DE1108308B

DE1108308B - Arrangement for damping the high-frequency vibrations that occur when flashovers occur in electrostatic systems, especially in electrostatic precipitators

Info

Publication number: DE1108308B
Application number: DEL34496A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Bernhard Kassuehlke; Dr-Ing Gustav Reinhardt
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1959-10-16
Filing date: 1959-10-16
Publication date: 1961-06-08

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Dämpfung der bei Überschlägen in elektrostatischen Anlagen, insbesondere in Elektrofiltern, auftretenden Hochfrequenzschwingungen durch ein in die Zuleitung zwischen Hochspannungselektrode und Hochspannungskabel geschaltetes frequenzabhängiges Dämpfungsglied. The invention relates to an arrangement for damping the flashovers in electrostatic systems, Especially in electrostatic precipitators, high-frequency vibrations that occur due to an in the supply line Frequency-dependent attenuator connected between the high-voltage electrode and the high-voltage cable.

Bei und nach Überschlägen von der Sprühelektrode zur Abscheideelektrode in Elektrofiltern laufen hochfrequente Spannungs- und Strom-Ausgleichsvorgänge ab. Das Frequenzband dieser Erscheinungen ist sehr breit. Es umfaßt etwa den Bereich zwischen 100 kHz und 100 MHz. Unter Umständen ist der Bereich nach höheren Frequenzen erweitert. Da die Korona-Entladung am Sprühdraht unstetig verläuft, gehen auch dabei von hier hochfrequente Schwingungen aus. Die Ladeströme mit kleinen Stromflußwinkeln enthalten ebenfalls eine ganze Reihe von höheren Harmonischen.During and after flashovers from the spray electrode to the separation electrode in electrostatic precipitators, high frequencies run Voltage and current balancing processes. The frequency band of these phenomena is very large wide. It covers approximately the range between 100 kHz and 100 MHz. Under certain circumstances, the range is expanded towards higher frequencies. Because the corona discharge runs discontinuously on the spray wire, high-frequency vibrations also emanate from here. the Charging currents with small current conduction angles also contain a whole series of higher harmonics.

Diese Hochfrequenzschwingungen machen sich an bestimmten Stellen der elektrischen Anlagen für ein Elektrofilter störend bemerkbar, so vor allem an den Kabeln und Kabelendverschlüssen. Selbst mit Stoßspannungen von der mehrfachen Höhe der Betriebsspannung geprüfte Kabel können Durchschläge zeigen, die auf hochfrequente Entladungen zurückzuführen sind. Zur Abhilfe könnte man die Kabel als Hochfrequenzkabel ausführen. Dem steht aber entgegen, daß Hochfrequenzkabel für Spannungen, wie sie bei Elektrofiltern und anderen elektrostatischen Anlagen benötigt werden, wohl nur sehr schwierig hergestellt werden können.These high-frequency vibrations make themselves felt at certain points in the electrical system Electrostatic precipitator noticeable disturbing, especially on the cables and cable terminations. Even with surge voltages Cables tested with multiple levels of the operating voltage can show breakdowns, which can be traced back to high-frequency discharges. To remedy this, the cables could be used as high-frequency cables carry out. However, this is opposed to the fact that high-frequency cables for voltages such as those at Electrostatic precipitators and other electrostatic systems are required, probably very difficult to manufacture can be.

Als Schutzmaßnahme wurden bisher hochohmige Dämpfungswiderstände zwischen Elektrofilter und Kabel oder/und zwischen Kabel und Hochspannungsgleichrichter geschaltet. Diese dämpfen zwar die hochfrequenten Schwingungen, haben aber den Nachteil, daß der normale Betriebsstrom außer erheblichen Verlusten in Form von Wärme auch noch einen erheblichen Spannungsabfall am Hochohmwiderstand mit sich bringt, der für die Abscheidung im Filter verlorengeht, denn man muß, um eine dämpfende Wirkung zu erzielen, die Widerstände relativ hochohmig machen.As a protective measure, high-resistance damping resistances between the electrostatic precipitator and Cable and / or connected between cable and high-voltage rectifier. These dampen the High-frequency vibrations, but have the disadvantage that the normal operating current is exceptionally high Losses in the form of heat also result in a considerable voltage drop across the high-value resistor entails that is lost for the separation in the filter, because you have to get a damping To achieve an effect, make the resistors relatively high-resistance.

Es ist außerdem bekannt, als frequenzabhängiges Dämpfungsglied die Parallelschaltung einer Drossel mit einem Hochohmwiderstand in die Zuleitung zwischen Hochspannungselektrode, bei Elektrofiltern die Sprühelektrode, und Hochspannungskabel zu schalten. Diese Anordnung bewirkt, daß für die normalen Betriebsfrequenzen (Grundfrequenz bei zweiphasiger Brückenschaltung des Gleichrichters 100 Hz) der Ladestrom den Weg über die DrosselIt is also known, as a frequency-dependent attenuator, the parallel connection of a choke with a high resistance in the supply line between the high voltage electrode, in the case of electrostatic precipitators to switch the spray electrode, and high voltage cables. This arrangement causes for the normal operating frequencies (base frequency with a two-phase bridge circuit of the rectifier 100 Hz) the charging current makes its way through the throttle

Anordnungarrangement

zur Dämpfung der bei Überschlägento dampen the rollover

in elektrostatischen Anlagen,in electrostatic systems,

insbesondere in Elektrofiltern,especially in electrostatic precipitators,

auftretenden Hochfrequenzschwingungenoccurring high frequency vibrations

Anmelder:Applicant:

LICENTIA Patent-Verwaltungs -G. m. b. H., Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1LICENTIA Patent Administration -G. m. b. H., Frankfurt / M., Theodor-Stern-Kai 1

Dr.-Ing. Gustav Reinhardt, Frankfurt/M.,Dr.-Ing. Gustav Reinhardt, Frankfurt / M.,

und Dipl.-Ing. Bernhard Kassühlke,and Dipl.-Ing. Bernhard Kassühlke,

Nieder-Eschbach bei Frankfurt/M.,Nieder-Eschbach near Frankfurt / M.,

sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors

nimmt, da die Drossel für diese Frequenzen nicht sperrend wirkt. Bei höheren Frequenzen dagegen macht sich der induktive Widerstand der Drossel immer stärker bemerkbar. Er wächst bei Frequenzen in der Größenordnung von 100 kHz bis 100 MHz bei richtiger Abstimmung auf einen Wert, der ein Vielfaches des parallelen ohmschen Widerstandes beträgt. Dadurch wird der hochfrequente Störstrom auf den ohmschen Widerstand abgedrängt und hierdurch stark gedämpft.takes, as the choke does not have a blocking effect on these frequencies. In contrast, at higher frequencies the inductive resistance of the choke becomes more and more noticeable. It grows at frequencies on the order of 100 kHz to 100 MHz when correctly tuned to a value that is a multiple of the parallel ohmic resistance is. This causes the high-frequency interference current to affect the ohmic resistance displaced and thereby strongly attenuated.

Diese Anordnung hat den schwerwiegenden Nachteil, daß durch die an der Drossel bei hochfrequenten Stromstößen auftretende hohe Selbstinduktionsspannung Überschläge an der Drossel erfolgen, die zu ihrer Zerstörung fuhren können. Andererseits muß der hochohmige Widerstand induktivitätsfrei gewickelt oder gepreßt sein. In der Praxis läßt sich dies ebenfalls nur schwer herstellen.This arrangement has the serious disadvantage that due to the high frequency at the choke High self-induction voltage occurring in current surges their destruction. On the other hand, the high-value resistor must be wound inductance-free or be pressed. This is also difficult to produce in practice.

Vorstehend genannte Nachteile treten bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Anordnung nicht auf.The above-mentioned disadvantages do not occur with the arrangement designed according to the invention.

Erfindungsgemäß besteht das frequenzabhängige Dämpfungsglied aus einer Anordnung von einem zwischen Hochspannungselektrode und Hochspan-According to the invention, the frequency-dependent attenuator consists of an arrangement of one between high-voltage electrode and high-voltage

109 610/325109 610/325

nungskabel eingefügten Blankleiter und einem diesen Blankleiter umschließenden hochfrequenzdämpfenden Medium, vorzugsweise einem Ferritkörper.Power cable inserted bare conductor and this bare conductor enclosing high-frequency attenuating Medium, preferably a ferrite body.

Es werden somit ebenfalls die Ströme tiefer Frequenz (Betriebsstrom) von dem Dämpfungsglied nicht beeinflußt; nur die Hochfrequenzschwingungen erfahren eine Dämpfung.The low-frequency currents (operating current) are thus also discharged from the attenuator unaffected; only the high frequency vibrations experience a damping.

Bei einer derartig ausgebildeten Anordnung hat man den großen Vorteil, daß das Dämpfungsglied durch die hohen Selbstinduktionsspannungen nicht zerstört werden kann und somit bezüglich der hochfrequenten Ausgleichsvorgänge ein störungsfreier Betrieb der elektrostatischen Anlage gewährleistet wird.In such an arrangement has the great advantage that the attenuator through the high self-induction voltages cannot be destroyed and thus with regard to the high-frequency Compensating processes a trouble-free operation of the electrostatic system is guaranteed.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das zeitraubende Auswechseln der zerstörten Drossel vermieden wird.Another advantage is that the time-consuming replacement of the destroyed throttle is avoided will.

Dadurch hat man den Vorteil, daß der Ausfall der elektrostatischen Anlage, die durch das Auswechseln der zerstörten Drossel bedingt ist, vermieden wird.This has the advantage that the failure of the electrostatic system caused by the replacement the destroyed throttle is avoided.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Dämpfungsgliedes arbeitet somit die elektrostatische Anlage wesentlich betriebssicherer und wirtschaftlicher. The design of the attenuator according to the invention means that the electrostatic one works Plant much more reliable and economical.

Für die Wahl des Werkstoffes, der als hochfrequenzdämpfendes Medium Anwendung finden soll, ist unter anderem die Breite des zu dämpfenden Frequenzbandes maßgebend. Die dämpfende Wirkung soll etwa in dem Frequenzbereich 100 kHz bis 100 MHz, gegebenenfalls noch nach höheren Frequenzen hin wirksam werden. Der Frequenzbereich unter 10 kHz soll dagegen möglichst ungedämpft die Dämpfungsanordnung passieren. Bei Sichtung der zur Zeit zur Verfügung stehenden entsprechenden Werkstoffe zeigt sich, daß die Ferrite diesen Anforderungen hinsichtlich des Verlaufes der Dämpfung als Funktion der Frequenz am nächsten kommen und sich für den vorliegenden Zweck vorzüglich eignen.For the choice of the material that is to be used as a high-frequency damping medium among other things, the width of the frequency band to be attenuated is decisive. The dampening effect should be approximately in the frequency range 100 kHz to 100 MHz, possibly even after higher frequencies become effective. The frequency range below 10 kHz, on the other hand, should be as undamped as possible Pass damping arrangement. When looking at the relevant materials currently available shows that the ferrites meet these requirements with regard to the course of the damping as a function come closest to the frequency and are ideally suited for the present purpose.

Das Ersatzschaltbild eines Ringes oder Rohres aus einem Ferrit besteht aus der Reihenschaltung einer Induktivität und einem ohmschen Widerstand. Der dämpfende Anteil setzt sich aus einem Restverlustwiderstand, dem Hystereseverlustwiderstand und dem Wirbelstromverlustwiderstand zusammen. Er steigt bei einer Erhöhung der Frequenz von 10 MHz auf 100 MHz, beispielsweise auf den etwa 10- bis 5Ofachen Anfangswert; die Änderung der dämpfenden Wirkung ist bei niedrigeren Frequenzen noch größer. Für die Verwendung bei elektrostatischen Anlagen bedeutet das, daß die Betriebsfrequenz (unter 1 kHz) ungedämpft hindurchgelassen wird. Auch der in Reihe geschaltete induktive Widerstand von größenordnungsmäßig 0,5 Ohm beeinflußt den Stromfluß nur unwesentlich. Bei einer Störfrequenz von 100 MHz vergrößert sich der induktive Widerstand auf etwa 1 MOhm. Der ohmsche Widerstand steigt auf etwa 10 bis 100 kOhm, kann also eine ausgezeichnete Dämpfungswirkung ausüben.The equivalent circuit diagram of a ring or tube made of a ferrite consists of a series connection of a Inductance and an ohmic resistance. The damping part consists of a residual loss resistance, the hysteresis loss resistance and the eddy current loss resistance together. He rises when the frequency is increased from 10 MHz to 100 MHz, for example to about 10 bis 50 times the initial value; the change in the damping effect is even greater at lower frequencies. For use in electrostatic systems, this means that the operating frequency (below 1 kHz) is let through unattenuated. Also the inductive resistance connected in series is of the order of magnitude 0.5 Ohm has only an insignificant effect on the flow of current. At an interference frequency of 100 MHz the inductive resistance increases to about 1 MOhm. The ohmic resistance increases to about 10 to 100 kOhm, so it can have an excellent damping effect.

Es kommt hinzu, daß die Ferrite eine außerordentlich hohe und stark von der Frequenz abhängige Dielektrizitätskonstante haben. Die große Dielektrizitätskonstante in Verbindung mit der verhältnismäßig hohen Permeabilität hat eine sehr kleine elektromagnetische Fortpflanzungsgeschwindigkeit zur Folge. Hierdurch können in Ferritteilen größerer Abmessungen Raumresonanzen entstehen, die hohe Dämpfungen verursachen.In addition, the ferrites are extremely high and strongly dependent on the frequency Have dielectric constant. The large dielectric constant combined with the relatively high permeability results in a very low electromagnetic propagation speed. This can result in room resonances in larger ferrite parts, which result in high attenuation cause.

Die Größe der Dämpfung ist unter anderem von dem Maß der Bedeckung des Blankleiters mit dem Ferritkörper abhängig. Für die Dimensionierung des Dämpfungsgliedes sind fernerhin die Abführung der Verlustwärme sowie die Überschlagfestigkeit über das Dämpfungsglied maßgebend.
An Hand der Zeichnung wird die Erfindung näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 bis 4 bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäß ausgebildeten Anordnung.
In Fig. 1 ist der Blankleiter 1 mit dem als Hohlzylinder ausgebildeten Ferritkörper 2 umgeben.The amount of attenuation depends, among other things, on the extent to which the bare conductor is covered by the ferrite body. For the dimensioning of the attenuator, the dissipation of the heat loss and the flashover strength via the attenuator are also decisive.
The invention is described in more detail with reference to the drawing. 1 to 4 show preferred embodiments of the arrangement designed according to the invention.
In FIG. 1, the bare conductor 1 is surrounded by the ferrite body 2 designed as a hollow cylinder.

In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist es durch Veränderung der Anzahl der über den Blankleiter 1 geschobenen Ferritscheiben 3 auf einfachste Weise möglich, die Dämpfung zu variieren und entsprechend den Betriebsbedingungen anzupassen. Die Ferritkörper werden mit einem Klebemittel auf den Blankleiter fixiert. Die Ausbildung der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß Fig. 3 durch Aufsintern des Ferritpulvers 4 auf den Blankleiter 1 ist insofern vorteilhaft, da die Hochfrequenz bereits durch den Skineffekt im Blankleiter eine gewisse Dämpfung erfährt und durch denselben Effekt eine enge Kopplung mit dem umgebenden Ferritkörper erreicht wird.In the embodiment shown in Fig. 2, it is by changing the number of over the Bare conductor 1 pushed ferrite disks 3 in the simplest way possible to vary the attenuation and adapt according to the operating conditions. The ferrite bodies are secured with an adhesive fixed on the bare conductor. The formation of the arrangement according to the invention according to FIG. 3 by Sintering the ferrite powder 4 onto the bare conductor 1 is advantageous because the high frequency is already there experiences a certain damping through the skin effect in the bare conductor and through the same effect one close coupling with the surrounding ferrite body is achieved.

In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt. Das Dämpfungsglied besteht aus dem Blankleiter 1 und dem Ferritkörper 5, der mit sechs axialen Bohrungen 6 versehen ist. Durch diese Bohrungen kann der Blankleiter je nach der erstrebten Dämpfung mehrfach gezogen werden. Dadurch ist ebenfalls eine Anpassung der Dämpfung an die Betriebsbedingungen der elektrostatischen Anlage möglich. Um die Gefahr eines Überschlages bei Auftreten einer Stromspitze zu verringern, können mehrere Ferritkörper 5 in Serie geschaltet werden.In Fig. 5, a further embodiment is shown. The attenuator consists of the bare conductor 1 and the ferrite body 5, which is provided with six axial bores 6. Through these holes the bare conductor can be pulled several times depending on the desired attenuation. This is also a Adaptation of the damping to the operating conditions of the electrostatic system is possible. To the danger To reduce a flashover when a current peak occurs, several ferrite bodies 5 in series be switched.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte Art beschränkt, sondern es kann auch zusätzlich zu einem Ferritkörper gemäß Fig. 1 bis 4 ein Eisenblechringkern auf den Blankleiter aufgebracht sein. Durch diese Maßnahme wird eine bessere Dämpfung der Frequenzen unter 1 MHz erreicht. Ist eine starke Dämpfung der Schwingungen unter 100 kHz erwünscht, wird man das Dämpfungsglied aus einer Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes und einer Ferrit-Blankleiter-Anordnung gemäß Fig. 1 bis 4 bilden. Der ohmsche Widerstand dämpft die Schwingungen unter 100 kHz, die Ferrit-Blankleiter-Anordnung über 100 kHz.The invention is not limited to the type shown, but it can also in addition to a Ferrite body according to FIGS. 1 to 4, a sheet iron toroidal core can be applied to the bare conductor. By this measure achieves better attenuation of frequencies below 1 MHz. Is a strong one Attenuation of the vibrations below 100 kHz is desired, the attenuator is made of a Series connection of an ohmic resistor and a ferrite bare conductor arrangement according to FIGS. 1 to 4 form. The ohmic resistance dampens the vibrations below 100 kHz, the ferrite bare conductor arrangement over 100 kHz.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, den Ferritkörper mit ringförmigen Rippen auszubilden bzw. den Ferritkörper mit einem isolierenden Überzug rippenförmiger Struktur zu überziehen. Man erzielt dadurch einmal eine bessere Abfuhr der Verlustwärme, zum anderen wird durch die Erhöhung des Kriechweges die Gefahr eines Überschlages über das Dämpfungsglied hinweg stark herabgesetzt.In a further embodiment of the invention it is possible to use the ferrite body with annular ribs to train or to cover the ferrite body with an insulating coating of rib-shaped structure. On the one hand, this results in better dissipation of the lost heat, and on the other hand, through the increase of the creepage distance greatly reduces the risk of a rollover over the attenuator.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Anwendungsgebiet der Elektrofilter beschränkt, sondern sie kann auch mit Vorteil bei anderen elektrostatischen Anlagen, beispielsweise bei elektrostatischen Lackierungs- bzw. Beflockungsanlagen, Verwendung finden.The invention is not limited to the illustrated field of application of the electrostatic precipitator, but rather it can also be used to advantage with other electrostatic systems, for example with electrostatic painting or flocking systems, use.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Arrangement for damping the flashovers in electrostatic systems, in particular in electrostatic precipitators, occurring high-frequency oscillations by a in the supply line between

Frequency-dependent attenuator connected to high-voltage electrode and high-voltage cable, characterized in that the frequency-dependent attenuator consists of an arrangement of a bare conductor inserted between high-voltage electrode and high-voltage cable and a high-frequency damping medium, preferably a ferrite body, surrounding this bare conductor.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the ferrite body as a hollow cylinder (2) is formed.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the ferrite body consists of one or several disks (3) is built up.

4. Arrangement according to claim 1, characterized

characterized in that ferrite powder is sintered onto the bare conductor.

5. Arrangement according to claim 1, characterized in that the ferrite body consists of a High-frequency broadband choke is made.

6. Arrangement according to claim 1 and following, characterized in that in addition to that Ferrite body, preferably a sheet iron toroidal core, is applied to the bare conductor.

7. Arrangement according to claim 1 and following, characterized in that the ferrite body with annular ribs is formed.

8. Arrangement according to claim 1 and following, characterized in that the ferrite body receives an insulating coating of rib-shaped structure.

1 sheet of drawings