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Hochspannungskondensator, insbesondere für Messzwecke
Bei den heute gebräuchlichen Pressgaskondensatoren nach Schering-Vieweg für hohe und höchste Spannungen, wie sie für Messungen, insbesondere Verlustfaktormessungen, Wandlereichungen usw. benötigt werden, bestehen die Hochspannungselektrode und die Niederspannungselektrode aus einander umschliessenden, koaxialen Metallzylindern, die in einem mit Pressgas gefüllten Isolierrohr untergebracht sind. In der Regel ist die Hochspannungselektrode an dem auf Hochspannungspotential befindlichen metallischen Deckel des Isolierrohres befestigt, während die von der Hochspannungselektrode umschlossene zylindrische Niederspannungselektrode von einer auf der geerdeten Bodenplatte des Isolierrohres befestigten Säule getragen wird.
Diese bekannten Pressgaskondensatoren zeichnen sich durch einen niedrigen Verlustfaktor und Unabhängigkeit von Aussen- oder Fremdfeldern aus. Schwierigkeiten bereitet jedoch die Aussenisolation, da das Feld nicht durch Zwischenelektroden gesteuert, sondern das Potential in einer Stufe abgebaut wird. Ferner ist ein koaxiales Zylinderfeld elektrostatisch ungünstig ; d. h. es ist eine hohe Durchschlagsfestigkeit erforderlich, die man bei den bisherigen Ausführungen durch Anwendung eines hohen Druckes im Pressgasbehälter, etwa in Höhe von 14 atü, erreicht hat.
Weiterhin sind schon Pressgaskondensatoren für sehr hohe Spannungen bekanntgeworden, bei denen die beiden Elektroden innerhalb eines Stahlzylinders untergebracht sind, der zwischen zwei Isolierrohren angeordnet ist, mit diesen zusammen den Pressgasbehälter bildet und sich auf dem halben Hochspannungspotential befindet. Bei diesen Pressgaskondensatoren wird infolge der Anordnung der Zwischenelektrode das Potential in zwei Stufen abgebaut, so dass die Aussenisolation leichter bewältigt werden kann als bei den vorerwähnten Pressgaskondensatoren nach Schering-Vieweg.
Sie haben jedoch ebenso wie die Pressgaskondensatoren nach Schering-Vieweg den schwerwiegenden Nachteil, dass bei ihnen ein koaxiales Zylinderfeld vorgesehen ist, welches elektrostatisch sehr ungünstig ist ; denn es erfordert eine hohe Durchschlagsfestigkeit des Dielektrikum, die man bisher, wie schon erwähnt, nur durch Anwendung eines sehr hohen Druckes im Pressgasbehälter erreichen kann.
Die Erfindung betrifft einen Hochspannungskondensator, insbesondere für Messzwecke, bei dem die Hoch und die Niederspannungselektrode, die in einem mit Pressgas gefüllten oder hochevakuierten Isolierrohr angeordnet sind, von einer im wesentlichen zylindrischen Zwischenelektrode umgeben sind, deren Potential gegen Erde sich entsprechend den Teilkapazitäten gegen die Elektroden und die Umgebung einstellt. Erfindungsgemäss sind die beiden vorzugsweise kugelförmig oder halbkugelförmig ausgebildeten Elektroden in Achsrichtung des Isolierrohres übereinander und in Abstand voneinander innerhalb der etwa auf halber Höhe des Isolierrohres befindlichen Zwischenelektrode angeordnet.
Durch die Erfindung wird also die vorbekannte elektrostatisch ungünstige Elektrodenanordnung mit einem koaxialen Zylinderfeld vermieden. Die Messkapazität zwischen der Oberkugel (Hochspannungselektrode) und der an der Unterkugel in üblicher Weise vorgesehenen Messkalotte steigt, die Fremdfeldbeeinflussung nimmt ab und der Verlustfaktor wird ebenfalls niedrig. Infolge des hochspannungstechnisch besseren Verhaltens der erfindungsgemässen Anordnung im Vergleich zu der
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bekannten Elektrodenanordnung mit koaxialen Zylindern ist es möglich, den Gasdruck im Pressgasbehälter wesentlich niedriger als bisher nötig zu halten. Verwendet man moderne Isoliergase, vorzugsweise Schwefelhexafluorid, kann man sogar mit einem Druck von nur 2 bis 3 atü auskommen.
Dadurch wird die Herstellung des Pressgaskondensators in mechanischer Hinsicht wesentlich erleichtert und seine Betriebssicherheit beträchtlich erhöht. Die Erfindung ermöglicht also, mit geringerem wirtschaftlichen Aufwand, als er bisher erforderlich war, Pressgaskondensatoren für höchste Spannungen, z. B. 1000 kV und mehr herzustellen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Isolierrohr in zwei Teilrohre unterteilt ist, die entweder mittels eines gleichzeitig zur Befestigung und zum Halten der Zwischenelektrode dienenden Metallflansches oder in an sich bekannter Weise mittels der Zwischenelektrode selbst miteinander verbunden sind.
Das Potential der Zwischenelektrode ist durch die Teilkapazitäten gegen die Hoch- und die Niederspannungselektrode sowie durch die Erdkapazität bestimmt und wird zweckmässig so gewählt, dass es bei etwa 50% der Gesamtspannung liegt. Durch entsprechende Formgestaltung und/oder Lage der Zwischenelektrode gegenüber den Kugel- oder Halbkugelelektroden kann das Potential der Zwischenelektrode auf den günstigsten Wert gebracht werden.
In dem Isolierrohr können weitere zylindrische Zwischenelektroden in an sich bekannter Weise (wie bei einer Kondensatordurchführung) angeordnet werden, beispielsweise eine auf dem Potential 25%, eine zweite auf dem Potential 75% der Gesamtspannung liegend. Auf diese Weise lässt sich die Spannungsverteilung längs der Oberfläche des Isolierrohres noch besser vergleichmässigen.
Die Fig. 1 zeigt in rein schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel für einen Hochspannungskondensator gemäss der Erfindung. In einem aus Hartpapier oder aus (gegebenenfalls glasfaserverstärktem) Giessharz im Schleuderverfahren hergestellen Isolierrohr --11--, das oben durch einen Metalldeckel-12-mit einer Abschirmhaube-12a-, unten durch einen Metallboden --13-- abgeschlossen und mit Pressgas gefüllt ist, befinden sich etwa auf halber Höhe die beispielsweise
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aus Giessharz geschleudertes Isolierrohr, so können die Halteteile --10-- bei der Herstellung des Isolierrohres gleich miteingeschleudert werden, so dass sich die Befestigung der Zwischenelektrode sehr einfach gestaltet.
Die Elektroden--14, 15-- des Pressgaskondensators gemäss der Erfindung können auch eine andere Form als die in Fig. 1 gezeichnete Kugelform haben, beispielsweise die in Fig. 2 mit-a und b-bezeichnete Pilz- bzw. Ellipsoid-Form. Auch eine Halbkugelform mit abgerundetem Rand ist möglich.
Wenn es sich um Kondensatoren für sehr hohe Spannungen handelt, kann es empfehlenswert sein, das Isolierrohr--11--in zwei Teilrohre zu unterteilen, wel diese leichter herstellbar sind als ein einziges entsprechend längeres. Die Fig. 3 zeigt in einer Teilschnittzeichnung wie man in einem solchen Fall den Metallflansch zur Verbindung der beiden Teilrohre gleichzeitig zum Befestigen und Halten der Zwischenelektrode benutzen kann. Mit-fla und llb-sind die beiden den Pressgasbehälter bildenden Isolierrohre bezeichnet. Das Rohr--lla--ist unter Verwendung einer Dichtung --21-- mittels eines Spannringes-22--und einer elastischen Zwischenlage --23-- auf einem Gussringteil-24-- befestigt.
In entsprechender Art und Weise ist das Rohr--llb--unter Verwendung einer Dichtung - mittels eines Spannringes-26-und einer elastischen Zwischenlage --27-- mit dem Gussringteil--28--fest verbunden. Danach werden die beiden Robre--fla und 11b-- unter Zwischenfügung einer Dichtung--29--zwischen die beiden Gussringteile--24, 28-- und diese dann mittels Schrauben fest miteinander verbunden. Diese auf dem Umfang der Teile--24, 28-- verteilten Schrauben sind zwecks besserer Zugänglichkeit gegenüber den zur Verbindung der Isolierrohre --18a, 18b-- mit den Gussringteilen dienenden Schraubenbolzen entsprechend versetzt angeordnet.
Die Zwischenelektrode besteht aus zwei Metallzylindern--18a und 18b--, von denen der eine an dem Gussringteil--24--, der andere an dem Gussringteil--28--befestigt ist.
Die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen des Kondensators gemäss der Erdindung sind auch dann mit Vorteil verwendbar, wenn der Behälter--11, 12, 13-- nicht mit Pressgas gefüllt,
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sondern hochevakuiert ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Hochspannungskondensator, insbesondere für Messzwecke, bei dem die Hoch- und die Niederspannungselektrode, die in einem mit Pressgas gefüllten oder hochevakuierten Isolierrohr angeordnet sind, von einer im wesentlichen zylindrischen Zwischenelektrode umgeben sind, deren Potential gegen Erde sich entsprechend den Teilkapazitäten gegen die Elektroden und die Umgebung einstellt,
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ausgebildeten Elektroden (14, 15) in Achsrichtung des Isolierrohres (11) übereinander und in Abstand voneinander innerhalb der etwa auf halber Höhe des Isolierrohres (11) befindlichen Zwischenelektrode (18) angeordnet sind.
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