WO2006015966A1 - Hv-schaltungsanordnung mit einer hochspannungsfestigkeit von mindestens 10 kv und verwendungen der anordnung - Google Patents

Hv-schaltungsanordnung mit einer hochspannungsfestigkeit von mindestens 10 kv und verwendungen der anordnung Download PDF

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WO2006015966A1
WO2006015966A1 PCT/EP2005/053807 EP2005053807W WO2006015966A1 WO 2006015966 A1 WO2006015966 A1 WO 2006015966A1 EP 2005053807 W EP2005053807 W EP 2005053807W WO 2006015966 A1 WO2006015966 A1 WO 2006015966A1
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Siegfried Birkle
Stefan Hain
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G01R15/04—Voltage dividers
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    • G—PHYSICS
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    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/16—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using capacitive devices

Definitions

  • HV circuit arrangement with a high-voltage strength of at least 10 kV and uses of the arrangement
  • the invention relates to a circuit arrangement with a high-voltage strength of at least 10 kV and at least two series-connected, each having at least one capacitor and in each case at least one discharge current limiting the series resistor comprehensive circuit parts.
  • the invention further relates to uses of this circuit arrangement.
  • the object of the present invention is to provide a circuit arrangement with a high-voltage strength of at least 10 kV, which can be realized in comparison to the state of the art with time and cost savings and opens up a wide range of possible uses.
  • a high-voltage strength of at least 10 kV, at least two series-connected, at least one capacitance, and in each case at least one series resistance limiting a discharge current comprise the circuit parts, wherein - The minimum number of circuit parts by the mann ⁇ same high-voltage strength of all maral ⁇ ended circuit parts is determined.
  • the at least one capacitance of each circuit part has a dielectric strength of at most 3 kV
  • the at least one series resistor each GmbHungs ⁇ part has a resistance of at least 10 ⁇
  • At least some of the circuit parts are arranged on a common printed circuit board.
  • the invention provides a circuit arrangement which, despite its use in a high-voltage environment of more than 10 kV, manages with standardized electronic components on a commercial printed circuit board.
  • capacitors with maximum dielectric strength of 3 kV are connected in series with series resistors in such a way that a high-voltage environment corresponding to the high-voltage environment is ensured.
  • the circuit is modular.
  • a module which is to be equated with the circuit part comprises at least one capacitor and a discharge current limiting the series resistance of at least 10 ⁇ . The serial connection of the circuit parts then gives the entire
  • Circuitry It is expedient to use approximately identical circuit parts in order to ensure a uniform voltage drop along the circuit. This also occurring impulse voltages are distributed evenly over the entire circuit, which is another
  • the voltage or the current in the circuit arrangement at the location of the tap can be determined by means of a tap.
  • a tap can also be used as connection or
  • each circuit part of the circuit arrangement is designed as a parallel circuit, in which a resistor connected in parallel with at least one capacitor and at least one series resistor is provided with a resistance value of at least 10 ⁇ . Due to the resistors connected in parallel, a defined voltage drop is forced along the entire circuit arrangement, so that voltage ratios which are always defined at the respective capacitors are always present. In this case, it is favorable that all resistance values of the parallel resistances along the entire circuit arrangement are approximately equal, so that a uniform voltage drop along the circuit arrangement is achieved. If a specific stress profile is desired along the entire stress arrangement, the individual shunt resistances can have different resistance values in accordance with the profile specification.
  • circuit parts are arranged on the printed circuit board by means of soldered connections. Leave it the electronics components to be arranged on the printed circuit board can be easily fastened and contacted at the same time.
  • the circuit arrangement can advantageously be produced automatically. Since standardized electronic components are used, the printed circuit board can advantageously be equipped with the corresponding capacitors and resistors by automatic production methods of the electronics and soldered. The production speed and the production costs for the circuit arrangement are hereby minimized in a particularly advantageous manner. By realizing the circuit arrangement or parts of the circuit arrangement on a printed circuit board, a simpler removal of a divider tap is also made possible.
  • the circuit arrangement can be used in particular as a voltage divider for a DC voltage measurement. Likewise, use of the circuit arrangement as a voltage divider for AC voltage measurement is to be provided. For an alternating voltage measurement, it is then possible to dispense with the parallel resistances which are advantageous for a DC voltage measurement.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an HV circuit arrangement as RC voltage divider for DC voltage measurements
  • FIG. 2 shows the circuit diagram corresponding to FIG. 1 and FIG.
  • FIG. 3 shows the circuit diagram of an HV circuit arrangement as RC voltage divider for AC voltage measurements. Corresponding parts are provided in Figures 1 to 3 with the same reference numerals.
  • HV circuit arrangement S as an RC voltage divider for example, DC voltage measurements shown schematically.
  • the sauce ⁇ formed circuit arrangement S with a Hochwoodsfestig ⁇ speed of at least 10 kV shows the associated wesentli chen components.
  • the entire HV circuit arrangement S is realized on a printed circuit board LP; In this case, individual circuit components Si, S2,..., S n connected in series are all located on a printed circuit board LP.
  • circuit parts Si, S2,..., S n can also be arranged on a plurality of conductor plates; For this purpose, only electrical contacts between the circuit components Si, S2,..., S n located on different circuit boards need to be ensured.
  • the printed circuit board LP can be a 1- to 4-layer printed circuit board LP made of glass-fiber-reinforced epoxy resin or Teflon with a length in the range of 0.2 m to 5 m and a width in the range of 2 cm to 20 cm.
  • each circuit part Si, S2, ..., S n at least one capacitor Ci, C2, ..., C n and at least one resistor R s , R S 2, ..., R 3n are connected in series .
  • Foil capacitors in particular MKP or FKP capacitors, are particularly suitable as capacitors C 1, C 2,..., C n .
  • a further resistor R P i, R P 2,..., R pn may be formed from at least one capacitor C 1, C 2,. C n and at least one resistor R s i, R S 2, ..., R S n are switched.
  • the electrical connection between the electronic components takes place with printed conductors L, which can be formed, for example, on the underside of the printed circuit board LP. This is indicated by the dashed lines in FIG. 1, which are intended to represent the printed conductors L schematically.
  • the circuit S has two terminals Ao and A n , which are provided as electrical input and electrical output. For example, a high voltage of 70 kV can hereby be connected to the input A 0 , while the output A n is conducted to ground potential. Further, between the circuit parts Si, S2, ..., S n taps Ai to A n -i arranged, which allow easy access to the voltages and currents present at the points for measurement purposes. However, they can also serve as node or connection points for extensions of the circuit arrangement S according to the invention.
  • FIG. 2 shows the electrical circuit structure for the circuit arrangement S in FIG. 1
  • the entire Heidelbergs ⁇ arrangement S consists of serially connected Schal ⁇ processing parts Si, S2, ..., S n . With A 0 and A n , the input and the output of the circuit S is indicated. Between the circuit parts Si, S2,..., S n , as described above, taps Ai to A n _i are provided.
  • Each circuit part Si, S2,..., S n consists of two branches Z s i and Zpi, Z s2 and Zp 2 ,..., Z sn and Z pn , each at two node points Pn and P12, P21 and P22 ⁇ ..., Pni and P n 2 are connected to each other.
  • a branch Z s i, Z s2 ,..., Z sn in this case comprises the series circuit comprising the at least one capacitor Ci, C2,..., C n and the at least one resistor R s i, R s 2,. .., R S r while the other branch Z p i, Z p2 ,..., Z pn is provided with the parallel resistance Rpi, R P 2,..., R pn .
  • the capacitors Ci, C2,..., C n used in the branches Z s i to Z sn have one
  • a resistance value of at least 10 ⁇ and for the respective parallel resistances R p i to R pn a resistance of at least 100 k ⁇ should be selected.
  • the series resistances R s i, R s 2,..., R s n are to be dimensioned so that at the highest predetermined impulse voltage load (span voltage) rated strength), the maximum permissible capacitor current is not exceeded.
  • circuit components Si, S2,..., S n for example capacitors C 1, C 2,..., C n with a capacitance of 0.1 F and a voltage rating of 1 kV, are used.
  • a total of at least n 70 circuit parts Si, S2,..., S n must be used.
  • the individual series resistances R s i, R s 2,..., R s n have a resistance value of 100 ⁇ and 10 W maximum load capacity and the individual parallel resistances R p i, R P 2,... , R pn a resistance of 7 M ⁇ and 10 W maximum load capacity.
  • a desired profile for the voltage drop along the arrangement of circuitry to receive S can be prepared according Kondensato ⁇ ren Ci, C2, ..., C n with different capacities and Wider ⁇ stands R s i, ..., R 3n, Rpi, ... Rp n can be used with different resistance values.
  • FIG. 3 shows a corresponding circuit diagram.
  • Each circuit part Si to S n comprises only the first branch Z 3 i to Z 3n with the respective at least one capacitor Ci, C2,..., C n and the respective at least one series resistor R 3 i, R 3 2, ..., R ⁇ 3 sn ⁇
  • n 70 circuit parts Si, S2, ..., S n must be connected in series, if there are capacitors Ci, C2, ..., C n with a capacity of 0.1 F and a dielectric strength of 1 kV was ⁇ used.
  • the series resistors R 3 i, R 3 2, ..., R 3n have in this Embodiment in each case a resistance of 100 ⁇ and 10 W maximum load capacity.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung (S) mit einer Hochspannungsfestigkeit von mindestens 10 kV, mindestens zwei in Serie geschalteten, jeweils mindestens eine Kapazität (C1, C2, ..., Cn) und jeweils mindestens einen einen Entladungsstrom begrenzenden Serienwiderstand (Rs1, Rs2, …, Rsn) umfassenden Schaltungsteilen (S1, S2, ..., Sn) , wobei die Mindestzahl der Schaltungsteile (S1, S2, ..., Sn) durch die gemeinsame Hochspannungsfestigkeit aller in Serie geschalteten Schaltungsteile (S1, S2, ..., Sn) bestimmt ist. Weiter ist für die Schaltungsan- Ordnung (S) vorgesehen, dass die mindestens eine Kapazität (C1, C2, ..., Cn) jedes Schaltungsteils (S1, S2, ..., Sn) eine Spannungsfestigkeit von höchstens 3 kV aufweist, der mindestens eine Serienwiderstand (Rs1, Rs2, …, Rsn) jedes Schaltungsteils (S1, S2, ..., Sn) einen Widerstandswert von zumindest 10 Ω aufweist, und zumindest einige der Schaltungsteile (S1, S2, ..., Sn) auf einer gemeinsamen Leiterplatte (LP) angeordnet sind.

Description

Beschreibung
HV-Schaltungsanordnung mit einer Hochspannungsfestigkeit von mindestens 10 kV und Verwendungen der Anordnung
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit einer Hochspannungsfestigkeit von mindestens 10 kV und mindestens zwei in Serie geschalteten, jeweils mindestens eine Kapazität und jeweils mindestens einen einen Entladungsstrom begrenzen- den Serienwiderstand umfassenden Schaltungsteilen. Die Erfin¬ dung betrifft ferner Verwendungen dieser Schaltungsanordnung.
Es werden hohe Anforderungen an Bauelemente für Schaltungen in einer Hochspannungsumgebung mit Spannungen über 10 kV, wie sie beispielsweise in Hochspannungsnetzen oder Bahnoberlei¬ tungen zu finden ist, gestellt. Bei der Realisierung von diesbezüglichen Schaltungen für Messzwecke, insbesondere für Spannungsmessungen, spielt die Spannungsfestigkeit der ver¬ wendeten Kondensatoren eine ausschlaggebende Rolle. Kondensa- toren, die eine Spannungsfestigkeit bei Hochspannungen von insbesondere über 70 kV gewährleisten, sind aufwändig und kostspielig herzustellen. So werden bei der Fertigung ent¬ sprechender Kondensatoren mit einer Wickelmaschine herge¬ stellte ölimprägnierte Flachwickel von Hand zu einem Stapel in einem Isoliergestell zusammengepresst. Hierzu wird auf die Informationsbroschüre: „Kopplungs-Kondensatoren, Publ. FKK 8.92" der Firma „Hochspannungsgeräte Porz GmbH" verwiesen. Erweitert man einen derartigen Kondensator entsprechend um Serien- und Parallelwiderstände, erhält man einen RC-Span- nungsteiler, der in einer Hochspannungsumgebung verwendet werden kann. Da auch dies in der Regel in Handarbeit ge¬ schieht, erweist sich eine Produktion dieser für Hochspan¬ nungsumgebungen vorgesehenen RC-Spannungsteiler als zeit- und kostenintensiv.
Im Dokument „Bulletin Des Schweizerischen Elektrotechnischen Vereins" 62 (1971), Seiten 929-935, sind kapazitive Span¬ nungsteiler für die Messung hoher Blitzstoßspannungen, hoher Schaltstoßspannungen und hoher Wechselspannungen angegeben. Die Spannungsteiler weisen entweder eine Serienschaltung von Einzelkondensatoren oder eine Serienschaltung von vielen Ein¬ zelwiderständen und Einzelkondensatoren auf. Hierzu werden aufwendig herzustellende, spannungsfeste Einzelkondensatoren aus Ölpapierwickeln verwendet.
Im Dokument „IEEE Transaction on Power Apparatus and System", No.2 (1976), Seiten 595-602, ist ebenfalls ein Spannungstei- ler für die Messung hoher Blitzstoßspannungen, hoher Schalt¬ stoßspannungen und hoher Wechselspannungen angegeben. Der Spannungsteiler weist dabei eine Serie von in Serie und pa¬ rallel geschalteten Einzelwiderständen und Einzelkondensato¬ ren auf. Auch hierzu werden aufwendig herzustellende, spe- ziell entwickelte, spannungsfeste Einzelkondensatoren aus Öl¬ papierwickeln verwendet, wobei zudem die gesamte Schaltungs¬ anordnung in einem zylindrischen mit Mineralöl oder Schwefel- hexafluorid (SFO) gefüllten Epoxydharzcontainer aufwendig ge¬ lagert ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsan¬ ordnung mit einer Hochspannungsfestigkeit von mindestens 10 kV anzugeben, die gegenüber dem Stand der Technik mit Zeit- und Kostenersparnis realisierbar ist und weite Verwen- dungsmöglichkeiten eröffnet.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung, soweit sie sich auf die Anordnung bezieht, mit den in Patentanspruch 1 angegebe¬ nen Maßnahmen gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung handelt es sich um eine Schaltungsanordnung mit
- einer Hochspannungsfestigkeit von mindestens 10 kV, -mindestens zwei in Serie geschalteten, jeweils mindes- tens eine Kapazität und jeweils mindestens einen einen Entladungsstrom begrenzenden Serienwiderstand umfassen¬ den Schaltungsteilen, wobei - die Mindestzahl der Schaltungsteile durch die gemein¬ same Hochspannungsfestigkeit aller in Serie geschal¬ teten Schaltungsteile bestimmt ist.
Die Anordnung soll dadurch gekennzeichnet sein, dass
- die mindestens eine Kapazität jedes Schaltungsteils eine Spannungsfestigkeit von höchstens 3 kV aufweist,
- der mindestens eine Serienwiderstand jedes Schaltungs¬ teils einen Widerstandswert von zumindest 10 Ω aufweist, und
- zumindest einige der Schaltungsteile auf einer gemeinsa¬ men Leiterplatte angeordnet sind.
Die Erfindung sieht eine Schaltungsanordnung vor, die trotz des Einsatzes in einer Hochspannungsumgebung von über 10 kV mit standardisierten Elektronikbauteilen auf einer handelsüb¬ lichen Leiterplatte auskommt. Dabei werden Kondensatoren mit maximaler Spannungsfestigkeit von 3 kV mit Serienwiderständen derart in Reihe geschaltet, dass eine der Hochspannungsumge- bung entsprechenden Hochspannungsfestigkeit gewährleistet ist. Die Schaltung ist dabei modular aufgebaut. Ein Modul, das mit dem Schaltungsteil gleichzusetzen ist, umfasst dabei mindestens einen Kondensator und einen Entladungsstrom be¬ grenzenden Serienwiderstand von mindestens 10 Ω. Die serielle Verknüpfung der Schaltungsteile ergibt dann die gesamte
Schaltungsanordnung. Es ist zweckmäßig, annähernd identische Schaltungsteile zu verwenden, um einen gleichmäßigen Span¬ nungsabfall entlang der Schaltung zu gewährleisten. Damit werden auch vorkommende ImpulsSpannungen gleichmäßig über die gesamte Schaltungsanordnung verteilt, was einen weiteren
Durchschlagsschutz für die einzelnen Kondensatoren darstellt. Denkbar ist aber auch, Schaltungsteile mit unterschiedlich dimensionierten Kondensatoren und Widerständen zu verwenden, wenn beispielsweise ein bestimmtes Profil für den Spannungs- abfall entlang der gesamten Schaltungsanordnung gewünscht ist. Durch die Verwendung von standardisierten, leicht be¬ ziehbaren Elektronikbauteilen lässt sich eine beträchtliche Kosteneinsparung bei derartigen HV(High Voltage) -Schaltungs- anordnungen erreichen. Darüber hinaus birgt der Einsatz der „einfachen" standardisierten Kondensatoren noch einen weite¬ ren Vorteil: Diese Kondensatoren sind Öl- bzw. gasfrei ver¬ kapselt, so dass bei Leckage des Kondensators die Umwelt nicht belastet wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung ergeben sich aus den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen.
So ist es von Vorteil, zwischen den in Serie geschalteten Schaltungsteilen eine Anzapfung vorzusehen. Über eine Anzap¬ fung lässt sich beispielsweise die Spannung oder der Strom in der Schaltungsanordnung am Ort der Anzapfung bestimmen. Dar- über hinaus kann eine Anzapfung auch als Verbindungs- bzw.
Knotenpunkt dienen, mittels dem sich die Schaltungsanordnung problemlos durch weitere Schaltungselemente erweitern lässt.
Besonders vorteilhaft ist es, dass jedes Schaltungsteil der Schaltungsanordnung als Parallelschaltung ausgeführt ist, bei der ein zum mindestens einen Kondensator und zum mindestens einen Serienwiderstand parallel geschalteter Widerstand mit einem Widerstandswert von zumindest 10 Ω vorgesehen ist. Durch die parallel geschalteten Widerstände wird entlang der gesamten Schaltungsanordnung ein definierter Spannungsabfall erzwungen, damit an den jeweiligen Kondensatoren stets defi¬ nierte Spannungsverhältnisse vorliegen. Dabei ist es günstig, dass alle Widerstandswerte der Parallelwiderstände entlang der gesamten Schaltungsanordnung annähernd gleich sind, damit ein gleichmäßiger Spannungsabfall entlang der Schaltungsan¬ ordnung erreicht wird. Ist ein bestimmtes Spannungsprofil entlang der gesamten Spannungsanordnung gewünscht, können entsprechend der Profilvorgabe die einzelnen Parallelwider¬ stände unterschiedliche Widerstandswerte aufweisen.
Es ist günstig, wenn die Schaltungsteile mittels Lötverbin¬ dungen auf der Leiterplatte angeordnet sind. Damit lassen sich die auf der Leiterplatte anzuordnenden Elektronikbautei¬ le einfach befestigen und zugleich kontaktieren.
So ist die Schaltungsanordnung vorteilhafterweise automati- siert herstellbar. Da standardisierte Elektronikbauteile ver¬ wendet werden, lässt sich die Leiterplatte vorteilhaft mit automatischen Fertigungsverfahren der Elektronik mit den ent¬ sprechenden Kondensatoren und Widerständen bestücken und ver¬ löten. Die Fertigungsgeschwindigkeit und die Fertigungskosten für die Schaltungsanordnung werden hiermit in besonders vor¬ teilhafter Weise minimiert. Durch die Realisierung der Schal¬ tungsanordnung bzw. Teile der Schaltungsanordnung auf einer Leiterplatte ist zudem eine einfachere Herausführung einer Teileranzapfung ermöglicht.
Die Schaltungsanordnung lässt sich insbesondere als Span¬ nungsteiler für eine Gleichspannungsmessung verwenden. Ebenso ist eine Verwendung der Schaltungsanordnung als Spannungstei¬ ler für eine Wechselspannungsmessung vorzusehen. Für eine Wechselspannungsmessung kann dann auf die für eine Gleich¬ spannungsmessung vorteilhaften Parallelwiderstände verzichtet werden.
Bevorzugte, jedoch keinesfalls einschränkende Ausführungsbei- spiele der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnung nä¬ her erläutert. Zur Verdeutlichung ist die Zeichnung nicht maßstäblich ausgeführt, und gewisse Merkmale sind nur schema¬ tisiert dargestellt. Im Einzelnen zeigen
Figur 1 eine schematische Darstellung einer HV-Schaltungsan- ordnung als RC-Spannungsteiler für Gleichspannungs¬ messungen,
Figur 2 das zu Figur 1 entsprechende Schaltbild und
Figur 3 das Schaltbild einer HV-Schaltungsanordnung als RC- Spannungsteiler für Wechselspannungsmessungen. Einander entsprechende Teile sind in den Figuren 1 bis 3 mit denselben Bezugszeichen versehen.
In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel für eine HV-Schal- tungsanordnung S als RC-Spannungsteiler für beispielsweise Gleichspannungsmessungen schematisch dargestellt. Die abge¬ bildete Schaltungsanordnung S mit einer Hochspannungsfestig¬ keit von mindestens 10 kV zeigt die dazugehörigen wesentli¬ chen Bauteile.
Die gesamte HV-Schaltungsanordnung S ist auf einer Leiter¬ platte LP realisiert; dabei befinden sich einzelne in Reihe geschaltete Schaltungsteile Si, S2, ..., Sn alle auf einer Lei¬ terplatte LP. Es sind aber auch Ausführungsbeispiele denkbar, bei denen Schaltungsteile Si, S2, ..., Sn auch auf mehreren Lei¬ terplatten angeordnet sein können; dazu müssen lediglich elektrische Kontakte zwischen den auf unterschiedlichen Lei¬ terplatten befindlichen Schaltungsteilen Si, S2, ..., Sn gewähr¬ leistet sein. Die Leiterplatte LP kann dabei eine 1- bis 4- lagige Leiterplatte LP aus glasfaserverstärktem Epoxydharz oder Teflon mit einer Länge im Bereich von 0,2 m bis 5 m und einer Breite im Bereich von 2 cm bis 20 cm sein.
In jedem Schaltungsteil Si, S2, ..., Sn sind mindestens ein Kon- densator Ci, C2, ..., Cn und mindestens ein Widerstand Rsi, RS2, ..., R3n in Serie geschaltet. Als Kondensatoren Ci, C2, ..., Cn eignen sich besonders Folienkondensatoren, insbesondere MKP- oder FKP-Kondensatoren. Bei Bedarf, beispielsweise für Gleichspannungsmessungen, kann, wie in Figur 1 abgebildet, ein weiterer Widerstand Rpi, RP2, ..., Rpn parallel zu dieser Se¬ rienschaltung aus mindestens einem Kondensator Ci, C2, ..., Cn und mindestens einem Widerstand Rsi, RS2, ..., RSn geschaltet werden. Die elektrische Verbindung zwischen den elektroni¬ schen Bauteilen erfolgt mit Leiterbahnen L, die beispiels- weise auf der Unterseite der Leiterplatte LP ausgebildet sein können. Angedeutet ist dies durch die gestrichelten Linien in Figur 1, welche die Leiterbahnen L schematisch darstellen sollen. Die Schaltungsanordnung S verfügt über zwei Anschlüsse Ao und An, die als elektrischer Eingang und elektrischer Ausgang vorgesehen sind. Beispielsweise kann hiermit eine Hochspan- nung von 70 kV an den Eingang A0 angeschlossen werden, wäh¬ rend der Ausgang An auf Erdpotential geführt wird. Weiter sind zwischen den Schaltungsteilen Si, S2, ..., Sn Anzapfungen Ai bis An-i angeordnet, die den einfachen Zugriff auf die an den Stellen vorliegenden Spannungen und Ströme zu Messzwecken ermöglichen. Sie können aber auch als Knoten- bzw. Verknüp¬ fungspunkte für Erweiterungen der erfindungsgemäßen Schal¬ tungsanordnung S dienen.
In Figur 2 ist die elektrische Schaltungsstruktur für die in Figur 1 schematisch dargestellte Schaltungsanordnung S in
Form eines Schaltbildes dargestellt. Die gesamte Schaltungs¬ anordnung S besteht dabei aus in Serie geschalteten Schal¬ tungsteilen Si, S2, ..., Sn. Mit A0 und An ist der Eingang und der Ausgang der Schaltungsanordnung S angedeutet. Zwischen den Schaltungsteilen Si, S2, ..., Sn sind, wie vorangehend dar¬ gestellt, Anzapfungen Ai bis An_i vorgesehen. Jedes Schal¬ tungsteil Si, S2, ..., Sn besteht dabei aus zwei Zweigen Zsi und Zpi, Zs2 und Zp2, ..., Zsn und Zpn, die an jeweils zwei Knoten¬ punkten Pn und P12, P21 und P22Λ ..., Pni und Pn2 miteinander ver- bunden sind. Ein Zweig Zsi, Zs2, ..., Zsn umfasst dabei die Se¬ rienschaltung aus dem mindestens einen Kondensator Ci, C2, ..., Cn und dem mindestens einen Widerstand Rsi, RS2, ..., RSnr wäh¬ rend der andere Zweig Zpi, Zp2, ..., Zpn mit dem Parallelwider¬ stand Rpi, RP2, ..., Rpn versehen ist. Die in den Zweigen Zsi bis Zsn verwendeten Kondensatoren Ci, C2, ..., Cn haben dabei eine
Spannungsfestigkeit von maximal 3 kV. Kondensatoren mit die¬ ser Spannungsfestigkeit sind preiswert und in großer Anzahl leicht zu beziehen. Für die jeweiligen Serienwiderstände Rsi bis Rsn sollte ein Widerstandswert von mindestens 10 Ω und für die jeweiligen Parallelwiderstände Rpi bis Rpn ein Wider¬ standswerte von mindestens 100 kΩ gewählt werden. Die Serien¬ widerstände Rsi, RS2, ..., RSn sind so zu dimensionieren, dass bei der größten vorgegebenen Stoßspannungsbelastung (Span- nungsfestigkeit) der maximal zulässige Kondensatorstrom nicht überschritten wird.
Verwendet man für gleich dimensionierte in Reihe geschaltete Schaltungsteile Si, S2, ..., Sn, beispielsweise Kondensatoren Ci, C2, ..., Cn mit einer Kapazität von 0,1 F und einer Span¬ nungsfestigkeit von 1 kV, so müssen, damit eine Spannungsfes¬ tigkeit der gesamten Schaltungsanordnung S von beispielsweise 70 kV gewährleistet ist, insgesamt mindestens n=70 Schal- tungsteile Si, S2, ..., Sn verwendet werden. Die einzelnen Se¬ rienwiderstände Rsi, RS2, ..., RSn haben dabei einen Widerstands¬ wert von 100 Ω und 10 W Maximalbelastbarkeit und die einzel¬ nen Parallelwiderstände Rpi, RP2, ..., Rpn einen Widerstandswert von 7 MΩ und 10 W Maximalbelastbarkeit.
Denkbar sind auch Ausführungsbeispiele, bei denen die einzel¬ nen in Reihe geschalteten Schaltungsteile Si, S2, ..., Sn nicht gleich dimensioniert ausgeführt sind. Um beispielsweise ein gewünschtes Profil für den Spannungsabfall entlang der Schal- tungsanordnung S zu erhalten, können entsprechend Kondensato¬ ren Ci, C2, ..., Cn mit unterschiedlichen Kapazitäten und Wider¬ stände Rsi, ..., R3n, Rpi, ... Rpn mit unterschiedlichen Wider¬ standswerten verwendet werden.
Bei Verwendung der Schaltungsanordnung S für Wechselspan¬ nungsmessungen kann auf den jeweils zweiten Zweig Zpi bis Zpn verzichtet werden. In Figur 3 ist ein entsprechendes Schalt¬ bild dargestellt. Jedes Schaltungsteil Si bis Sn umfasst da¬ bei nur den ersten Zweig Z3i bis Z3n mit dem jeweiligen min- destens einen Kondensator Ci, C2, ..., Cn und dem jeweiligen mindestens einen Serienwiderstand R3i, R32, ..., R ^3sn ■
Für eine Hochspannungsfestigkeit der gesamten Schaltungsan¬ ordnung S von beispielsweise 70 kV müssen mindestens n=70 Schaltungsteile Si, S2, ..., Sn in Reihe geschaltet werden, wenn dabei Kondensatoren Ci, C2, ..., Cn mit einer Kapazität von 0,1 F und einer Spannungsfestigkeit von 1 kV verwendet wer¬ den. Die Serienwiderstände R3i, R32, ..., R3n haben bei diesem Ausführungsbeispiel jeweils einen Widerstandswert von 100 Ω und 10 W Maximalbelastbarkeit.

Claims

Patentansprüche
1. Schaltungsanordnung mit
- einer Hochspannungsfestigkeit von mindestens 10 kV, - mindestens zwei in Serie geschalteten, jeweils mindes¬ tens eine Kapazität (Ci, C2, ..., Cn) und jeweils mindes¬ tens einen einen Entladungsstrom begrenzenden Serienwi¬ derstand (Rsi, RS2Λ ..., RSn) umfassenden Schaltungsteilen (Si, S2, ..., Sn) , wobei - die Mindestzahl der Schaltungsteile (Si, S2, ..., Sn) durch die gemeinsame Hochspannungsfestigkeit aller in Serie geschalteten Schaltungsteile (Si, S2, ..., Sn) be¬ stimmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass - die mindestens eine Kapazität (Ci, C2, ..., Cn) jedes
Schaltungsteils (Si, S2, ..., Sn) eine Spannungsfestigkeit von höchstens 3 kV aufweist,
- der mindestens eine Serienwiderstand (Rsi, RS2Λ ..., RSn) jedes Schaltungsteils (Si, S2, ..., Sn) einen Widerstands- wert von zumindest 10 Ω aufweist, und
- zumindest einige der Schaltungsteile (Si, S2, ..., Sn) auf einer gemeinsamen Leiterplatte (LP) angeordnet sind.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch jeweils eine Anzapfung (Ai, A2, ..., An_i) zwischen den in Serie geschalteten Schaltungsteilen (Si, S2, ..., Sn) .
3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da¬ durch gekennzeichnet, dass jedes Schaltungsteil (Si, S2, ..., Sn) als Parallelschaltung ausgeführt ist, bei der ein zum mindestens einen Kondensator (Ci, C2, ..., Cn) und zum mindes¬ tens einen Serienwiderstand (Rsi, RS2Λ ..., RSn) parallel ge¬ schalteter Widerstand (Rpi, Rp2, ..., Rpn) mit einem Widerstands¬ wert von zumindest 100 kΩ vorgesehen ist.
4. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsteile (Si, S2, ..., Sn) mittels Lötverbindungen auf der Leiterplatte (LP) angeordnet sind.
5. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprü- che, gekennzeichnet durch eine automatisierte Herstellbar¬ keit.
6. Verwendung der Schaltungsanordnung nach einem der vorange¬ henden Ansprüche als Spannungsteiler für eine Gleichspan- nungsmessung.
7. Verwendung der Schaltungsanordnung nach einem der Ansprü¬ che 1 oder 2 als Spannungsteiler für eine Wechselspannungs¬ messung.
PCT/EP2005/053807 2004-08-06 2005-08-03 Hv-schaltungsanordnung mit einer hochspannungsfestigkeit von mindestens 10 kv und verwendungen der anordnung WO2006015966A1 (de)

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