DE112010003127B4

DE112010003127B4 - Spannungsumformer mit vakuumkondensator

Info

Publication number: DE112010003127B4
Application number: DE112010003127.4T
Authority: DE
Inventors: Toru Tanimizu; Toru Nishizawa; Toshimasa Fukai; Kaoru Kitakizaki; Takayoshi Tanimura
Original assignee: TC TANIC Inc; TC-TANIC Inc; Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: TC TANIC Inc; TC-TANIC Inc; Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2009-09-02
Filing date: 2010-09-01
Publication date: 2019-01-03
Anticipated expiration: 2030-09-02
Also published as: US9159488B2; US20120153932A1; CN102483990B; CN102483990A; WO2011027797A1; DE112010003127T5; JP2011054796A; JP5476524B2

Abstract

Gerätespannungsumformer mit Vakuumkondensator (1), umfassend einen Vakuumbehälter (5), der eine geerdete Isolierröhre (2) und elektrisch leitfähige Endplatten enthält, die offene Enden der Isolierröhre (2) auf eine Weise verschließen, dass ein Vakuumzustand in der Isolierröhre (2) bereitgestellt wird, und ein System, das in dem Vakuumbehälter (5) installiert ist und einen primärseitigen Leitungsweg-Hauptkondensatorabschnitt (8), einen masseseitigen Spannungsteilerkondensatorabschnitt (10) und eine Umformvorrichtung (15) enthält, die einen Strom misst, der durch ein Kapazitätsverhältnis zwischen dem Hauptkondensatorabschnitt (8) und dem Spannungsteilerkondensatorabschnitt (10) bereitgestellt wird, und eine entsprechende Spannung ausgibt,der dadurch gekennzeichnet ist, dass er ferner umfasst:eine Haupterdungsschaltung, durch welche ein Leckstrom von einer Außenfläche des primärseitigen Leitungsweg-Vakuumbehälters (16) zur Erde fließt; undeine Spannungsteiler-Masseschaltung (31), durch welche ein Leckstrom durch ein zylindrisches Spannungsteilerisolierelement (11), das zwischen einem geerdeten Abschnitt und sowohl dem Hauptkondensatorabschnitt (8) als auch dem Spannungsteilerkondensatorabschnitt (10) angeordnet ist, zu der Erde fließt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gerätespannungsumformer mit Vakuumkondensator, der einen Vakuumkondensator als Hauptkondensator, der zwischen einem primärseitigen Leitungsweganschluss und einem Spannungsteilungspunkt angeordnet ist, einen Spannungsteiler-Vakuumkondensator, der zwischen dem Spannungsteilungspunkt und einem masseseitigen Anschluss angeordnet ist, einen Kondensator-Gerätespannungsumformer, der parallel zu dem Spannungsteiler-Vakuumkondensator angeordnet ist, und eine Umformvorrichtung, welche die Ausgabe aus dem Kondensator-Gerätespannungsumformer in eine gewünschte Ausgabeform umformt, umfasst.
Technischer Hintergrund
Gemäß dem Nicht-Patentdokument 1 weist ein Kondensator-Gerätespannungsumformer (der nachstehend als CVT bezeichnet wird) im Allgemeinen den folgenden Aufbau auf.
Das heißt, dass der CVT als ein Gerätespannungsumformer definiert ist, der eine Kondensator-Spannungsteilerfunktion verwendet und aufgebaut ist, um eine geteilte Spannung aus dem CVT zu erhalten, indem ein Hauptkondensator, der zwischen einem primärseitigen Leitungsweganschluss und einem Spannungsteilungspunkt angeordnet ist, ein Spannungsteilerkondensator, der zwischen dem Spannungsteilungspunkt und einem masseseitigen Anschluss angeordnet ist, und ein Umformer des CVT (der nachstehend als CVT-Umformer bezeichnet wird) verwendet werden, welcher mit dem Spannungsteilerkondensator direkt verbunden ist oder mit dem Spannungsteilerkondensator durch eine Resonanzdrosselspule verbunden ist.
Insbesondere ist ein in dem Nicht-Patentdokument 2 beschriebener Buchsen-CVT viel allgemeiner. Bei dem Buchsen-CVT wird die Kapazität eines Buchsenkondensators, der aus einem harzimprägnierten Isolierpapier, einem Festkörperisolator, wie etwa Epoxidharz oder dergleichen, oder einem Isolieröl hergestellt ist und der für den primärseitigen Leitungsweganschluss eines Umformers verwendet wird, als Hauptkondensator verwendet. Ferner wird beschrieben, dass der Buchsen-CVT eine durch die Produktion des Buchsen-CVT bedingte nicht geringe Beschränkung bei einer Sekundärlast und einer Genauigkeitsstufe aufweist.
Weitere Gerätespannungsumformer sind in der US 3 101 443 A , JP H10-031037 A und GB 701 923 A beschrieben.
DOKUMENTE DES STANDES DER TECHNIK
NICHT-PATENTDOKUMENTE

Nicht-Patentdokument 1: [Voltage Transformer - 2^nd part: Voltage Transformer] JIS C1731-2: 1998, Incorporated Foundation Nippon Kikaku Kyoukai, 1998, S. 1
Nicht-Patentdokument 2: [Voltage Transformer] JEC-1201-2007, Denki Shoin Co., Ltd., 2007, S. 75 bis 76

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
PROBLEME, DIE DURCH DIE ERFINDUNG GELÖST WERDEN SOLLEN
Der vorstehend erwähnte CVT weist jedoch die folgenden Nachteile auf.

1. Das kapazitätsbildende dielektrische Material, wie etwa das harzimprägnierte Isolierpapier, der Festkörperisolator, wie etwa das Epoxidharz oder dergleichen, oder das Isolieröl, ist Veränderungen bei der Dielektrizitätskonstante unterworfen, wenn sich die Temperatur, die Feuchtigkeit und/oder der barometrische Druck verändert. Wenn die Dielektrizitätskonstante nicht stabil ist, ist die geteilte Spannung des CVT nicht stabil und folglich wird die Genauigkeitsstufe des Systems wie des Spannungsumformers herabgesetzt und folglich sind ein genauer Schutz und eine genaue Messung unmöglich.
2. Wenn zwischen einander gegenüberliegenden Elektrodenflächen des primärseitigen Leitungswegs und der Masseseite ein hoch isolierendes dielektrisches Material, wie etwa das harzimprägnierte Isolierpapier, der Festkörperisolator, wie etwa das Epoxidharz, oder dergleichen, oder das Isolieröl positioniert wird, werden die Kapazität des Hauptkondensators und diejenige des Spannungsteilerkondensators für den CVT bereitgestellt. In dem CVT wird eine benötigte Kapazität erhalten, indem die Distanz zwischen den zwei Elektrodenflächen verringert wird.

Eine Verringerung der Distanz zwischen den zwei Elektrodenflächen bringt jedoch eine Verschlechterung sowohl bei der Kennlinie der Spannungsfestigkeit als auch der Lebensdauerkennlinie mit sich. Kommerziell erhältliche CVTs sind diejenigen, die so konstruiert sind, dass sie einen Ausgleich zwischen diesen berücksichtigen. Als Folge nimmt das Auftreten von Problemen zu, wenn der CVT eine höhere Leistung aufweist.

3. Sobald das Isolieröl und/oder das isolierende Material zwischen den Elektroden einen dielektrischen Durchschlag erlebt hat, ist darüber hinaus eine Wiederherstellung oder Erholung der Isolierung unmöglich, so dass bei dem CVT die Möglichkeit besteht, dass es seine Funktion verliert sowie dass er explodiert/verbrennt.

Aus den hier vorstehend erwähnten Gründen ist es leicht möglich, dass ein gemessener Strom, der durch eine Beziehung zwischen dem Hauptkondensator und dem Spannungsteilerkondensator bereitgestellt wird, verändert wird, so dass es schwierig ist, eine Spannung mit hoher Genauigkeit zu erhalten, indem der Strom durch die Umformvorrichtung konvertiert wird.

4. Zur Herstellung einer Kapazität durch die Verwendung eines Isoliermaterials als dem dielektrischen Material wird eine Anordnung verwendet, bei der zwei Elektroden des primärseitigen Leitungswegs und der Masseseite einander gegenüberliegend angeordnet sind, ein Isoliermaterial, wie etwa Epoxidharz, zwischen den zwei Elektroden angeordnet ist und ein Isoliermaterial, wie etwa Keramik oder Epoxidharz, angeordnet ist, um eine Einheit abzudecken, welche die zwei Elektroden und das Isoliermaterial enthält, um die zwei Elektroden festzuhalten und um diese zu isolieren. Jedoch ist es möglich, dass ein Leck-Mikrostrom durch eine Außenfläche des Isoliermaterials hindurchfließt, solange das Isoliermaterial, wie etwa das Epoxidharz oder dergleichen, zwischen den einander gegenüberliegenden Seiten der zwei Elektroden vorhanden ist. Außerdem ist es aufgrund von Feuchtigkeit/Wasser und Verschmutzung, die auf das Isoliermaterial aufgebracht wird, unvermeidlich, dass ein Leck-Mikrostrom durch die Außenfläche desjenigen Isoliermaterials fließt, welches das Abstützen und Isolieren bewirkt.

Durch das Verbinden von Leitungen, durch welche die geteilte Spannung des CVT und der zu messende Strom dem CVT zugeführt werden, tritt außerdem das Fließen eines Leck-Mikrostroms auf.
Der Strom, der durch den Hauptkondensator und den Spannungsteilerkondensator fließt, ist ebenfalls ein Mikrostrom. Wenn an den CVT, der durch einen derartigen Mikrostrom betätigt wird, und die Umformvorrichtung, welche die Ausgabe in die gewünschte Ausgabeform umformt, die vorstehend erwähnten zwei Arten von Leckstrom angelegt werden, wird ein Messfehler aufgrund des Leckstroms erhöht. Aus diesem Grund wird die Genauigkeitsstufe des Gerätespannungsumformers verringert und folglich sind ein hochgenauer Schutz und eine hochgenaue Messung unmöglich.
Daher besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Gerätespannungsumformer mit Vakuumkondensator bereitzustellen, der in der Lage ist, Schwankungen einer Spannung zu unterdrücken, die gemessen werden soll, eine genaue Messung der Spannung durchzuführen und der eine hohe Sicherheit zeigt.
MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Bei einem ersten, nicht erfindungsgemäßen Aspekt wird ein System bereitgestellt, das einen Hauptkondensator, der zwischen einem primärseitigen Leitungsweganschluss und einem Spannungsteilungspunkt angeordnet ist, und einen Spannungsteilerkondensator, der zwischen dem Spannungsteilungspunkt und einem masseseitigen Anschluss angeordnet ist, und eine Umformvorrichtung umfasst, die einen Strom misst, der durch ein Kapazitätsverhältnis zwischen dem Hauptkondensator und dem Spannungsteilerkondensator bereitgestellt wird, und eine entsprechende Spannung ausgibt, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass zumindest die Isolierung des Hauptkondensators durch eine Vakuumisolierung bewirkt wird.
Bei einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein System bereitgestellt, welches einen Vakuumbehälter umfasst, der eine geerdete Isolierröhre und elektrisch leitfähige Endplatten enthält, welche offene Enden der Isolierröhre so verschließen, dass eine Vakuumbedingung in der Isolierröhre bereitgestellt wird, und ein System, das in dem Vakuumbehälter installiert ist und einen primärseitigen Leitungsweg-Hauptkondensatorabschnitt, einen masseseitigen Spannungsteilerkondensatorabschnitt und eine Umformvorrichtung umfasst, die einen Strom misst, der durch ein Kapazitätsverhältnis zwischen dem Hauptkondensatorabschnitt und dem Spannungsteilerkondensatorabschnitt bereitgestellt wird, und eine entsprechende Spannung ausgibt,
welches dadurch gekennzeichnet ist, dass es ferner umfasst:

eine Hauptmasseschaltung, durch welche ein Leckstrom von einer Außenfläche des primärseitigen Leitungsweg-Vakuumbehälters zu der Erde fließt; und
eine Spannungsteiler-Masseschaltung, durch welche ein Leckstrom durch ein zylindrisches Spannungsteilerisolierelement, das zwischen einem geerdeten Abschnitt und sowohl dem Hauptkondensatorabschnitt als auch dem Spannungsteilerkondensatorabschnitt angeordnet ist, zu der Erde fließt.

Bei einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein System bereitgestellt, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass es eine Stützplatte mit einem zylindrischen Spannungsteilerisolierelement, das in dem Vakuumbehälter installiert ist und durch eine der elektrisch leitfähigen Endplatten abgestützt ist; eine Spannungsteilerplatte, durch welche ein gemessener Strom fließt, wobei die Spannungsteilerplatte mit der Stützplatte verbunden ist; eine durch die Stützplatte hermetisch abgedichtete Gefäßkammer, die das damit verbundene zylindrische Spannungsteilerisolierelement, die Spannungsteilerplatte und eine der elektrisch leitfähigen Endplatten aufweist; und eine Umformvorrichtung aufweist, die in der Gefäßkammer angeordnet ist und ein primärseitiges leitfähiges Element aufweist, das mit der Spannungsteilerplatte verbunden ist.
Bei einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein System bereitgestellt, das durch den vorstehend erwähnten zweiten Aspekt definiert ist und ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass die Gefäßkammer mit einem Trockenmittel ausgestattet ist, um die Gefäßkammer in einem trockenen Zustand zu halten.
Bei einem fünften Aspekt der Erfindung wird ein System bereitgestellt, das eine Umformvorrichtung umfasst, die einen gemessenen Strom, der durch ein Kapazitätsverhältnis zwischen einem primärseitigen Leitungsweg-Hauptkondensatorabschnitt und einem masseseitigen Spannungsteilerkondensatorabschnitt bereitgestellt wird, als eine Spannung ausgibt, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass der Hauptkondensatorabschnitt und der Spannungsteilerkondensatorabschnitt in einem geerdeten Vakuumbehälter installiert sind;
eine Hauptmasseschaltung bereitgestellt ist, durch welche ein Leckstrom von einer Außenfläche des primärseitigen Leitungswegvakuumbehälters zu der Erde fließt; und
eine Spannungsteilermasseschaltung bereitgestellt ist, durch welche ein Leckstrom durch ein zylindrisches Spannungsteilerisolierelement zu der Erde fließt, das zwischen einem geerdeten Abschnitt und sowohl dem Hauptkondensatorabschnitt als auch dem Spannungsteilerkondensatorabschnitt angeordnet ist,
wobei ein Widerstandselement, das einen konstanten Widerstandswert aufweist, selbst wenn sich eine Temperatur verändert, anstelle des Spannungsteilerkondensatorabschnitts verwendet wird.
AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Bei dem Gerätespannungsumformer mit Vakuumkondensator der Erfindung kann aufgrund der Vakuumisolierung der Kondensatorabschnitte, welche praktischerweise die Widerstandsstabilität von Vakuum gegen Temperatur, Wasser und atmosphärischen Druck, die nicht explosive Eigenschaft des Vakuums bei einem elektrischen Kurzschluss und die schnelle Erholung der Isolierung des Vakuums verwendet, ein stabiler und sicherer Widerstand erhalten werden und die durch den CVT gelieferte geteilte Spannung wird stabil. Folglich wird die Genauigkeitsstufe des Gerätespannungsumformers erhöht und ein genauer Schutz und eine genaue Messung werden erreicht.
Ferner kann in dem Gerätespannungsumformer mit Vakuumkondensator der Erfindung ein Leckstrom minimiert werden, da der Innenraum des Vakuumbehälters nicht mit Staub verschmutzt wird. Durch das Verwenden der Hauptmasseschaltung, durch welche ein Leckstrom von der Außenfläche des primärseitigen Leitungswegvakuumbehälters zu der Erde fließt, und der Spannungsteilermasseschaltung, durch welche ein Leckstrom durch das zylindrische Spannungsteilerisolierelement, das zwischen dem geerdeten Abschnitt und sowohl dem Hauptkondensatorabschnitt als auch dem Spannungsteilerkondensatorabschnitt angeordnet ist, zu der Erde fließt, kann außerdem der Leckstrom um ein Maß verringert werden, das durch die Anordnung des zylindrischen Spannungsteilerisolierelements im Vakuumbehälter verursacht wird. Durch diese Vorteile wird eine Schwankung einer durch den CVT geteilten Spannung verringert und folglich eine stabile Ausgabe erhalten. Somit wird der gemessene Strom, der durch ein Kapazitätsverhältnis zwischen dem Hauptkondensatorabschnitt und dem Spannungsteilerkondensatorabschnitt bereitgestellt wird, stabilisiert und die gemessene Spannung, die durch die Umformvorrichtung umgeformt wird, wird stabilisiert, so dass die Messung um einen Grad genauer ausgeführt werden kann, der durch das Beseitigen des Leckstroms aus dem gemessenen Strom und der gemessenen Spannung verursacht wird.
Figurenliste

1 ist eine vertikale Schnittansicht, die zur Erläuterung eines Gerätespannungsumformers mit Vakuumkondensator, der eine Ausführungsform der Erfindung ist, bereitgestellt ist.
2 ist eine Ersatzschaltung des in 1 gezeigten Gerätespannungsumformers mit Vakuumkondensator der Erfindung.

AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
[Ausführungsform 1]
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 1 beschrieben, welche einen Gerätespannungsumformer mit Vakuumkondensator 1 (der hier anschließend als VCVT bezeichnet wird), zeigt.
Eine Isolierröhre 2 ist aus einer röhrenförmigen Keramik aufgebaut. Einander entgegengesetzte offene Enden der Isolierröhre 2 sind mit jeweiligen zylindrischen Abschnitten 3A und 3B versehen. Durch Hartlöten jeweiliger offener Enden der zylindrischen Abschnitte 3A und 3B an einen primärseitigen Leitungswegflansch 4A und einen masseseitigen Flansch 4B wird ein Vakuumbehälter 5 ausgebildet, durch den ein Raum, der zwischen den beiden offenen Enden der zylindrischen Abschnitte 3A und 3B und sowohl dem primärseitigen Leitungswegflansch 4A als auch dem masseseitigen Flansch 4B definiert ist, hermetisch abgedichtet wird, um dadurch zu ermöglichen, dass der Innenraum der Isolierröhre 2 einen Vakuumzustand aufweist. Der primärseitige Leitungswegflansch 4A und der masseseitige Flansch 4B bestehen aus einer Endplatte aus einem elektrisch leitfähigen Material. Wenn gewünscht, können der primärseitige Leitungswegflansch 4A und der masseseitige Flansch 4B mit der Isolierröhre 2 direkt verbunden sein, um den Vakuumbehälter 5 zu erzeugen.
In einem Mittelabschnitt des Vakuumbehälters 5 ist eine Spannungsteilerplatte 6 angeordnet. Die Spannungsteilerplatte 6 ist auf einer zylindrischen Stützplatte 12 gelagert, die auf einem zentralen Abschnitt des masseseitigen Flansches 4B gelagert und damit hartverlötet ist. Der masseseitige Flansch 4B ist bei E geerdet. Mit einem zentralen Abschnitt des primärseitigen Leitungswegflansches 4A ist ein primärer Anschluss 7 verbunden, der mit einem Hochspannungssystem verbunden ist.
Ein Hauptkondensatorabschnitt 8 ist zwischen dem primärseitigen Leitungswegflansch 4A und der Spannungsteilerplatte 6 angeordnet. Die Spannungsteilerplatte 6 ist ein Element, durch welches ein zu messender Strom fließt. Der Hauptkondensatorabschnitt 8 weist mehrere erste Elektroden 9A auf, die sich durch einen Raum zwischen der Isolierröhre 2 und dem primären Anschluss 7 zu dem primärseitigen Leitungswegflansch 4A hin erstrecken. Jede erste Elektrode 9A weist einen Abschnitt auf, der sich zu der Spannungsteilerplatte 6 hin erstreckt. Die ersten Elektroden 9A sind mehrere zylindrische Elemente, die in der Reihenfolge ihres Durchmessers konzentrisch angeordnet sind.
Mehrere zweite Elektroden 9B sind so angeordnet, dass sie sich zu dem primärseitigen Leitungswegflansch 4A hin durch Räume, die zwischen den ersten Elektroden 9A definiert sind, und zwischen den ersten Elektroden 9A erstrecken und auf der Spannungsteilerplatte 6 so gelagert sind, dass zwischen jeder ersten Elektrode 9A und der entsprechenden zweiten Elektrode 9B eine Isolationsdistanz beibehalten wird, die dem Hauptkondensatorabschnitt 8 eine gegebene Spannungsfestigkeit liefert. Zwischen einander gegenüberliegenden Flächen jeder ersten Elektrode 9A und jeder entsprechenden zweiten Elektrode 9B wird eine Ladung für eine Kapazität entwickelt.
Es wird angemerkt, dass die einander gegenüberliegenden ersten und zweiten Elektroden als Hauptkondensatorabschnitt 8 vom Vakuumtyp auch dann dienen können, wenn sie ihre minimale Anzahl aufweisen.
Ein Spannungsteilerkondensatorabschnitt 10 ist zwischen der Spannungsteilerplatte 6 und dem masseseitigen Flansch 4B installiert. Der Spannungsteilerkondensatorabschnitt 10 weist ein zylindrisches Spannungsteilerisolierelement 11 auf, das zwischen der Spannungsteilerplatte 6 und dem masseseitigen Flansch 4B angeordnet ist. Das zylindrische Spannungsteilerisolierelement 11 ist mit diesen durch die Stützplatte 12 verbunden. Durch das Vorhandensein der Spannungsteilerplatte 6, des zylindrischen Spannungsteilerisolierelements 11, der Stützplatte 12, des masseseitigen Flansches 4A und der Isolierröhre 2 wird eine Vakuumkammer 5A definiert. In der Vakuumkammer 5A sind sowohl der Hauptkondensatorabschnitt 8 als auch der Spannungsteilerkondensatorabschnitt 10 angeordnet.
Der Spannungsteilerkondensatorabschnitt 10 umfasst mehrere erste Spannungsteilerelektroden 13A, die durch die Spannungsteilerplatte 6 abgestützt sind, und mehrere zweite Spannungsteilerelektroden 13B, die mit dem masseseitigen Flansch 4B verbunden sind. Eine Isolierungsdistanz zwischen jeder ersten Spannungsteilerelektrode 13A und der entsprechenden zweiten Spannungsteilerelektrode 13B wird durch eine gegebene Spannungsfestigkeit bestimmt, die an den Spannungsteilerkondensatorabschnitt 10 angelegt wird. Jede erste Spannungsteilerelektrode 13A und die entsprechende zweite Spannungsteilerelektrode 13B sind so angeordnet, dass sie einander auf eine Weise gegenüberliegen, dass sich dazwischen eine gegebene Kapazität ausbildet und dass sie sich zum masseseitigen Flansch 4B hin bzw. zu der Spannungsteilerplatte 6 hin erstrecken.
Die Distanz zwischen jeder ersten Elektrode 9A und der entsprechenden zweiten Elektrode 9B im Hauptkondensatorabschnitt 8 ist größer als die Distanz zwischen der ersten Spannungsteilerelektrode 13A und der entsprechenden zweiten Spannungsteilerelektrode 13B im Spannungsteilerkondensatorabschnitt 10, und der Spannungsteilerkondensatorabschnitt 10 weist eine höhere Kapazitätserzeugungseffizienz als der Hauptkondensatorabschnitt 8 auf. Um den Hauptkondensatorabschnitt 8 mit einer benötigten Kapazität auszustatten, wird die Anordnung so durchgeführt, dass die axiale Länge L8 des Abschnitts 8 größer als die axiale Länge L10 des Spannungsteilerkondensatorabschnitts 10 ist. Wenn gewünscht, kann die Oberfläche des Hauptkondensatorabschnitts 8 größer als diejenige des Spannungsteilerkondensatorabschnitts 10 sein. Das heißt, dass der Hauptkondensatorabschnitt 8 und der Spannungsteilerkondensatorabschnitt 10 so eingestellt sind, dass sie jeweilige benötigte Kapazitätswerte aufweisen, während sie die jeweiligen Spannungsfestigkeiten erfüllen.
Durch die Stützplatte 12, die mit dem zylindrischen Spannungsteilerisolierelement 11 ausgestattet ist, die Spannungsteilerplatte 6 und den masseseitigen Flansch 4B wird eine zylindrische Gefäßkammer gebildet, die hermetisch abgedichtet ist. In die Gefäßkammer wird getrocknete Luft eingespeist, z.B. Stickstoffgas, Kohlendioxid oder dergleichen. Oder es kann, falls gewünscht, ein Trocknungsmittel, z.B. Siliziumgel oder dergleichen, verwendet werden. Die Gefäßkammer 21 ist mit einem offenen Abschnitt 14 verbunden, der durch den masseseitigen Flansch 4B bereitgestellt ist. Bevor die Umformvorrichtung 15 in die Gefäßkammer 21 eingesetzt wird, wird die Umformvorrichtung 15 durch den offenen Abschnitt 14 hindurchgeführt.
Ein primärseitiges leitfähiges Element 16 der Umformvorrichtung 15 ist mit der Spannungsteilerplatte 6 verbunden. Wie gut bekannt ist, ist in einem Innenraum der Umformvorrichtung 15 eine Konstruktion bereitgestellt, bei der eine Primärwicklung, die mit dem primärseitigen leitfähigen Element 16 verbunden ist, um einen Eisenkern herumgewickelt ist, eine Sekundärwicklung um den Eisenkern herumgewickelt ist und ein sekundärseitiger Anschluss 17 der Sekundärwicklung nach außen hinaus verlegt ist. Die Primärwicklung und die Sekundärwicklung sind mit einem Isolierharz oder dergleichen bedeckt und in den Zeichnungen nicht gezeigt.
Die Umformvorrichtung 15 ist durch eine isolierende Basisplatte 18 abgestützt, die an der sekundären Anschlussseite der Umformvorrichtung 15 bereitgestellt ist, und die isolierende Basisplatte 18 wird von einem ringförmigen Metallsitz 20 durch Verbindungsschrauben 19 abgestützt. Der Metallsitz 20 ist an dem masseseitigen Flansch 4B durch Schweißen abgestützt. Der masseseitige Flansch 4B wird durch ein Gehäuse 22 aus elektrischen Teilen durch ein nicht gezeigtes Befestigungsmittel abgestützt. Auf Wunsch kann die Gefäßkammer 21 in einem Vakuumzustand verwendet werden.
Wenn der Metallsitz 20 zum Abstützen der Umformvorrichtung 15 und des Sekundäranschlusses 17 mit Dichtelementen (nicht gezeigt) versehen ist, wird ein Leckverlust des hermetisch abgedichteten Zustands der Gefäßkammer 21 sehr effektiv unterdrückt. Zum Abstützen der Umformvorrichtung 15 kann diese wenn gewünscht direkt am masseseitigen Flansch 4B befestigt sein. Durch Bezugszeichen 25 ist ein Steuerabschnitt bezeichnet, der an der isolierenden Basisplatte montiert ist.
Da die in der Gefäßkammer 21 angeordnete Umformvorrichtung 15 bei dieser Ausführungsform durch die Stützplatte 12, die mit dem zylindrischen Spannungsteilerisolierelement 11 ausgestattet ist, die Spannungsteilerplatte 6 und den masseseitigen Flansch 4B abgedichtet ist, wird eine Störung durch Rauschen von außen unterdrückt und folglich kann eine Spannung um einen Grad genauer gemessen werden, der durch das Beseitigen von Rauschen verursacht wird.
Wenn die Gefäßkammer 21 getrocknete Luft enthält, z.B. Stickstoffgas, Kohlendioxid oder dergleichen, oder ein darin installiertes Siliziumgel oder dergleichen aufweist, wird ein Wasserabsorptionsverhältnis des benachbarten zylindrischen Spannungsteilerisolierelements 11 abgesenkt und damit wird der Leckstrom I11 stark verringert, wodurch ein konstanter und stabiler Ausgang bewirkt wird und somit eine sehr exakte Spannungsmessung erreicht wird.
Da der Hauptkondensatorabschnitt 8 und der Spannungsteilerkondensatorabschnitt 10 im Vakuumbehälter 5 angeordnet sind, wird eine Außenflächendistanz der Isolierröhre 2 erhöht und folglich das Spannungsfestigkeitsverhalten der Außenfläche der Isolierröhre 2 erhöht.
Da die Umformvorrichtung 15 in der Gefäßkammer 21 installiert ist, die in dem zylindrischen Spannungsteilerisolierelement 11 ausgebildet ist, tritt es niemals auf, dass ein wesentlicher Teil der Umformvorrichtung 15 nach außen hervorragt und daher kann der VCVT in der Größe verringert werden. Es wird angemerkt, dass die Spannung auch dann gemessen werden kann, wenn ein wesentlicher Teil der Umformvorrichtung außerhalb des Vakuumbehälters angeordnet ist.
Die Messung einer Spannung, die von dem VCVT bereitgestellt wird, erfolgt wie folgt. Wenn beispielsweise eine Hochspannung von etwa 66 kV an den primären Anschluss 7 angelegt wird, wird diese an der Spannungsteilerplatte 6 durch den Hauptkondensatorabschnitt 8 auf etwa 1 kV bis 10 kV geteilt und ein gemessener Strom fließt vom primären Anschluss 7 durch den Hauptkondensatorabschnitt 8 und die Spannungsteilerplatte 6 zum primärseitigen leitfähigen Element 16, und am sekundärseitigen Anschluss 17 der Umformvorrichtung 15 wird der Strom gemessen und in eine niedrigere Spannung umgesetzt.
Bisher wurde eine Isolierung im Vakuumbehälter durch ein flüssiges Isoliermaterial oder ein festes Isoliermaterial durchgeführt. Bei der Ausführungsform der Erfindung jedoch wird diese Isolierung durch eine Vakuumisolierung bewirkt. Folglich kann, auch wenn die Messung auf eine niedrigere Spannung angewendet wird, welche durch die Funktionsweise des Kapazitätsspannungsteilers bewirkt wird, die niedrigere Spannung stabil gemessen werden, ohne dass sie durch die Temperatur, die Feuchtigkeit und den atmosphärischen Druck beeinflusst wird.
Obwohl die Distanz zwischen den Elektroden klein ist, verhindert der Vakuumzustand die Verschlechterung der Spannungsfestigkeitskennlinie und somit kann die Betriebslebensdauer des VCVT von einem Niveau einer festen Isolierung, die eine kurze Lebensdauer aufweist, auf ein Niveau einer Vakuumisolierung verlängert werden, die eine ewige Lebensdauer aufweist. Wenn das Vakuum einen Durchschlag erlebt, kann es sich schnell erholen und somit kann der VCVT kontinuierlich arbeiten, ohne seine Funktionsfähigkeit zu verringern. Selbst wenn das Vakuum einen Durchschlag erlebt, verursacht der Durchschlag außerdem keine Explosion und damit wird die Sicherheit erhöht.
Die Messung der Spannung wird mit Hilfe der Ersatzschaltung von 2 beschrieben. 2 ist die Ersatzschaltung von 1. Wenn aufgrund einer langen Verwendung des VCVT eine Außenfläche des Vakuumbehälters, die sich vom primären Anschluss 7, der mit dem Hochspannungssystem K am primärseitigen Leitungsweg verbunden ist, weg erstreckt, durch Staub verschmutzt ist, wird ein Leckstrom I2 gezwungen, durch die Außenfläche des Vakuumbehälters zur Erde E zu fließen. Es wird eine so genannte Hauptmasseschaltung 30 erzeugt. Das heißt, dass es dem Leckstrom I2 ermöglicht wird, von der Hauptmasseschaltung 30 zu der Masse E zu fließen, und folglich kann die Spannung im Vergleich mit einer Spannung, die gemessen wurde, während sie durch den Leckstrom I2 beeinflusst wird, um einen Grad korrekter gemessen werden, der durch die Beseitigung des Leckstroms I2 verursacht wird.
Bei der Ausführungsform der Erfindung ist auch eine Spannungsteilermasseschaltung 31 ausgebildet, um die Spannung sehr genau zu messen, durch welche ein Leckstrom I11 gezwungen wird, von der Spannungsteilerplatte 6 durch das zylindrische Spannungsteilerisolierelement 11 zu der Masse E zu fließen. Der Leckstrom I11 ist sehr klein. Dies liegt daran, dass das zylindrische Spannungsteilerisolierelement 11 im Vakuumbehälter installiert ist und das zylindrische Element 11 folglich nicht leicht durch Staub verschmutzt werden kann. Wenn, wie hier vorstehend erwähnt wurde, die Gefäßkammer 21 getrocknet wird, wird der Leckstrom I11 verringert und folglich die Ausgabe viel stabiler gehalten.
Wie hier vorstehend beschrieben wurde, wird bei der Ausführungsform der Erfindung eine viel genauere Messung der Spannung erreicht, da der gemessene Strom und die gemessene Spannung um einen Grad stabiler gemacht werden können, der durch die Beseitigung des Leckstroms I2 und des Leckstroms I11 verursacht wird. Aufgrund des Schutzes gegen Eindringen von Rauschen kann die Spannung darüber hinaus um einen Grad genauer gemessen werden, der durch die Beseitigung des eindringenden Rauschens verursacht wird.
[Ausführungsform 2]
Anstelle des vorstehend erwähnten Spannungsteilerkondensatorabschnitts 10 wird ein Metall, das einen konstanten Widerstand aufweist, selbst wenn sich die Temperatur verändert, als Widerstandselement verwendet. Das anstelle des vorstehend erwähnten Spannungsteilerkondensatorabschnitts 10 verwendete Widerstandselement umfasst erste Spannungsteilerwiderstandselektroden, die an einer Position platziert sind, welche der Position entspricht, an der die vorstehend erwähnten ersten Spannungsteilerelektroden 13A durch die Spannungsteilerplatte 6 abgestützt platziert sind, und zweite Widerstandselektroden, die an einer Position platziert sind, die der Position entspricht, an der die vorstehend erwähnten zweiten Spannungsteilerelektroden 13B verbunden mit dem masseseitigen Flansch 4B platziert sind. Die ersten Spannungsteilerwiderstandselektroden und die zweiten Widerstandselektroden sind so angeordnet, dass sie einander gegenüberliegen, um dazwischen eine gegebene Kapazität auszubilden, und dass sie sich jeweils zu dem masseseitigen Flansch und der Spannungsteilerplatte hin erstrecken.
Da das Widerstandselement bei der Konstruktion dieser zweiten Ausführungsform einen konstanten Widerstandswert aufweist, selbst wenn sich die Temperatur verändert, ist der Leckstrom, der zum Fließen in der Spannungsteilermasseschaltung gezwungen ist, sehr klein und stabil und fließt in die Masse. Somit kann die Ausgangsspannung sehr konstant und sehr stabil sein.
Möglichkeit zur industriellen Verwendung
Wie hier vorstehend beschrieben wurde, macht die Verwendung der Vakuumisolierung die Vorrichtung klein in der Größe und lang bei der Lebensdauer und veranlasst, dass selbst, wenn ein elektrischer Kurzschluss stattfindet, keine Explosion gewährleistet ist, wodurch sie eine hohe Sicherheit aufweist und eine Erholung der Isolierung augenblicklich erhalten wird.
Bei dem VCVT der Erfindung werden darüber hinaus die Messung des Stroms und der Spannung stabil durchgeführt und somit kann die Spannung an der Umformvorrichtung viel genauer eingestellt werden.
Bezugszeichenliste

1: VCT (Gerätespannungsumformer mit Vakuumkondensator)
2: Isolierröhre
3A, 3B: zylindrischer Abschnitt
4A: primärseitiger Leitungswegflansch
4B: masseseitiger Flansch
5: Vakuumbehälter
6: Spannungsteilerplatte
7: primärer Anschluss
8: Hauptkondensatorabschnitt
9A: erste Elektroden
9B: zweite Elektroden
10: Spannungsteilerkondensatorabschnitt
11: zylindrisches Spannungsteilerisolierelement
12: Stützplatte
13A: erste Spannungsteilerelektroden
13B: zweite Spannungsteilerelektroden
14: offener Abschnitt
15: Umformvorrichtung
16: primärseitiges leitfähiges Element
17: sekundärseitiger Anschluss
18: isolierende Basisplatte
19: Verbindungsschrauben
20: Metallsitz
21: Gefäßkammer
30: Hauptmasseschaltung
31: Spannungsteilermasseschaltung

Claims

Gerätespannungsumformer mit Vakuumkondensator (1), umfassend einen Vakuumbehälter (5), der eine geerdete Isolierröhre (2) und elektrisch leitfähige Endplatten enthält, die offene Enden der Isolierröhre (2) auf eine Weise verschließen, dass ein Vakuumzustand in der Isolierröhre (2) bereitgestellt wird, und ein System, das in dem Vakuumbehälter (5) installiert ist und einen primärseitigen Leitungsweg-Hauptkondensatorabschnitt (8), einen masseseitigen Spannungsteilerkondensatorabschnitt (10) und eine Umformvorrichtung (15) enthält, die einen Strom misst, der durch ein Kapazitätsverhältnis zwischen dem Hauptkondensatorabschnitt (8) und dem Spannungsteilerkondensatorabschnitt (10) bereitgestellt wird, und eine entsprechende Spannung ausgibt, der dadurch gekennzeichnet ist, dass er ferner umfasst: eine Haupterdungsschaltung, durch welche ein Leckstrom von einer Außenfläche des primärseitigen Leitungsweg-Vakuumbehälters (16) zur Erde fließt; und eine Spannungsteiler-Masseschaltung (31), durch welche ein Leckstrom durch ein zylindrisches Spannungsteilerisolierelement (11), das zwischen einem geerdeten Abschnitt und sowohl dem Hauptkondensatorabschnitt (8) als auch dem Spannungsteilerkondensatorabschnitt (10) angeordnet ist, zu der Erde fließt.
Gerätespannungsumformer mit Vakuumkondensator (1), umfassend einen Vakuumbehälter (5), der eine geerdete Isolierröhre (2) und elektrisch leitfähige Endplatten enthält, die offene Enden der Isolierröhre (2) auf eine Weise verschließen, dass ein Vakuumzustand in der Isolierröhre (2) bereitgestellt ist, und ein System, das in dem Vakuumbehälter (5) installiert ist und einen primärseitigen Leitungsweg-Hauptkondensatorabschnitt (8), einen masseseitigen Spannungsteilerkondensatorabschnitt (10) und eine Umformvorrichtung (15) enthält, die einen Strom misst, der durch ein Kapazitätsverhältnis zwischen dem Hauptkondensatorabschnitt (8) und dem Spannungsteilerkondensatorabschnitt (10) bereitgestellt wird, und eine entsprechende Spannung ausgibt, der dadurch gekennzeichnet ist, dass er ferner umfasst: eine Stützplatte (12), die ein zylindrisches Spannungsteilerisolierelement (11) aufweist, das im Vakuumbehälter (5) installiert ist und von einer der elektrisch leitfähigen Endplatten abgestützt ist; eine Spannungsteilerplatte (6), durch welche ein zu messender Strom fließt, wobei die Spannungsteilerplatte (6) mit der Stützplatte (12) verbunden ist; eine Gefäßkammer (21), die durch die Stützplatte (12), welche das damit verbundene zylindrische Spannungsteilerisolierelement (11) aufweist, die Spannungsteilerplatte (6) und eine der elektrisch leitfähigen Endplatten hermetisch abgedichtet ist; und eine Umformvorrichtung (15), die in der Gefäßkammer (21) angeordnet ist und ein primärseitiges leitfähiges Element (16) aufweist, das mit der Spannungsteilerplatte (6) verbunden ist.
Gerätespannungsumformer mit Vakuumkondensator (1) nach Anspruch 2, der ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass die Gefäßkammer (21) mit einem Trocknungsmittel ausgestattet ist, um die Gefäßkammer (21) in einem trockenen Zustand zu halten.
Gerätespannungsumformer mit Vakuumkondensator (1), umfassend einen Vakuumbehälter (5), der eine geerdete Isolierröhre (2) und elektrisch leitfähige Endplatten enthält, die offene Enden der Isolierröhre (2) auf eine Weise verschließen, dass ein Vakuumzustand in der Isolierröhre (2) bereitgestellt wird, und eine Umformvorrichtung (15), die in dem Vakuumbehälter (5) installiert ist, um einen Strom zu messen, der durch ein Kapazitätsverhältnis zwischen einem primärseitigen Leitungsweg-Hauptkondensatorabschnitt (8) und einem masseseitigen Spannungsteilerkondensatorabschnitt (10) bereitgestellt ist, und eine entsprechende Spannung ausgibt, der dadurch gekennzeichnet ist, dass er ferner umfasst: eine Hauptmasseschaltung (30), durch welche ein Leckstrom von einer Außenfläche des primärseitigen Leitungsweg-Vakuumbehälters (5) zu der Erde fließt; und eine Spannungsteilermasseschaltung (31), durch welche ein Leckstrom durch ein zylindrisches Spannungsteilerisolierelement (11) zur Erde fließt, welches zwischen einem geerdeten Abschnitt und sowohl dem Hauptkondensatorabschnitt (8) als auch dem Spannungsteilerkondensatorabschnitt (10) angeordnet ist, wobei anstelle des Spannungsteilerkondensatorabschnitts (10) ein Widerstandselement verwendet wird, das einen konstanten Widerstandswert aufweist, selbst wenn sich eine Temperatur verändert.