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Kapazitiver Spannungsteiler Die Erfindung bezieht sich auf kapazitive
Spannungsteiler für Hochspannungsanlagen; sie bezweckt, Spannungsteiler zu schaffen,
die mit großer Kapazität ausgeführt werden können, ohne daß die äußeren Abmessungen
dadurch unzweckmäßig groß werden.
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Praktisch zweckmäßige Abmessungen werden erfindungsgemäß durch die
bauliche und elektrische Vereinigung eines zentral angeordneten spannungsführenden
Leiters mit einem oder mehreren auf diesem aufgebrachten gewickelten Kondensatoren
von an sich bekannter Bauart, bei denen eine Mehrzahl von Belegen zu, beiden Seiten
einer Isolationsschicht .derart angeordnet ist, daß sie sich gegenseitig überlappen
und dadurch eine Mehrzahl von untereinander reihengeschalteten Kondensatorelamenten
bilden, erzielt.
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Es sind schon Vorrichtungen bekanntgeworden, die aus einem zentral
angeordneten Leiter und einer Mehrzahl von um diesen angebrachten, in Reihe geschalteten
Kondensatoren besteht. Diese sind aber als Kondensatorklemmen ausgeführt; sie können
nicht ohne weiteres als kapazitive Spannungsteiler verwendet werden. Bei einer dieser
bekannten Kondensatorklemmen werden gewöhnliche Wickelkondensatoren verwendet, die
je nur ein einziges Kondensatorelement enthalten. Die bei dem Spannungsteiler gemäß
der Erfindung verwendeten Wickelkondensatoren mit je einer Mehrzahl von Kondensatorelementen
fallen aber mechanisch stärker aus, wodurch eine gedrängte Bauart ermöglicht wird.
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Bei einer anderen bekannten Kondensatorklemme bestehen die Belege-
aus konzentrisch um den Leiter angeordneten Metallzylindern; bei dieser Kondensatorklemme
kann die Kapazität der einzelnen Kondensatorelemente nur durch Vergrößerung der
Höhe der Zylinder erreicht werden. Dies bedingt den Nachteil, daß die Durchführung
im ganzen sehr lang wird. Bei Verwendung von Wickelkondensatoren gemäß der Erfindung
kann die gewünschte Teilkapazität lediglich durch Aufwicklung der Belege in einer
genügenden Anzahl von Windungen auf den durchgehenden Leiter erreicht werden.
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Die Erfindung soll nun an Hand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben
werden.
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Fig. i zeigt schematisch eine Ausführungsform der Erfindung und Fig.
a einen Teil des zugehörigen Wickelkondensators in abgewickeltem Zustande. Fig.
3 stellt ebenfalls schematisch eine, andere Ausführungsform und Fig. 4 den zugehörigen
Kondensator dar. Fig. 5 ist eine Seitenansicht einer zweckmäßigen Ausführung des
kapazitiven Spannungsteilers nach Fig. 3 und 4.
Fig. 6, 7 und 8
zeigen in größerem Maßstabe und. teilweise im Schnitt den -oberen, den mittleren
: bzw. den unteren Teil des Spannungsteilers nach Fig. 5.
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Fig. 9 ist ein Schnitt nach der Linie, c:9 der Fig. B.
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Fig. io und, i1 zeigen eine andere Ausfüh-. rungsforni in zwei verschiedenen
Seitenansichten.
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Fig. i und 2 zeigen einen Wickelkondensator, bei dem die Belegungen
1, 2, 3, q., 5, 6, 7 einander in der Wicklungsrichtung überlappen, wobei die verschiedenen
Belegungen in der Richtung von innen nach außen allmählich größere Längen, und kleinere
Breiten bzw. Höhen erhalten, und zwar derart, daß die Flächen der einander an beiden
Seiten der Isolationsschicht gegenüberliegenden Teile in sämtlichen Kondensatorelementen
gleich groß werden. Hierdurch wird. in bekannter Weise eine Anzahl von reihengeschalteten
Kondensatorelementen .von untereinander gleicher Kapazität gebildet. Die in dieser
Weise zusammengesetzte Kondensatorkette wird direkt auf den durchgehenden Leiter
8 aufgewickelt, welcher unisoliert oder isoliert sein kann, so daß die breiteste
Belegung dem Leiteramnächsten und die schmalsteBelegung außen liegt. Der Kondensator
erhält so eine der Umrißlinie 9 entsprechende äußere Form. Auf den zylindrischen
Teil iö kann eine den Kondensator umschließende metallische Hülse aufgebracht werden,
die als Fassung für die Montierung.des Spannungsteilers dienen kann. Die innere
Belegung wird an den Leiter 8 und die äußere Belegung an die geerdete Fassung angeschlossen.
Zu den Sekundärklemmen des Spannungsteilers kann z. B. ein Meßtransformator i i
und ein Spannungsmesser 12 angeschlossen werden in der in Fig. i dargestellten Weise,
wo f3 die verschiedenen Kondensatorelemente bzw. eine Anzahl von Gruppen von Kondensatorelementen
bezeichnet.
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Beif der in Fig. 3 und 4. dargestellten Ausfühtrungsform werden Wickelkondensatoren
verwendet, bei denen die Belegungen aus in der Wicklungsrichtung parallel verlaufenden
Metallstreifen bestehen, die sich gegenseitig in axialer Richtung überlappen. '
Fig: q. zeigt schematisch einen solchen Kondensator, der aus fünf Streifen 1:I,
15, 16, 17, 18 zusammengesetzt ist, welche zu beiden Seiten einer Isolationsschicht
i9 verteilt sind. Die Verteilung erfolgt derart, daß vier in axialer Richtung reihengeschaltete
Kondensatorelemente mit gleich großer Kapazität entstehen. Zur Erzielung der erforderlichen
Isolierung zwischen den Windungen ist eine weitere Isolationsschicht 2o vorgesehen.
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Ein Spannungsteiler dieser Art kann aus einem oder mehreren Kondensatoren
bestehen, die auf den zentralen durchgehenden Leiter aufgesteckt sind, wobei der
Leiter in viesem Falle isoliert sein muß. Fig. 3 zeigt ernen Spannungsteiler, der.
mit zwei durch Jhxe Umrißlinien 21, 22 angedeuteten Kon-`:@ensatoren versehen ist.
Diese Kondensatoren sind zu beiden Seiten einer metallischen Hülse 2,3 angeordnet,
.die als Fassung dienen kann und mit Flanschen 24., 25 versehen ist, an welcher
die Kondensatoren befestigt sind. Der spannungsführende Leiter 26 besteht in dem
dargestellten Beispiel aus! einem gewöhnlichen Einzelleiterkabel 27, welches an
den Enden, von der Isolierung befreit undl an die äußeren Enden der betreffenden
Kondensatoren 21, 22 angeschlossen ist. Die inneren Enden der Kondensatoren sind
durch die Fassung 23 oder durch einen anderen Leiter miteinander verbunden.
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Die Konstruktion nach Fig. 3 hat gegenüber derjenigen nach Fig. i
den, Vorteil, daß .der Spannungsteiler einen kleineren Außen-. durchmesser erhält;
außerdem wird die Fassungi, kleiner, da sie unmittelbar auf den isolierten Leiter
aufgebracht werden kann. Ein weiterer Vorteil .dieser Konstruktion besteht noch
.darin, daß es mit Hilfe derselben möglich ist, die sekundäre Wicklung
28 eines Stromtransformators unmittelbar neben den Leiter zu legen, wobei
.dieser den primären Teil des Transformators bilden kann. Die Wicklung 28 wird dann
zweckmäßig in einer Hülse 23 angeordnet.
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Die elektrische Anordnung der Kondensatoren. im Verhältnis. zum Leiter
26 ist in Fig. 3 schematisch durch die reihengeschalteten Kondensatorelemente z9
wiedergegeben. Die beiden Kondensatoren 21,.2:2 bilden zwei Kondensatorketten, die
parallel zwischen dem Hochspannungsleiter 26 und der geerdeten Fassung 23 geschaltet
sind. An den kapazitiven Spannungsteiler können ein Meßtransfo,rmator i i und ein
Spannungsmesser. 1 angeschlossen werden, wobei die eine der zur Entnahme der Spannung
dienenden Klemmen an den Mittelpunkt der gesamten Kondensatorkette (im dargestellten
Beispiel die Fassung 23) oder an einen anderen passenden Punkt derselben. angeschlossen
ist, während die andere Klemme an zwei zu beiden Seiten des genannten Punktes liegende
Punkte derselben, Spannung angeschlossen wird. In Fib. 3 sind die beiden letztgenannten
Punkte durch einen Leiter 30 miteinander verbunden. Die zwischen den genannten
Punkten liegenden Kondensatorelemente sind also parallel geschaltet.
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Die in Fig. i und 3 dargestellten Allordnungen können, wenn sie genügend
große Kapazität erhalten, auch als Überspannungsschutz
verwendet
werden. Die Anordnung nach Fig. 3 hat dabei insbesondere den Vorteil, daß die Kondensatorstrombahn
geradlinig längs des Hochspannungsleiters verläuft.
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Bei der in Fig. 5 bis 9 dargestellten Ausführungsform ist der ganze
Spannungsteiler von einer Hülle dicht umschlossen. Diese Hülle besteht aus zwei
Porzellanrohren 31, 3a und einer als Fassung dienenden Gußeisenhülse 33, mittels
welcher der Spannungsteiler an einer tragenden Konstruktion. 34 in senkrechter Stellung
montiert ist. Der durchgehende Leiter 35, .der aus einer Anzahl verkabelter Adern
besteht und mit einer gewöhnlichen Kabelisolierung 36 versehen ist, ist an den Enden
mit Metallhauben 37, 38 verbunden, die mittels mit Innengewinde versehener Hülsen
39, .Io und geteilter Ringe 41, .42 an den äußeren Enden der Isolierrohre 31 bzw.
32 festgeschraubt sind. Die Hauben 37, 38 sind mit Klemmen .43, 4.4 zum Anschließen
der ankommenden und abgehenden Leitungen versehen. Dia obere Haube 37 trägt außerdem
einen Expansionsbehälterd.5, welcher mit dem Innern des ölgefüllten Spannungsteilers
in Verbindung steht. Zwischen den Hauben 37, 38 und den Enden .der Porzellanrohre
31, 32 sind Dichtungsringe .I6, z. B. Gummibleidichtungen, angebracht.
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Diz- zu beiden Seiten der Fassung 33 vor= gesehenen Kondensatoren
sind von der in Fig. -i dargestellten Art. Sie bestehen aus je drei Ko.ndensatorahsch.nitten
47, 4.8, 49, bzw. 5o, 51, 52. Zwischen den verschiedenen Kondensatorabschnitten
befinden sich Bleiplatten 53, die die äußeren Metallstreifen benachbarter Abschnitte
elektrisch verbinden. Die beiden Kondensatoren werden durch eine Anzahl von Schraubenfedern
5.4, 55, die in den äußeren Enden der Isolatorrohre angebracht sind, gegen Flansche
56, 57 eines aus Kupfer oder Messing bestehenden Zylinders 58 gepreßt, so daß die
Kondensatoren miteinander elektrisch verbunden sind. Die Flansche 56, 57 sind ihrerseits
zwischen Flansche 59, 6o ,der Fassung 33 einerseits und den inneren Enden der Porzellanrohre
31, 32 andererseits eingeklemmt, wobei isolierende Dichtungsringe 61, 62 zwischen
den Flanschen und der Fassung angebracht sind, um zu verhindern, daß Ströme durch
das Rohr 58 und die Fassung 33 zirkulieren. Zwischen. den Flanschen 56, 57 und den
Isolatorrohren sind ebenfalls Dichtungsringe 63, 64 angeordnet. Die Isolatorrohre
sind mittels mit Innengewinden versehener Hülsen 65, 66 und geteilter Ringe 67,
68 mit der Fassung 33 verbunden.
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Im Zwischenraum zwischen .dem Rohr 58 und der Fassung 33 befinden
sich Spulen 69, 70, die die Sekundärwicklungen eines Stromtransformators bilden
und mit Eisenkernen 71, 72 versehen sind. Die Abzapfleitungen 73, 7+ der Transformator
wieklung sind durch eine in der Fassung 33 angeordnete Durchführung 75 gezogen.
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Zum Anschließen eines Spannungstransformators dient sowohl eine Klemme
76, die mit der zwischen den Kondensatorabschnitten 5o, 51 angebrachten Bleiplatte
53 in Verbindung steht, als auch eine nicht dargestellte, an die Fassung 33 angeschlossene
Klemme, welche durch eine nicht gezeigte Leitungsverbindung an! einen der Flansche
56, 57 angeschlossen ist. Die Bleiplatte 53 ist durch ein unmittelbar auf der Kabelisolierung
36 angebrachtes Aluminiumband (das auf der Zeichnung nicht .dargestellt ist) an
die zwischen den Kon.densatorahschnitten 48, .49 befindliche Bleiplatte angeschlossen,
und zwar derart, daß die Kondensatorabschnitte -.9, 5o parallel geschaltet sind.
Über den Aluminiumbändern ist eine das Kabel umschließende Isolierung 7 7 vorgesehen.
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Anden Enden ist der durchgehende Leiter 35 an die entsprechenden Kondensatorabschnitte47
und 52 in der Weise angeschlossen, daß eine der Leitungsadern 78 mittels einer Klemmschraube
79 bzw. 8o mit einer in leitender Verbindung mit .dem entsprechenden Kondensatorabschnitt
stehenden Platte 81 bzw. 82 verbunden ist. Die übrigen Leitungsadern sind voneinander
getrennt. Sie bilden über einen Teil ihrer Länge Schleifen, die in die Zwischenräume
zwischen den Schraubenfedern 5.4, 55 eingelegt sind, um zu ermöglichen, daß der
Spannungsteiler auseinandergenommen werden kann.
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Fig. i o und 11 zeigen eine Spannungsteilerkonstruktion, die der eben
beschriebenen ähnlich ist. Sie unterscheidet sich von der Anordnung nach Fig. 5
im wesentlichen nur dadurch, daß die beiden zu beiden Seiten der Fassung liegenden
Kondensatoren nebst zugehörigen Porzellanrohren 83, 84. in senkrechterLage nebeneinander
angeordnet und untereinander von gleicherKonstruktion sind, während die Fassung
85 hier die Form einer halbkreisförmigen Hülse hat, die unmittelbar an die beiden.
Porzellanrohre angeschlossen ist. Die ganze Konstruktion ist auf einem auf Rädern
laufenden Gestell 86 montiert. Oben sind die beiden Porzellanrohre durch Querverbindungen
87 miteinander verbunden. Expansionsbehälter 88, 89 sind hier an beiden Enden .des.
durchgehenden Leiters angeordnet. Unter Umständen kann] auch hier ein Stromtransformator
am mittleren Teil des Leiters vorgesehen werden, wobei die Wicklung in ähnlicher
Weise wie oben beschrieben, zweckmäßig in die den Leiter umgebende Hülle 85, eingebaut
wird.