DD282531A5 - Anordnung zur hochspannungserzeugung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Hochspannungserzeugung und -messung. Sie bezieht sich auf einen Hochspannungserzeuger, der eine Kombination mit einem Meszteiler darstellt. Sie besteht darin, dasz der Spannungsteiler die Vervielfacherschaltung zur Hochspannungserzeugung konzentrisch umschlieszt. Vorteilhafte technische und technologische Ausfuehrungsformen sehen vor, die Einzelbauelemente des Spannungsteilers mittels eines hohlzylinderfoermigen Kaefigs gleichmaeszig wendelfoermig zu fixieren, die Vervielfacherstufen auf zwei Leiterplatten raeumlich und wechselseitig anzuordnen mit Daempfungswiderstaenden und Transientschutz auf den Leiterplatten bzw. Kaefig zu versehen und in vorteilhafter Weise zu isolieren. So entweder auszen mit Harz, innen mit fluessigem oder gasfoermigem Medium oder mit Harzkern, wobei konische Ausfuehrung die Trennung der Baugruppen ermoeglicht. Besondere Ausfuehrungen der Laengsfuge sind vorgesehen.{Hochspannungserzeugung; Messung; Kombination; konzentrische Umhuellung; Leiterplatten, wechselseitig; Kaefig, wendelfoermig; Isolierung; Harz, konisch, gasfoermig; Laengsfuge}

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Hochspannungserzeugung und Me£ sung der Hochspannung, vorzugsweise für transportable Anlagen geringer Masse und Leistung.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Zur Erzeugung von hohen Gleichspannungen werden Vervielfacherschaltungen verwendet, die mit Einzelbauteilen aufgebaut sind und ein räumliches, turmartiges Gebilde ergeben. Je nach erreichter Spannungshöhe ist es notwendig, Maßnahmen zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit, zur Vermeidung von Teilentladungen bzw. zar Verminderung des Raumbedarfes zu

ergreifen. So ist es allgemein bekannt, den Hochspannungspol mit einem Abschirmring oder einer Haub<3 zu versehen (DD-PS 15502). Es ist auch bekannt, Zwischenpotentiale mit Steuerelektroden zu versehen und somit die Spannungsverteilung längs der Vervielfacherschaltungzu verbessern. Fürdie Messung der Ausgangsspannung, die bei fester Stufenzahl und Frequenz nicht nur von der Eingangsspannung, sondern auch wesentlich von der Belastung abhängt, werden auch bei kleineren Anlagen Spannungsteiler verwendet. Diese sind dem Hochspannungsanschluß als Belastung parallelgeschaltet und bestehen aus einzelnen ohmschen Widerständen. Zur Verbesserung des Feldverlaufes bei mehreren in Reihe geschalteten ohmschen Widerständen, bei denen die Spannung in der Längsachse der Widerstände abfällt, ist es bekannt, diesen in eine isolierende Hülle einzubauen. Die Hülle ist dabei an den Enden mit Elektroden versehen, deren Abstand größer ist als das Bauelement, also der Widerstand im Innaren der Umhüllung (DD-PS 56004). Somit ist es möglich, in Abhängigkeit vom Abstand der äußeren zu den inneren Elektroden die Spannungsverteilung längs des Spannungsteilers zu beeinflussen. Zur Verbesserung des Übertragungsverhaltens eines Spannungsteilers ist es bekannt, die Teilwiderstände innerhalb eines Potentialkäfigs anzuordnen, der das gleiche Potentialgefälle wie der innere Kern besitzt. Damit einher geht jedoch die mindestens doppelte Strombelastung der Hochspannungsquelle durch den Meßteiler (DE-PS 596313). Es lot auch bekannt, die vorgenannten Nachteile durch die koaxiale Anordnung eines ohmschen und eines kapazitiven Spannungsteilers zu beseitigen, womit auch das Übertragungsverhalten gebessert wird. Zur Verbesserung des Spannungsverhaltens ist es auch bekannt, Spannungserzeuger bzw. Meßteiler mit einem Gießharz zu umhüllen. Es ist auch bekannt, einen Hochspannungsmeßwiderstand in engem Kontakt mit einer isolierenden Umhüllung, welche außen liegt, anzuordnen (CH-PS 381318). Das erfolgx dort jedoch zu dem Zweck des verbesserten Temperatu-vcrhaltens.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung verfolgt das Ziel, eine Anordnung zur Hochspannungserzeugung und -messung zu schaffen, die klein und ggf. transportabel ist, sicher arbeitet, auch bei unterschiedlichen Umwelteinflüssen, und dennoch günstige ökonomische Parameter aufweist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Hochspannungserzeugung und gleichzeitigen Messung so zu kombinieren, daß das Masse-Spannungs-Leistungs-Verhältnis verbessert wird. Die Aufgabe wird bei einer Anordnung zur Hochspannungeerzeugung und-messung unter Verwendung einer Vervielfacherschaltung und eines Spannungsteilers, welcher aus mehreren in Reihe geschalteten Bauelementen besteht, die turmförmig angeordnet sind und die einzelnen Vervielfacherstufen so angeordnet sind, daß ein räumliches Gebilde entsteht, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Spannungsteiler die Vervielfacherstufen außen umschließt. Damit bildet den Kern der Anordnung der Spannungserzeuger mit seiner ungünstigeren Potentialverteilung end die Hülle der Spannungsteiler, dessen einzelne Bauelemente wendelförmig und gleichmäßig am Umfang und in der Längsachse der Anordnung verteilt sind, wobei sich eine Erhöhung der Spannungsfestigkeit und damit Verringerung der Abmessuntjon ergibt. Infolge der Forderung für ein günstiges technologisches Herstellungsverfahren werden für die Ve ,-vielfacherstufen zwei im wesentlichen senkrecht zu Erdpotential angeordnete Leiterplatten verwendet, auf denen a\h Bauteile der Vervielfacherstufen aufgelötet sind. Damit ein feldtechnisch günstiges Gebilde entsteht, ist die Anordnung der Vervielfacherstufen wechselseitig. Den hochspannungsseitigen Abschluß auf den Leiterplatten bilden Dämpfungswiderstände. Der die Vervielfacherschaltung umschließende Spannungsteiler bildet einen Käfig auszu den Leiterplatten parallel liegenden Isolierstegen, die die einzelnen Bauelemente auf axialen und radialen Abstand halten. Vorteilhafterweise befindet sich im oberen hochspannungsseitigen Teil des Spannungsteilers eine Wicklung als Transientschutz. Zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit bzw. Verminderung des Bauvolumens ist es vorteilhaft, die gesamte Anordnung in einem Isoliermedium zu betreiben, welches höhere Durchschlagfestigkeit als Luft besitzt. Vorteilhaft ist jedoch auch, dre Baugruppe Spannungsteiler in Isolierstoff, also beispielsweise PUR-Harz, zu betten tind die innere Baugruppe mit flüssigem oder gasförmigem Isolierstoff zu versehen. Schließlich ergibt sich eine gute Lösung gleichfalls, wenn die innere und die äußere Baugruppe getrennt voneinander in festen Isolierstoff eingebettet werden und eine leichte konische Form der sich berührenden Flächen gewählt wird, wobei diese einer besonderen Behandlung unterzogen we/den. Dabei kann die entstehende Mikrcfuge mit Silikonfett, einer elastischen Silikonmasse o.a. ausgefüllt werden. Es ist auch .nöglich, einen gleichmäßigen größeren Zwischenraum zwischen den beiden Baugruppen vorzusehen und diese dazu an der Grundplatte und an der Hochspannungsalektrode mechanisch zu fixieren, wobei eine plastisch-elastische Dichtung zwischengefügt wird. Der Zwischenraum wird dabei vorteilhafterweise wiederum mit einem Isoliermedium gefüllt. Zur elektrischen Verbindung des Spannungserzeugers mit dem Spannungsteiler ist an der Trennstelle ein Federkontakt angebracht, womit nunmehr eine einfache Trennung zwischen beiden Baugruppen aus den verschiedensten Gründen erfolgen kann, z. B. zum Zwecke des Austausches einer Baugruppe oder bei der Vorprüfung vor dem Verguß.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispieles und einer Zeichnung näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: Elektrisches Prinzipschaltbild Fig. 2: Praktische Ausführung Fig.3: Teilansich an von Fig. 2.

Für vielerlei <\nwendungsfälle in der Technik sind Hochspannungserzeuger erforderlich, z. B. für das elektrostatische

Farbspritzen. Als Spannungserzeugungsschaltungen finden Vervielfacherschaltungen Anwendung. Eine solche ist in der Fig. 1 im Prinzip dargestellt. Auf der dem Erdpotential zugewandten Seite befinden sich Anschlüsse 1,2,3,4,5 für eine Vervielfacherschaltung 6 und einen Spannungsteiler 7. Die Vervielfacherschaltung 6 ist in bekannter Weise aus einzelnen Stufen VV(D bis W(n) aufgebaut, wobei das Ziel besteht, 12OkV Gleichspannung bei einem Nennstrom von 0,3 mA zu erzeugen. Der Kurzschlußstrom soll nicht über 2 mA liegen. Anhand der zur Verfügung stehenden Bauelemente, z. B. von Kondensatoren 8 mit einer Kapazität von 3,3 nF und 1OkV sowie Hochspannungsdioden 9 mit einer Sperrspannung von 15 kV ergibt sich, daß die Vervielfacherschaltung 6 etwa 15 Stufen besitzen muß. Für die genaue Anzeige der Hochspannung wird ein rein ohmscher Spannungsteiler 7 mit in Reihe geschalteten Meßwiderständen 10 benutzt, deren unterer Teil in üblicher Weise mit Erdpotential 11 verbunden ist. Während der Innenwiderstand der Vervielfacherschaltung 6 durch zusätzliche Dämpfungswiderstände 12 erhöht wird und so ein Schutz für die Hochspannungsdioden 9 gegen Überlastung besteht, befindet sich am Ausgang der Schaltung ein Widerstand als Transientschutz 13 zur Vermeidung von schädlichen Spannungsspitzen. Die Einspeisung der Versorgungsspannung erfolgt über einen Transvertertrafo 14 durch eine Wechselspannung mit einer Frequenz, die über der Hörschwelle liegt.

Bezüglich der räumlichen Ausführung muß der Hochspannungserzeuger klein und von geringer Masse sein. Es ist auch erstrebenswert, eine vorteilhafte technologische und ökonomische Fertigung zu gewährleisten. Eine solche Anordnung ist in der Fig. 2 gezeigt. Sie verdeutlicht die geometrische Anordnung der Vervielfacherschaltung und des konzentrisch angeordneten Spannungsteilers 7. Beide Baugruppen sind mit einem Isolierharz 15 umgössen und durch eine Grundplatte 16 sowie eine Hochspannungselektrode 17 unter Beifügung jeweils einer Dichtung 18,19 mechanisch miteinander fixiert, wobei die Dichtungen die Aufgabe haben, einen zwischen beiden Baugruppen liegenden gleichmäßigen Zwischenraum 20 hermetisch zu verschließen. Dieser kann je nach Spannungsbeanspruchung lediglich zur Vermeidung einer Betauung luftdicht verschlossen oder mit flüssigem oder gasförmigem Isoliermedium gefüllt sein. Die Ausbildung des Spaltes kann auch als „Mikrofuge" erfolgen, bei der der Zwischenraum 20 extrem klein ausgeführt und zusätzlich z. B. mit Silikonfett beauflagt wird. Bei der Herstellung eirr; solchen Bauform wird am besten so verfahren, daß zunächst der Kern hergestellt wird, also die Vervielfacherstufen W(I)-VV(6) mit Harz umgössen werden. Danach wird nach entsprechender Oberflächenbehandlung des Kernes dieser in eine Gießform gebracht, der Spannungsteiler 7 darüber gesteckt und alles zusammen vergossen. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß bei einem Ausfall einer Baugruppe im Betriebsfall ein Austausch ermöglicht wird. Auf andere Vorteile wird nachfolgend eingegangen. In der Fig. 2 ist aus Gründen der Entkopplung zwischen der mittelfrequenzgespeisten Vervielfacherschaltung 6 und dem Spannungsteiler 7 die Breite des Zwischenraumes 20 so bemessen, daß die Feldsteuerung, also die Abschirmung der Spitzen und Kanten der Bauteile der Stufen VV(I)... VV (n) und der Dämpfungswiderstände 12 auf den Leiterplatten 21 und 22 sowie deren Hochspannungspotential führende Leiterzüge wirksam ist, jedoch ein zu starker Durchgriff auf den Spannungsteiler 7 nicht erfolgt. Ansonsten könnte die eingekoppelte mittelfrequente Versorgungsspannung zur Meßwertverfälschung führen. Um alle Bauelemente der Vervielfacherschaltung technologisch rationell anzuordnen und gleichzeitig einen ausreichenden, immer gleichen Abstand zu gewährleisten sowie eine gewisse mechanische Stabilität, wurden zwei Leiterplatten parallel angeordnet. Diese Ausführung hat den weiteren positiven Effekt, daß ein feldmäßig räumliches Gebilde entsteht, somit flächenhafte Anordnungen und Kanten mit hohen Feldstärken schon weitgehend vermieden werden. Dabei sind die einzelnen Vervielfacherstufen VV (1)... VV(n) wechselseitig angeordnet, und Leitungsverbindungen 23 übertragen die Spannung auf die jeweils nächste Stufe der gegenüberliegenden Leiterplatte 21 bzw. 22. Zur Erhöhung des Innenwiderstandes sind der letzten Vervielfacherstufe W(n) die Dämpfungswiderstände 12 nachgeschaltet und auf beide Leiterplatten 21,22 verteilt. Die elektrische Verbindung vom Hochspannungspol der Vervielfacherschaltung zum hochspannungsseitigen Anschluß des Spannungsteilers 7 erfolgt über einen Federkontakt 24, der gleichzeitig die Verbindung zu dem Transientschutz 13 hergestellt. Dieser induktive Widerstand besteht aus mehreren Windungen, die auf einem hohlzylinderförmigen Käfig, der aus Isolierstegen 25 besteht, aufgebracht sind. Eine mechanische Stabilität erhält der Käfig, der aus beispielsweise acht Isolierstegen 25 besteht, durch jeweils einen Grundring 26 auf Erd- bzw. Hochspannungspotential, wobei letzterer mit dem Ende der Wicklung des Transientschutzes 13 elektrisch verbunden ist und an ihn wiederum die Hochspannungselektrode 17 mechanisch und elektrisch angekoppelt ist.

Zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit, Verbesserung der mechanischen Stabilität und Vermeidung von Umwelteinflüssen kann die Gesamtanordnung in einem Isoliermedium betrieben werden. In der Figur 2 ist eine Anordnung mit PUR-Harz-Isolierung dargestellt, wobei zwischen beiden Baugruppen (6; 7) ein Spalt 20 vorgesehen ist. Dieser ist hochspannungstechnisch besonders kritisch und daher gegen Betauung zu schützen oder mit flüssigem oder gasförmigem Isoliermedium zu füllen. Die Möglichkeit der Trennung beider Baugruppen bietet weitere Vorteile und Möglichkeiten, so die bereits genannte Teilreparaturfähigkeit. Es ist auch die Prüfung der Vervielfacherschaltung vor und nach dem Verguß möglich, indem ein spezieller Spannungsteiler konzentrisch übergestülpt wird und damit Prüfspannung erreichbar ist.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Grundplatte 16 ist in der Figur 3 gezeigt, ebenso nochmals ein Teilschnitt durch den unteren Teil der Anordnung zur Hochspannungserzeugung sowie eine Ansicht von unten. In dieser in Figur 3 a gezeigten Ansicht, die ebenfalls teilweise geschnitten ist, erkennt der Betrachter die Isnljerstege 25, welche Kerben besitzen (in der Figur 2 ersichtlich), die die Bauelemente 27 des Spannungsteilers mechanisch fixieron. Alles ist mit Isolierharz 15 umhüllt. Ebenso der innere Teil, der getrennt durch den Spalt 20 ist. An der Unterseite befinden sich die Ansc'" 'üsse 1 bis 4, sie sind mit der Grundplatte 16 in Figur 3c durch ihre unsymmetrische Anordnung unverwechselbar verbindbar, wobei die Grundplatte 16 ebenfalls aus Isolierstoff besteht. Damit ist eine Überschlags- und kriechwegsichere Eingangsspannungsvsrsorgung durch den Transvertertrafo 14 möglich, deren Anschlüsse über Kontaktplättchen 28 und Schrauben 29 mit den Leiterplatten 21,22 der Vervielfacherschaltung verbunden sind. Dieser Teil ist in Fig.3 b dargestellt. In dieser Darstellung ist der Kern, also die Vervielfacherschaltung im Schnitt in Isolierharzumhüllung 15 dargestellt, während der Außenzylinder, der Spannungsteiler teilweise geschnitten ist. Dort ist wiederum ein am Grundring 26 befestigter Isoliersteg 25 mit den darauf befindlichen Bauelementen 27 des Spannungsteilers ersichtlich.

Claims (10)

1. Anordnung zur Hochspannu ngserzeugung und -messung,unter Verwendung einer Vervielfacherschaltung und oines Spannungsteilers, welcher aus mehreren in Reihe geschalteten Bauelementen besteht, die curmförmig angeordnet sind und die einzelnen Vervielfacherstufen so gestaltet sind, daß ein räumliches Gebilde entsteht, wobei die Stufen mit der höchsten Spannungsbelastung am weitesten vom Erdpotential entfernt liegen, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (7) die Vervielfacherstufen (VV [1]...VV[n]) konzentrisch umschließt und dazu seine einzelnen Bauelemente (27) zumindest annähernd wendeiförmig und gleichmäßig verteilt am Umfang angeordnet sind und eine elektrische Verbindung zumindest auf Hochspannungspotential besteht.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Vervielfacherstufen

(VV[I]...WIn]) derRsihe nach auf zwei Leiterplatten (21; 22), die im wesentlichen senkrecht zum Erdpotential liegen, wechselseitig versetzt angeordnet sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem hochspannungsseitiger, Anschluß der letzten Vervielfacherstufe (VV[n]) mehrere, auf beide Leiterplatten (21; 22) verteilte Dämpfungswiderstände (12) nachgeschaltet sind.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemente (27) des Spannungsteilers (7) an Isolierstegen (25) gehaltert sind, die einen etwa hohlzylinderförmigen Käfig bilden und die Bauelemente bzw. dsren Anschlüsse miteinander leitend derart verbunden sind, daß das zumindest annähernd wendeiförmige Gebilde entsteht und am hochspannungsseitigen Ende sich ein Transientschutz (13) anschließt, der durch eine einlagige Wicklung, deren Durchmesser etwa dem des hohlzylinderförmigen Käfigs entspricht, gebildet ist, und etwa den Teil der Leiterplatten mit den Dämpfungswiderständen (20) umfaßt.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vervielfachci stufen (VV[IJ. ..VV[n]) und der Spannungsteiler (7) sich in einem Isoliermedium befinden.

6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (7) mit einem festen Isolierstoff umhüllt ist, während die Vervielfacherstufen (VV[1]...VV[nJ) sich in einem Isoliermedium mit anderem Aggregatzustand befinden.

7. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Baugruppen Spannungsteiler (7) sowie Vervielfacherstufen (VV[I]. ..W[n]) getrenntvoneinander in einen Isolierstoff eingebettet sind, wobei die Vervielfacheranordnung den Kern bildet und die Spannungsteileranordnung einen aufbi ingbaren Hohlzylinder.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern auf seiner Außenfläche leicht konisch ausgebildet ist und der Hohlzylinder durch einen Gußvorgang unter Beibehaltung einer gleichmäßig geringen Längsfuge (20) zwischen beiden Baugruppen gebildet ist.

9. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen beiden Baugruppen ein gleichmäßiger Zwischenraum (2C) besteht, der durch ihre mechanische Arretierung auf Erd- und/ oder Hochspannungspoten^al en eicht ist und der Zwischenraum ggf. mit einem Isoliermedium ausgefüllt ist.

10. Anordnung nach Anspruch 9 oder 8 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Baugruppen an der Erdpotentialseite eine gemeinsame Grundplatte (16) und auf der Hochspannungspotentialseite eine gemeinsame Hochspannungselektrode (17) besitzen, die gegenüber dem verwendeten Isoliermedium gas- oder flüssigkeitsdicht sind oder mit Hilfe einer plastisch-elastischen Zwischenlage (18; 19) gas- bzw. flüssigkeitsdicht befestigt sind.