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.
The present invention relates to a capacitive voltage converter according to the preamble of claim 1.
Such a capacitive voltage converter is known from DE-AS 1 241 908, in which the windings of the intermediate converter, and in particular its high-voltage winding, are embedded in casting resin. This cast resin body has at its upper end a flange with which it is supported on the one hand on the grounded housing and on the other hand the capacitive voltage divider is fastened by means of a porcelain insulator enveloping the capacitive voltage divider. Insulating oil is provided as an impregnating and insulating agent for the capacitive voltage divider.
A capacitive voltage converter of another type is known from DE-PS 1 541 800. There the resonance choke coil is switched on between the dividing point of the high and low voltage divider of the capacitive voltage divider and the intermediate converter and is thus at a high voltage potential of the order of 20 kV. The intermediate converter is - as usual - connected in series with the resonance choke coil.
The object of the present invention is to achieve a capacitive voltage converter of the type mentioned at the outset in such a way that rational production of all converter parts is possible. In particular, an operationally reliable and at the same time extremely compact design of all individual elements, that is to say the voltage divider, the resonance choke coil and the intermediate converter, should be made possible.
This object is achieved by the features specified in the characterizing part of claim 1.
The present invention is characterized in particular by the fact that the intermediate converter represents a component which integrates its active parts (windings and iron core) and is open-air-resistant and can be connected directly to the capacitive voltage divider. The intermediate converter is not only electrically connected directly to the dividing point of the capacitive voltage divider, but - as opposed to the previously known solution according to DE-AS 1 241 908 - is taken out of the grounded metallic housing as it were.
The intermediate converter thus forms an electrically and mechanically independent component that can be manufactured, pre-tested and then connected to the other components of the capacitive voltage converter according to the invention, namely to the capacitive voltage divider and to the metal housing for the resonance choke coil.
Further advantageous details of the invention are specified in the dependent claims and are described in more detail below with reference to an exemplary embodiment illustrated in the drawing.
Show it:
1 is a sectional side view of a capacitive voltage converter according to the present invention,
Fig. 2 is a view of this capacitive voltage converter from above and
Fig. 3 shows the associated electrical circuit for this capacitive voltage converter.
The capacitive voltage converter 1 according to the invention consists of the two divider capacitors 3, 4 forming a capacitive voltage divider 2, which are arranged one above the other and flanged together in a manner known per se. These divider capacitors 3, 4 are attached to a cast resin block 5 in a gas-tight or liquid-tight manner, in particular screwed tight. The casting resin block 5 made of open-air resistant casting resin, in particular of cycloaliphatic casting resin, thus completely encases the active parts, the high and low voltage windings 7, not shown separately, including the associated iron core 8 of the intermediate converter 6.
A metal housing 9 which is at ground potential is provided below the casting resin block 5. This includes a free space 10 in which the resonance choke coil 11 required for the capacitive voltage converter is accommodated. This resonance choke coil 11 is connected with one winding end to ground or ground potential, as can be seen from the electrical circuit diagram according to FIG. The entire resonance choke coil 11 is therefore at low voltage or ground potential.
The surface of the cast resin block 5, namely the side faces 5a, 5b and the upper end face 5c are provided with a conductive coating 12, preferably an electrically conductive metallization, which is connected to the metal housing 9, which is at earth potential, in an electrically conductive manner.
The dividing capacitors 3, 4 of the capacitive voltage divider 2 each consist of windings or a stack of winding bodies which are impregnated or impregnated with an insulating medium, preferably insulating gas or insulating oil. A cast resin sheathing 13 is provided as the sheathing of these divider capacitors 3, 4. This is produced in a possibly lost form by impregnating the dividing capacitors 3, 4 in the mold with the insulating agent (liquid or gaseous) and then pouring casting resin into the casting mold from below. This poured resin rises in the mold and displaces the drinking or. Impregnation agent insofar as this is not required for the necessary impregnation.
This displacement displacement casting, which is known per se, saves a considerable amount of impregnating or impregnating agent in the finished voltage divider 2 or in the dividing capacitors 3, 4.
Ribs 14 are provided on the outside of the cast resin casing 13 in a manner known per se. These can be molded on at the same time as the cast resin casing 13 is being produced, so that they form a single body made of homogeneous material with the ribs 14.
However, the ribs 14 can also be subsequently attached to the cast resin jacket 13 of the two divider capacitors 3, 4, in particular molded on using silicone resin.
The particular advantage of using the so-called displacement riser is that the impregnation agent required for the impregnation of the divider capacitors 3, 4 is reduced to a minimum, so that the capacitive voltage divider 2 either does not require an expansion vessel at all or an expansion vessel with minimal volume . An electrically conductive, hollow shielding ring, which is usually flanged between the two divider capacitors 3, 4, is particularly suitable for this purpose.
FIG. 2 shows the above-described capacitive voltage converter 1 in a top view, the arrangement of feet 15, the terminal box 16 and a TfH connection 17 being particularly well visible in this illustration. Otherwise, the individual parts of FIG. 2 are provided with the same reference numbers as in FIG. 1.
3 shows a possible circuit of the capacitive voltage converter according to the invention in a schematic diagram. In this illustration, the capacitive voltage divider is again identified by 2, comprising the divider capacitors 3, 4. The voltage tap for the direct connection of the intermediate converter 6 to the capacitive voltage divider 2 is indicated by TP. The intermediate converter electrically connected directly to the voltage tap TP here has two high-voltage windings 7 and two measuring windings 18, 19, while the resonance choke coil 11 connected in series with the intermediate converter 6 has a measuring or control winding 20.
The electrical connection between the capacitive voltage divider 2 and the intermediate converter 6 takes place via a plug contact pin 21, possibly via a multi-contact of a known type. 1, an electrical supply line is additionally drawn in, which impresses the potential of typically 20 kV at the dividing point TP between the dividing capacitors 3, 4 and the intermediate converter 6. 1, a further electrical line is shown in FIG. 1, which connects the conductive coating 12 of the cast resin block 5 to the end of the divider capacitor 4 which is at ground potential.
The casting resin sheathing 13 of the dividing capacitors 3, 4 preferably consists of elastically adjusted casting resin, in particular of polyurethane, which is able to absorb the thermal expansion of the extremely low quantity of impregnating agent of the dividing capacitors 3, 4, without an additional expansion vessel being necessary. Possibly. However, as already mentioned briefly, an expansion vessel with a small volume can also be provided, in particular as an annular shielding electrode at the connection point between the dividing capacitors 3, 4.
The capacitive voltage converter according to the invention is characterized in particular by the fact that all essential components, namely the capacitive voltage divider 2, the intermediate converter 6 and the resonance inductor 11, can be manufactured for themselves, pre-tested and, after passing the pre-test, assembled in a very simple manner. The casting resin technology used for the voltage divider 2 and the intermediate converter 6 is of a high technical standard, so that the failure rates are low from the start and can be reduced by prefabricating these components. With the cast resin techniques used, the size dimensions of the capacitive voltage divider 2 and the intermediate converter 6 can be reduced to optimum values.
In addition, the dimensions of the resonance inductor 11 can also be reduced to a minimum by the connection of the resonance inductor 11 and its accommodation in the metal housing 9.
The capacitive voltage converter according to the invention is thus not only distinguished by a high level of operational reliability, but also by an exceptionally compact, compact design.