DE3884738T2

DE3884738T2 - Gehäuse für eine Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie bei sehr hoher Spannung und eine solche Vorrichtung.

Info

Publication number: DE3884738T2
Application number: DE19883884738
Authority: DE
Inventors: Jean Farenc; Andre Lherm; Bernard Raveu
Original assignee: Airbus Group SAS
Current assignee: Airbus Group SAS
Priority date: 1987-10-19
Filing date: 1988-10-13
Publication date: 1994-04-28
Anticipated expiration: 2008-10-14
Also published as: DE3884738D1; EP0313440A1; FR2622043A1; ES2045166T3; EP0313440B1; FR2622043B1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Hülle für eine Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie mit sehr hoher Spannung, insbesondere, aber nicht ausschließlich, geeignet zur Benutzung in einem Marx-Generator, sowie einer solchen Vorrichtung.
Man weiß, daß ein Marx-Generator aus mehreren Kondensatorstufen besteht, die parallel geladen und in Serie entladen werden. Jede Kondensatorstufe kann unter Spannungen ,die höher liegen als einige hundert Kilovolt, geladen werden, so daß die am Ausgang des besagten Generators verfügbare Spannung und Energie jeweils einige Megavolt und einige Dekakilojoules erreichen können.
In dem Dokument JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, Band 20 (1981) Dez., Nr. 12 beschreiben Yusuke KUBOTA, Jun-ichi KODAIRA und Akira MIYAHARA zum Beispiel einen Marx-Generator, bei welchem der ganze Satz von Kondensatorstufen in einer dichten, mit einem unter Druck stehendem dielektrischem Gas gefüllten Metallhülle eingeschlossen ist. Der besagte Satz von Kondensatorstufen ist mittels Träger mit der besagten Hülle verbunden. Die besagte Metallhülle erfüllt somit folgende drei Funktionen:
a) mechanische Halterung des Satzes von Kondensatorstufen;
b) Druckfestigkeit (von 3 bis 4 Bar) des dielektrischen Gases; und
c) Abfluß der elektrischen Belastungen und Faradisation des ganzen Satzes, um das elektrische Potential um die besagten Kondensatorstufen herum zu fixieren.
Um die obigen Funktionen a) und b) erfüllen zu können, muß die besagte Metallhülle dick sein, so daß sie schwer ist. Ihr Gewicht beträgt normalerweise mindestens 30 bis 40 % vom Gesamtgewicht des Marx-Generators.
Hauptgegenstand dieser Erfindung ist, diesem Nachteil abzuhelfen und die Ausführung einer Vorrichtung zum Speichern von Energie, insbesondere für den Marx-Generator, zu gestatten, die leichter ist, um sie eventuell transportieren zu können.
Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß eine dichte Hülle für eine Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie mit sehr hoher Spannung, insbesondere für Marx-Generator, die von einem Träger gehalten ist und eine Vielzahl von Kondensatorstufen enthält, welche in der besagten dichten Hülle, welche ein unter Druck stehendes dielektrisches Gas enthält, untergebracht sind, geeignet, den Abfluß der Strombelastungen zu gewährleisten und mechanisch die besagten Kondensatorstufen mittels innerer Abstützmittel, die zwischen der inneren Wandung der besagten Hülle und den besagten Kondensatorstufen angebracht sind, trägt, dadurch bemerkenswert, daß die besagte dichte Hülle aus mechanisch widerstandsfähigen Fasern besteht, die mit Kunstharz umhüllt sind, und dadurch, daß gegenüber der besagten inneren Abstützmittel, die blockförmig sind, aber außerhalb der besagten dichten Hülle, äußere Abstützmittel, ebenfalls blockförmig, vorgesehen sind, wobei diese zwischen der äußeren Wandung der besagten dichten Hülle und dem besagten Träger, der die besagte Energiespeichervorrichtung tragen soll, angeordnet sind.
Man sieht also, daß dank der Erfindung die besagten Kondensatorstufen nicht mittelbar von der besagten dichten Hülle getragen werden, sondern von den besagten inneren Abstützmittel und den besagten äußeren Abstützmittel, welche einzelne Blöcke bilden und unter sich auf die besagte Hülle drücken. Diese muß also nur vorgesehen werden, um dem Druck des dielektrischen Gases und dem Druck zwischen den besagten inneren Abstützmittel und den besagten äußeren Abstützmittel zu widerstehen und nicht, um die von den Kondensatorstufen bedingten mechanischen Kräfte abzustützen. Sie kann also mit einem Verbundmaterial aus Fasern-Kunstharz hergestellt werden.
Vorzugsweise sieht man mechanische Verbindungsmittel vor, zum Beispiel Schrauben, welche dicht die besagte Hülle durchqueren und die besagten inneren Abstützmittel und die besagten äußeren Abstützmittel verbinden. Die Dichtheit der Durchführungen der besagten mechanischen Verbindungsmittel wird vorteilhafterweise mit Kunstharz der gleichen Art oder kompatibel mit dem der besagten Hülle erreicht. Außerdem kann man Befestigungsmittel vorsehen, wie Gurte oder ähnliches, um die besagten Kondensatorstufen mit den besagten inneren Abstützmittel zu verbinden.
Man sieht, daß es dank dieser Maßnahmen nicht nötig ist, daß die besagte Energiespeicherungsvorrichtung auf einem waagerechten Träger ruht, wobei die besagten äußeren Abstützmittel einen Sockel bilden- die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Speichern von Energie kann im Gegenteil aufgehängt sein oder an seinem Träger überhängen.
Um den Abfluß der elektrischen Belastungen zu gewährleisten, könnte die besagte dichte Hülle aus widerstandsfähigen, elektrisch leitenden Fasern bestehen, wie zum Beispiel Kohlenstoff-Fasern. In einer vorteilhaften Ausführung jedoch ist die dichte Hülle aus widerstandsfähigen, elektrisch nicht leitenden Fasern, wie Glasfasern, hergestellt. In diesem Fall sieht man ein Metallisieren der inneren Fläche der besagten Hülle vor. Ein solches Metallisieren kann durch eine Metallfolie oder ähnliches erhalten werden.
Andererseits sind in den bekannten Marx-Generatoren, wie der oben erwähnte, die Kondensatorstufen in eine Einbettung aus dielektrischem Kunstharz getaucht. Die meistens zu diesem Zweck benutzten Kunstharze haben eine hohe Dichte von 1,7 g/cm³. So ist der Gegenstand der Erfindung eine erleichterte Vorrichtung, mit einer erfindungsgemäßen dichten Hülle, bei welcher die Einbettung der besagten Kondensatorstufen mit einem Polyurethanharz, dessen Dichte nur 1,1 g/cm³ist, hergestellt. Ein solches Harz kann das im Handel unter dem Namen DAMIVAL (eingetragenes Markenzeichen) sein.
Um außerdem die Kosten der Vorrichtung so viel wie möglich zu reduzieren, anstatt wie üblich Schwefelhexafluorid als dielektrisches Gas zu benutzen, ist der Gegenstand der Erfindung eine Vorrichtung, die eine dichte erfindungsgemäße Hülle enthält und bei welcher das in die besagte dichte Hülle eingeführte Gas eine Mischung von Schwefelhexafluorid und Stickstoff ist. Eine solche Mischung kann in Volumen 50 % Schwefelhexafluorid und 50 % Stickstoff betragen. Versuche haben gezeigt, daß die elektrische Festigkeit einer solchen Mischung nicht viel niedriger ist als die des reinen Schwefelhexafluorids.
Die dichte Hülle der besagten Vorrichtung zum Speichern von Energie kann nach folgender vorteilhafter Bearbeitungsart ausgeführt werden: Man wickelt widerstandsfähige, in Kunstharz eingebettete Fasern auf eine Hülse, um eine wenigstens fühlbar geschlossene Hülle herzustellen, man polymerisiert den Kunstharz der besagten Hülle, dann, nach der Polymerisation des besagten Harzes, schneidet man die besagte Hülle in mindestens zwei Teilstücke und ordnet dichte Verbindungsmittel an, die an den sich gegenüberliegenden Rändern der besagten Abschnitte zusammenwirken.
Wenn, wie oben erwähnt, die Metallisierung der Hülle durch eine Metallfolie gewährleistet ist, wird die besagte Folie auf die Hülse aufgelegt vor dem Aufspulen der besagten widerstandsfähigen Fasern.
Die Figuren der beiliegenden Zeichnung veranschaulichen, wie die Erfindung ausgeführt werden kann. Auf diesen Figuren bezeichnen gleiche Bezugspunkte identische Elemente.
Die Figur 1 veranschaulicht schematisch im Längsschnitt ein Ausführungsbeispiel der erf indungsgemäßen Vorrichtung.
Die Figur 2 ist ein Schnitt nach der Linie II-II der Figur 1.
Die Figur 3 zeigt in größerem Maßstab ein Detail der Hülle der Figuren 1 und 2.
Das besondere Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Speichern elektrischer Energie mit sehr hoher Spannung 1, insbesondere für Marx-Generator mit hoher Energiedichte, das auf den Figuren gezeigt wird, weist eine waagerechte Achse H-H auf und steht auf einem waagerechten Träger 2. Sie enthält eine geschlossene dichte Hülle 3, die einen Raum 4 begrenzt, im Innern dessen ein dielektrisches Gasmilieu herrscht, das aus 50 % Stickstoff und aus 50 % Schwefelhexafluorid besteht (in Volumen). In dem Raum 4 ist ein Satz 5 Kondensatorstufen angeordnet, die in einem dielektrischen Polyurethanharz von einer Dichte von 1,1 g/cm³ eingebettet sind.
Die Hülle 3 besteht aus einem Hauptkörper 6 und einem Deckel 7, die dank einer Dichtung 8 dicht miteinander verbunden sind, mittels zusammenwirkender Metallflanschen 9 und 10 und Bolzen 11. Die Flansche 9 und 10 sind jeweils mittels Befestigungsmittel 12 und 13 am Hauptkörper 6 und am Deckel 7 befestigt. Der Hauptkörper 6 und der Deckel 7 enthalten jeweils ringförmige Sitzflächen 14 und 15, die durch einen Zapfen 16 oder 17 dicht verschlossen sind. Der Hauptträger 6 und der Deckel 7 sind aus einem Verbundmaterial Glasfaser-Epoxydharz hergestellt, wie es weiter unten beschrieben wird.
Eine Metallfolie 18 bedeckt die Innenwand des Hauptkörpers 6 und des Deckels 7.
Blockförmige Stützen 19 und 20 sind zwischen den Kondensatorstufen 5 und der Innenwand des Hauptkörpers 6 angeordnet, um die besagten Kondensatorstufen abzustützen. Außen an der Hülle 3 ist ein blockförmiger Sockel 21, der auf dem Träger 2 ruht, unter den besagten Stützen 19 und 20 angebracht. Schrauben 22, 23, welche den Hauptkörper 6 der Hülle 3 dicht durchdringen, verbinden die Stützen 19 und 20 des Sockels 21. Gurte oder ähnliches 24, die auf den besagten Stützen 19 und 20 aufliegen, umgeben die Kondensatorstufen 5 und verbinden sie mit den Letzteren. Um die erfindungsgemäße Vorrichtung auszuführen, kann man folgendermaßen vorgehen.
Man beginnt, aus Sand oder Metall ein Wickeldorn der Hülle 3, das heißt der Einheit Hauptkörper 6 und Deckel 7, herzustellen. Auf diesen Dorn setzt man die ringförmigen Sitzflächen 14 und 15 sowie die Metallfolie 18. Dann stellt man auf bekannte Weise und mittels einer ebenfalls bekannten Wickelmaschine, Satellitenwicklungen und/oder Umfangswicklungen aus mit polymerisierbarem Kunstharz imprägnierten Glasfasern her. Während des Wickelns kann man ein zusätzliches Aufmaß 25, 26 vorsehen, zum Beispiel für ein späteres Anbringen von Flanschen 9 und 10 und/oder als Stütze der Hülle 3 auf dem Sockel 21.
Wenn der Wickelvorgang beendet ist, nimmt man die Polymerisation des Harzes vor. Die so erhaltene hohle Hülle 3 wird dann geschnitten, um den Hauptkörper 6 vom Deckel 7 zu trennen. Die Flansche 9 und 19 werden jeweils am Hauptkörper 6 und am Deckel 7 angebracht.
Andererseits wird der Hauptkörper 6 auf den Sockel 21 gesetzt, und die Stützen 19 und 20 werden im Innern des besagten Hauptkörpers angebracht. Es können Schichten aus Kunstharz 27, 28 zwischen dem Hauptkörper 6 einerseits und den Stützen 19, 20 und dem Sockel 21 andererseits vorgesehen werden, so daß die Durchführung der Schrauben 22, 23 abgedichtet ist.
Dann wird der gesamte Satz 5 der Kondensatorstufen auf den Stützen 19 und 20 angebracht und auf diesen mittels der Gurte 24 befestigt. Der Hauptkörper 26 wird dann mit dem Deckel 7 mittels der Flansche 9 und 10 und Schrauben 11 und Einfügung der Dichtung 8 verschlossen.
Der Stromfluß der Metallfolie 18 zwischen dem Hauptkörper 6 und dem Deckel 7 wird durch die Flansche 9 und 10 gewährleistet. Um die Dichtheit der Schrauben 12 und 13 zu gewährleisten, kann Metallfolie auf die Schraubenköpfe geklebt werden.
Selbstverständlich sind die Stützen 19 und 20, sowie der Sockel 21 aus einem elektrisch nicht leitendem Material, wie zum Beispiel Verbundmaterialen, hergestellt.

Claims

1. - Dichte Hülle (3) für eine Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie mit sehr hoher Spannung, das von einem Träger (2) getragen wird und eine Vielzahl von Kondensatorstufen (5) enthält, die in der besagten dichten Hülle (3), welche ein unter Druck stehendes dielektrisches Gas enthält, eingeschlossen sind, die geeignet ist, den Abfluß der elektrischen Belastungen zu gewährleisten und die besagten Kondensatorstufen (5) mit Hilfe von inneren Abstützmitteln (19, 20), welche zwischen der inneren Wandung der besagten Hülle und den besagten Kondensatorstufen angeordnet sind, trägt, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte dichte Hülle aus mechanischen widerstandsfähigen in Kunstharz eingebetteten Fasern besteht und daß, gegenüber der besagten internen Abstützmittel (19, 20), die blockförmig sind, äußere ebenfalls blockförmige Abstützmittel (21), aber außerhalb der besagten dichten Hülle (3), vorgesehen sind, wobei diese zwischen der äußeren Wandung der besagten dichten Hülle (3) und dem besagten Träger (2), der die besagte Vorrichtung zum Speichern von Energie tragen soll, angeordnet sind.

2. - Hülle nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mechanische Verbindungsmittel (22, 23) dicht die besagte Hülle (3) durchqueren und die besagten inneren Abstützmittel (19, 20) und die besagten äußeren Abstützmittel (21) verbinden.

3. - Hülle nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Befestigungsmittel (24) die besagten Kondenstorstufen (5) mit den inneren Abstützmittel (19, 20) fest verbinden.

4. - Hülle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus widerstandsfähigen elektrisch leitenden Fasern, wie Kohlenstoff-Fasern, besteht.

5. - Hülle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus widerstandsfähigen nicht elektrisch leitenden Fasern, wie Glasfasern, hergestellt ist.

6. - Hülle nach dem Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf ihrer Innenfläche einen Metallbelag (18) aufweist.

7. - Hülle nach dem Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der besagte Belag aus einer Metallfolie (18) besteht.

8. - Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie, die eine dichte Hülle (3) nach irgend einem der Ansprüche 1 bis 7 enthält, in welcher die Kondensatorstufen (5) in einer Einbettung aus dielektrischem Kunstharz getaucht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Einbettung aus einem Polyurethanharz mit einer Dichte von 1,1 g/cm³ besteht.

9. - Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie, die eine dichte Hülle (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte dielektrische Gas eine Mischung aus Stickstoff und Schwefelhexafluorid ist.

10. - Vorrichtung nach dem Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in Volumen das besagte dielektrische Gas aus 50 % Schwefelhexaf luorid zusammengesetzt ist.