DE2214288B1 - Hochspannungskondensator - Google Patents

Description

Bei den vierfach gebräuchlichen Preßgaskondensatoren nach Schering-Vieweg für. hohe und höchste Spannungen, wie sie für Messungen, insbesondere Verlustfaktormessungen, Wandlereichungen usw. benötigt werden, bestehen die Hochspannungselektrode und die Niederspannungselektrode aus einander umschließenden, koaxialen Metallzylindern, die in einem mit Preßgas gefüllten Isolierrohr untergebracht sind. In der Regel ist die Hochspannungselektrode an dem auf Hochspannungspotential befindlichen metallischen Deckel des Isolierrohres befestigt, während die von der Hochspannungselektrode umschlossene zylindrische Niederspannungselektrode von einer auf der geerdeten Bodenplatte des Isolierrohres befestigten Säule getragen wird (deutsche Patentschrift 764 689 und 933 351, deutsche Auslegeschrift 1029 095). Diese bekannten Preßgaskondensatoren zeichnen sich durch einen niedrigen Verlustfaktor und eine praktisch nicht meßbare Unabhängigkeit von Außen- oder Fremdfeldern aus. Schwierigkeiten bereitet jedoch die Außenisolation, da das Feld nicht durch Zwischenelektroden gesteuert, sondern das Potential in einer Stufe abgebaut wird. Ferner ist ein koaxiales Zylinderfeld elektrostatisch ungünstiger als beispielsweise ein sich zwischen annähernd ebenen Elektroden ausbildendes Feld. Zur Erzielung einer hohen Durchschlagsfestigkeit ist es daher erforderlich, die Isoliereigenschaft des Preßgases zu verbessern, was man bei den bisherigen Ausführungen durch Anwendung eines hohen Druckes im Preßgasbehälter, etwa in Höhe von 14 atü,

erreicht hat (Keller: »Konstanz der Kapazität von Preßgaskondensatoren« ETZ-A, Bd. 80 —- 1959 — Seite 757—761).

Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten ist ein Hochspannungskondensator für Meßzwecke bekannt geworden, der dadurch gekennzeichnet ist, daß dessen beide, vorzugsweise kugelförmig oder halbkugelförmig ausgebildeten Elektroden in Achsrichtung des Isolierrohres übereinander innerhalb einer im wesentlichen zylindrischen Zwischenelektrode angeordnet sind, die etwa auf halber Höhe in dem Isolierrohr befestigt ist und auf einem zwischen dem Potential der Hochspannungselektrode und dem der Niederspannungselektrode liegenden Potential gehalten wird (deutsche Offenlegungsschrift 1 514203).

Bei einem solchen Kondensator wird das äußere Isolationsproblem wesentlich einfacher, da die Spannung an zwei Stellen des Isolierrohres abgebaut wird. Bei gleichem Isolierrohrdurchmesser und gleicher zulässiger Oberflächenfeldstärke kann man also etwa die doppelte Spannung beherrschen wie bei den eingangs erwähnten Preßgaskondensatoren nach Schering-Vieweg. Von Vorteil ist es auch, daß der Gasdruck im Preßgasbehälter niedriger als bisher nötig gehalten werden kann. Bei Verwendung von Schwefel-Hexafluorid kann man sogar mit einem Druck von nur 2—3 atü auskommen. Man erhält zwar keine vollkommene Unabhängigkeit von Außenfeldern wie bei den Kondensatoren mit zueinander koaxialen Hoch- und Niederspannungselektroden; die Fremdfeldbeeinflussung ist aber so gering, daß sie nicht stört.

Schließlich ist ein Preßgaskondensator für Hochspannungsmessungen bekannt, dessen Elektroden ebenfalls aus einander umschließenden koaxialen Metallzylindern ausgebildet sind. Im Gegensatz zu der erstgenannten Gruppe von Preßgaskondensatoren nach Schering-Vieweg sind die Elektroden nicht in einem Isoliermantelgehäuse untergebracht; vielmehr ist die Hochspannungselektrode selbst als Metallgefäß ausgebildet, in das die kolbenförmige Niederspannungselektrode hineinragt. Der Raum zwischen den beiden Elektroden ist durch einen Ringflansch gasdicht verschlossen (deutsche Patentschrift 764 688).

Die Erfindung betrifft einen Hochspannungskondensator, bei dem die Hochspannungselektrode und die Niederspannungselektrode im Innern eines mit Gas gefüllten Isoliermantelgehäuses angeordnet sind.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, einen derartigen Hochspannungskondensator so auszubilden, daß er sich durch einen geringen Bedarf an Isoliergas, eine hohe Betriebssicherheit und geringe Abmessungen auszeichnet.

Diese Aufgabe wird gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dadurch gelöst, daß der Raum innerhalb des Isoliermantelgehäuses durch eine isolierende und gasdichte Verbindung zwischen der Hochspannungselektrode und der Niederspannungselektrode in einen abgeschlossenen inneren, zwischen den Elektroden liegenden Raum und in einen diesen umgebenden abgeschlossenen, zwischen den Elektroden und dem Isoliermantelgehäuse liegenden äußeren Raum aufgeteilt ist und daß der Druck des Gases in dem inneren Raum höher ist als der Druck des Gases in dem äußeren Raum.

Durch die Unterteilung des Hochspannungskondensators in einen von der Hochspannungselektrode und der Niederspannungselektrode gebildeten Meßkondensatorraum und einen außerhalb der Elektroden liegenden und von dem Isoliermantelgehäuse begrenzten Durchführungsraum, wobei lediglich der Meßkondensatorraum mit dem für die vorgesehene Spannung erforderlichen höheren Gasdruck versehen ist, während der Durchführungsraum einen bedeutend niedrigeren Gasdruck aufweist, erzielt man eine beträchtliche Einsparung an Isoliergas. Der Gasdruck kann in dem vergleichsweise kleinen Meßkondensatorraum relativ hoch gewählt werden. Damit kann,

ίο weil die Durchschlagsfestigkeit mit dem Druck des Isoliergases ansteigt, der radiale Abstand zwischen den Elektroden einerseits und zwischen den Elektroden und dem Isoliermantelgehäuse andererseits verringert werden, was ein schlanke Bauweise ermöglicht.

Der gesamte Isoliergasaufwand ist gegenüber bekannten Hochspannungskondensatoren dieser Art vergleichsweise gering, weil der Gasdruck in dem Durchführungsraum, der ein wesentlich größeres Volumen als der Meßkondensatorraum aufweist, relativ niedrig sein kann. Er kann dort vorzugsweise 1 atü betragen. Die erfindungsgemäße Unterteilung des Kondensatorraumes in einen Meßkondensatorraum mit höherem Gasdruck und in einen Durchführungsraum mit niedrigerem Gasdruck ist nicht nur bei Hoch-Spannungskondensatoren mit Vorteil anwendbar, die nach dem Konstruktionsprinzip von Schering-Vieweg ausgebildet sind, d. h. mit zueinander koaxialen Hochspannungs- und Niederspannungselektroden, sondern mit gleichen oder ähnlichen Vorteilen auch bei Hochspannungskondensatoren mit axial übereinander angeordneten Elektroden und einer Hilfselektrode nach Kind.

Die Erfindung bezieht sich demgemäß in einer weiteren Ausführungsform auch auf einen Hochspannungskondensator, bei dem die Hochspannungselektrode und die Niederspannungselektrode weitgehend durch eine auf etwa halbem Hochspannungspotential befindliche Hilfselektrode umfaßt sind, wobei die Hilfselektrode ganz oder teilweise im Innern eines mit Gas gefüllten Isoliermantelgehäuses angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist der Raum innerhalb des Isoliermantelgehäuses durch eine isolierende und gasdichte Verbindung zwischen der Hochspannungselektrode und der Hilfselektrode und durch eine isolierende und gasdichte Verbindung zwischen der Niederspannungselektrode und der Hilfselektrode in einen abgeschlossenen inneren, zwischen den Elektroden liegenden Raum und einen diesen umgebenden, zwischen den Elektroden und dem Isohermantelgehäuse liegenden äußeren Raum bzw. Raumabschnitte aufgeteilt und der Druck des Gases in dem inneren Raum höher als der Druck des Gases in dem äußeren Raum bzw. in den äußeren Raumabschnitten. Dadurch wird zusätzlich zu den vorstehend erwähnten Vorteilen der weitere Vorteil erzielt, daß der axiale Abstand zwischen der Hochspannungselektrode und der Niederspannungselektrode verringert werden kann, wodurch die Kapazität des Kondensators erhöht wird, was vielfach erwünscht ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung näher erläutert.

F i g. 1 zeigt im Längsschnitt einen Kondensator mit koaxial zueinander angeordneten Hochspannungs- und Niederspannungselektroden;

F i g. 2 zeigt im Längsschnitt einen Kondensator mit in Achsrichtung des Isoliermantels übereinander angeordneten Hochspannungs- und Niederspannungs-

elektroden sowie mit einer diese umgebenden Hilfselektrode.

Der in Fig. 1 dargestellte Kondensator, vorzugsweise Preßgaskondensator für hohe und höchste Spannungen, weist einen aus Gießharz oder einem anderen geeigneten Isolierstoff bestehenden Isoliermantel 1 auf, der oben durch einen Metalldeckel 2 mit einer Abschirmhaube 3 und unten durch einen Metallboden 4 abgeschlossen ist. Eine Niederspannungselektrode 5 wird durch eine diese umgebende Hochspannungselektrode 6 vollständig abgeschirmt. Die Hochspannungselektrode 6 ist weit nach unten gezogen und endet in einem Wulstring 7, der einen so kleinen Abstand von einem die Niederspannungselektrode 5 tragenden geerdeten Rohr 8 hat, daß keine äußeren Feldlinien auf den Meßbelag durchgreifen können. Mit 9 ist eine Zuleitung zur Meßelektrode (Niederspannungselektrode) 5 bezeichnet, die sich in dem geerdeten Tragrohr 8 befindet. An der Hochspannungselek·: trode 6 ist ein Tragring 10 befestigt, an dem das eine Ende eines vorzugsweise aus Gießharz bestehenden konusscheibenförmigen Stützkörper 11 beispielsweise mittels Schraubverbindungen gasdicht angeschlossen ist. Das sich konisch verjüngende andere Ende des Stützkörpers 11 kann an einem Stützring 12 am Tragrohr 8 ebenfalls mittels Schraubverbindungen gasdicht befestigt sein. Der durch den Stützkörper 11 gasdicht verschlossene Raum zwischen der Niederspannungselektrode 5 und der Hochspannungselektrode 6 ist mit einem inerten Gas, beispielsweise Stickstoff oder einem elektronegativen Gas, vorzugsweise Schwefel-Hexafluorid höheren Druckes gefüllt. Der Gasdruck P₁ des Isoliergases in dem von den Elektroden 5, 6 gebildeten Meßkondensatorraum kann vorzugsweise im Bereich zwischen 1 und 10 atü liegen. Der Gasdruck P₂ in dem außerhalb der Elektroden 5, 6 liegenden Durchführungsraum kann vorzugsweise 1 atü betragen. Auch der Durchführungsraum ist Vorzugs- „\ weise mit inertem oder elektronegativem Gas, vorzugsweise Schwefel-Hexafluorid gefüllt. Durch die erfmdungsgemäße Unterteilung des Kondensators in zwei Druckräume wird der Aufwand an Isoliergas gegenüber bekannten Konstruktionen erheblich herabgesetzt. Da die Elektrodenabstände in dem Meßkondensatorraum gering gehalten werden können, erhält man zudem eine sehr gedrungene, schlanke Bauweise.

Der in F i g. 2 dargestellte Kondensator weist ebenfalls einen Isoliermantel 21 auf, der oben durch einen Metalldeckel 22 mit einer Abschirmhaube 23 und unten durch einen Metallboden 24 abgeschlossen ist. Etwa auf halber Höhe des Isoliermantels 21 befinden sich beispielsweise mit einem Rogowski-Profil versehene oder plattenförmige in Richtung der Manr telachse übereinanderliegende Elektroden 25, 26. Die Hochspannungselektrode 25 ist mittels eines Rohres 27 am Deckel 22 befestigt, während die Niederspannungselektrode 26 von einem auf dem Boden 24 befestigten Rohr 28 getragen wird. Die Hochspannungsund Niederspannungselektroden 25,26 sind von einer gasdicht abgeschlossenen, mit Isoliergas höheren Druckes gefüllten Hilfselektrode 29 umgeben. Die im Inneren des Isoliermantels 21 angeordnete Hilfselektrode 29 besteht aus zwei annähernd halbkugelförmigen Schalen 30, 31, die je eine Öffnung 32, 33 für die Halterohre 27,28 der Elektroden 25,-26 aufweisen. Die Öffnungen 32, 33 der Gehäuseschalen 30, 31- sind durch nach oben bzw. nach unten sieh verjüngende, vorzugsweise aus Gießharz bestehende konusförmige Stützkörper-Durchführungen 34, 35 gasdicht abgeschlossen. Als Auflageflächen für die konusförmigen Durchführungen 34,35 sind an den Gehäuseschalen 30, 31 befestigte, vorzugsweise aus Gießharz bestehende Stützringe 36, 37 vorgesehen. Der Isoliermantel 21 ist in zwei Isoliermäntelteile 38, 39 unterteilt, die an der Trennstelle 40 Aussparungen 41, 42 aufweisen, in denen am nach außen gebogenen Rand der Gehäuseschalen 30, 31 befestigte Flanschringe 43, 44 geführt und mittels am Umfang verteilter Schrauben 45, 46 mit den Isoliermantelteilen 38, 39 verschraubt sind. Die Isoliermantelteile 38,39 sind durch an Vorsprüngen 47,48 angebrachte Schrauben 49 unter Verwendung von zeichnerisch nicht dargestellten Dichtungsringen gasdicht miteinander verbunden. Die Trennstelle 40 ist von einem Strahlungsring 50 umgeben. Die Halterohre 27, 28 bestehen jeweils aus zwei Teilen 51,52 bzw, 53,54, wobei die Trennstellen 55, 56 in der Nähe der verjüngten Enden der konusförmigen Durchführungen 34, 35 vorgesehen sind. Als Verbindungsmittel der Halterohrteile 51,52 bzw. 53,54 dienen am Ende der innerhalb der Hilfselektrode 29 befindlichen kürzeren Teilrohre 52,54, befestigte Gewindezapf en 57, 58. Damit haben temperaturbedingte Längenänderungen der Halterohre 27, 28 bei unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Halterohren 27,28 und dem Isoliermantel 21 keinen Einfluß auf die durch die Elektroden 25, 26 bedingte Hauptkapazität des Kondensators. Eine an sich mögliche Anpassung der Ausdehnungskoeffizienten der Halterohre 27,28 an den des Isoliermantels.21 kann also entfallen. Die Hilfselektrode 29 ist mit einem elektronegativen Gas, vorzugsweise Schwefel-Hexafluorid gefüllt. Der Druck des Isoliergases liegt vorzugsweise wiederum im Bereich zwischen 1 und 10 atü. Auch der außerhalb der Hilfselektrode 29 liegende, vom Isoliermantel 21 umschlossene Raum (Durchführungsraum) kann mit elektronegativem Gas, jedoch mit niedrigerem Druck, beispielsweise 1 atü gefüllt sein. Auch Gemische von elektronegativen Gasen mit anderen inerten Gasen können sowohl im Meßkondensatorraum als auch im Durchführungsraum verwendet werden. Ein relativ hoher Druck innerhalb des Meßkondensatorraumes ermöglicht, daß bei vorgegebener Nennspannung die Elektrodenflache F vergrößert und der Elektrodenabstand A verkleinert werden kann, was eine größere Kapazität bedingt, wie sie für verschiedene Messungen erwünscht ist. Andererseits könnte bei mit höherem Isoliergasdruck in der Hilfselektrode 29 unveränderter Elektrodenfläche F und Elektrodenabstand A der Kondensator mit einer höheren Spannung beaufschlagt werden. Eine Erhöhung des Druckes P₁ innerhalb der Hilfselektrode 29 bedingt in der Regel keine Erhöhung des Druckes P₂ des vom Isoliermantel 21 umschlossenen Raumes außerhalb der Hilfselektrode 29. Vielmehr genügt selbst bei hohen bis sehr hohen Spannungen im Durchführungsraum ein Gasdruck P₂ von vorzugsweise 1 atü, wenn auch dieser Druckraum mit einem inerten, vorzugsweise elektronegativen Gas gefüllt ist.

Die Hilfselektrode 29 muß nicht unbedingt vollständig innerhalb des Isoliermantels 21 liegen. Man könnte beispielsweise die Isoliermantelteile 38,39 auch an den Stützringen 36, 37 befestigen, wodurch der Durchmesser der Isoliermantelteile 38, 39 erheblich verringert werden würde. Die Elektroden 25,26

können auch eine andere als die in der Zeichnung dargestellte Form haben, beispielsweise eine Kugel-, Pilzoder Ellipsoidform. An Stelle von konusscheibenförmigen Durchführungen können auch scheibenförmige oder trichterförmige Durchführungen verwendet werden.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung ist dadurch gegeben, daß sowohl bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 als auch bei dem gemäß F i g. 2 der Gasdruck in dem von der Hochspannungselektrode und der Niederspannungselektrode oder/und der Hilfselektrode gebildeten Raum und der Gasdruck in dem Raum bzw. Räumen zwischen die-

sen Elektroden und dem Isoliermantclgehäuse jeweils so einstellbar ist, daß das Produkt aus Gasvolumen und Gasdruck in beiden Druckräumen so bemessen ist, daß der Kondensator unter Berücksichtigung der einschlägigen Sicherheitsvorschriften im gebrauchsfertigen Zustand (mit Gasfüllung) transportierbar ist. Damit können Kondensatoren, vorzugsweise Preßgaskondensatoren bis zu den höchsten vorkommenden Spannungsebenen gebrauchsfertig versandt werden, ίο wodurch erhebliche Kosten für das Ablassen und Wiederauffüllen des Isoliergases sowie für dessen Aufbereitung am Einsatzort des Kondensators eingespart werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

COPY

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Claims (9)

Patentansprüche:

1. Hochspannungskondensator, bei dem die Hochspannungselekjtrode und die Mederspannungselektrode im Innern eines mit Gas gefüllten Isoliermantelgehäuses angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum innerhalb des Isoliermantelgehäuses (1) durch eine isolierende und gasdichte Verbindung (10, U, 12) zwischen der Hochspannungselektrode (6) und der Niederspannungselektrode (5) in einen abgeschlossenen inneren, zwischen den Elektroden (5, 6) liegenden Raum und in einen diesen umgebenden abgeschlossenen, zwischen den Elektroden (5, 6) und dem Isoliermantelgehäuse (1) liegenden äußeren Raum aufgeteilt ist und daß der DrUCk(P₁) des Gases in dem inneren Raum höher ist als der Druck (P₂) des Gases in dem äußeren Raum.

2. Hochspannungskondensator, bei dem die so Hochspannungselektrode und die Niederspannungselektrode weitgehend durch eine auf etwa halbem Hochspannungspotential befindliche Hilfselektrode umfaßt sind, wobei die Hilfselektrode ganz oder teilweise im Innern eines mit Gas «5 gefüllten Isoliermantelgehäuses angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum innerhalb des Isoliermantelgehäuses (21) durch eine isolierende und gasdichte Verbindung zwischen der Hochspannungselektrode (25) und der Hilfselektrode(29) und durch eine isolierende und gasdichte Verbindung zwischen der Niederspannungselektrode (26) und der Hilfselektrode (29) in einen abgeschlossenen inneren, zwischen den Elektroden (25,26,29) liegenden Raum und einen diesen umgebenden, zwischen den Elektroden (25,26,29) und dem Isoliermantelgehäuse (21) liegenden äußeren Raum bzw. Raumabschnitte aufgeteilt ist und daß der Druck (P₁) des Gases in dem inneren Raum höher ist als der Druck (P₂) des Gases in dem äußeren Raum bzw. in den äußeren Raumabschnitten.

3. Hochspannungskondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Verschluß für den von der Hochspannungselektrode (6 bzw. 25) und der Niederspannungselektrode (5 bzw. 26) oder/und der Hilfselektrode (29) umschlossene Raum ein oder mehrere scheibenförmige, konusscheibenförmige oder trichterförmige Stützkörper (11 bzw. 34, 35) vorgesehen sind.

4. Hochspannungskondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Hochspannungselektrode (6 bzw. 25) und der Niederspannungselektrode (5 bzw. 26) oder/und der Hilfselektrode (29) gebildete und gasdicht verschlossene Raum mit inertem Gas, vorzugsweise Stickstoff, gefüllt ist.

5. Hochspannungskondensator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Hochspannungselektrode (6 bzw. 25) und der Niederspannungselektrode (5 bzw. 26) oder/und der Hilfselektrode (29) gebildete und gasdicht verschlossene Raum mit elektronegativem Gas, vorzugsweise Schwefel-Hexfluorid, gefüllt ist.

6. Hochspannungskondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungselektrode (6) und die Niederspannungselektrode (5) als zueinander koaxiale Elektroden ausgebildet sind.

7. Hochspannungskondensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungselektrode (25) und die Niederspannungselektrode (26) als in Achsrichtung des Isoliermantelgehäuses (21) übereinander angeordneten Elektroden mit auf den einander zugewandten Seiten verhältnismäßig großen Krümmungsradien oder als plattenförmige Elektroden ausgebildet sind.

8. Hochspannungskondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdruck (P₁) in dem von der Hochspannungselektrode (6 bzw. 25) und der Niederspannungselektrode (5 bzw. 26) oder/und der Hilfselektrode (29) gebildeten Raum zwischen 1 und 10 atü beträgt.

9. Hochspannungskondensator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdruck (P₁) in dem von der Hochspannungselektrode (6 bzw. 25) und der Niederspannungselektrode (5 bzw. 26) oder/ und der Hilfselektrode (29) gebildeten Raum und der Gasdruck (P₂) in dem Raum bzw. Räumen zwischen diesen Elektroden (5, 6 bzw. 25,26, 29) und dem Isoliermantelgehäuse (1 bzw. 21) jeweils so einstellbar ist, daß das Produkt aus Gasvolumen und Gasdruck in beiden Druckräumen so bemessen ist, daß der Kondensator unter Berücksichtigung der einschlägigen Sicherheitsvorschriften im gebrauchsfertigen Zustand (mit Gasfüllung) transportierbar ist.