam mit einem ihm gegenüber angeordneten weiteren Flußführungsteil aus magnetisch leitendem Material und mit die beiden Flußführungsteile verbindenden Zwischenstücken aus magnetisch leitendem, jedoch elektrisch isolierendem Werkstoff einen schalenartigen Kern, in dem die Hochspannungs- und die Niederspannungswicklung eingeschlossen .sind.

Der Vorteil des induktiven Spannungswandlers nach der Erfindung besteht vor allem darin, daß aufgrund des die Hochspannungs- und die Niederspannungswicklung einschließenden schalenartigen Kernes die Streuinduktivität vergleichsweise klein ist, wodurch auch der Übersetzungsfehler des erfindungsgemäßen Spannungswandlers klein bleibt. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Spannungswandlers wird darin gesehen, daß er einen verhältnismäßig kompakten Aufbau ermöglicht und daher mit Vorteil auch dann einsetzbar ist, wenn beengte Raumverhältnisse.vorliegen.

Der erfindungsgemäße Spannungswandler kann hinsichtlich der Ausbildung und Anordnung der Flußführungsteile und auch bezüglich der Ausgestaltung der jeweils die beiden Flußführungsteile verbindenden Zwischenstücke unterschiedlich ausgeführt sein. Als vorteilhaft wird es jedoch angesehen, wenn das eine Flußführungsteil des Kernes zylindrisch ausgeführt und von dem ebenfalls zylindrisch ausgebildeten weiteren Flußführungsteil umgeben ist; die Flußführungsteile sind dann im Bereich ihrer Stirnseiten mittels als Ringscheiben ausgebildeter Zwischenstücke miteinander verbunden. Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spannungswandlers ist insbesondere zum Einsatz in gekapselten Hochspannungsschaltanlagen gut geeignet, wenn der Spannungswandler im Zuge der Schaltanlage angeordnet werden soll. Der induktive Spannungswandler nach der Erfindung läßt sich in diesem Falle bei

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entsprechender Dimensionierung auf den Innenleiter der Hochspannungsschaltanlage aufschieben und ist dann als ein scheibenähnliches Bauelement zwischen dem Hochspannungsleiter und dem geerdeten Außenrohr der Schaltanlage angeordnet.

Eine weitere zum Einsatz "in gekapselten HochspannungsSchaltanlagen besonders gut geeignete Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spannungswandlers weist als Flußführungsteil des Eisenkernes einen Flußführungsring mit einem U-Profil und als weiteres Flußführungsteil des Kernes einen weiteren Flußführungsring mit einem U-Profil auf. Die Flußführungsringe mit U-Profil sind mit ihren offenen Seiten einander zugekehrt unter gegenseitiger hochspannungsmäßiger Isolierung mittels von Isolierringen gebildeter Zwischenstücken angeordnet. Der Vorteil dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spannungswandlers besteht darin, daß der Kern zu einem wesentlichen Teil aus magnetisch gut leitendem Werkstoff besteht, beispielsweise aus Eisen, während nur die verhältnismäßig schmalen Isolierringe aus dem magnetisch leitenden, jedoch elektrisch isolierenden Werkstoff bestehen, der eine im Vergleich zum Eisen schlechtere magnetische Leitfähigkeit aufweist. Besonders vorteilhaft ist bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spannungswandlers das Vorsehen von umlaufenden seitlichen Rippen an den Isolierringen, um den Kriechweg zu verlängern. Zusätzlich sind aus demselben Grunde innen an den Zwischenstücken diese seitlich überragenden Isolierstoffscheiben fest angebracht .

Voraussetzung für die Verwendung eines solchermaßen ausgebildeten erfindungsgemäßen Spännungswandlers in gekapselten HochspannungsSchaltanlagen ist, daß der eine Ring mit U-Profil von dem weiteren Ring mit U-Profil umgeben ist, so daß ein Spannungsabbau in radialer Richtung möglich ist, wie er in gekapselten Hochspannungsschaltanlagen erforderlich ist.

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Die Verwendung von Flußführungsteilen mit U-Profil ermöglicht auch eine Ausführung des erfindungsgemäßen Spannungswandlers, "bei dem der Spannungsabbau in Richtung der längsachse des Wandlers erfolgt. Bei einer solchen vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Spannungswandlers können als 3?lußführungsringe ausgebildete Flußführungsteile mit U-Profil verwendet werden, die gleich ausgebildet sind; zwischen den Flußführungsteilen verlaufen dann zylindrisch ausgebildete und konzentrisch angeordnete Zwischenstücke. In dem von den Flußführungsteilen und den zylindrischen Zwischenstücken gebildeten ringförmigen Raum sind die Hochspannungs- und die Niederspannungswicklung in axialer Richtung des Spannungswandlers hintereinander angeordnet.

Ferner wird ein Spannungswandler nach der Erfindung als vorteilhaft angesehen, bei dem das eine Flußführungsteil des Kernes und das weitere Flußführungsteil Scheiben sind, die außen und innen mittels als Isolierzylinder ausgebildeter Zwischenstücke verbunden sind. Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spannungswandlers werden in Abweichung von der oben beschriebenen Ausfuhrüngsform keine Ringe mit U-Profil verwendet, sondern aus Gründen einer einfacheren Herstellung nur Scheiben.

Im Hinblick auf die Vermeidung von Wirbelströmen wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Flußführungsteile und die Zwischenstücke bei denjenigen Spannungswandlern, die zum Einsatz in metallgekapselten Hochspannungsschaltanlagen bestimmt und von dem die zu messende Spannung führenden Stromleiter durchsetzt sind, geschlitzt werden.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines Spannungswandlers für metallgekapselte Hochspannungsschaltanlagen gezeigt; Figur 2 zeigt im Schnitt ein Teil eines weiteren Ausführungsbeispiels für einen zum Einsatz in metallgekapselte Hochspannungsschaltanlagen ge-

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eigneten Spannungswandler nach der Erfindung, während in Figur 3 ein Ausführungsbeispiel wiedergegeben ist, das den im Zusammenhang mit der Erfindung interessierenden Teil eines Freiluft-Spannungswandlers wiedergibt.

Der in Figur 1 dargestellte Spannungswandler weist ein zylinderisches Flußführungsteil 1 auf, das einen Hochspannungsleiter 2 einer metallgekapselten Hochspannungsschaltanlage 3 umfaßt. Auf dem Flußführungsteil 1 befindet sich eine Hochspannungswicklung 4, die beispielsweise durch ein Durchgangsloch 5 mit seinem hochspannungsseitigen Ende 6 an den Hochspannungsleiter 2 angeschlossen ist. Das niederspannungsseitige Ende 7 der Hochspannungswicklung 4 ist durch ein weiteres Durchgangsloch 8 in einem weiteren zylindrischen Flußführungsteil 9 an ein Außenrohr 10 der Hochspannungsschaltanlage 3 angeschlossen.

Eine Niederspannungswicklung 11 umgibt die Hochspannungswicklung 4 und ist mit ihrem einen Anschlußende an das niederspannungsseitige Ende 7 der Hochspannungswicklung 4 angeschlossen und damit ebenfalls durch das Durchgangsloch in dem weiteren Flußführungsteil 9 und durch eine Öffnung im Außenrohr 10 der Hochspannungsanlage 3 nach außen an eine mit dem Außenrohr 10 verbundene Klemme 13 geführt. Das andere ¥icklungsende der Niederspannungswicklung 11 ist durch ein weiteres Durchgangsloch 14 und eine Öffnung im Außenrohr 10 an eine weitere Ausgangsklemme 16 geführt. An den Klemmen 13 und 16 ist dann eine Spannung abgreifbar,, die der Spannung zwischen dem Hochspannungsleiter 2 und dem Außenrohr 10 der Hochspannungsschaltanlage 3 proportional ist.

Zur Vervollständigung des magnetischen Kreises sind außer dem Flußführungsteil 1 und dem weiteren Flußführungsteil 9 Zwischenstücke 17 und 18 in Form von Scheiben vorgesehen,

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die jeweils die Flußführungsteile 1 und 9 an ihren Stirnseiten miteinander verbinden. Da die Zwischenstücke 17 und 18 hochspannungsmäßig "beansprucht werden, sind sie aus elektrisch isolierendem Werkstoff hergestellt. Da sie außerdem magnetisch leitend sein müssen, ist als Werkstoff bei ihrer Herstellung ein elektrisch isolierender, jedoch magnetisch leitender Werkstoff verwendet, z.B. Bariumferrit.

Bei dem in der Figur 1 dargestellten, erfindungsgemäßen Spannungswandler ist also von den beiden Flußführungsteilen 1 und 9 und den Zwischenstücken 17 und 18 ein schalenartiger Kern 19 gebildet, in den die Hochspannungswicklung und die Niederspannungswicklung 11 eingeschlossen sind. Die Streuinduktivität dieses SpannungsWandlers ist daher klein und somit ist auch der Übersetzungsfehler gering.

Bei dem in der Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Spannungswandlers, der wiederum speziell zum Einsatz in einer metallgekapselten Hochspannungsschaltanlage 20 geeignet ist, sind das eine Flußführungsteil 21 und das weitere Flußführungsteil 22 als Flußführungsringe mit U-Profil ausgeführt. Die Flußführungsteile 21 und 22 sind konzentrisch zueinander angeordnet und zwar derart, daß sie sich mit ihren offenen Flächen einander gegenüber liegen. Zwischen den Flußführungsteilen 21 und 22 ist jeweils ein als Isolierring ausgebildetes Zwischenstück 23 und 24 angeordnet. Von den Flußführungsteilen 21 und 22 und den Zwischenstücken 23 und 24, die wiederum aus magnetisch leitendem, jedoch elektrisch isolierendem Werkstoff bestehen, wird also ein schalenartiger Kern 25 gebildet, in den eine Hochspannungswicklung 26 dem Flußfuhrungsteil benachbart und eine Niederspannungswicklung 27 dem weiteren Flußführungsteil 22 benachbart untergebracht sind.

Das hochspannungsseitige Ende 28 der Hochspannungswicklung ist in einem Durchgangsloch 29 zum Hochspannungsleiter 30

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der Hochspannungsschaltanlage 20 geführt und galvanisch mit ihm verbunden. Das niederspannungsseitige Ende 31 der Hochspannungswicklung 26 ist durch ein Durchgangsloch 32 im weiteren Flußführungsteil 22 und durch eine Öffnung 33 im Außenrohr 34 der Hochspannungsschaltanlage 20 an einen Schaltungspunkt 35 gefühft; Über eine leitung 36 ist der Schaltungspunkt 35 mit dem Außenrohr 34 verbunden.

Das eine Ende 37 der Niederspannungswicklung 27 ist über ein weiteres Durchgangsloch 38 im weiteren Flußführungsteil 22 und durch eine weitere Öffnung 39 im Außenrohr 34 an eine Klemme 40 geführt. In entsprechender Weise ist ein weiteres Ende der Niederspannungswicklung 27 durch ein weiteres Durchgangsloch 38 im weiteren Flußführungsteil 22 und durch eine weitere Öffnung 39 an eine Klemme 40 geführt. Das andere Ende der Niederspannungswicklung 27 ist galvanisch mit dem Wicklungsende 31 der Hochspannungswicklung verbunden und an eine äußere Klemme 41 geführt. An den Klemmen 40 und 41 läßt sich demzufolge eine Spannung abnehmen, die der Spannung zwischen dem Hochspannungsleiter 30 und dem Außenrohr 34 der Hochspannungsschaltanlage 20 proportional ist.

Rippen 42 an den Zwischenstücken 23 und 24 haben die Aufgabe, den Kriechweg zu verlängern und damit einen Überschlag zwischen den Plußführungsteilen 21 und 22 zu verhindern. Dem gleichen Zwecke dienen Isolierstoffscheiben und 44*

Der in Figur 3 dargestellte Spannungswandler ist für sich losgelöst von einer Hochspannungsschaltanlage einsetzbar, kann aber auch an das Ende einer Hochspannungsschaltanlage angeflanscht sein. Der Spannungswandler ist deshalb am Ende einer Durchführung 50 angeordnet, in der ein Hochspannungsleiter 51 geführt ist. Der Hochspannungsleiter 51 ist galvanisch mit einem Flußführungsteil 52 verbunden, das in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Ringscheibe dar-

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stellt. Ein Zwischenstück 53 in Porm eines äußeren Zylinders und ein weiteres Zwischenstück 54 als innerer Zylinder bilden zusammen mit einem ebenfalls als Scheibe ausgebildeten weiteren JFlußführungsteil 55 einen schalenartigen Kern 56, in dem eine Hochspannungswicklung 57 und eine Niederspannungswicklung 58 untergebracht sind. Die Anschlüsse der Hochspannungswicklung 57 und der Niederspannungswicklung 58 einerseits an Hochspannung und andererseits an Niederspannung können in ähnlicher Weise erfolgen, wie es im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 1 und 2 bereits beschrieben worden ist. An den Enden 59 und 60 der Niederspannungswicklung 58 läßt sich demzufolge eine Spannung abnehmen, die der Spannung zwischen dem Hochspannungsleiter 51 und dem geerdeten Flußführungsteil 55 entspricht.

Mit der Erfindung wird ein induktiver Spannungswandler vorgeschlagen, der aufgrund der Verwendung eines schalenartigen Kernes mit innerhalb des Kernes untergebrachter Hochspannunga- und Niederspannungswicklung eine kleine Streu- «induktivität und damit auch einen kleinen Übersetzungsfehler aufweist.

3 Figuren

8 Patentansprüche

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Claims (8)

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   Patentansprüche

   Λ Λ Induktiver Spannungswandler mit einer ein Flußführungsteil eines an Hochspannungspotential angeschlossenen Kernes umfassenden Hochspannungswicklung und mit einer an der von dem einen Flußführungsteil des Kernes abgewendeten Fläche der Hochspannungswicklung angeordneten Niederspannungswicklung, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Flußführungsteil (1) des Kernes (19) gemeinsam mit einem ihm gegenüber angeordneten weiteren Flußführungsteil (9) aus magnetisch leitendem Material und mit die beiden Flußführungsteile (1i 9) verbindenden Zwischenstücken (17, 18) aus magnetisch leitendem, jedoch elektrisch isolierendem Werkstoff einen schalenartigen Kern (19) bildet, in dem die Hochspannungsund die Niederspannungswicklung (4, 7) eingeschlossen . sind (Fig. 1).
2. 2. Spannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Flußführungsteil (1) des Kernes (19) zylindrisch ausgeführt und von dem ebenfalls zylindrisch ausgebildeten weiteren Flußführungsteil (9) umgeben ist und daß die Flußführungsteile (1, 9) im Bereich ihrer Stirnseiten mittels als Ringscheiben ausgebildeter Zwischenstücke (17, 18) miteinander verbunden sind (Fig. 1).
3. 3. Spannungswandler nach Anspruch Ί, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Flußführungsteil des Kernes (25) ein Flußführungsring (21) mit einem U-Profil und das weitere Flußführungsteil des Kernes (25) ein weiterer Flußführungsring (22) mit einem U-Profil ist und daß die Flußführungsringe (21, 22) mit ihrer offenen Seite einander zugekehrt unter gegenseitiger hochspannungsmäßiger Isolierung durch von Isolierringen (23, 24) gebildeten Zwischenstücken angeordnet sind (Pig. 2).

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4. 4. Spannungswandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Plußführungsring (21) mit U-Profil von dem weiteren Flußführungsring (22) mit U-Profil umgehen ist (Fig. 2).
5. 5. Spannungswandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flußführungsringe mit U-Profil gleich ausgebildet sind.
6. 6. Spannungswandler nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flußführungsteile des Kernes und die Zwischenstücke quer zur Ebene der Zwischenstücke geschlitzt sind.
7. 7.Spannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Flußführungsteil des Kernes (56) und das weitere Flußführungsteil Scheiben (52, 55) sind und daß die Scheiben (52, 55) außen und innen mittels als Isolierzylinder (53> 54) ausgebildeter Zwischenstücke verbunden sind (Pig. 3).
8. 8. Spannungswandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenstücke außen umlaufende seitlichen Rippen aufweisen und innen mit jeweils einer die Zwischenstücke seitlich überragenden Isolierst off scheibe fest verbunden sind.

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