DE2409595A1

DE2409595A1 - Spannungswandler fuer eine vollisolierte, metallgekapselte hochspannungsschaltanlage

Info

Publication number: DE2409595A1
Application number: DE2409595A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Kleen
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1974-02-25
Filing date: 1974-02-25
Publication date: 1975-08-28
Also published as: CH581380A5; DE2409595B2; JPS50119236A; JPS5425207B2; NL7501321A

Description

Spannungswandler für eine vollisolierte, metallgekapselte Hochspannungsschaltanlage Die Erfindung bezieht sich auf einen Spannungswandler für eine vollisolierte, metallgekapselte Hochspannungsschaltanlage mit einer im Innern des metallenen Außenrohres der Hochspannungsschaltanlage angeordneten flächenhaften Elektrode, die von einer elektrisch leitenden Schicht auf einem Isolierkörper gebildet ist und mit dem Hochspannungsleiter der Anlage einen Oberspannungskondensator eines kapazitiven Spannungsteilers bildet-, an dessen mit dem Oberspannungskondensator verbundenen Unterspannungskondensator ein Verstärker mit nachgeordneter Bürde angeschlossen ist.
Bei einem bekannten Spannungswandler dieser Art (DT-OS 2 125 297) besteht der Isolierkörper aus einem vom Isoliermaterial gebildeten Körper, z.B. aus einem Gießharzkörper mit einer der Innenkontur des metallenen Außenrohres entsprechenden Außenkontur. Auf der Innenfläche des Gießharzkörpers ist ein leitender Belag aufgebracht, der die flächenhafte Elektrode und beiderseits dieser Elektrode angeordnete Schutzringelektroden bildet. Die flächenhafte Elektrode ist über eine Durchführung mit einem außerhalb des metallenen Außenrohres angeordneten Kondensator verbunden, der den Unterspannungskondensator bildet.
Der Erfindung liegt vor allem die Aufgabe zugrunde, einen Spannungswandler für eine vollisolierte, metallgekapselte Hochspannungsschaltanlage vorzuschlagen, der sich im Vergleich zu dem bekannten kapazitiven Spannungswandler mit geringen Kosten herstellen läßt.
Zur Lösung dieser Aufgabe besteht bei einem Spannungswandler der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß der Isolierkörper aus einer in der Schaltungstechnik gebräuchlichen metallkaschierten Leiterplatte, die der Form des Außenrohres der Hochspannungsschaltanlage entsprechend geformt ist und mit ihrer Metallkaschierung die flächenhafte Elektrode bildet.
Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Spannungswandlers besteht darin, daß auf einen mit nur verhältnismäßig hohem Aufwand herstellbaren Gießharzkörper als Tragkörper für die flächenhafte Elektrode verzichtet werden kann; eine metallkaschierte Leiterplatte ist erheblich billiger und kann -insbesondere wenn sie hinsichtlich des Isoliermaterials dünn ausgeführt wird - auch ohne Schwierigkeit in eine zylindrische Form gebracht werden, so daß dann die Metallkaschierung der Leiterplatte ebenso wie der leitende Belag bei dem bekannten Spannungswandler mit dem Hochspannungsleiter der Schaltanlage einen Oberspannungskondensator bildet. Der Aufbau des Oberspannungskondensators ist dabei denkbar einfach, weil die metallkaschierte Leiterplatte sich gegebenenfalls an die Innenwand des Außenrohres anlegen kann, so daß besondere Mittel zur Formgebung der Leiterplatte zur Erzielun einer kreiszylindrischen Gestalt nicht erforderlich sind.
Wie schon bei dem bekannten Spannungswandler ist es auch bei dem erfindungsgemäßen Spannungswandler vorteilhaft, wenn beiderseits der von der Metallkaschierung gebildeten flächenhaften Elektrode Schutzbeläge vorhanden sind. Diese Schutzbeläge lassen sich bei dem erfindungsgemäßen Spannungswandler in einfacher Weise dadurch gewinnen, daß an beiden stirnseitigen Bereichen der Leiterplatte Spalte in die Metallkaschierung geätzt werden, so daß dort von der flächenhaften Elektrode Teile der Metallkaschierung galvanisch getrennt vorhanden sind, die als Schutzbeläge dienen.
Es ist vorteilhaft, wenn die bei dem erfindungsgemäßen Spannungswandler verwendete Leiterplatte beidseitig metallkaschiert ist rund wenn die auf der Innenfläche der Leiterplatte befindliche innere Metallkaschierung die flächenhafte Elektrode mit den Schutzbelägen bildet; die auf der Außenfläche befindliche äußere Metallkaschierung und die innere Metallkaschierung stellen die Elektroden des Unterspannungskondensators dar, dessen Dielektrikum von dem Isoliermaterial der Leiterplatte gebildet ist. Diese Ausbildung des erfindungsgemäßen Spannungswandlers hat den zusätzlichen Vorteil, daß auf einen besonderen Kondensator zur Bildung des Unterspannungskondensators verzichtet werden kann, weil durch die beidseitige Metallkaschierung der Leiterplatte der Unterspannungskondensator gebildet wird.
Außerdem ist diese Ausführung insofern vorteilhaft, weil Ober- und Unterspannungskondensatqr eine räumlich eng zusammenhängende Einheit innerhalb des metallenen Außenrohres der Hochspannungsschaltanlage bilden und gleichen Temperaturänderungen ausgesetzt sind, so daß eine störende Änderung des Teilerverhältnisses durch Änderungen der Temperatur nicht auftreten kann.
Bei der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spannungswandlers mit beidseitig metallkaschierter Leiterplatte ist es vorteilhaft, wenn die Schutzbeläge galvanisch mit der äußeren Metallkaschierung verbunden sind.
Zur Vermeidung von aufwendigen Abstützmitteln der Leiterplatte innerhalb des metallenen Außenrohres, insbesondere für den Fall, daß bei dem erfindungsgemäßen Spannungswandler eine Metallkaschierung dem Außenrohr zugewendet liegt, ist vorteilhafterweise die Leiterplatte durch eine zwischengelegte Isolierfolie galvanisch von dem Außenrohr getrennt. Eine derartige Isolierfolie ist besonders bei Verwendung einer beidseitig kaschierten Leiterplatte vorteilhaft.
Insbesondere in dem Fall, in dem aus meßtechnischen Gründen der Unterspannungskondensator gleiches Dielektrikum wie der Oberspannungskondensator aufweisen soll, also als Dielektrikum das Isoliermittel der metallgekapselten Hochspannungsschaltanlage dienen soll, ist es vorteilhaft, eine einseitig metallkaschierte Leiterplatte zu verwenden, die mit ihrer Metallkaschierung dem Außenrohr zugewendet angeordnet ist; eine weitere einseitig metallkaschierte Leiterplatte befindet sich zwischen der einen Leiterplatte und dem Außenrohr mit ihrer Metallkaschierung der einen Leiterplatte zugewendet, und die Leiterplatten sind im Bereich der Schutzbeläge über jeweils ein zwischengelegtestragendes Kontaktstück miteinander verbunden, das von sich auf dem Außenrohr abstützenden Isolierstücken gehalten ist. Im Falle einer Füllung der Hochspannungsschaltanlage mit Schwefelhexafluorid ist dann nicht nur das Dielektrikum des von dem Hochspannungsleiter und der Metallkaschierung der einen Leiterplatte gebildeten Oberspannungskondensators, sondern auch das Dielektrikum des von der Metallkaschierung der beiden Leiterplatten gebildeten Unterspannungskondensators von Schwefelhexafluorid gebildet. Bei dieser Ausführung des erfindungsgemäßen Spannungswandlers sind Auswirkungen von Temperaturänderungen auf das Teilerverhältnis des kapazitiven Spannungsteilers vollkommen verhindert. Der erfindungsgemäße Spannungswandler in dieser Ausführung weist einen besonders kleinen Fehler auf.
Eine Ausführung des erfindungsgemäßen Spannungswandlers mit zwei. einseitig kaschierten Leiterplatten ist vorzugsweise in einer Erweiterung des Außenrohres der Hochspannungsschaltanlage angeordnet, und zwar derart, daß die Metallkaschierung der einen Leiterplatte im Zuge des Außenrohres der Hochspannungsschaltanlage liegt. Auf diese Weise sind störende Feldverzerrungen und eine starke Spannungsbeanspruchung der Isolation der Hochspannungsschaltanlage vermieden.
Zur Erläuterung der Erfindung ist in Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Spannungswandlers mit einer beidseitig kaschierten Leiterplatte und in Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit zwei einseitig kaschierten Leiterplatten jeweils im Schnitt dargestellt.
Der erfindungsgemäße Spannungswandler nach Fig. 1 ist in einem metallenen Außenrohr 1 einer Hochspannungsschaltanlage 2 untergebracht, die einen Hochspannungsleiter 3 aufweist.
Der Hochspannungsleiter 3 ist von einer zu einem Zylinder gebogenen, in der Schaltungstechnik gebräuchlichen Leiterplatte 4 umgeben, die auf ihrer Innenfläche eine innere Metallkaschierung 5 und auf ihrer Außenfläche eine äußere Metallkaschierung 6 aufweist. Die innere Metallkaschierung 5 ist durch eingeätzte Spalte 7 und 8 in drei Teile unterteilt, -von denen der innere Teil die flächenhafte Elektrode 9 bildet, während die an den stirnseitigen Bereichen der Leiterplatte 4 vorhandenen Teile der inneren Metallkaschierung Schutzbeläge 10 und 11 bilden. Von der flächenhaften Elektrode 9 und dem Hochspannungsleiter 3 ist ein Oberspannungskondensator 12 gebildet, der mit seinem Ersatzschaltbild strichpunktiert eingezeichnet ist.
Die äußere Metallkaschierung 6 weist an einer Stelle 13 eine Ausnehmung auf, um einen Leiter 14 ohne galvanische Berührung mit der äußeren Metallkaschierung 6 durch eine gasdichte Durchführung 15 aus dem Außenrohr an den Eingang eines Verstärkers 16 mit nachgeordneter Bürde 17 führen zu können.
Beispielsweise über eine weitere gasdichte Durchführung ist eine Verbindungsleitung 18 herausgeführt, die an die äußere Metallkaschierung 6 angeschlossen ist. Die Verbindungsleitung 18 ist an Erde und an eine weitere Eingangsklemme des Verstärkers 16 angeschlossen. Die flächenhafte Elektrode 9 als Teil der inneren Metallkaschierung 5 bildet mit der äußeren Metallkaschierung 6 einen Unterspannungskondensator, der zusammen mit dem Oberspannungskondensator 12 einen kapazitiven Spannungsteiler bildet. Die Schutzbeläge 10 und 11 sind galvanisch mit der äußeren Metallkaschierung 6 verbunden.
Da die Leiterplatte 4 dicht an dem Außenrohr 1 der Hochspannungsschaltanlage 2 anliegt - nur der deutlichen Darstellung wegen ist sie in Fig. 1 im Abstand vom Außenrohr gezeichnet -, ist zur Vermeidung einer galvanischen Verbindung zwischen der äußeren Metallkaschierung 6 und dem Außenrohr 1 eine Isolierfolie 19 zwischengelegt. Durch diese Isolierfolie 19 wird verhindert, daß infolge von Schaltvorgängen auf dem Außenrohr 1 trotz dessen Erdung vorhandene Spannungen oder vagabundierende Ströme einen Einfluß auf die Spannungsmessung haben.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Spannungswandlers weist das metallene Außenrohr 20 der Hochspannungsschaltanlage 21 eine Erweiterung 22 auf, in deren Bereich eine Leiterplatte 23 mit einseitiger Metallkaschierung 24 und eine weitere Leiterplatte 25 mit ebenfalls einseitiger Metallkaschierung 26 angeordnet ist.
Die Leiterplatten 23 und 25 sind derart angeordnet, daß die Metallkaschierungen 24 und 26 einander zugewendet sind. Zwischen den Leiterplatten 23 und 25 sind an beiden Stirnseiten Kontaktstücke 27 und 28 vorgesehen, die eine galvanische Verbindung von den durch Spalte 29 und 30 gebildeten Schutzbelägen 31 und 32 auf der einen Leiterplatte 23 zu der Metallkaschierung 26 auf der weiteren Leiterplatte 25 herstellen.
Die Kontaktstücke 27 und 28 stützen sich auf Isolierstücken 33 und 34 auf dem Außenrohr 20 im Bereich der Erweiterung 22 ab. Die Anordnung mit den Leiterplatten 23 und 25 ist dabei so gewählt, daß sich eine von der Metallkaschierung 24 der einen Leiterplatte 23 gebildete flächenhafte Elektrode 35 im Zuge des Außenrohres 20 der Hochspannungsschaltanlage befindet.
Die flächenhafte Elektrode 35 auf der Leiterplatte 23 bildet mit dem Hochspannungsleiter 36 der Hochspannungsschaltanlage 21-einen in seinem Ersatzschaltbild strichpunktiert eingezeichneten Oberspannungskondensator 37; über eine Verbindungsleitung 38 ist daher die flächenhafte Elektrode 35 an einen Verstärker 39 angeschlossen, dem eine Bürde 40 nachgeordnet ist.
Die Metallkaschierung 26 auf der weiteren Leiterplatte 25 bildet mit der flächenhaften Elektrode 35 einen Unterspannungskondensator 41, der in seinem Ersatzschaltbild ebenfalls strichpunktiert eingezeichnet ist. Die Metallkaschierung 26 bzw. das Kontaktstück 27 ist daher über eine weitere Verbindungsleitung 42 über eine gasdichte Durchführung 43 - die Verbindungsleitung 38 ist übrigens über eine weitere gasdichte Durchführung 44 durch das Außenrohr 20 nach außen geführt -sowohl mit dem Eingang des Verstärkers 39 als auch mit Erde verbunden. An der Bürde 40 fällt dann eine Spannung ab, die der Spannung zwischen dem Hochspannungsleiter 36-und dem Außenrohr 20 der. Hochspannungsschaltanlage 21 proportional ist.
Mit der Erfindung wird ein Spannungswandler für eine vollisolierte, metallgekapselte Hochspannungsschaltanlage vorgeschlagen, der sich mit vergleichsweise geringen Kosten herstellen läßt und dennoch besonders gute Meßeigenschaften aufweist.
2 Figuren 8 Ansprüche

Claims

Patentansprüche 1. Spannungswandler für eine vollisolierte, metallgekapselte Hochspannungsschaltanlage mit einer im Innern des metallenen Außenrohres der Hochspannungsschaltanlage angeordneten flächenhaften Elektrode, die von einer elektrisch leitenden Schicht auf einem Isolierkörper gebildet ist und mit dem Hochspannungsleiter der Anlage einen Oberspannungskondensator eines kapazitiven Spannungsteilers bildet, an dessen mit dem Oberspannungskondensator verbundenen Unterspannungskondensator ein Verstärker mit nachgeordneter Bürde angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper aus einer in der Schaltungstechnik gebräuchlichen metallkaschierten Leiterplatte (4) besteht, die der Form des Außenrohres (1) der Hochspannungsschaltanlage (2) entsprechend geformt ist und mit ihrer Metallkaschierung (5) die flächenhafte Elektrode (9) bildet (Fig. 1).
2. Spannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden stirnseitigen Bereichen der Leiterplatte (4) Spalte (7, 8) in die Metallkaschierung (5) geätzt sind, so daß beiderseits der flächenhaften Elektrode (9) Schutzbeläge (10, 11) vorhanden sind (Fig. 1).
3. Spannungswandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (4) beidseitig metallkaschiert ist, daß die auf der Innenfläche der Leiterplatte (4) befindliche innere Metallkaschierung (5) die flächenhafte Elektrode (9) mit den Schutzbelägen (10, 11) bildet und daß die auf der Außenfläche befindliche äußere Metallkaschierung (6) und die innere Metallkaschierung (5) Elektroden des Unterspannungskondensators darstellen, dessen Dielektrikum von dem Isoliermaterial der Leiterplatte (4) gebildet ist (Fig. 1).
4. Spannungswandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzbeläge (10, 11) galvanisch mit der äußeren Metallkaschierung (6) verbunden sind (Fig. 1).
5. Spannungswandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (4) an dem Außenrohr (1) der Hochspannungsschaltanlage (2) anliegt und durch eine zwischengelegte Isolierfolie (19) galvanisch von dem Außenrohr (1) getrennt ist (Fig. 1).
6. Spannungswandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (23) einseitig metallkaschiert und mit ihrer Metallkaschierung (24) dem Außenrohr (20) zugewendet angeordnet ist, daß sich eine weitere einseitig metallkaschierte Leiterplatte (25) zwischen der einen Leiterplatte-(23) und dem Außenrohr (20) mit ihrer Metallkaschierung (26) der einen Leiterplatte (23) zugewendet befindet und daß die Leiterplatten (23, 25) im Bereich der Schutzbeläge (31, 32) über jeweils zwischengelegte, tragende Kontaktstücke (27, 28) miteinander verbunden sind, die von sich auf dem Außenrohr (20) abstützenden Isolierstücken (33, 34) gehalten sind (Fig. 2).
7. Spannungswandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (20) der Hochspannungsschaltanlage (21) eine Erweiterung (22) aufweist, in der die Leiterplatten (23, 25) derart angeordnet sind, daß die Metallkaschierung (24) der einen Leiterplatte (23) im Zuge des Außenrohres (20) liegt (Fig. 2).
8. Spannungswandler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatten (23, 25) quer zur Längsrichtung des Hochspannungsleiters (36) der Hochspannungsschaltanlage (21) Abmessungen aufweisen, die etwa der Abwicklung des Außenrohres (20) der Anlage (21) entsprechen, so daß die Metallkaschierungen (24, 26) zylinderförmige Elektroden bilden (Fig. 2). Leerseite