CH679430A5 - Capacitive voltage converter with voltage divider - Google Patents

Description

  
 



  Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen kapazitiven Spannungswandler gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1. 



  Ein derartiger kapazitiver Spannungswandler ist aus der DE-AS 1 241 908 bekannt, bei dem die Wicklungen des Zwischenwandlers, und zwar insbesondere dessen Oberspannungswicklung, in Giessharz eingebettet sind. Dieser Giessharzkörper besitzt an seinem oberen Ende einen Flansch, mit dem er sich einerseits auf dem geerdeten Gehäuse abstützt und auf dem andererseits der kapazitive Spannungsteiler mittels eines den kapazitiven Spannungsteiler umhüllenden Porzellanisolators befestigt ist. Als Imprägnier- und Isoliermittel für den kapazitiven Spannungsteiler ist Isolieröl vorgesehen. 



  Ein kapazitiver Spannungswandler anderer Ausführungsart ist aus der DE-PS 1 541 800 bekannt. Dort ist die Resonanzdrosselspule zwischen dem Teilerpunkt von hoch- und niederspannungsseitigem Teilerkondensator des kapazitiven Spannungsteilers und dem Zwischenwandler eingeschaltet und liegt somit auf Hochspannungspotential in der Grössenordnung von 20 kV. Der Zwischenwandler ist - wie üblich - mit der Resonanzdrosselspule in Reihe geschaltet. 



  Mit der vorliegenden Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, einen kapazitiven Spannungswandler der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass eine rationelle Fertigung aller Wandlerteile möglich ist. Insbesondere soll eine betriebssichere und gleichzeitig äusserst gedrängte Bauweise aller Einzelelemente, also des Spannungsteilers, der Resonanzdrosselspule und des Zwischenwandlers ermöglicht werden. 



  Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale. 



  Die vorliegende Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der Zwischenwandler ein dessen Aktivteile (Wicklungen und Eisenkern) vollständig integrierendes, freiluftbeständiges Bauelement darstellt, das unmittelbar mit dem kapazitiven Spannungsteiler verbindbar ist. Der Zwischenwandler ist nicht nur elektrisch unmittelbar an den Teilerpunkt des kapazitiven Spannungsteilers angeschlossen, sondern ist - entgegen der vorbekannten Lösung gemäss DE-AS 1 241 908 aus dem geerdeten metallischen Gehäuse gleichsam herausgenommen.

  Der Zwischenwandler bildet also einen elektrisch und mechanisch eigenständigen Baustein, der für sich hergestellt, vorgeprüft und anschliessend mit den weiteren Bausteinen des erfindungsgemässen kapazitiven Spannungswandlers, nämlich mit dem kapazitiven Spannungsteiler und mit dem Metallgehäuse für die Resonanzdrosselspule in einfacher Weise verbunden werden kann. 



  Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend anhand eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispieles näher beschrieben. 



  Es zeigen: 
 
   Fig. 1 in Schnittdarstellung eine Seitenansicht eines kapazitiven Spannungswandlers gemäss der vorliegenden Erfindung, 
   Fig. 2 eine Ansicht auf diesen kapazitiven Spannungswandler von oben und 
   Fig. 3 die zugehörige elektrische Schaltung zu diesem kapazitiven Spannungswandler. 
 



  Der erfindungsgemässe kapazitive Spannungswandler 1 besteht aus den beiden, einen kapazitiven Spannungsteiler 2 bildenden Teilerkondensatoren 3, 4, die in an sich bekannter Weise übereinander angeordnet und miteinander verflanscht sind. Diese Teilerkondensatoren 3, 4 sind auf einem Giessharzblock 5 gas- oder flüssigkeitsdicht befestigt, insbesondere dichtend verschraubt. Der Giessharzblock 5 aus freiluftbeständigem Giessharz, insbesondere aus cycloaliphatischen Giessharz, umhüllt die Aktivteile also, die nicht gesondert dargestellten Ober- und Unterspannungswicklungen 7, einschliesslich den zugehörigen Eisenkern 8 des Zwischenwandlers 6 vollständig. 



  Unterhalb des Giessharzblockes 5 ist ein auf Erdpotential liegendes Metallgehäuse 9 vorgesehen. Dieses umfasst einen Freiraum 10, in dem die für den kapazitiven Spannungswandler erforderliche Resonanzdrosselspule 11 untergebracht ist. Diese Resonanzdrosselspule 11 ist mit deren einem Wicklungsende an Masse bzw. Erdpotential angeschlossen, wie sich aus dem elektrischen Schaltbild gemäss Fig. 3 ergibt. Die gesamte Resonanzdrosselspule 11 liegt daher auf Niederspannungs- bzw. Erdpotential. 



  Die Oberfläche des Giessharzblockes 5, nämlich die Seitenflächen 5a, 5b und die obere Stirnfläche 5c sind mit  einem auf Erdpotential liegenden leitfähigen Belag 12, vorzugsweise einer elektrisch leitenden Metallisierung versehen, die mit dem auf Erdpotential liegenden Metallgehäuse 9 elektrisch leitend verbunden ist. 



  Die Teilerkondensatoren 3, 4 des kapazitiven Spannungsteilers 2 bestehen jeweils aus Wickeln oder aus einem Stapel von Wickelkörpern, die mit einem Isoliermedium, vorzugsweise Isoliergas oder Isolieröl getränkt bzw. imprägniert sind. Als Ummantelung dieser Teilerkondensatoren 3, 4 ist eine Giessharzummantelung 13 vorgesehen. Diese wird in einer gegebenenfalls verlorenen Form dadurch hergestellt, dass die Teilerkondensatoren 3, 4 in der Form mit dem Isoliermittel (flüssig oder gasförmig) imprägniert werden und dass anschliessend Giessharz von unten in die Giessform eingeführt wird. Dieses so eingebrachte Giessharz steigt in der Giessform hoch und verdrängt dabei das Tränk-bzw. Imprägniermittel insoweit, als dieses für die notwendige Imprägnierung nicht benötigt wird.

  Durch diesen an sich bekannten Verdrängungs-Steigeguss wird im fertigen Spannungsteiler 2 bzw. in den Teilerkondensatoren 3, 4 eine erhebliche Menge an Tränk- bzw. Imprägniermittel eingespart. 



  Aussen an der Giessharzummantelung 13 sind in an sich bekannter Weise Rippen 14 vorgesehen. Diese können bei der Herstellung der Giessharzummantelung 13 gleich mit angeformt werden, so dass diese mit den Rippen 14 einen einzigen Körper aus homogenem Material bilden. 



  Die Rippen 14 können jedoch auch nachträglich an der Giessharzummantelung 13 der beiden Teilerkondensatoren 3, 4 angebracht, insbesondere unter Verwendung von Silikonharz angeformt werden. 



  Der besondere Vorteil der Anwendung des sog. Verdrängungs- Steigegusses besteht darin, dass das für die Imprägnierung der Teilerkondensatoren 3, 4 erforderliche Imprägniermittel auf ein Minimum verringert wird, so dass der kapazitive Spannungsteiler 2 entweder überhaupt kein Ausdehnungsgefäss benötigt oder aber ein Ausdehnungsgefäss mit minimalen Volumen. Hierfür geeignet sind ggf. insbesondere ein elektrisch leitender, hohler Abschirmungsring, der üblicherweise zwischen den beiden Teilerkondensatoren 3, 4 mit verflanscht wird. 



   Die Fig. 2 zeigt den vorstehend beschriebenen kapazitiven Spannungswandler 1 in der Draufsicht, wobei in dieser Darstellung die Anordnung von Standfüssen 15, des Klemmenkasten 16, sowie eines TfH-Anschlusses 17 besonders gut ersichtlich sind. Im übrigen sind die einzelnen Teile der Fig. 2 mit denselben Bezugsziffern versehen, wie in Fig. 1. 



  In Fig. 3 ist eine mögliche Schaltung des erfindungsgemässen kapazitiven Spannungswandlers in einer Prinzipskizze dargestellt. In dieser Darstellung ist dort mit 2 wiederum der kapazitive Spannungsteiler bezeichnet, umfassend die Teilerkondensatoren 3, 4. Der Spannungsabgriff für den unmittelbaren Anschluss des Zwischenwandlers 6 an den kapazitiven Spannungsteiler 2 ist mit TP bezeichnet. Der unmittelbar an den Spannungsabgriff TP elektrisch angeschlossene Zwischenwandler besitzt hier zwei Oberspannungswicklungen 7 und zwei Messwicklungen 18, 19, während die in Reihe mit dem Zwischenwandler 6 geschaltete Resonanzdrosselspule 11 eine Mess- oder Steuerwicklung 20 besitzt. 



  Die elektrische Verbindung zwischen dem kapazitiven Spannungsteiler 2 und dem Zwischenwandler 6 erfolgt über einen Steckkontaktstift 21, ggf. über einen Multikontakt bekannter Bauart. Mit 22 ist in Fig. 1 ergänzend eine elektrische Zuleitung eingezeichnet, die das Potential von  üblicherweise 20 kV am Teilerpunkt TP zwischen den Teilerkondensatoren 3, 4 dem Zwischenwandler 6 aufprägt. Mit 23 ist in Fig. 1 eine weitere elektrische Leitung dargestellt, die den leitfähigen Belag 12 des Giessharzblockes 5 mit dem auf Erdpotential liegenden Ende des Teilerkondensators 4 verbindet. 



  Die Giessharzummantelung 13 der Teilerkondensatoren 3, 4 besteht vorzugsweise aus elastisch eingestelltem Giessharz, insbesondere aus Polyurethan, das die Wärmeausdehnungen des mengenmässig äusserst geringen Imprägniermittels der Teilerkondensatoren 3, 4 aufzunehmen vermag, ohne dass ein zusätzliches Ausdehnungsgefäss erforderlich ist. Ggf. kann aber auch - wie bereits kurz erwähnt - ein Ausdehnungsgefäss mit geringem Volumen vorgesehen sein, insbesondere als ringförmige Abschirmelektrode an der Verbindungsstelle zwischen den Teilerkondensatoren 3, 4. 



  Der erfindungsgemässe kapazitive Spannungswandler zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass alle wesentlichen Bauteile, nämlich der kapazitive Spannungsteiler 2, der Zwischenwandler 6 und die Resonanzdrosselspule 11 für sich hergestellt, vorgeprüft und nach bestandener Vorprüfung in einfachster Weise miteinander montiert werden können. Die für den Spannungsteiler 2 bzw. den Zwischenwandler 6 angewendete Giessharztechnik befindet sich auf einem hohen technischen Stand, so dass die Ausfallquoten von Hause aus gering sind und durch die Vorfertigung dieser Bauteile noch reduziert werden können. Mit den angewendeten Giessharztechniken lassen sich die Grössenabmessungen des kapazitiven Spannungsteilers 2 und des Zwischenwandlers 6 auf optimale Werte reduzieren.

   Hinzu kommt, dass durch das Nachschalten der Resonanzdrosselspule 11 und deren Unterbringung in dem Metallgehäuse 9 auch die Abmessungen der Resonanzdrosselspule 11 auf ein Minimum reduziert werden können. 



  Damit zeichnet sich der erfindungsgemässe kapazitive Spannungswandler nicht nur durch eine hohe Betriebssicherheit, sondern auch durch eine aussergewöhnlich gedrängte, kompakte Bauweise aus. 

Claims (6)

1. Kapazitiver Spannungswandler, bestehend aus einem kapazitiven Spannungsteiler, an dessen Teilerpunkt eine Resonanzdrosselspule und ein Zwischenwandler angeschlossen sind, wobei zumindest die Oberspannungswicklung des Zwischenwandlers in Giessharz eingegossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass an den Teilerpunkt (TP) des kapazitiven Spannungsteilers (2) zunächst die Oberspannungswicklung (7) des Zwischenwandlers (6) angeschlossen und in Reihe mit zumindest einem Teil der Oberspannungswicklung (7) des Zwischenwandlers (6) anschliessend die Oberspannungswicklung der Resonanzdrosselspule (11) nachgeschaltet ist, dass der Zwischenwandler (6) mit sämtlichen Wicklungs- und Kernteilen (7, 8) in einen freiluftbeständigen Giessharzblock (5) eingegossen ist und dass der Giessharzblock (5) den Spannungsteiler (2) trägt und mit diesem verflanscht ist.

2.

Kapazitiver Spannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des Giessharzblockes (5) ein von einem Metallgehäuse (9) begrenzter Freiraum (10) vorgesehen ist, in dem die Resonanzdrosselspule (11) untergebracht ist.

3. Kapazitiver Spannungswandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Giessharzblockes (5) mit einer Metallisierung (12) versehen ist, die mit dem auf Erdpotential liegenden Metallgehäuse (9) elektrisch leitend verbunden ist.

4.

Kapazitiver Spannungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gas- oder flüssigkeitsimprägnierten Teilerkondensatoren (3, 4) des kapazitiven Spannungsteilers (2) mit einer Giessharzummantelung (13) vollständig umgeben sind, wobei die Giessharzummantelung (13) unter Verdrängung des in der Giessform befindlichen gasförmigen oder flüssigen Isoliermittels im Steigeguss aufgebracht ist.

5. Kapazitiver Spannungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der Giessharzummantelung (13) des Spannungsteilers (2) Rippen (14) vorgesehen sind, die mit der Giessharzummantelung (13) einen einzigen, homogenen Körper bilden oder mit der Giessharzummantelung (13) gesondert verbunden sind.

6.

Kapazitiver Spannungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindung zwischen dem kapazitiven Spannungsteiler (2) und der Oberspannungswicklung (7) des Zwischenwandlers (6) über einen Steckkontaktstift (21) erfolgt.