Induktiver Spannungswandler für eine vollisolierte, metallgekapselte Hochspannungsschaltanlage

Abstract

 Die Erfindung bezieht sich auf einem in einem Kessel einer vollisolierten, metallgekapselten Hochspannungsschaltanlage untergebrachten induktiven Spannungswandler. Um einen solchen Wandler so zu verbessern, daß er bei anormalen Betriebszuständen mechanische Beschädigungen nicht erfährt, befindet sich im Kessel (1) eine Widerstandseinrichtung (6), die sich von der Hochspannungszuleitung (24) zum aktiven System erstreckt (Fig. 1).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung geht von einem induktiven Spannungswandler für eine vollisolierte, metallgekapselte Hochspannungsschaltanlage mit einem an die Metallkapsel der Schaltanlage anflanschbaren Kessel aus, in dem sich das aktive System des Spannungswandlers befindet und in dem eine Hochspannungszuleitung endet.

[0002] Bei einem bekannten induktiven Spannungswandler dieser Art (DE-AS 24 52 056) ist die Hochspannungswicklung des aktiven Systems von einer ringförmigen Hochspannungselektrode umfaßt. Mit der Hochspannungselektrode ist eine Hochspannungszuleitung mechanisch und elektrisch verbunden. Die Hochspannungszuleitung ist in einem AbschluBisolator des Kessels befestigt.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen induktiven Spannungswandler für eine vollisolierte, metallgekapselte Hochspannungsschaltanlage so zu verbessern, daß auch bei anormalen Betriebszuständen mit drohendem großem Strom durch die Primärwicklung eine mechanische Beschädigung des Wandlers nicht auftreten kann.

[0004] Zur Lösung dieser Aufgabe befindet sich bei einem induktiven Spannungswandler der eingangs angegebenen Art erfindtngsgemäß im Kessel eine Widerstandseinrichtung, und die Widerstandseinrichtung erstreckt sich von der Hochspannungszuleitung zum aktiven System.

[0005] DerErfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß insbesondere an Kabel angeschlossener induktive Spannungswandler bei Entladungsvorgängen primärseitig mit einem derart großen Strom beaufschlagt werden können, daß nicht nur : thermische, sondern auch mechanische Überlastung des Spannungswandlers eintritt; die mechanische Überlastung kann dabei so groß werden, daß der gesamte induktive Spannungswandler nachhaltig beschädigt wird._' Wird im Kessel eines induktiven Spannungswandlers für vollisolierte, metallgekapselte Hochspannungsschaltanlagen eine Widerstandseinrichtung untergebracht, die sich von der Hochspannungszuleitung zum aktiven System erstreckt, dann wird dadurch der Strom durch die Primärwicklung des Spannungswandlers verringert und damit auch eine mechanische Überlastung vermieden. Durch die Unterbringung der Widerstandseinrichtung in der Weise, daß sie sich von der Hochspannungszuleitung zum aktiven System erstreckt ist erreicht, daß der Kessel des .Spannungswandlers wegen der Widerstandseinrichtung nicht vergrößert zu werden braucht, weil in der Regel zwischen dem aktiven System und dem der Schaltanlage zugewandten Ende des Kessels ausreichend Raum zur Unterbringung der Widerstandseinrichtung vorhanden ist.

[0006] Es ist zwar bekannt (DE-AS 10 77 319), in Reihe mit der Primärwicklung einen Dämpfungswiderstand anzuordnen, jedoch geht aus dieser Druckschrift nur die schaltungsmäßige Anordnung eines solchen Widerstandes hervor; Angaben über eine vorteilhafte räumliche Anordnung eines solchen Dämpfungswiderstandes insbesondere bei induktiven Spannungswandler für vollisolierte, metallgekapselte Hochspannungsschaltanlagen finden sich in dieser Druckschrift nicht.

[0007] Die Widerstandseinrichtung kann bei dem erfinduzgsgemäßen induktiven Spannungswandler in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein. Aus hochspannungstechnischen Gründen und vor allem zur Erzielung einer Widerstandseinrichtung mit möglichst hoher mechanischer Festigkeit hat . es sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, wenn die Widerstandseinrichtung aus einem säulenförmigen Aufbau mehrerer Massewiderstandselemente besteht, die mittels an den Enden des säulenförmigen Aufbaus befindlicher Druckplatten zusammengehalten sind; die eine Druckplatte ist an der Hochspannungszuleitung befestigt und die andere Druckplatte mit dem aktiven System verbunden.

[0008] Um eine feste mechanische Verbindung der Widerstandseinrichtung mit der Hochspannungszuleitung zu erreichen, trägt die eine Druckplatte vorteilhafterweise einen Gewindezapfen, der von einerGewindebohrung in der Hochspannungszuleitung aufgenommen ist.

[0009] Um einen möglichst einfach montierbaren,induktiven Spannungswandler zu erhalten, ist gemäß einer Weiterbildung deserfindungsgemäßen Spannungswandlers an dem aktiven System an der der Widerstandseinrichtung zugewandten Stelle eine Steckereinrichtung angebracht, und die andere Druckplatte weist eine Ausnehmung auf; die Steckereinrichtung greift in die Ausnehmung ein. Bei der Montage deserfindungsgemäßen Spannungswandlers muß dann an der Stelle zwischen der Widerstandseinrichtung und dem aktiven System lediglich eine Steckverbindung hergestellt werden.

[0010] Um einerseits eine sicher wirkende Steckverbindung zu erreichen und um andererseits die Steckverbindung ohne Schwierigkeiten zustande bringen zu können, ist die Ausnehmung in der anderen Druckplatte zylindrisch und erweitert sich zum aktiven System hin trichterförmig.

[0011] Die Widerstandseinrichtung gemäß der Erfindung läßt sich grundsätzlich bei allen induktiven Spannungswandlern für vollisolierte, metallgekapselte Hochspannungsschaltanlagen unabhängig von den jeweiligen Aufbau bzw. der konstruktiven Ausgestaltung des aktiven Systems anwenden. In besonders vorteilhafter Weise läßt sich . die Widerstandseinrichtung bei einem Spannungswandler mit einer die Hochspannungswicklung des aktiven Systems koaxial umfassenden Hochspannungselektrode einsetzen, wenn die Widerstandseiprichtung zwischen der Hochspannungszuleitung und der Hochspannungselektrode liegt.

[0012] In diesem Falle kann die Hochspannungselektrode in konstruktiv einfacher Weise mit der Steckereinrichtung versehen werden, so daß insgesamt ein einfacher Aufbau trotz Einsatzes der Widerstandsein- _Tichtung erzielt ist.

[0013] Die Widerstandseinrichtung selbst kann in unterschiedlicher Weise ausgeführt sein. Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn bei ihr zwischen zwei im säulenförmigen Aufbau jeweils aufeinanderfolgenden Widerstandselementen eine runde Metallscheibe liegt, die mit zwei gleich hohen Einpressungen auf verschiedenen Seiten versehen ist; die Einpressungen sind in aufeinanderfolgenden Metallscheiben in seitlicher Richtung zyklisch derart versetzt, daß eine wendelförmige Anordnung der Massewiderstandselemente entsteht. Der wesentliche Vorteil einer derart ausgebildeten Widerstandseinrichtung besteht darin, daß mit ihr eine relativ geringe Bauhöhe erzielbar ist, was im Hinblick auf die beengten Platzverhältnisse im Kessel eines induktiven Spannungswandlers besonders vorteilhaft ist.

[0014] Eine wendelförmige Anordnung von Widerstandselementen mit dazwischenliegenden, runden Metallscheiben ist zwar bekannt (DE-PS 10 15 909 und FR-PS 1 318 052), jedoch handelt es sich bei den bekannten Anordnungen nicht um Vorwiderstände für induktive Spannungswandler, sondern um speziell ausgebildete Überspannungsableiter.

[0015] Bei der Widerstandseinrichtung weisen die Metallscheiben auf jeder Seite den Einpressungen diametral gegenüber mindestens eine weitere Einpressung zur Aufnehmung eines Isolierenden Abstandselementes auf. Vorteilhafterweise sind zwei weitere Einpressungen vorgesehen, wodurch erreicht ist, daß sich die einzelnen Metallscheiben bei Druckausübung auf die Druckplatten unter Ausbildung eines geraden säulenförmigen Aufbaus gegeneinander pressen.

[0016] Die Metallscheiben weisen ferner vorteilhafterweise drei um 120° gegeneinander versetzte Durchgangslöcher auf, durch die jeweils ein Spannbolzen aus Isolierwerkstoff geführt ist; die Spannbolzen verspannen die Druckplatten miteinander. Auf diese Weise ist ein mechanisch feste Ausgestßltung der Widerstandseinrichtung erreicht.

[0017] Die Spannbolzen aus Isolierwerkstoff sind in der einen Druckplatte vorteilhafterweise durch Stifte gehalten, die in Querbohrungen der Spannbolzeneingreifen. Im Bereich der anderen Druckplatte tragen die Spannbolzen vorteilhafterweise Gewindebuchsen, auf die zur Verspannung Muttern aufgeschraubt sind.

[0018] Um einen hochspannungstechnisch günstigen Aufbau der Widerstandseinrichtung zu erreichen, sind die Metallscheiben am Rande vorteilhafterweise mit einem umlaufenden- Wulst versehen, Zur Erläuterung der Erfindung ist in

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel deserfindungsgemäßen induktiven Spannungswandlers mit seinen im Zusammenhang mit der Erfindung wesentlichen Teilen, in

Fig. 2 ein Schnitt durch die eine Druckplatte der Widerstandseinrichtung, in

Fig. 3 ein Schnitt durch die andere Druckplatte der Widerstandseinrichtung, in

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Metallscheibe der Widerstandseinrichtung und in

Fig. 5 ein Schnitt durch die Metallscheibe wiedergegeben.

[0019] In einem in der Fig. 1 nur teilweise dargestellten Kessel 1 ist das aktive System 2 des induktiven Spannnungswandlers untergebracht Von dem induktiven System 2 ist in der Fig. 1 nur ein Teil eines Eisenkernes 3 und eine Hochspannungselektrode 4 dargestellt, die eine nicht erkennbare Hochspannungswicklung außen umfaßt.

[0020] An der Hochspannungselektrode 4 ist außen eine Steckereinrichtung.5 angebracht, die eine elektrische Verbindung zu einer Widerstandseinrichtung 6 schafft.

[0021] Die Widerstandseinrichtung 6 enthält an ihrem in der Fig. 1 oberen Ende eine Druckplatte 7 und an ihrem in der Fig. 1 unteren Ende eine weitere Druckplatte 8, Zwischen den Druckplatten 7 und 8 befinden sich mehrere runde Metallscheiben 9, zwischen denen jeweils ein. Massewiderstandselement 10 untergebracht ist. Die Widerstandseinrichtung 6 wird durch drei Spannbolzen 11 aus Isolierwerkstoff zusammengehalten, die durch jeweils um 120° gegeneinander versetzte Durchgangslöcher 12, 13 und 14 der Metallscheiben 9 (vgl. auch die Figuren 2 und 3) geführt sind.

[0022] Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist jeder der Spannbolzen 11 in Durchgangslöchem 15 in der einen Druckplatte 7 geführt und durt durch Stifte 16 gehalten, die durch Querbohrungen 17 geführt sind. Im Bereich der anderen Druckplatte 8 sind die Spannbolzen 11 mit jeweils einer Gewindebuchse 18 (vgl. Fig. 3) versehen. Die Gewindebuchsen 18 können auf die Spannbolzen aufgeklebt sein. Unter Zwischenlage von Tellerfedern 19 wird auf die Gewindebuchsen 18 eine Mutter 20 geschraubt und dadurch eine Spannkraft auf die Druckplatten 7 und 8 und damit auch auf die Metallscheiben 9 und die Massewiderstandselemente ausgeübt. Es entsteht somit eine Widerstandeeinrichtung 6 mit einer relativ großen mechanischen Festigkeit.

[0023] Aus Fig. 3 ist ferner entnehmbar, daß die andere Druckplatte 8 eine Ausnehmung 21 aufweist, die zylindrisch verläuft und sich.zur Hochspannungselektrode 4 hin trichterförmig erweitert. Dadurch ist das Einführen der Steckereinrichtung 5 in die Ausnehmung 21 bei der Montage des induktiven Spannungswandlers erleichtert.

[0024] Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist die eine Druckplatte 7 mit einem Gewindezapfen 22 versehen, der von einer Gewindebohrung 23 einer Hochspannungszuleitung 24 aufgenommen ist. Über den Gewindezapfen 22 erfolgt somit eine sichere mechanische und galvanische Verbindung der Widerstandseinrichtung 6 mit der Hochspannungszuleitung 24. Die Hochspannungszuleitung 24 ihrerseits ist in einem Isolator 25 eingebettet, der mittels eines Druckringes 26 unter Zwischenlage eines Dichtringes 27 an einer Abschlußplatte 28 gehalten ist. Diese Abschlußplatte 28 ist unter Zwischenlage eines weiteren Dichtungsringes 29 mit einem Flansch 30 des Kessels 1 verschraubt.

[0025] Wie die Figuren 4 und 5 im einzelnen zeigen, weist jede einzelne Metallscheibe 9 auf ihren verschiedenen Seiten jeweils eine Einpressung 31 bzw. 32 auf. Diese Einpressungen sind um 120° versetzt auf der Metallscheibe 9 angebracht und sind jeweils so ausgebildet, daß sie von einer Seite aus betrachtet jeweils einmal konkav und einmal konvex gestaltet sind. Diametral den Einpressungen 31 und 32 gegenüber sind jeweils zwei weitere Einpressungen 33 und 34 vorhanden, die zur Aufnahme von nicht dargestellten zylindrischen Abstandselementen aus Isolierwerkstoff dienen. Diese Abstandselemente sind entsprechend der Höhe der Massewiderstandselemente in ihrer Länge ausgebildet und sorgen dafür, daß bei einem Zusammendrücken der Widerstandseinrichtung 6 die einzelnen Metallscheiben 9 parallel zueinander liegen und nicht verkanten.

[0026] Bei der Bildung der Widerstandseinrichtung 6 werden die einzelnen Metallscheiben 9 jeweils so aufeinandergeschichtet,daß aufeinanderfolgende Metallscheiben in seitlicher Richtung zyklisch derart versetzt sind, daß eine wendelförmige Anordnung der.Masse Widerstandselemente 10 gebildet ist. Bei dieser Anordnung steht jeweils einer konkaven Einpressung einer Scheibe eine konvexe Einpressung der nächstfolgenden Scheibe gegenüber, wodurch die einzelnen Maseewiderstandselemente sicher gehalten sind. Vor allem jedoch ist eine mechanisch sehr stabile Widerstandseinrichtung mit verhälsnismäßig geringer Bauhöhe erreicht.

[0027] Mit der Erfindung ist ein induktiver Spannungswandler geschaffen, der auch bei im Falle anormaler Betriebszustände drohenden großen Strömen seinen mechanischen Aufbau beibehält, wobei diese Eigenschft ohne nachhaltiger konstruktive Änderungen erreicht ist.

Ansprüche

1. Induktiver Spannungswandler für eine vollisolierte, metallgekapselte Hochspannungsschaltanlage mit einem an die Metallkapsel der Schaltanlage anflanschbaren Kessel, in dem sich das aktive System des Spannungs_- wandlers befindet und in dem eine Hochspannungszuleitung endet, dadurch gekennzeichnet , daß sich im Kessel (1) eine Widerstandseinrichtung (6) befindet und daß sich die Widerstandseinrichtung (6) von der Hochspannungszuleitung (24) zum aktiven System erstreckt.

2. Spannungswandler nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß die Widerstandseinrichtung (6) aus einem säulenförmigen Aufbau mehrerer . Massewiderstandselemente (10) besteht, die mittels an den Enden des säulenförmigen Aufbaus befindlicher Druckplatten (7, 8) zusammengehalten sind, und daß die eine Druckplatte (7) an der Hochspannungszuleitung (24) befestigt und die andere Druckplatte (8) mit dem aktiven System (2) verbunden ist.

3. Spannungswandler nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet , daß die eine Druckplatte (7) einen Gewindezapfen (22) trägt, der von einer Gewindebohrung (23) in der Hochspannungszuleitung (24) aufgenommen ist.

4. Spannungswandler nach Anspruch 2 oder 3 , dadurch gekennzeichnet , daß an dem aktiven System (2) an der der Widerstandseinrichtung (6) zugewandten Stelle eine Steckereinrichtung (5) angebracht ist, daß die andere Druckplatte (8) eine Ausnehmung (21) aufweist und daß die Steckereinrichtung (5) in die Ausnehmung (21) eingreift.

5. Spannungswandler nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet , daß die Ausnehmung (21) zylindrisch ist und sich zum aktiven System hin trichterförmig erweitert.

6. Spannungswandler nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einer die Hochspannungswicklung des aktiven Systems koaxial umfassenden Hochspannungselektrode, dadurch gekennzeichnet , daß die Widerstandseinrichtung (6) zwischen der Hochspannungszuleitung (24) und der Hochspannungselektrode (4) liegt.

7. Spannungswandler nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet , daß die Hochspannungselektrode (4) die Steckereinrichtung (5) trägt.

8. Spannungswandler nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen zwei im säulenförmigen Aufbau jeweils aufeinanderfolgenden Massewiderstandselementen (10) eine runde Metallscheibe (9) liegt, die mit zwei gleich hohen Einpressungen (31, 32) auf verschiedenen Seiten versehen ist, und daß die Einpressungen (31, 32) in aufeinander folgenden Metallscheiben (9) in seitlicher Richtung zyklisch derart versetzt sind, daß eine wendelförmige Anordnung der Massewiderstandselemente (10) entsteht.

9. Spannungswandler nach Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet , daß die Metallscheiben (9) auf jeder Seite der Einpressung (31, 32) diametral gegenüber mindestens eine weitere Einpressung (33, 34) zur Aufnahme eines isolierenden Abstandselementes aufweisen.

10. Spannungswandler nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallscheiben (9) drei um 120° gegeneinander versetzte Durchgangslöcher (12, 13, 14) aufweisen, daß durch die fluchtenden Durchgangslöcher (12, 13, 14) der Metallscheiben (9) jeweils ein Spannbolzen (11) aus Isolierwerkstoff geführt ist und daß die Spannbolzen (11) die Druckplatten (7, 8) miteinander verspannen.

11. Spannungswandler nach Anspruch 10 , dadurch gekennzeichnet , daß die Spannbolzen (11) in der einen Druckplatte (7) durch Stifte (16) gehalten sind, die in Querbohrungen (17) der Spannbolzen (11) eingreifen.

12. Spannungswandler nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Spannbolzen (11) im Bereich der anderen Druckplatte (8) Gewindebuchsen (18) tragen, auf die zur Verspannung Muttern (20) geschraubt sind.

13. Spannungswandler nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallscheiben (9) am Rande mit einem umlaufenden Wulst versehen sind.

Zeichnung