DE2554143A1

DE2554143A1 - Spannungswandler fuer hohe spannungen

Info

Publication number: DE2554143A1
Application number: DE19752554143
Authority: DE
Inventors: Karl Ing Grad Allmendinger; Gerhard Ing Grad Kleen; Heinz Ing Grad Schiemann
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1975-11-28
Filing date: 1975-11-28
Publication date: 1977-06-02
Also published as: FR2333333A1; CH599667A5; GB1527938A; IT1064408B; SE407995B; NL7611044A; JPS5267728A; SE7612792L; ZA767093B; US4055825A

Description

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SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 75 P 3807' BRD

Spannungswandler für hohe Spannungen

Die Erfindung bezieht sich auf einen Spannungswandler für hohe Spannungen mit einem die Oberspannungswicklung aufweisenden Isolierkörper und mit einer seitlich daran angesetzten Durchführung, wobei die Oberspannungswicklung aus mehreren Teilwicklungen besteht, deren Abstand vom umfaßten Eisenkern mit der Spannung stufenweise zunimmt und die mit ihrem äußeren Wicklungsende an jeweils eine sich bis in die Durchführung fortsetzende Steuerelektrode angeschlossen und untereinander in Reihe geschaltet sind.

Bei einem bekannten Spannungswandler dieser Art (DT-PS 904 075) besteht der Isolierkörper aus einzelnen Spulenkörpern, die zylindrische Ansätze zur Bildung der Durchführung aufweisen. Die einzelnen Spulenkörper weisen jeweils sowohl auf ihrer Außenais auch ihrer Innenseite leitende Beläge auf, die auch auf den zylinderförmigen Ansätzen innen und außen vorhanden sind. Auf die einzelnen Spulenkörper sind die Oberspannungswicklung bildende Teilwicklungen aufgebracht, die dadurch untereinander in Reihe geschaltet werden, daß das jeweils innere V/icklungsende jeder Teilwicklung mit einem Belag auf dem zugehörigen Spulenkörper verbunden ist, der seinerseits mit einem leitenden Belag auf dem Spulenkörper der Teilwicklung nächst höherer Spannung verbunden ist; der letztere Belag ist dann mit dem äußeren Wicklungsende der Teilwicklung nächst höherer Spannung verbunden.

Dieser bekannte Spannungswandler hat den Nachteil, daß er kompliziert aufgebaut ist und daher in der Herstellung sehr aufwendig ist. Außerdem ist bei ihm die Stoßspannungsverteilung un-

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Kr 22 Etz / 22.11.1975

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günstig» *was auf die konstruktiv bedingte Anordnung der leitenden Beläge zurückzuführen ist. ·

Ferner ist ein Spannungswandler bekannt (DT-AS 21 13 617)» dessen Oberspaimungswicklung aus einer Reihe axial nebeneinander angeordneter, hintereinander geschalteter Teilspulen mit sukzessivem zunehmendem Durchmesser besteht. Die einzelnen .Teilspulen der Oberspannungswicklung sind dadurch in Reihe geschaltet, daß jeweils das innere Wicklungsende einer Teilwicklung mit dem äußeren Wicklungsende der benachbarten Teilwicklung nächst höherer Spannung unmittelbar verbunden ist. Die einzelnen Teilspulen sind untereinander durch Verbindungsbrücken mechanisch verbunden und der so entstandene Spulenverband ist für sich durch die innerste Spule und die Ausleitung der äußersten Spule gehalten. Der Spulenverband des bekannten Spannungswandlers ist außen von einem Schirmzylinder umfaßt, der zur Spannungssteuerung dient. Die einzelnen Teilspulen sind mit einem Imprägnierharz imprägniert j zur Hochspannungsisolation des Wandlers wird vorzugsweise SFg als Isoliermittel verwendet.

Dieser bekannte Spannungswandler ist für eine Ausführung in Kunststoff- bzw. Gießharztechnik nicht gut geeignet, weil durch den zur Spannungssteuerung erforderlichen Schirmzylinder die Schrumpfung des Gießharzes behindert wird, so daß die Gefahr besteht, daß sich im Gießharz Lunker und Risse bilden, die die Hochspannungsfestigkeit beeinträchtigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Spannungswandler für hohe Spannungen mit einer aus mehreren Teilwicklungen bestehenden OberSpannungswicklung vorzuschlagen, der fertigungstechnisch vergleichsweise einfach herstellbar ist und sich durch eine hohe Stoßspannungsfestigkeit auszeichnet.

Zur Lösung dieser Aufgabe bestehen bei einem Spannungswandler der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß die Steuerelektroden aus leitenden Zylindern, die in an sich bekannter Weise konzentrisch zur Längsachse der Durchführung unter Bildung einer an

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ihren beiden Enden gesteuerten Durchführung liegen, und die Oberspannungswicklung ist derart neben dem einen Ende der Durchführung angeordnet, daß sie sich mit ihrer Breite über die Steuerlänge an diesem Ende der Durchführung erstreckt; die Teilwicklungen unterschiedlichen Potentials sind mit den leitenden Zylindern jeweils galvanisch derart verbunden, daß sie bei einer Stoßspannungsbeanspruchung eine gleichmäßige Spannungsverteilung erfahren.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Spannungswandlers besteht unter anderem darin, daß durch die Verwendung von leitenden Zylindern als Steuerelektroden einerseits die Konstruktion und damit auch die Fertigung vereinfacht wird. Außerdem ist eine gleichmäßige Stoßspannungsverteilung erreicht. Die einzelnen Zylinder brauchen nämlich nur in bekannter Weise jeweils im Abstand voneinander konzentrisch angeordnet und in ihrer Länge geeignet bemessen zu werden, um infolge der erfindungsgemäßen Ankopplung der Teilwicklungen eine erheblich günstigere Stoßspannungssteuerung als bei dem bekannten Spannungswandler mit von Belägen umhüllten Teilwicklungen zu erreichen. Eine Stoßspannung wird bei dem erfindungsgemäßen Wandler also abhängig von der durch die Anordnung der Zylinder vorgegebenen günstigen Kapazitätsverteilung auf die einzelnen Teilwicklungen verteilt, so daß Überbeanspruchungen einzelner Teilwicklungen weitgehend ausgeschlossen sind.

Besonders vorteilhaft ist es im Hinblick auf eine linear verlaufende Stoßspannungsverteilung, wenn bei dem erfindungsgemäßen Spannungswandler die leitenden Zylinder in radialer Richtung derartige Abstände voneinander und derartige Längen aufweisen, daß sich zwischen den leitenden Zylindern zusammen mit den Kapazitäten der Teilwicklungen jeweils gleichgroße Kapazitäten ergeben. In diesem Falle wird eine Stoßspannung vollkommen gleichmäßig über die Zylinder auf die einzelnen Teilwicklungen aufgeteilt, wodurch die Stoßspannungsbeanspruchung der gesamten Oberspannungswicklung in nahezu idealer Weise vergleichmäßigt wird.

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Bei dem erfindungsgeiaäßen Spannungswandler ist es ferner vorteilhaft, die Teilwicklungen der öberspannungswicklung derart anzuordnen, daß sie mit ihrer äußeren Wicklungslage die leitenden Zylinder außen berühren. Dies bringt den Vorteil einer besonders gedrängten, kompakten Bauform mit sich»

Als vorteilhaft wird es aus konstruktiven und fertigungstechnischen Gründen auch angesehen, wenn die Oberspannungswicklung des erfindungsgemäßen Spannungswandlers in einem Isolierkörper angeordnet ist, der mit der Durchführung einen Kunststoffgußkörper bildet.

Gegebenenfalls kann es aus konstruktiven und/oder fertigungstechnischen Gründen auch vorteilhaft sein, wenn die Durchführung für sich hergestellt wird und in einen als Gußkörper ausgebildeten Isolierkörper mit der Oberspannungswicklung eingegossen oder mechanisch und elektrisch in anderer Weise mit dem Isolierkörper verbunden wird.

Zur Erzielung einer möglichst hohen Stoßspannungsfestigkeit des erfindungsgemäßen Spannungswandlers ist es vorteilhaft, wenn die jeweils innere Wicklungslage der Teilwicklungen aus einer Windung aus Flachband besteht, das eine der Breite der Wicklung entsprechende Breite aufweist. In entsprechender Weise ist mit Vorteil die letzte Windung am äußeren Wicklungsende jeder Teilwicklung auszubilden. Als ganz besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Flachbänder aus Drahtgewebe bestehen, das von imprägnierbarem Isoliermaterial, z.B. Elektrolytpapier, umfaßt ist.

Mit besonderem Vorteil kann der erfindungsgemäße Spannungswandler so angeordnet werden, daß sein von der Oberspannungswicklung entferntes Ende der Durchführung durch eine Abschlußplatte geführt ist, die eine Metallkapsel einer mit Isoliergas oder mit Isolierflüssigkeit vollisolierten Hochspannungsschaltanlage

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nach außen verschließt. Auf die kapazitiv gesteuerte Durchführung des erfindungsgemäßen Spannungswandlers wird wegen der kleinen druckaufnehmenden Fläche nur ein kleiner Druck von dem Isoliermittel der Anlage ausgeübt, so daß die Gefahr einer mechanischen Überbeanspruchung nicht gegeben ist. Auf der Seite des Wandlers braucht daher von dem Isoliermittel kein Gegendruck erzeugt werden. Dies hat den Vorteil, daß der erfindungsgemäße Wandler nicht in einem Druckkessel untergebracht werden muß.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur 1 ein Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Spannungswandlers dargestellt. In Figur 2 ist dasselbe Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit einer metallgekapselten Hochspannungsschaltanlage gezeigt.

Der dargestellte Spannungswandler ist in einem Gehäuse 1 untergebracht. Das Gehäuse 1 weist eine Deckelplatte 2 auf, die als Montageplatte für die inneren Wandlerteile dient

In der Deckelplatte 2 ist ein Durchgangsloch 3 vorgesehen, durch das eine Durchführung 4 geführt ist. Der Spannungswandler ist mit einem als Rahmenkern ausgebildeten Eisenkern 10 ausgerüstet, dessen Schenkel 11 von einer Sekundärwicklung 12 und einer Oberspannungswicklung 13 umfaßt ist. Die Oberspannungswicklung 13 besteht aus Teilwicklungen 14, 15, 16, 17» 18 und 19, von denen die niederspannungsseitige Teilwicklung 14 den Schenkel 11 mit kleinstem Abstand umfaßt. Die weiteren Teilwicklungen 15 bis 19 sind in gestuftem Abstand mit zunehmendem Potential in zunehmend größerem Abstand um den Schenkel 11 angeordnet. Die hochspannungsseitige Teilwicklung 19 der Oberspannungswicklung 13 umgibt daher den Schenkel 11 des Eisenkernes 10 in größtem Abstand.

Die Oberspannungswicklung 13 mit ihren Teilwicklungen 14 bis 19 ist in einem vorzugsweise aus Gießharz bestehenden Isolierkörper 21 eingebettet, der auch die Durchführung 4 aufweist. In der Durchführung 4 sind neben dem Hochspannungsanschlußleiter 22

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Steuerelektroden bildende leitende Zylinder 23* -24, 25, 26, 27 28, 29 und 30 eingebettet« Die Durchführung 4 ist sowohl an ihres in der Figur oberen Ende 31 als auch an ihrem -unteren Ende 32 gesteuert, da sich die leitenden Zylinder 23 bis 30 symmetrisch zur Fassung 33 der Durchführung 4 erstrecken. Mit den leitenden Zylindern 23 "bis 30 sind die Teilwicklungen 14 Isis 19 derart verbunden, daß die niederspannungsseitige Teilwicklung 14 mit ihrem inneren Wicklungsende mit dem niederspannungsseitigen Zylinder 30 und die weiteren Teilwicklungen 15 bis 19 mit den Zylindern 23 bis 28 Jeweils erhöhten Potentials galvanisch verbunden sind. Dabei sind die leitenden Zylinder 23 bis 30 jeweils derart in der Durchführung angeordnet, daß sie eine Stoßspannung gleichmäßig auf die mit ihnen verbundenen Teilwicklungen der Oberspannungswicklung verteilen. Eine Beschädigung der Teilwicklungen bei Stoßbeanspruchung ist daher vermieden.

Wie die Figur ferner erkennen läßt, ist der Spannungswandler mit seinem Kern 10 durch nur schematisch dargestellte Schrauben 34 und 35 mittels Montagewinkeln 36 an der Deckelplatte 2 gehalten. Um das Gehäuse 1 gegenüber dem umgebenen Raum feuchtigkeitsdicht abzutrennen, ist die Durchführung 4 mit einem Befestigungsflansch 37 versehen, der unter Zwischenlage einer Dichtung 38 beispielsweise mittels Schrauben 39 an der Deckelplatte 2 befestigt ist.

Das Ausführungsbeispiel nach Figur 2 stimmt in seinem konstruktiven Aufbau mit dem in Figur 1 dargestellten Wandler überein. Hier bildet jedoch der Spannungswandler kein separates Element für sich, sondern ist an eine zylindrische, geerdete Metallkapsel 40 einer Hochspannungsschaltanlage angeflanscht, die in der Figur 2 nicht gezeigt ist. Diese Hochspannungsschaltanlage weist in bekannter Weise einen nicht dargestellten Innenleiter auf Hochspannungspotential auf, mit dem der Hochspannungsschlußbolzen 22 galvanisch verbunden ist.

In Abweichung von Spannungswandlern für metallgekapselte Hoch-VPA 75 Έ 3769a BRD

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spannungs.Schaltanlagen mit einer scheibenförmigen Durchführung weist die Durchführung 4 des erfindungsgemäßen Spannungswandlers eine kleine Grundfläche auf und ist daher verhältnismäßig wenig mit dem Druck des Isoliermittels im Innenraum 41 der Metallkapsel 40 belastet. Im Innern des Gehäuses 1 des Spannungswandlers braucht daher kein Gegendruck erzeugt zu werden, so daß das Gehäuse 1 kein Druckkessel zu sein braucht.

2 Figuren

9 Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

[ 1.JSpannungswandler für hohe Spannungen mit einem die Oberspan-Saungswicklung aufweisenden Isolierkörper und mit einer seitlich daran angesetzten Durchführung, wobei die Oberspannungswicklung aus mehreren Teilwicklungen besteht, deren Abstand vom umfaßten Eisenkern mit der Spannung stufenweise zunimmt und die mit ihrem äußeren Wicklungsende an jeweils eine sich bis in die Durchfüh-.rung fortsetzende Steuerelektrode angeschlossen und untereinander in Reihe geschaltet sind, dadurch gekennz e i ch η e t , daß die Steuerelektroden aus leitenden Zylindern (23 bis 30) bestehen, die in an sich bekannter Weise konzentrisch zur Längsachse der Durchführung unter Bildung einer an ihren beiden Enden (31, 32) gesteuerten Durchführung (4) liegen, daß die Oberspannungswicklung (13) derart neben dem einen Ende (32) der Durchführung (4) angeordnet ist, daß sie sich mit ihrer Breite über die Steuerlänge an diesem Ende (32) der Durchführung (4) erstreckt, und daß die Teilwicklungen (14 bis 19) unterschiedlichen Potentials mit den leitenden Zylindern (23 bis 30) jeweils galvanisch derart verbunden sind, daß sie bei einer Stoßspannungsbeanspruchung eine gleichmäßige Spannungsverteilung erfahren.
2. Spannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennz e i ch η e t , daß die leitenden Zylinder (14 bis 19) in radialer Richtung derartige Abstände voneinander und derartige Längen aufweisen, daß sich zwischen den leitenden Zylindern (14 bis 19) zusammen mit den Kapazitäten der Teilwicklungen jeweils gleich große Kapazitäten ergeben.
3. Spannungswandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurchgekennzeichnet, daß die Teilwicklungen (14 bis 19) mit ihrer äußeren Wicklungslage die leitenden Zylinder (23 bis 30) außen berührend angeordnet sind.

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4. Sparmungswandler nach einem der vorangehenden. Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper (21) und die Durchführung (4) einen Kunststoffgußkörper bilden. ·
5. Spannungswandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchführung für sich hergestellt ist und in einen als Gußkörper ausgebildeten Isolierkörper eingegossen oder mechanisch und elektrisch fest mit dem Isolierkörper verbunden ist.
6. Spannungswandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils innere Wicklungslage der Teilwicklungen (14 bis 19) aus einer Windung aus Flachband besteht, das eine der Breite der Wicklung entsprechende Breite aufweist.
7. Spannungswandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils letzte Windung am äußeren Wicklungsende der Teilwicklungen (14 bis 19) aus Flachband mit einer der Breite der Teilwicklungen (14 bis 19) entsprechenden Breite besteht.
8. Spannungswandler nach Anspruch 6 oder 7, dadurch g e kennzeichnet , daß die Flachbänder aus Drahtgewebe bestehen, das von imprägnierbarem Isoliermaterial umgeben ist.
9. Spannungswandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Ober Spannungswicklung entfernte Ende der Durchführung durch eine Abschlußplatte hindurchgeführt ist, die eine Metallkapsel einer mit Isoliergas oder Flüssigkeit vollisolierte Hochspannungsschaltanlage nach außen abschließt.

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