DE4209202C2 - Anlage zur Erzeugung hoher Gleichspannung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zur Erzeugung hoher Gleichspannung für industrielle Zwecke ge­ mäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Anlage ist grundsätzlich bereits aus DE-Z "Hochspannungs-Gleichrichteranlagen für elektrostatische Anwendungsgebiete", Sonderdruck aus AEG-Mitteilungen 1951, Heft 9/10, Seiten 1 bis 6 bekannt.

Aus DE-B: PHILIPPOW. E., Taschenbuch 6 Elektrotechnik, Band 6, Systeme der Elektroenergietechnik, 1982, Carl Hanser-Verlag/München, Wien, Seiten 349 bis 351 und Sei­ ten 370 bis 371 sind darüber hinaus Kondensatordurchfüh­ rungen bekannt, die die erwünschten Wirkungen aber nur bei Anlegen von Wechselspannungen entfalten können, nicht jedoch bei einer Anlage zur Erzeugung hoher Gleich­ spannungen gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Im industriellen Bereich werden für viele Zwecke sehr hohe Gleichspannungen benötigt. Nur beispielsweise wird auf die Polymerisation von Lacken durch Elektronenbe­ schuß verwiesen.

Zu diesem Zweck wird der zur Verfügung stehende Dreh­ strom in an sich bekannter Weise über Stern- bzw. Drei­ ecks-Schaltungen der Primärseite jeweils sowohl Links­ als auch Rechts-Wicklungen zugeführt und durch ebenfalls bereits bekannte Gleichrichterschaltungen aus den zwei­ mal sechs Sekundärwicklungen eine wellige Gleichspannung geschaffen, die mit bekannten Mitteln weiter geglättet wird.

Die aufgrund der hohen Spannungen entstehenden hohen Feldstärken erfordern eine entsprechend gute Isolation. Zum Einsatz kommen dabei flüssige Isolationsmedien. Bei diesen steigt jedoch der erforderliche Isolationsabstand bekanntlich überproportional. Infolgedessen erfordern solche Anlagen zur Erzeugung hoher Gleichspannungen eine relativ großvolumige Bauweise.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine solche Hochspannungsanlage mit DC-Ausgang für Dauerbetrieb und hohe Leistung so auszubilden, daß die Baugröße dieser mit netzfrequenten HS-Transformatoren ausgerüsteten Anlage gegenüber dem Stand der Technik wesentlich verrin­ gert wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfigur beispielsweise erläutert. Diese Figur zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus der Anla­ ge zur Erzeugung einer hohen Gleichspannung.

Der mechanische Aufbau der Hochspannungsanlage besteht aus zwei Drehstrom-Hochspannungstransformatoren 10 bzw. 11 in primärseitiger Stern- bzw. Dreiecksschaltung. Je­ der dieser Hochspannungs-Transformatoren 10, 11 erzeugt über seine nachgeschalteten Hochspannungs-Drehstrom- Gleichrichterbrücken eine Teilspannung von 1/2 U nenn, im vorliegenden Fall jeweils minus 125 kV. Die Spannun­ gen der beiden Quellen werden durch Reihenschaltung ad­ diert, so daß sich insgesamt minus 250 kV ergeben. Geo­ metrisch zwischen den beiden genannten im Außenbereich liegenden Hochspannungstransformatoren 10, 11 ist für den erleichterten Service ein sogenannter DC-Einschub 12 vorgesehen, der in seiner Gesamtheit in das Gehäuse 13 abgesenkt werden kann. Dieser DC-Einschub 12 umfaßt die erste Hochspannungs-Drehstrom-Gleichrichterbrücke, wel­ che das Potential von minus 125 kV erzeugt, die zweite Hochspannungs-Drehstrom-Gleichrichterbrücke, welche das Potential von minus 250 kV erzeugt und von einer ringför­ migen Schutzelektrode 15 mit dem Potential von minus 125 kV umgeben ist und die wannenförmige Schutzelektrode 14 mit dem Potential von minus 125 kV, welche ihrerseits Bauteile mit dem Betriebspotential von minus 250 kV auf­ nimmt.

Diese Bauteile sind der Kathoden-Heiztransformator, der Abschlußwiderstand, der HS-Meßteiler und der Erdungs­ schalter, welcher vorzugsweise als Drehschalter ausge­ bildet ist.

Diese genannten Bauteile sind symbolisch als gestrichel­ ter Kasten mit der Potentialangabe "-250 kV" in der wan­ nenförmigen Schutzelektrode 14 dargestellt.

Über eine hochisolierte, lotrecht durch den Deckel des DC-Einschubs 12 angeordnete und mit den Bauteilen in der wannenförmigen Schutzelektrode 14 elektrisch sinnvoller­ weise verbundenen HS-Steckerverbindung und mit einem nicht dargestellten Hochspannungskabel wird die Betriebsspannung von minus 250 kV dem Verbraucher, beispielsweise einer Strahleinrichtung, zugeführt, mit deren Hilfe die Polymerisation und damit die Aushärtung von Lacken indu­ striell betrieben werden.

Das von der ersten Gleichrichterbrücke erzeugte Poten­ tial von minus 125 kV wird auf eine wannenförmige Schutz­ elektrode 14 gegeben. Die zweite Gleichrichterbrücke steht einerseits in Kontakt mit dieser wannenförmigen Schutzelektrode 12 und ist in Reihe zur ersten Gleich­ richterbrücke geschaltet, so daß sich insgesamt eine Sum­ menspannung von minus 250 kV gegen Erde ergibt. Diese in­ nerhalb des DC-Einschubs 12 verfügbare Summenspannung von minus 250 kV wird mittels einer hochisolierenden Durchführung 16 in der wannenförmigen Schutzelektrode 14 an die Bauteile im Innenbereich der wannenförmigen Schutzelektrode 14 gelegt. Somit herrscht an Bauteilen bzw. Konstruktionselementen, die betriebsmäßig die maxi­ male Nennspannung von minus 250 kV gegen Erde führen, ge­ genüber der sie umfassenden wannenförmigen Schutzelektro­ de 14 nur das Teilspannungspotential von minus 250 kV gegen minus 125 kV, also nur die halbe Nennspannung.

Nach dem gleichen Prinzip ist auch die zweite Gleichrich­ terbrücke, die durch die Reihenschaltung mit der ersten Gleichrichterbrücke eine Spannung von minus 250 kV gegen Erde erzeugt, durch ringförmige Schutzelektroden 15 mit minus 125 kV Potential gegen Erde umgeben bzw. ab­ gesichert.

In der Zeichnungsfigur ist das Gesamtgehäuse mit 13 be­ zeichnet. In den Außenbereichen des Gehäuses 13 sind die Hochspannungstransformatoren 10 und 11 angeordnet, die primärseitig mit Drehstrom versorgt werden und deren pri­ märseitige Wicklungen einmal in Dreiecks-Schaltung und zum anderen in Stern-Schaltung angeordnet sind. Sekundär­ seitig sind jeweils drei Links-Wicklungen und drei Rechts-Wicklungen vorhanden, deren Ausgangsspannungen auf eine an sich bekannte Gleichrichterschaltung gegeben werden. Die so erzeugten zunächst welligen und anschlie­ ßend geglätteten Gleichspannungen von jeweils minus 125 kV werden hintereinandergeschaltet und so zu minus 250 kV addiert.

Zusammenfassend läßt sich festhalten, daß die maximale Betriebsspannung von 250 kV im vorliegend beschriebenen Fall auf zweimal 125 kV aufgeteilt wurde. Wegen der phy­ sikalischen Gesetzmäßigkeit, daß der erforderliche Isola­ tionsabstand mit steigender Spannung überproportional steigt, führt die beschriebene Aufteilung der Gesamtspan­ nung auf zwei Teilspannungen zu einer überproportionalen Verringerung der notwendigen Abstände der spannungführen­ den Teile untereinander und damit auch zu einer erhebli­ chen Verringerung der Baugröße der Anlage.

Selbstverständlich könnte statt einer Aufteilung der Gesamtspannung auf zwei Stufen auch eine Aufteilung auf eine größere Anzahl von Stufen erfolgen. Es ist jeweils zwischen Verringerung der Baugröße und etwaigem Mehrauf­ wand abzuwägen. Bei einer zu großen Zahl der Stufen könn­ te die Verringerung der Baugröße zu aufwendig werden und den zunächst erzielten Vorteil durch Kostennachteile wieder aufzehren.

Claims (11)

1. Anlage zur Erzeugung hoher Gleichspannung für indu­ strielle Zwecke im wesentlichen bestehend aus einem Transformatorteil und einem Gleichrichterteil mit einem flüssigen Medium als Isoliermaterial, dadurch gekenn­ zeichnet, daß alle betriebsmäßig mit hohem Gleichspan­ nungspotential beaufschlagten Bauteile von elektrisch leitfähigen Zonen (14, 15) verringerten Potentials umge­ ben sind.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine solche Zone vorhanden ist, die etwa die Hälfte des maximalen betriebsmäßigen Potentials aufweist.

3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei solcher Zonen vorhanden sind, die etwa 2/3 bzw. 1/3 des maximalen Niveaus des Spannungspotentials aufweisen.

4. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß n solcher Zonen mit entsprechend abgestufter Potentialver­ teilung vorhanden sind.

5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es sich bei den Zonen um wan­ nenförmige Schutzelektroden (14) handelt.

6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es sich bei den Zonen um ringförmige Schutzelektroden (15) handelt.

7. Anlage nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es sich bei den Zonen teils um wannenförmige Schutzelektroden (14) und teils um ring­ förmige Schutzelektroden (15) handelt.

8. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die wannenförmige Schutzelek­ trode (14) und die ringförmige Schutzelektrode (15) als Bestandteil eines DC-Einschubs (12) von oben her in das Gesamtgehäuse (13) absenkbar sind.

9. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß auch ein HS-Meßteiler in der wannenför­ migen Schutzelektrode (14) angeordnet ist.

10. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß auch ein Schutzabschlußwiderstand in der wannenförmigen Schutzelektrode (14) angeordnet ist.

11. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Erdungsschalter als Drehschalter ausgebildet und ebenfalls in der wannenförmigen Schutz­ elektrode (14) angeordnet ist.