DE2348397B2 - Induktiver Spannungswandler - Google Patents

Description

40

Die Erfindung bezieht sich auf einen induktiven Spannungswandler mit einem an Hochspannungnpoteiitial angeschlossenen Flußführungsteil aus magnetisch leitendem Material und mit einem weiteren, aus magnetisch leitendem Material bestehenden Flußführungsteil, das mit dem einen Rußführungsteil über jeweils ein teils elektrisch isolierendes, teils magnetisch leitendes Zwischenstück unter Bildung eines schalenartigen Kernes mechanisch verbunden ist, in dem eine Hochspannungs- und eine Niederspannungswicklung untergebracht sind.

Bei bekannten induktiven Spannungswandlern dieser Art (GB-PS 9 24716) sind zur Isolation eines auf Hochspannungspotential liegenden Flußführungsteiles gegenüber einem auf Niederspannungspotential liegenden weiteren Flußführungsteil isolierende Zwischenlagen verwendet. Diese isolierenden Zwischenlagen sind aus magnetisch nichtleitendem Werkstoff und bilden mi daher Luitspalte des Eisenkernes. Durch diese Luftspalte wird eine Streuinduklvilät hervorgerufen, die einen kleinen Übersetzungsfehler nicht zuläßt Um die Streuinduktivität möglichst gering zu halten, sind bei dem bekannten Spannungswandler die Luftspalte -. dadurch aufgeteilt, daß zwischen einzelnen isolierenden Zwischenlagen ringförmige Jochteile aus magnetisch leitendem Werkstoff angeordnet sind.

Es sind ferner Spannungswandler bekannt (siehe beispielsweise DE-OS 16 38 345 und 16 38 539), bei denen das eine Flußführungsteil einen Schenkel eines Schenkelkernes bildet, dessen weitere Schenkel frei von Wicklungen sind. Diese Ausbildung der bekannten induktiven Spannungswandler bringt einen verhältnismäßig großen Übersetzungsfehler mit sich, der auf die relativ große Streuinduktivität zurückzuführen ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen induktiven Spannungswandler mit sehr kleinem Übersetzungsfehler und damit großer Übertragungsgenauigkeit vorzuschlagen.

Zur Lösung dieser Aufgabe bestehen bei einem induktiven Spannungswandler der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß die Zwischenstücke zur luftspaltfreien Verbindung der Flußführungsteile aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff mit magnetischer Leitfähigkeit

Der Vorteil des induktiven Spannungswandlers nach der Erfindung besteht vor allem darin, daß aufgrund des die Hochspannungs- und die Niederspannungswicklung einschließenden schalenartigen Kernes mit durchweg magnetischer Leitfähigkeit die Streuinduktivität vergleichsweise klein ist, wodurch auch der Übersetzungsfehler des erfindungsgemäßen Spannungswandlers klein bleibt Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Spannungswandlers wird darin gesehen, daß er einen verhältnismäßig kompakten Aufbau ermöglicht und daher mit Vorteil auch dann einsetzbar ist wenn beengte Raumverhältnisse vorliegen.

Der erfindungsgemäße Spannungswandler kann hinsichtlich der Ausbildung und Anordnung der Flußführungsteile und auch bezüglich der Ausgestaltung der jeweils die beiden Flußführungsteile verbindenden Zwischenstücke unterschiedlich ausgeführt sein. Als vorteilhaft wird es jedoch angesehen, wenn die Flußführungsteile als gerade Zylinder ausgeführt und im Bereich ihrer Stirnseiten mittels der als Ringscheiben ausgebildeten Zwischenstücke miteinander verbunden sind. Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spannungswandlers ist insbesondere zum Einsatz in gekapselten Hochspannungsschaltanlagen gut geeignet, wenn der Spannungswandler im Zuge der Schaltanlage angeordnet werden soll. Der induktive Spannungswandler nach der Erfindung läßt sich in diesem Falle bei entsprechender Dimensionierung auf den Innenleiter der Hochspannungsschaltanlage aufschieben und ist dann als ein scheibenähnliches Bauelement zwischen dem Hochspannungsleiter und dem geerdeten Außenrohr der Schaltanlage angeordnet.

Bei Verwendung von Flußführungsteilen mit U-Profil ist auch eine Ausführung des erfindungsgemäßen Spannungswandlers möglich, bei dem der Spannungsabbau in Richtung der Längsachse des Wandlers erfolgt. Bei einer solchen vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Spannungswandlers können als Flußführungsringe ausgebildete Flußführungsteile mit U-Profil verwendet werden, die gleich ausgebildet sind; zwischen den Flußführungsteilen verlaufen dann zylindrisch ausgebildete und konzentrisch angeordnete Zwischenstücke. In dem von den Flußführungsteilen und den zylindrischen Zwischenstücken gebildeten ringförmigen Raum sind die Hochspannungs- und die Niederspannungswicklung in axialer Richtung des Spannungswandlers hintereinander angeordnet.

Ferner wird ein Spannungswandler nach der Erfindung als vorteilhaft angesehen, bei dem das eine Flußführungsteil des Kernes und das weitere Flußfüh-

rungsteil Scheiben sind, die außen und innen mittels als Isolierzylinder ausgebildeter Zwischenstücke verbunden sind Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spannungswandlers werden in Abweichung von der oben beschriebenen Ausführungsform keine Ringe mit U-Profil verwendet, sondern aus Gründen einer einfacheren Herstellung nur Scheiben.

Im Hinblick auf die Vermeidung von Wirbelströmen wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Flußführungsteile und die Zwischenstücke bei denjenigen Spannungswandlern, die zum Einsatz in metallgekapselten Hochspannungsschaltanlagen bestimmt und von dem die zu messende Spannung führenden Stromleiter durchsetzt sind, geschlitzt werden.

Zur Verlängerung des Kriechweges ist es vorteilhaft, wenn die Zwischenstücke außen umlaufende seitliche Rippen aufweisen und innen mit jeweils einer die Zwischenstücke seitlich überragenden Isolierstoffscheibe fest verbunden sind.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in F i g. 1 ein Ausfühningsbeispiel eines Spannungswandlers für metallgekapselte Hochspannungsschaltanlagen gezeigt; Fig.2 zeigt im Schnitt ein Teil eines weiteren Ausführungsbeispiels für einen zum Einsatz in metaügekapselte Hochspannungsschaltanlagen geeigneten Spannungswandler nach der Erfindung, während in F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel wiedergegeben ist, das den im Zusammenhang mit der Erfindung interessierenden Teil eines Freiluft-Spannungswandlers wiedergibt.

Der in Fig. 1 dargestellte Spannungswandler weist ein zylindrisches Flußführungsteil 1 auf, das einen Hochspannungsleiter 2 einer metallgekapselten Hochspannungsschaltanlage 3 umfaßt. Auf dem Flußführungsteil 1 befindet sich eine Hochspannungswicklung 4, die beispielsweise durch ein Durchgangsloch 5 mit seinem hochspannungsseitigen Ende 6 an den Hochspannungsleiter 2 angeschlossen ist. Das niederspannungsseitige Ende 7 der Hochspannungswicklung 4 ist durch ein weiteres Durchgangsloch 8 in einem weiteren zylindrischen Flußführungsteil 9 an ein Außenrohr 10 der Hochspannungsschaltanlage 3 angeschlossen.

Eine Niederspannungswicklung 11 umgibt die Hochspannungswicklung 4 und ist mit ihrem einen Anschlußende an das niederspannungsseitige Ende 7 der Hochspannungswicklung 4 angeschlossen und damit 4» ebenfalls durch das Durchgangsloch 8 in dem weiteren Flußfühnmgsteil 9 und durch e^;ne öffnung 12 im Außenrohr 10 der Hochspannungsanlage 3 nach außer. an eine mit dem Außenrohr 10 verbundene Klemme 13 geführt Das andere Wicklungsende der Niederspan- in nungswicklung 11 ist durch ein weiteres Durchgangsloch 14 und eine öffnung 15 im Außenrohr 10 an eine weitere Ausgangsklemme 16 geführt. An den Klemmen 13 und 16 ist dann eine Spannung abgreifbar, die der Spannung zwischen dem Hochspannungsleiter 2 und dem Außenrohr 10 der Hochspannungsschaltanlage 3 proportional ist

Zur Vervollständigung des magnetischen Kreises sind außer dem Flußführungsteil 1 und dem weiteren Rußführungsteil 9 Zwischenstücke 17 und 18 in Form 1 >> von Scheiben vorgesehen, die jeweils die Flußführungsteile 1 und 9 an ihren Stirnseiten miteinander verbinden. Da die Zwischenstücke 17 und 18 hochspannungsmäßig beansprucht werden, sind sie aus elektrisch isolierendem Werkstoff hergestellt. Da sie außerdem magnetisch ■■· leitend sein müssen, ist als Werkstoff bei ihrer Herstellung ein elektrisch isolierender, jedoch magnetisch leitender Werkstoff verwendet, z. B. Bariumferrit.

Bei dem in der F i g, 1 dargestellten, erfindungsgemäßen Spannungswandler ist also von den beiden Flußführungsteilen 1 und 9 und den Zwischenstücken 17 und 18 ein schalenartiger Kern 19 gebildet, in den die Hochspannungswicklung 4 und die Niederspannungswicklung 11 eingeschlossen sind. Die Streuinduktivität dieses Spannungswandlers ist daher klein und somit ist auch der Übersetzungsfehler gering.

Bei dem in der Fi g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Spannungswandlers, der wiederum speziell zum Einsatz in einer metallgekapselten Hochspannungsschaltanlage 20 geeignet ist, sind das eine Flußführungsteil 21 und das weitere Flußführungsteil 22 als Flußführungsringe mit U-Profil ausgeführt. Die Flußführungsteile 21 und 22 sind konzentrisch zueinander angeordnet und zwar derart, daß sie sich mit ihren offenen Flächen einander gegenüber liegen. Zwischen den Flußführungsteilen 21 und 22 ist jeweils ein als Isolierring ausgebildetes Zwischenstück 23 und

24 angeordnet. Von den Flußführungsteilen 21 und 22 und dec Zwischenstücken 23 und 24, die wiederum aus magnetisch leitendem, jedoch e'\.ktrisch isolierendem Werkstoff bestehen, wird also ein sc^!;aienartiger Kern

25 gebildet, in dem eine Hochspannungswicklung 26 dem Flußführungsteil 21 benachbart und eine Niederspannungswicklung 27 dem weiteren Flußführungsteü 22 benachbart untergebracht sind.

Das hochspannungsseitige Ende 28 der Hochspannungswicklung 26 ist in einem Durchgangsloch 29 zum Hochspannungsleiter 30 der Hochspannungsschaltanlage 20 geführt und galvanisch mit ihm verbunden. Das niederspannungsseitige Ende 31 der Hochspannungswicklung 26 ist durch ein Durchgangsloch 32 im weiteren Flußführungsteü 22 und durch eine öffnung 33 im Außenrohr 34 der Hochspannungsschaltanlage 20 an einen Schaltungspunkt 35 geführt. Über eine Leitung 36 ist der Schaltungspunkt 35 mit dem Außenrohr 34 verbunden.

Das eine Ende 37 der Niederspannungswicklung 27 ist über ein weiteres Durchgangsloch 38 im weiteren Flußführungsteü 22 und durch eine weitere Öffnung 39 im Außenrohr 34 an eine Klemme 40 geführt. In entsprechender Weise ist ein weiteres Ende der Niederspannungswicklung 27 durch ein weiteres Durchgangsloch 38 im weiteren Flußführungsteü 22 und durch eine weitere öffnung 39 an eine Klemme 40 geführt. Das andere Ende der Niederspannungswicklung 27 ist galvanisch mit dem Wicklungsende 31 der Hochspannungswicklung 26 verbunden und an eine äußere Klemme 41 geführt. An den Klemmen 40 und 41 läßt sich demzufolge eine Spannung abnehmen, die der Spannung zwischen dem Hochspannungsleiter 30 und dem Außenrohr 34 der Hochspannungsschaltanlage 20 proportional ist.

Rippen 42 an den Zwischenstücken 23 und 24 haben die Aufgabe, den Kriechweg zu verlängern und damit einen Überschlag zwischen den Flußführjngsteilen 21 und 22 zu verhindern. Dem gleichen Zwecke dienen Isolierstoffscheiben 43 und 44.

Der in F i g. 3 dargestellte Spannungswandler ist iür sich losgelöst von einer Hochspannungsschaltanlage einsetzbar, kann aber auch an das Ende einer Hochspannungsschaltanlage angeflanschl sein. Der Spannungswandler ist deshalb am Ende einer Durchführung 50 angeordnet, in der ein Hochspannungsleiter 51 geführt ist. Der Hochspannungsleiter 51 ist galvanisch mit einem Flußführungsteil 52 verbunden, das in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Ringscheibe

darstellt. Ein Zwischenstück 53 in Form eines äußeren Zylinders und ein weiteres Zwischenstück 54 als innerer Zylinder bilden zusammen mit einem ebenfalls als Scheibe ausgebildeten weiteren fluOführungsteil 55 einen schalenartigen Kern 56, in dem eine Hochspannungswicklung 57 und eine Niederspannungswicklung 58 untergebracht sind. Die Anschlüsse der Hochspannungswicklung 57 und der Niederspannungswicklung 58 einerseits an Hochspannung und andererseits an Niederspannung können in ähnlicher Weise erfolgen, wie es im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispie-

len nach den F i g. I und 2 bereits beschrieben worden ist. An den Enden 59 und 60 der Niederspannungswicklung 58 läßt sich demzufolge eine Spannung abnehmen, die der Spannung zwischen dem Hochspannungsleiter 51 und dem geerdeten Flußführungsteil 55 entspricht.

Mit der Erfindung wird ein induktiver Spannungswandler vorgeschlagen, der aufgrund der Verwendung eines schalenartigen Kernes mit innerhalb des Kernes untergebrachter Hochspannungs- und Niederspanrungswicklung eine kleine Streuinduktivität und damit auch einen kleinen Übersetzungsfehler aufweist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Induktiver Spannungswandler mit einem an Hochspannungspotential angeschlossenen Flußführungsteil aus magnetisch leitendem Material und mit s einem weiteren, aus magnetisch leitendem Material bestehenden Flußführungsteil, das mit dem einen Flußführungsteil über jeweils ein teils elektrisch isolierendes, teils magnetisch leitendes Zwischenstück unter Bildung eines schalenartigen Kernes mechanisch verbunden ist, in dem eine Hochspannungs- und eine Niederspannungswicklung untergebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenstücke (17, 18) zur luftspaltfreien Verbindung der Flußführungsteile (1, 9) aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff mit magnetischer Leitfähigkeit bestehen.

2. Spannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flußführungsteile (1, 9) als gerade Zylinder ausgeführt und im Bereich ihrer Stirnseiten mittels der als Ringscheiben ausgebildeten Zwischenstücke (17,18) miteinander verbunden sind (F ig. 1).

3. Spannungswandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flußführungsteile und die Zwischenstücke quer zur Ebene der Zwischenstücke geschlitzt sind.

4. Spannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die FluBführungsteile Scheiben (52,55) sind und daß die Scheiben (52,55) außen und innen mittels als Isolierzylinder (53, 54) ausgebildeter Zwischenstücke verbunden sind (F i g. 3).

5. Spannungswandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenstücke außen umlaufende seitliche Rippen (42) und innen mit jeweils einer die Zwischenstücke seitlich überragende Isolierstoffscheibe (43) fest verbunden sind (F ig. 2).