<Desc/Clms Page number 1>
Hochspannungs-Stromwandler Den Gegenstand der Erfindung bildet ein Hoch- spannungs-Stromwandler mit einem von der Primärwicklung durchsetzten Ringkern, der mit der auf ihn aufgebrachten Sekundärwicklung das Sekundärsystem des Wandlers bildet.
Bei den üblichen Hochspannungs-Stromwandlern wird als Isolation zwischen Primär- und Sekundärwicklung eine von Hand aufgebrachte Papierbandage verwendet, die anschliessend evakuiert und mit hochwertigem Öl getränkt wird. Neuerdings wird als Isolation auch Epoxyharz, meist mit Quarzsand vermengt, verwendet, jedoch eignet sich diese Isolationsart nur für Spannungen bis etwa 100 kV. Bekannte Vorschläge laufen ferner darauf hinaus, anstelle des Öls ein Gas, insbesondere ein elektronegatives Gas, unter überdruck als Isolation zwischen den Wicklungen zu verwenden. Konstruktionen hierfür sind bisher nicht bekannt geworden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Stromwandler der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, der einen einfachen, platzsparenden Aufbau besitzt und weitgehend maschinell herstellbar ist. Diese Aufgabe löst ein Hochsspannungs-Stromwand- ler der genannten Art mit dem Kennzeichen, dass erfindungsgemäss die Windungen der Wicklungen höchstens für den Spannungsabfall bei maximalem Kurzschlusstrom isoliert sind, mindestens das Sekundärsystem von einer toroidförmigen, im Querschnitt zumindest annähernd kreisringförmigen metallischen Umhüllung umgeben ist, und dass die Hochspannungsisolation zwischen der Primärwicklung und der metallischen Umhüllung des Sekundärsystems ausschliesslich durch ein,
zweckmässigerweise unter überdruck stehendes, elektronegatives Gas gebildet ist. Sorgfältige Untersuchungen mit elektronegativen Gasen, insbesondere mit SF, haben nämlich gezeigt, dass man bei kleinen Elektrodenabständen dann ausserordentlich hohe Durchschlagsgradienten erreichen kann, wenn die Elektroden toroidförmig ausgebildet und kettenartig angeordnet sind. Aus den in Fig. 1 wiedergegebenen Messergebnissen geht hervor, dass der Durchschlagsgradient bei 4 atü beispielsweise rund 400 kV/cm beträgt, während er bei 8 atü über 600 kV/cm liegt.
Wenn die Primärwicklung mehr als eine Windung aufweist, besitzt sie nicht mehr die Form eines Tor- oids mit kreisförmigem Querschnitt. Dann ist es zur Vermeidung von Feldkonzentrationen zweckmässig, die Primärwicklung von einer toroidförmigen, im Querschnitt zumindest annähernd kreisringförmigen metallischen Umhüllung zu umgeben.
Die metallischen Umhüllungen sowohl der Sekundär- als auch der Primärwicklung können Unebenheiten auf ihren Oberflächen aufweisen, die entweder bei der Herstellung oder aber unbeabsichtigt bei der Montage hervorgerufen worden sind. Diese Unebenheiten stellen Vorsprünge der durch die Umhüllungen gebildeten Elektroden dar und können als solche Anlass zu einer Störung der Feldverteilung geben. Daher verwendet man vorteilhafterweise überzöge, die die Unebenheiten auf den metallischen Umhüllungen beseitigen. Diese überzöge können aus einem elektrisch leitenden Lack oder einem Lack hoher Dielektrizitätskonstante bestehen; es sind aber auch andere Materialien verwendbar.
Verständlicherweise können die metallischen Umhüllungen Schlitze aufweisen, die so angeordnet sind, dass die Umhüllungen keine Kurzschlusswin- dungen für die ihnen zugeordneten Wicklungen darstellen.
<Desc/Clms Page number 2>
Die Fig.2 und 3 zeigen beispielsweise Ausführungsformen des erfindungsgemässen Stromwandlers, der in Fig.2 als Freiluft-Topfstromwandler und in Fig.3 als Innenraum-Stützerstromwandler ausgebildet ist.
In Fig. 2 bedeuten 1 den ringförmigen Eisenkern, 2 die Sekundärwicklung, die von der toroidförmigen metallischen Umhüllung 3 mit glatter Oberfläche umgeben ist. 4 ist die Primärwicklung, die in diesem Fall nur eine Windung aufweist, bestehend aus einem kreisförmig gebogenen Rundleiter, dessen eines Ende mit dem zentralen Metallrohr 5 verbunden ist, das den Anschluss 6 trägt. Das andere Ende der Primärwicklung steht mit dem im Innern des Rohres 5 liegenden Leiter 7 in Verbindung, der zum Anschluss 8 führt. 9 ist ein Freiluftisolator, der mit Hilfe bekannter Dichtungen 10 an dem Topf 11 befestigt ist.
Die Kappe 12 ist einerseits mit dem oberen Ende des Iso- lators 9 dicht verbunden und weist Durchführungen 13 und 14 für die Anschlüsse 6 und 8 auf. 15 ist eine isolierende Abstützung mit langem Kriechweg, um die Zentrierung des Rohres 5 und der Primärwicklung 4 zu gewährleisten. Das Innere des Topfes 11 und des Isolators 9 ist mit einem elektronegativen Gas 16, insbesondere SFB, unter einem Druck von beispielsweise 4 atü gefüllt. Bei diesem Druck kann der Wandler noch bis zu Temperaturen von -30 C betrieben werden, da hierbei noch keine Kondensation auftritt.
Schliesslich kann zur Spannungsmessung konzentrisch und in kleinem Abstand von der Innen- oberfläche des Topfes 11 noch eine zylindrische Elektrode 17 angeordnet werden, die mit dem Anschluss 18 verbunden ist. Die Enden der Sekundärwicklung sind ihrerseits zu den Anschlüssen 19 und 20 herausgeführt. Sämtliche Anschlüsse befinden sich in dem Anschlusskasten 21.
Aus dem geschilderten Aufbau erkennt man, dass die Primär- und die Sekundärwicklung praktisch aus blanken Kupferleitern bestehen, wobei ledigleich durch einen Lacküberzug dafür gesorgt wird, dass kein Windungsschluss auftritt. Da die Windungsspan- nung im ungünstigsten Fall nur einige Volt beträgt, sind die Ansprüche an die Isolation denkbar gering. Sowohl die Primär- als auch die Sekundärwicklung können im wesentlichen maschinell hergestellt werden. Nach Montage des Wandlers wird die darin befindliche Luft abgesaugt und anschliessend der Wandler mit SF, unter überdruck gefüllt.
Bei der elektrischen Prüfung des Wandlers kann ohne Gefährdung bis zum Überschlag zwischen der Primärwicklung 4 und der metallischen Umhüllung 3 gegangen werden, da der Durchschlag keinerlei schädigende Wirkung auf die Wandlerisolation ausübt. Die Prüfung gibt somit ein eindeutiges Bild über die elektrische Sicherheit des Wandlers.
Fig. 3 zeigt einen Innenraumstromwandler nach der Erfindung in Stützerbauart. Der Eisenkern 31 ist auf einem Sockel 32 befestigt, der mit dem Gehäuse 33 verbunden. ist. 34 ist die Sekundärwicklung, die wieder von einer toroidförmigen Umhüllung 35 um- geben st. Die Primärwicklung 36 mit mehreren Windungen ist in dem Toroid 37 untergebracht, dessen zylindrische Fortsetzung 38 am Deckel aus Isoliermaterial befestigt ist. Die Enden der Primärwicklung sind mit den Anschlüssen 40 und 41 verbunden, während die Enden der Sekundärwicklung zu den Anschlüssen 42 und 43 geführt sind. Der Sockel 32 und der Deckel 39 sind gasdicht mit dem Isolierzylinder 44 verbunden. Das Innere ist wieder mit einem elektronegativen Gas 45 gefüllt.
Der Druck kann hierbei etwas höher gewählt werden, da in Innenraumanlagen kaum Temperaturen unter 0 C auftreten.
Aus Fig. 1 erkennt man, dass beispielsweise für einen 110 kV-Freiluftwandler gemäss Fig. 2 ein lich- ter Abstand zwischen Hoch- und Niederspannung von etwa 25 mm genügt, während der Innenraumstromwandter gemäss Fig. 3 einen Abstand von nur etwa 15 mm benötigt. Die fabrikatorischen Vorteile gemäss der Anordnung nach Fig. 3 sind die gleichen wie beim Topfstromwandler gemäss Fig. 2. Die Bauhöhe kann hingegen kleiner gewählt werden, was insbesondere für Innenraumwandler von Vorteil ist.
Versuche haben gezeigt, dass bei einem Durchschlag zwischen Hoch- und Niederspannungswicklung, sofern der Kurzschlusstrom nach einigen Sekunden unterbrochen wird, keine unzulässige Druckbeanspruchung auftritt, da die Energieumsetzung infolge der sehr kleinen Lichtbogenlänge (1,5 bzw. 2,5 cm) und des niedrigen Lichtbogengradienten in SF, von etwa 50 V/cm auch bei grossem Strom nur gering ist. Als zusätzliche Schutzmassnahmen können in an sich bekannter Weise Berstscheiben aus einem spröden Material, z. B. aus hochausgebackenem harzreichen Hartpapier, verwendet werden.
Es ist aber auch möglich, einen einfachen überbrük- kungsschalter zwischen der Hoch- und der Niederspannungswicklung vorzusehen, der entweder auf unzulässig hohen Druck oder auf zu hohe Temperatur anspricht und den Lichtbogen durch überbrük- kung zum Verschwinden bringt.
Um die Wandler auch zur übertragung sehr hoher Kurzschlusströme verwenden zu können, kann es in an sich bekannter Weise zweckmässig sein, den Eisenkern zweiteilig auszuführen mit je einem Luftspalt von einigen Zehntel-Millimetern. Hierdurch wird die zusätzliche Sättigung infolge Remanenz vermieden. Die zweiteilige Form des Kerns gestattet zudem eine wesentlich einfachere Herstellung der Sekundärwicklung und eine leichtere Montage.