DE1463843C - Verfahren zum Aufbau von Hochspan nungsapparaten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufbau' von Hochspannungsapparaten kleinster räumlicher Abmessungen durch Vergießen von aus einzelnen Bauelementen zusammengesetzten Anord-. nungen mit einer isolierenden Vergußmasse.

Ein solches Verfahren ist bekannt. Bei diesem Verfahren wird zum Zusammenbau kompakter Kaskaden-Generatoren (Spannungsvervielfacher mit Gleichrichtern und Kondensatoren) von modernen Isolierstoffen unter Einbettung in Gießharz Gebrauch gemacht. Die Generator-Bauelemente sind danach auf drei Säulen verteilt, die als Rohre ausgeführt und ineinandergesteckt sind. Um Überschläge zu vermeiden und auch Sprühverluste in erträglichen Grenzen zu halten, ist der gesamte, aus vier Stufen bestehende Generator in ein mit Transformatoröl gefülltes Rohr aus einem Polyvinyl-Chlorid-Kunststoff eingebaut (»Philips' Technische Rundschau« 1961/62, Nr. 11, S. 371 bis 373). Eine solche Bauart erfordert besondere Maßnahmen, „um das Ausfließen des Transformatorenöls zu verhindern, und wird außerdem unhandlich und schwer.

Ferner wurde in der Literatur bereits darauf hingewiesen, daß Gießharze gegebenenfalls in Verbindung mit einer Gasisolierung verwendet werden können und daß es bereits unbrennbare schwere Gase von hoher Durchschlagsfestigkeit gibt, die eingießbar sind (»ETZ—A«, 1957, H. 11, 1. 6. 57, S. 388).

Bei der Verkleinerung des Aufbaues der Hochspannungsapparate tritt neben die Frage der Spannungsfestigkeit vor allem das Problem der Störkapazitäten und der damit zusammenhängenden Energieverluste. Auf diese Streukapazitäten wurde schon früher bei einem Kaskadengenerator hingewiesen und als Gegenmittel die Verwendung von Kompensationsdrosseln vorgeschlagen. Diese Kompensationsdrosseln sollten parallel zu den Streukapazitäten liegen und in ihrer Induktivität so gewählt werden, daß auf jeder Stufe der kapazitive Blindstrom vollständig kompensiert wird (Z. Instr., Jg. 67, 1959, H. 10, S. 258 bis 263, insbesondere S. 262). Diese Anordnung ist möglich bei großen Einheiten, verbietet sich aber von selbst, wenn es darauf ankommt, kleinste räumliche Abmessungen zu verwirklichen.

Es ist demnach bekannt, aus Bauelementen zusammengesetzte Anordnungen mit Kunstharzen zu vergießen, die hohe Spannungsfestigkeit besitzen und daher einen engeren Zusammenbau der Anordnungen ermöglichen. Indessen trägt die Dielektrizitätskonstante der Kunstharze, die wesentlich größer als diejenige des Vakuums ist, dazu bei, die Störkapazitäten zu vergrößern. Diese Stör'kapazitäten treten dadurch auf, daß leitende Teilanordnungen innerhalb des Hochspannungsapparates bei einer Verminderung ihres gegenseitigen Abstandes in Wechselwirkung treten, wobei die geometrische Gestalt der Anordnungen und ihre jeweilige Lage von Einfluß sind.

Die dabei in Form kapazitativer Nebenschlüsse entstehenden Störungen haben zur Folge, daß bei unveränderter Energiezufuhr im Endeffekt Verluste an Wirkleistung zu verzeichnen sind, bzw. daß zur Aufrechterhaltung der geforderten Leistung eine erhöhte Energiezufuhr stattfinden muß.

Die üblichen Hochspannungsgeräte kleiner geometrischer Dimensionen, deren Anordnungen insgesamt zwar spannungsfest mit einer Vergußmasse vergossen sind, besitzen dem obigen gemäß die Nachteile erhöhter Energieverluste und beispielsweise einer zu großen Anschwingdauer, geringerer Wirkungsgrade u. dgl.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hochspannungsgerät kleinster räumlicher Abmessungen zu schaffen, das eine ausreichende Spannungsfestigkeit bei niedrigen Störkapazitäten gewährleistet.

Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß in die Vergußmasse an den Stellen des Hochspannungsapparates, an denen Störkapazitäten auftreten, mit Luft gefüllte Hohlräume zur Verminderung der Störkapazitäten ausgespart werden.

Die räumlichen Stellen werden dabei in der Umgebung der Teile des Hochspannungsapparates angeordnet, welche besonders das Auftreten von Störkapazitäten verursachen, wenn ihr gegenseitiger Abstand verringert wird. Durch die vorgesehene Anordnung von Hohlräumen ist es möglich, die gewünschte räumliche. Kleinheit des Apparates zu erzielen. Eine Erhöhung der Störkapazitäten kann nicht eintreten, weil die Dielektrizitätskonstante von Luft wesentlich kleiner als diejenige der Vergußmasse ist. Dadurch werden auch erhöhte Energieverluste ausgeschlossen.

An Stelle mit Luft gefüllter Hohlräume können erfindungsgemäß auch Luft enthaltende Schaumstoffe treten, da auch bei diesen die genannten Vorteile eintreten.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann im allgemeinen so durchgeführt werden, daß zunächst die einzelnen Bauelemente mit Gießharzen vergossen werden. Beim weiteren Vergießen des Gesamtaufbaues des Hochspannungsapparates werden gleichzeitig an den vorbestimmten Stellen Hohlräume zwischen den aus den Bauelementen zusammengesetzten Anordnungen ausgespart, in die gegebenenfalls luftenthaltende Schaumstoffe eingebettet sein können.

Es ist bei einem in Gießharz eingebetteten Hochspannungs-Stromwandler bekannt, zur Vermeidung von Glimmentladungen, die zur Zerstörung des Gießharz-Dielektrikums führen können, das Dielektrikum möglichst frei von Lufteinschlüssen zu halten (schweizerische Patentschrift 352 740). Es kann je-

doch hier in erster Linie nur darauf ankommen, den unmittelbar an die hochspannungsführenden Teile angrenzenden Raum von Lufteinschlüssen freizuhalten, um zu verhindern, daß aus den Metallteilen austretende Elektronen in einen solchen von Isoliermaterial freien Raum gelangen und durch Stoßionisation aus dem Reservoir der Luftmoleküle weitere freie Ladungsträger — Elektronen und Ionen — erzeugen. Eine Glimmentladung kann sich nur dann ' ausbilden, wenn genügend freie Ladungsträger vorhanden sind. Bei dem Hochspannungs-Stromwandler gemäß der schweizerischen Patentschrift 352 740 können Glimmentladungen auch von den leitenden Belägen ausgehen, wenn diese nicht fest am Gießharzkörper haften (S. 2, Zeile 59 bis 73 der Patentschrift).

Werden die mit Luft gefüllten Hohlräume gemäß der vorliegenden Erfindung an Stellen vorgesehen, die von den Metallteilen durch eine hinreichend dicke Schicht der isolierenden Vergußmasse getrennt sind, so ist die Gefahr ausgeschaltet, daß Glimmentladungen auftreten. Die an vorbestimmten Stellen vorhandenen Hohlräume können sich also nicht, schädlich auswirken; ein zufälliges Auftreten von