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Durchführungs- oder Topfstromwandler Es sind Stromwandler bekannt,
bei denen der Hohlraum des die Spulen enthaltenden Gefäßes mit einem pulverförmigen
oder feinkörnigen Stoff, wie Porzellan- oder Glasmehl, geschlämmtem Ton, Kaolin
und Sand, aufgefüllt wird, um Lagenänderungen der Spulen durch die dynamischen Wirkungen
hoher Kurzschlußströme zu verhindern. Zwecks Vergleichmäßigung des elektrischen
Feldes innerhalb des Geräts hat man den zur Einbettung der Induktionsspulen dienenden
feinkörnigen Füllstoff in geringer Menge mit Graphitpulver oder feinem Metallpulver
versetzt. Hierdurch wird zwar der Windungsdurchschlag der in der feinkörnigen Masse
eingebetteten Induktionsspulen beim Auftreten von Überspannungen oder auch der Durchschlag
zwischen der primären und sekundären Wicklung an gefährdeten Stellen vermieden,
die Überschlagsicherheit über das Durchführungsteil solcher Wandler dagegen nur
wenig oder gar nicht verbessert. Zur Vergleichmäßigung der Spannungsanteile, die
auf die einzelnen Glieder von Staffelstromwandlern entfallen, hat man ferner die
Kapazität der einzelnen Glieder der Staffel durch verschieden große Füllung der
die Induktionsspulen bergenden Isoliergehäuse mit beschränkt leitendem Füllstoff
abgestuft, wobei in den Isoliergehäusen über der Füllung mit solchem beschränkt
leitenden Füllstoff ein mehr öder minder großer Luftraum verbleibt. Ein solcher
über der Füllschicht in dem die Induktionsspulen des Wandlers 'bergenden Teil des
Isoliergehäuses verbleibender Luftraum ist aber Ionisierungen und Glimm-. entladungen
bei Überspannungen u. dgl. unterworfen, wodurch die Überschlagsicherheit des Durchführungsteiles
ungünstig beeinflußt wird.
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Durch die Erfindung wird unter Vermeidung der geschilderten Übelstände
die Aufgabe gelöst, die Überschlagspannung vorzugsweise einzelner, d. h. nicht staffelförmig
ges,chalteter Durchführungsstro#mwandler zu erhöhen, indem das Durchführungsteil
des die Induktionsspulen des Wandlers bergenden Isoliergehäuses mit halbleitenden,
pulverförmigen Stoffen schichtenweise gefüllt wird. Zur Steuerung des das Durchführungsteil
durchsetzenden und umgebenden elektrischen Feldes wird dabei die Leitfähigkeit der
das Durchführungsteil erfüllenden Halbleiterschichten zweckmäßig gestuft, und zwar
derart, daß die Leitfähigkeit der Halbleiterschichten nach der Ausführungsöffnung
des Durchführungsteiles abnimmt.
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Infolge der Feldsteuerung durch die Abstufung der Leitfähigkeit der
das Durchführungsteil erfüllenden Halbleiterschichten gelingt es, ohne Vergrößerung
der bisher üblichen Abmessungen des Wandlerkörpers dessen Überschlagsicherheit in
einfacher und wirtschaftlicher Weise zu erhöhen. Durch die Füllung des Durchführungsteiles
mit einem halbleitenden Stoff, wie z. B. Schiefermehl, werden Ionisierungen, Glimm-
und Entladungserscheinungen im Innern des Durchführungsteiles
mit
Sicherheit vermieden. Gleichzeitig wird dadurch den Elementarkapazitäten der Füllung
des Isolierkörpers gegen seine äußere mittlere Fassung ein.. großer Widerstand vorgeschaltet,
wodurch diedielektrischen Verschiebungsströme zwischen der Innen- und Außenelektrode
des Wandlers und damit auch die Gleitfunkenströme über die Außenfläche des Durchführungsteiles
stark gedrosselt werden, so daß ein vorzeitiger Überschlag über das Durchführungsteil
unterbunden ist. Bei der Fertigstellung -des mit der Hochspannungswicklung versehenen
Wandlers wird, wie dies bei den bisher bekannten Ausführungsformen solcher Wandler
üblich war, der die Primärwicklung bergende, z. B. topfartige Isoliergehäuseteil
mit einem verhältnismäßig gutleitenden Halbleiter, z. B. einem Graphit-Sand-Gemisch;ausgefüllt.
Hierauf werden die im Durchführungsteil noch verbleibenden Hohlräume mit einem pulverförmigen,
schlechter leitenden Halbleiter, z. B. Schiefermehl, ausgefüllt.
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Die Füllung des Durchführungsteiles kann auch in der Weise vorgenommen
werden, daß Tiber die vergleichsweise gutleitende Füllung des Wandlerisolierkörpers
verschiedenartige Halbleiterfüllungen geschichtet werden, deren Leitfähigkeit bis
zum Ausgangsende des Durchführungsteiles schichtweise abnimmt und zur gewünschten
Beeinflussung des das Durchführungsteil umgebenden elektrischen Feldes zweckentsprechend
gestuft ist.
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Bei der Einbettung der Zu- und Abführungsleitungen zur Primärwicklung
des Wandlers in Halbleiterfüllungen des Durchführungsteiles könnte infolge der an
diesen Zu- und Ableitungen auftretenden, immerhin nicht unbeträchtlichen Feldstärken
ein unerwünschtes Zusammenfritten der Halbleiterschichten eintreten, wodurch deren
günstige Wirkung bei der Drosselung der Gleitfunkenströme wiederaufgehaben werden
würde. Es ist daher zweckmäßig, diese Zu- und Abführungsleitungen gegen die Halbleiterschichten
des Durchführungsteiles elektrisch abzuschirmen, was beispielsweise durch ein mit
dem Kopfflansch zu verbindendes Metallrohr geschehen könnte, dessen äußerer Durchwesser
entsprechend groß gewählt wird, damit im erwähnten Sinne schädlich wirkende Feldstärken
nicht auftreten. Diese Schirmung der Zu- und Abführungsleitungen kann aber auch
in der Weise erfolgen, daß ein zusätzliches, mitten durch das Durchführungsteil
des Wandlerkörpers hindurchgeführtes keramisches Isolierrohr z. B. aus Porzellan
auf der I1inenfläche metallisiert wird, wobei die Metallisierung dieses Isolierrohres
mit dem Flansch an der Ausführungsöffnung des Wandlers und auch mit der gutleitenden
Füllung des Wandlerisalierkörpers zu verbinden ist. Auf dieses Weise wird noch eine
zusätzliche Isolation der Zu- und Abführungsleitunigen gegen die Halbleiterfüllung
des Durch-Akrungsteiles des Wandlers geschaffen und e;@ie schädliche Frittung dieser
Halbleiterschichten unter allen Umständen vermieden.
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Die Abbildung zeigt im seitlichen Schnitt schematisch die Verwirklichung
des Erfindungsgedankens an dem Beispiel eines Topfwandlers. Auf den S teg i o y
im - Innern des Wandlerkörpers i i ist die Hochspannungswicklung 12 in der üblichen
Weise aufgewickelt und durch die Zu- und Ableitungen 13 mit den Anschlüssen über
dem Kopfflansch 14 und mit diesem selbst einpolig leitend verbunden. Diese Leitungen
13 sind durch ein z. B. keramisches Isblierrohr 15 durch das mit Schirmen versehene
Durchführungsteil 16 des Wandlers hindurchgeführt. Das Isolierrohr 15 stützt sich
mit seinem unteren Ende auf die leitende Graphit-Sand-Mischung 18 des Topfteiles
des Wandlers. Die Bohrung des Isolierrohres 15 wird auf bekannte Weise, z. B. durch
Schoopsche Bespritzung, metallisiert, wobei die Metallisierung z3 über die mit dem
Kopfflansch 14 in leitender Berührung stehende obere Stirnfläche 24 und über die
untere Stirnfläche des Rohres 15 bis in die leitende Hohlkehle 25 gef%ihrt ist.
Auf diese Weise ist der Kopfflansch 14 ummittelbar leitend mit der leitenden Graphit-Sand-Mischung
18 verbunden. Der zwischen dem Isolierrohr 15 und der Innenwandung des Durchführungsteiles
16 verbleibende Hohlraum wird nun erfindungsgemäß bis zum oberen Rand des Durchführungsteiles
mit verschiedenartigen Halbleiterschichten i9, 2o, 21 und 22 ausgefüllt. Beispielsweise
schließt sich an das in der Klasse der- Halbleiter als sehr gut leitend zu bezeichnende
Graphit-Sand-Gemisch 18 eine verhältnismäßig gutleitende Halbleiterschicht i9 aus
Siliciumcarbid, an diese eine mäßig gutleitende Halbleiterschicht 2o aus einem Gemisch
von Siliciumcarbid mit Sand, an diese wieder eine Halbleiterschicht 2i geringeren
Leitvermögens, z. B. aus Schiefermehl, und schließlich eine noch schlechter leitende
Halbleiterschicht oder nichtleitende Schicht 22, z. B. aus Porzellanmehl, an. Zweckmäßig
ist das Isolierrohr 15 mit einem oberen flanschartigen Ansatz 26 versehen, der das
Innere des Durchführungsteiles abschließt.
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An Stelle der beispielsweise vorerwähnten verschiedenartigen aufeinandergeschichteten
Halbleiter können natürlich auch beliebige andere und in ihrer Leitfähigkeit zweckmäßig
abgestufte treten. Insbesondere bleibt es unbenommen, die Unterteilung der Halbleiterschichten
in eine größere oder geringere Anzahl
vorzunehmen oder das Durchführungsteil
mit einem einzigen Halbleiterstoff zu füllen. Der günstigste Einfluß des Ersatzes
der bisher üblichen leitenden Füllung des Durchführungsteiles bei Durchführungs-
und Topfwandlern durch eine Haflbleiterfü.llung geht beispielsweise aus dem nachstehenden
Vergleich der Überschlagspannungen hervor, die an einem Topfwandler ähnlich der
Abbildung @erzielt wurden.
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Bei Füllung sowohl des topfartigen Isolierkörperteiles wie des anschließenden
Durchführungsteiles mit gutleitendem Graphit-Sand-Gemisch ergab sich als normalfrequente,
effektive Überschlagspannung über das trockene Durchführungsteil 117 kV.
Nach Ersatz der Graphit - Sand - Giemischfüllung des Durchführungsteiles desselben
Wandlers durch eine Füllung mit halbleitendem Schiefermehl wurde bei im übrigen
ungeänderten Versuchsbedingungen eine normalfrequente, effektive Trockenüberschlagspannung
des Durchführungsteiles desselben Topfwandlers von 137 kV erreicht. Die Steigerung
der Überschlagspannung betrug in diesem Falle also nahezu 2o %.
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Die Erfindung beschränkt sich naturgemäß nicht auf das in der Abbildung
dargestellte Ausführungsbeispiel, sondern kann sinngemäß bei allen Durchführungen
und durchführungsartigen Geräten für Hochspannung zu dem Zwecke Anwendung finden,
dass frühzeitige Einsetzen von Gleitfunkenentladungen und Überschlägen zu vermeiden.