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Meßwandler für Höchstspannungen Die Erfindung betrifft einen Meßwandler
für Höchstspannungen, bei dem die Isolation der Hochspannungewicklung und ihrer
als gestreckte leiter herausgeführten Wicklungsenden in mehrere zwiebelschalenartig
zueinander angeordnete Isolationsteile unterteilt ist. Ein derartiger Wandler ist
in Gestalt eines Stromwandlers aus der französischen Patentschrift 860 728
bekannt.
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Die Erfindung bezweckt, Schrumpfungen der bei Wandlern für Höchstspannungen
erforderlichen sehr dicken Hochspannungewicklungsisolation aus Papier oder Kunststoff
mit ihren nachteiligen Auswirkungen auf die elektrische Isolation klein zu halten,
insbesondere das Entstehen von Schrumpfspannungen, Schrumpfspalten und Schrumpfrissen
weitgehend zu verhindern. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß zwischen
dem äußeren Hochspannungeisolationsteil und dem von ihm umfaßten inneren Hochspannungsisolationsteil
mechanisch steife Tragelemente vorgesehen sind, die aus Schalen gebildete Hüllen
sowie in deren Öffnung eingesetzte Rohre aufweisen und selbst leitend oder durch
metallische B#eläge leitend gemacht als kapazitiv gesteuerte Elektroden zwischen
einer Elektrode mit Hochspannungspetential und einer solchen mit Erdpotential dienen.
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Damit sind die Vorurteile überwunden, die im Hinblick auf die große
Dicke der Wicklungeisolation gegen eine einstufige Ausführung von Meßwandlern für
Höchstspannungen bestanden und die demgegenüber die Kaskadenbauweise bisher als
vorteilhaft erscheinen ließen.
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Bei dem Wandler nach der genannten französischen Patentschrift
ist
die Wi.oklung mit einer imprägnierten Papierisolation umwickeltg in deren
D ' icke ein Umlaufkanal'für ein zur Kühlung dienendes Öl ausgespart
ist. Wie dieser Kanal konstruktiv gebildet ist, wird nicht angedeutet. Es ist bekannt,
daß solche Kanäle sich allein aus dem Papiergefüge des für die Isolation -verwendeten
Papieres, beispielsweise Kreppapier, beim Umwickeln ergeben können, oder daß kanalartige
Hohlräume durch schlitzförmige Aussparungen der Lagenisolation oder durch Querrippen
auf dieser oder durch andere Maßnahmen erzeugt werden können. Demgegenüber ist für
die Erfindung zur Lösung der'Aufgabe, nachteilige Einflüsse des Schrumpfens der
Isolation zu verhindern, das Vorhandensein mechanisch steifer Tragelemente für den
äußeren Isolationsteil wesentlich. Ferner ist es nicht notwendig, zur Lösung dieser
Äufgabe Hohlräume zwischen den beiden Isolationsteilen vorzusehen, da die Aufgabe
allein durch die Unterteilung der Hochspannungsisolation und das Vorsehen von zugleich
als Elektroden dienenden Tragelementen für den äußeren Isolationsteil gelöst wird.
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Bei dem in der britischen Pate-nti3thrift 632 148 beschriebenen
induktiven- Gerät ist die Ilochspai#,nungswioklung zunächest von einer Kamme#c mit
perforie:i#te:a Tilärc#en aus :Leitendem Materialumschlossen, die zur En-IQ,Iitftung
vor dem Imprägnieren dieni; die Wicklung nebst dieser Xammer is«r', dann von mehreren
Isolationslagen umschlüssen, wobei zwischen lagen der Izolation in nicht angegebener
Weise Kanäle gebildet sind. Da eine Vielzahl von Kanälen vorhanden ist, dürften
oich diese ohne-Verwendung von Tragelemente'a aus dem Papiergefüge der Idolationslage
ergeben. Aach hier findet sich also nicht dil-, erfindungsgemäße Maßnahme, zwischen
zwei Isolationsteilen mechanisch steife Tragelemente für den äußeren Isolationsteil
vorzusehen, die zugleich zur kapazitiven Potentialsteuerung herangezogen sind.
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Die schweizerische Patentschrift 298 939 schließlich beschreibt
einen Transformator, insbesondere Stromwandler, nach dem Kreuzring
-Prinzip,
bei dem ein Teil der Hochspannungsisolation-von der Primärwicklung-und der restliche
Teil der.Hochspannungsisolation von dem Kern mit der Sekundärwicklung getragen ist.
Dabei durchdringen sich'die beiden ringförmigen Anordnungen in zwei zueinander senkrechten
Ebenen liegend. Die beiden Anordnungen sind mit leitenden oder halbleitenden Überzügen
versehen, deren Potential sich auf ein Zwischenpotential zwischen Hochspannung und
Erde einstellt. Zwar sind auch die beiden Wicklungen jede für sich von einer metallischen
Hülle umgeben, aber infolge Fehlens-der erfindungsgemäßen Aufteilung der Hochspannungsisolation
in mehrere zwiebelschalenartig zueinander angeordnete Isolationsteile bildet keine
der Hüllen bei dem bekannten Wandler ein steifes Tragelement für einen Isolierteil
gegenüber einem von ihm zwiebelschalenartig umschlossenen anderen Isolierteil.
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Die Erfindung läßt sich auch so weiterbilden, daß eine Kühlung der
Hochspannungsisolation vorgenommen werden kann. Eine entsprechende Ausführungsform
zeichnet sich dadurch aus, daß zwischen einem auf den inneren Hochspannungsisolationsteil
aufgebrachten leitenden Belag und den durch Einlagen von diesem in Abstand gehaltenen
sowie auf gleichem :Potential liegenden, leitenden oder durch Beläge leitend gemachten
Tragelementen ein elektrisch nicht beanspruchter Hohlraum gebildet ist, der zur
Wärmeabführung unter Verwendung eines stromenden Isoliermittels geeignet ist. Zur
Erläuterung der Erfindung sind in den Figuren la und lb in verschiedenen Ansichten
der Wicklungsaufbau eines Stromwandlers für Höchstspannungen in Topfbauweise, in
Figur 2 der Wicklungsaufbau eines Stromwandlers für Höchatspannungen in Kopfbauweise
und in den Figuren 3a und 3b in versch iedenen Ansichten der Wicklungeaufbau
eines Spannungswandlers für Höchstspannungen in Topfbauweise dargestellt.
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Die in den Figuren la und lb in verschiedenen Ansichten gezeigte Wicklung
1 des Stromwand lers ist von den kreisringförmigen,
elektrisch
abschirmenden, eine.Hülse bildenden Schalen 2 umschlossen. Durch das auf die Öffnung
der Schalen 2 aufgesetzte Rohr 3 sind die Wicklungsenden 4 der Wicklung
1
in einer Kondensatordurchführung nach außen geleitet. Die Wicklung
1, die Schalen 2 und das Rohr 3 haben Hochspannungspotential. Die
Schalen 2 und das Rohr 3 sind Tragelemente für den Isolationsteil 5a der
unterteilten Hochspannungsisolation xx; sie können leitend, halbleitend oder nichtlüitend
sein. Sofern sie nichtleitend sind, ist ein leitender oder halbleitender Belag
6 aufgebracht, um elektrisch vorteilhafte Innenelektroden in einem konzentrischen
bzw. konzentrisoh gekrümmten Zyliziderfeld zu erhalten. Zwischen der auf Erdpotential
befindlichen ringförmigen Außenelektrode 7 und dem dann als ringförmige Hochspannungsinnenelektrode
wirkenden Belag 6
liegt die GesamtiAolation für Hochspannung, die aus Gießharz
oder Isolierpapier bestehen kann; sie ist hier z.B. in die beiden Isolationsteile
5a und 5b unterteilt, um die volumenabhängigen und trocknungsgradabhängigen
Schrumpfkräfte mit ihren Folgen, wie Risse bei Gießharz, Falten und örtliche lockerungen
bei Papier, klein zu halten. Dabei sind als Tragelemente für den äußeren Isolationsteil
5b weitere eine Hülse bildende, ringförmige Schalen 8 (mit aufgesetztem
Rohr 81) eingefügt, die aus Metall oder zur Vermeidung von Wirbelstromverlusten
aus Kunststoff bestehen. Auf der Oberfläche des Isolationsteiles 5a und der Schalen
8
bei Ausführung in Kunststoff befinden sich als Zwischenelektroden je ein
leitender oder halbleitender Belag 9
und 10, die spannungsmäßig auf
gleichem Potential
liegen und an die kapazitiv entsprechend aufgeteilte
Spannung der die Wicklungsenden umgebenden Kondensatordurchführung angelenkt sind.
Anstelle der gezeigten Kondensatordurchführung können auch andere gröber gesteuerte
Durchführungen benutzt werden.
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Zwischen der Innenfläche der Schalen 8 bzv. des auf ihre Öffnung
aufgesetzten Rohres 8' und der Oberfläche des Isolationsteiles 5a befindet
sich ein elektrisch nicht bebnsvruchter Raum 11, der beispielsweise mit Hilfe
eines von A nach B cder umeckehrt strömenden Isoliermittels, z.B.
Öl oder Gas, zur Abführung der dielektrischen Verlustwärm e, der Wirbelstroriverlustvärme
und der Wicklungswärme benutzt werden kann., Die Abstützung zviischen dem Isolationsteil
5a und der Schalen 8 erfolgt durch Einlagen 12, die den Durchfluß des Isolier-;1:iI.tels
nur vienig behindern.
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Ler leitende oder halbleitende Belag 9 kann entfallen, wenn
die von der hochspannungselektrode 6 (Belag) aus abnehmende Feldstärke im
Bereich des strömenden Isoliermittels und der Kunststoffschalen 8 deren Grenzwerte
nicht überschreitet.
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Die Isulationsteile 5a und 5b setzen sieh in der Kondensato:rsteuerung
fort und sind hier durch rohrförmige Kondensatorbeläge 13 unterteilt, M it
Hilfe der Beläge läßt sich eine
"-leichmäßi;ye Feldstärkeverteilung
radial und in Längsrichtungder Lurchführ'ung erzielen. Der auf der Länge L ungesteuerte
innere Isolationsteil 59 läßt sieh bei Papierbandagen besonders einfach durch
Aufwickeln von Papierband aufbringen, während bei dein gesteuerten Isolationsteil
5b z.B. breite F,--,pierisolierbahnen vorteilhaft angewendet werden können.
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Zur Vermeidung von elektrischen Kurzschlußwindungen werden die Schalen
2 und 8, falls.sie aus leitenden Werkstoffen bestehen, an der Stelle 14 mit
einem Spalt versehen.
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i;ei den in der Figur 2 dargestellten Aufbau für einen Strom-.,-ndler
in Kopfbauweise ist ein ähnlicher Isolationsaufbau vorgesel'en. In Abweichung von
den Ausführungsbeispiel der Figur 1 haben hier die Wicklung 1 mit
Kern und Schalen 2 sowie das Rohr 3 Erdpotential. Die aus den Schalen 2 und
dem Rohr 3 gebildete Innenelektrode wirkt hier über die Zwischenelektroden
9 und 10 auf die außenliegende Hochspannungs-elektrode 7. Die
metallische Inn'enelektrode ist längs ihres Umi afiges mit einem Spalt versehen.
Sollte Wert auf eine besonders wirksame Kühlung gelegt werden, so wäre der spannungsi2äßig
gesteuerte Durehbruch D der Isolation möglich.
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Eine Unterteilung der Hochspannungswicklungsisolation gemäß
CD
der Erfindung läßt sich auch bei Spannungsviandlern für Hochspannung anwenden,
wofür in den Figuren 3a und 3b in verschiedenen Ansichten ein Ausführungsbeispiel
gezeigt ist.-
Ilier wachsen die Isolationsteile 5a und
5b aus der Lagenisolation der trapezMrmigen Hochspannungswicklung
1 heraus. Eer den inneren Isolationsteil 5a umhüllende-Isolationsteil 51j
wird durch die Tragelemente 8 abgestützt; zwischen diesen und dem Isolationsteil
5a liegt der Kühlkanal 11. Auch hieriLei erfolyt eine Abstützung duirch Einlagen,
z.B. innerhalb U
der aufgeteil ten Trapezwicklung. Im übrigen sind die gleichen
Er-,Zug--zeichen gewählt wie bei den in den Figuren la/lb und 2 CD Ausführungsbeispielen,
so daß sich eine ausführliche Beschreibung der Figuren 3a und 3b erübrigt.
Die sich irnerhalb der flochspannungswicklung 1 befindende Nieder-0 s annunaswicklung
15 besteht aus Teilspulen, die auf das p U
1--olierrohr 16 aufgebracht
sind und gegenüber der Hochspennungsvicklung 1 durch das Isolierrohr
17 isoliert sind.
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Aus den Ausführungsbeispielen ersieht man, daß sich die zu trocknenden
bzw. schrumpfenden Isoliervolumen durch eine Unterteilung der Isolationsdicke mittels
mechanisch steifer und kapazitiv gesteuerter Zwischenelektroden verkleinern lassen.
.'#'iit der Verringerung der damit verbundenen Schrumpf-1-räfte und -maße lassen
sich weitgehende Schrumpfspannungen, Schrumpfsgalte und Schrumpfrisse vermeiden.
Somit kann die elektrische Festigkeit des verwendeten Isolierstoffes besser ausßenutzt
werden und gegebenenfalls die gesamte Isolationsdie',.,e der unterteilten Isolation
verkleinert werden. Durch
die Unterteilung'über zusätzliche Abst-andsstrecken
gleichen Spannungspotentials entstehen Kühlkanäle, über die sich die gesamte, auftretende
Wärme-abführen läßt.