DE19916300A1

DE19916300A1 - Supporting insulator has protective body contg. material with lower dielectric constant than insulating body and/or with structure with lower mean dielectric constant

Info

Publication number: DE19916300A1
Application number: DE19916300A
Authority: DE
Inventors: Christoph Heitz; Lutz Niemeyer
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Priority date: 1999-04-12
Filing date: 1999-04-12
Publication date: 2000-10-19

Abstract

The supporting insulator has an insulating body (3) and at least one protective body (6) at least partly forming the surface of the insulator. The protective body contains a material with a lower dielectric constant than the material of the insulating body and/or has a structure with a lower mean dielectric constant than the material of the insulating body.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einer elektrischen Stromleiteranordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention is based on an electrical Current conductor arrangement according to the preamble of patent claim 1.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 nimmt die Erfindung auf einen Stand der Technik Bezug, wie er aus der DE-OS 20 21 066 bekannt ist. Dort ist eine gasgekapselte Hochspannungslei tung für 3phasige Wechselstrom-Energieübertragung angegeben, wobei je Phase ein innerer Leiter von einem mit Isoliergas gefüllten Mantelrohr aus Isolierstoff umgeben und mittels Isolierabstützungen darin befestigt ist. Die Isolierabstützungen sind im Mantelrohr eingeklebt. Die Klebeverbindung verhindert ein Glimmen am äußeren Rand der scheibenförmigen Isolierabstützung durch Ausfüllen des Spaltes zwischen der Isolierabstützung und dem Mantelrohr. Nachteilig dabei ist, daß die Isolierabstützungen am Mantelrohr befestigt sind, da es auf Grund unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten zu Verspannungen kommen kann.With the preamble of claim 1, the invention takes to a prior art reference, as it is from DE-OS 20 21 066th is known. There is a gas-encapsulated high-voltage line there specified for 3-phase AC power transmission, with an inner conductor of one with insulating gas per phase filled jacket tube made of insulating material and by means of Insulation supports are fastened in it. The insulation supports are glued into the casing tube. The adhesive connection prevents a glow on the outer edge of the disc-shaped Insulation support by filling the gap between the Insulation support and the jacket pipe. The disadvantage here is that the insulation supports are attached to the jacket pipe as it is on Due to different expansion coefficients Tension can come.

Zum einschlägigen Stand der Technik wird noch auf die DE 196 04 481 A1 verwiesen. Dort ist ein Hochspannung führender Stromleiter durch Isolierstützen von einem Druckrohr aus thermoplastischem Material, das in seinem Inneren komprimiertes SF6-Isoliergas enthält, getrennt. Das Druckrohr kann auf seiner Mantelfläche, typischerweise aus Polyäthylen, eine feldsteuernde, Rückstrom führende Schicht aus leitendem oder halbleitendem Material aufweisen, welche den Stromleiter elektrostatisch nach außen abschirmt. The relevant prior art is still on DE 196 04 481 A1 referred. There is a high voltage leader Conductor through insulation supports from a pressure pipe thermoplastic material that is compressed inside SF6 insulating gas contains, separated. The pressure pipe can on his Shell surface, typically made of polyethylene, a field-controlling, current-carrying layer of conductive or have semiconducting material, which is the current conductor shields electrostatically from the outside.

Nachteilig dabei ist, daß in dem Bereich des Gasraumes, in dem die Isolierstützen an das Druckrohr angrenzen, Überhöhungen des elektrischen Feldes entstehen. Metallische Teilchen, die in diese Zone gelangen, können dort einen Durchschlag zünden.The disadvantage here is that in the area of the gas space in which the insulation supports adjoin the pressure pipe, the cant electric field arise. Metallic particles in get into this zone, can ignite a breakdown.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION

Die Erfindung, wie sie im Patentanspruch 1 definiert ist, löst die Aufgabe, eine elektrische Stromleiteranordnung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß metallische Teilchen im Innenraum eines einen Innenleiter umgebenden Schutzrohres keine elektrische Entladungen erzeugen können.The invention as defined in claim 1 solves the task of an electrical conductor arrangement of the beginning mentioned type to develop such that metallic Particles in the interior of an inner conductor Protective tube can not generate electrical discharges.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.Advantageous embodiments of the invention are in the dependent claims defined.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß mit einfachen Mitteln die Betriebssicherheit und Lebensdauer von Hochspannung führenden elektrischen Stromleiteranordnungen erhöht werden kann.An advantage of the invention is that with simple Average the operational safety and lifespan of high voltage leading electrical conductor arrangements can be increased can.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:The invention is described below using exemplary embodiments explained. Show it:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Abschnittes einer elektrischen Stromleiteranordnung mit Schutzkörpern zur Vermeidung der Ansammlung metallischer Teilchen, Fig. 1 is a cross-sectional view of a portion of an electrical current conductor arrangement with protective bodies for preventing the accumulation of metallic particles,

Fig. 2 eine schematische perspektivische Teilansicht wabenförmiger Schutzkörper und Fig. 2 is a schematic perspective partial view of honeycomb-shaped protective body and

Fig. 3 die Abhängigkeit der elektrischen Feldstärke in der Nähe eines Stützisolators der Stromleiteranordnung gemäß Fig. 1 für unterschiedliche Dicken dieses Stützisolators. Fig. 3 shows the dependence of the electric field strength in the vicinity of a supporting insulator of the conductor arrangement according to Fig. 1 for different thicknesses of this post insulator.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNGWAYS OF CARRYING OUT THE INVENTION

Fig. 1 zeigt einen metallischen Stromleiter bzw. Innenleiter (4), der zentral innerhalb eines Druckrohres (3, 8) elektrisch isoliert gelagert ist. Das Druckrohr (3, 8) weist eine innere, dielektrische 1. Schutzrohrschicht (3) aus einem Kunststoff, vorzugsweise aus Polyäthylen, und darüber eine äußere, elektrisch gut leitende 2. Schutzrohrschicht (8) aus einem halbleitenden Kunststoff, vorzugsweise aus rußgefülltem Polyäthylen, auf. Die 2. Schutzrohrschicht (8), die dünner als die 1. Schutzrohrschicht (3) ist, dient zur Potentialsteuerung in einem Gasraum bzw. Innenraum (1) des Druckrohres (3, 8); sie ist in regelmäßigen Abständen geerdet (nicht dargestellt). Ihre Leitfähigkeit ist so groß, daß auch unter einer Blitzstoßbeanspruchung immer annähernd Erdpotential anliegt. Fig. 1 shows a metallic current conductor or inner conductor ( 4 ), which is mounted electrically isolated centrally within a pressure tube ( 3 , 8 ). The pressure tube ( 3 , 8 ) has an inner, dielectric 1st protective tube layer ( 3 ) made of a plastic, preferably made of polyethylene, and an outer, electrically well conductive 2nd protective tube layer ( 8 ) made of a semiconducting plastic, preferably made of soot-filled polyethylene, on. The second protective tube layer ( 8 ), which is thinner than the first protective tube layer ( 3 ), is used for potential control in a gas space or interior ( 1 ) of the pressure tube ( 3 , 8 ); it is periodically grounded (not shown). Their conductivity is so great that even under lightning impacts there is always approximately earth potential.

Das mit einem Isoliergas gefüllte Druckrohr (3, 8) ist durch scheibenförmige, elektrisch isolierende Abstandhalter bzw. Stützisolatoren (2, 2') mit einer vorgebbaren Dicke (d) gegenüber dem Innenleiter (4) getrennt. Diese Stützisolatoren (2, 2') sind fest mit dem Innenleiter (4) verbunden; sie können eine innere Abschirmelektrode aufweisen (nicht dargestellt). Wenn der Stützisolator (2) an die 1. Schutzrohrschicht (3) unmittelbar anschließt, dann wird in einer Tripellinie (9), an welcher der Stützisolator (2), die 1. Schutzrohrschicht (3) und das Gas des Innenraumes (1) zusammentreffen, ein Schutzkörper bzw. eine Schutzauflage bzw. ein Schaumstoffring (5) mit einem Schaum, vorzugsweise aus Polyurethan, vorgesehen, wie in der rechten Bildhälfte von Fig. 1 dargestellt. Damit können keine elektrische Entladungen auslösende Teilchen mehr in die kritische Zone der Tripellinie (9) vordringen, d. h. in den Bereich des Gasraumes (1), in dem die Isolierstützen (2, 2') an das Druckrohr (3, 8) angrenzen. In der Querschnittsansicht der Fig. 1 ist die kreisförmige Tripellinie (9) als Tripelpunkt dargestellt. Da der Schaumstoff des Schaumstoffringes (5) eine Dielektrizitätskonstante nahe 1 hat, führt er nicht zu starken Feldverzerrungen.The pressure tube ( 3 , 8 ) filled with an insulating gas is separated from the inner conductor ( 4 ) by disc-shaped, electrically insulating spacers or support insulators ( 2 , 2 ') with a predeterminable thickness (d). These post insulators ( 2 , 2 ') are firmly connected to the inner conductor ( 4 ); they can have an inner shielding electrode (not shown). If the post insulator ( 2 ) immediately adjoins the 1st protective tube layer ( 3 ), then in a triple line ( 9 ) on which the post insulator ( 2 ), the 1st protective tube layer ( 3 ) and the gas of the interior ( 1 ) meet , A protective body or a protective pad or a foam ring ( 5 ) with a foam, preferably made of polyurethane, provided, as shown in the right half of Fig. 1. This means that particles that trigger electrical discharges can no longer penetrate into the critical zone of the triple line ( 9 ), ie into the area of the gas space ( 1 ) in which the insulating supports ( 2 , 2 ') adjoin the pressure pipe ( 3 , 8 ). In the cross-sectional view of Fig. 1, the circular triple line ( 9 ) is shown as a triple point. Since the foam of the foam ring ( 5 ) has a dielectric constant close to 1, it does not lead to severe field distortions.

Alternativ dazu kann, wie in der linken Bildhälfte von Fig. 1 dargestellt, zwischen dem Stützisolator (2') und der 1. Schutzrohrschicht (3) ein dünnwandiger, dielektrischer Schutzkörper bzw. eine dünnwandige, dielektrische Schaumstoffschicht (6) mit einem Schaum, vorzugsweise aus Polyurethan, vorgesehen sein. Wichtig ist, daß die Schaumstoffschicht (6) eine Dielektrizitätskonstante aufweist, die möglichst nahe bei 1 liegt, vorzugsweise im Bereich von 1-1,5. Mit einer solchen Schaumstoffschicht (6) wird die sonst vorhandene Überhöhung der elektrischen Feldstärke an der Tripellinie (9) beseitigt, indem zwischen dem Stützisolator (2') und der 1. Schutzrohrschicht (3) des Druckrohres (3, 8) ein Abstand besteht. Anstelle der Schaumstoffschicht (6) mit gleicher Dicke (d) wie der Stützisolator (2') kann auch eine breitere Schaumstoffschicht (6') mit im Querschnitt gekrümmter oder rechteckiger Begrenzung (6") vorgesehen sein, wie es gestrichelt bzw. strichpunktiert angedeutet ist.Alternatively, as shown in the left half of Fig. 1, a thin-walled, dielectric protective body or a thin-walled, dielectric foam layer ( 6 ) with a foam, preferably, between the support insulator ( 2 ') and the 1st protective tube layer ( 3 ) made of polyurethane. It is important that the foam layer ( 6 ) has a dielectric constant that is as close as possible to 1, preferably in the range of 1-1.5. With such a foam layer ( 6 ) the otherwise existing increase in the electric field strength at the triple line ( 9 ) is eliminated by a distance between the support insulator ( 2 ') and the 1st protective tube layer ( 3 ) of the pressure tube ( 3 , 8 ). Instead of the foam layer ( 6 ) with the same thickness (d) as the post insulator ( 2 '), a wider foam layer ( 6 ') with a cross-sectionally curved or rectangular boundary ( 6 ") can also be provided, as is indicated by dashed or dash-dotted lines .

Anstelle der Schaumstoffschicht (6, 6', 6") kann auch eine wabenförmige Zwischenlage bzw. Zwischenschicht (7) zwischen einer 1. Begrenzungsschicht (3') und einer 2. Begrenzungsschicht (2") vorgesehen sein, wie es in Fig. 2 angedeutet ist. Statt Waben können auch viele senkrecht stehende dünne Wände oder Abstützungen vorgesehen sein. Wichtig ist, daß die Dicke dieser Wände kleiner ist als die typische Länge von entladungsauslösenden Teilchen. Die Dicke dieser Wände ist kleiner als 1,5 mm; sie beträgt etwa 1 mm. Die Zone, innerhalb welcher die elektrische Feldstärke erhöht ist, wird größer mit der Dicke (d) dieser Wände. Instead of the foam layer (6, 6 ', 6 ") can also be a honeycomb-shaped intermediate layer or intermediate layer (7) between a first confinement layer (3') and a second confinement layer (2" may be provided) as shown in Fig. 2 is indicated. Instead of honeycombs, many vertical thin walls or supports can also be provided. It is important that the thickness of these walls is smaller than the typical length of discharge-triggering particles. The thickness of these walls is less than 1.5 mm; it is about 1 mm. The zone within which the electric field strength increases increases with the thickness (d) of these walls.

Fig. 3 zeigt in einem Beispiel den berechneten Verlauf der elektrischen Feldstärke (E) in V/m in Abhängigkeit von einem senkrechten Abstand (x) von der Tripellinie (9), vgl. Fig. 1, in mm. Einer Feldstärkekurve (10) liegt eine Dicke (d) eines Stützisolators (2) von 11 mm und einer Feldstärkekurve (11) eine Dicke (d) von 1 mm zugrunde. Dabei hatte der Stützisolator (2) eine Dielektrizitätskonstante von 4 und die 1. Schutzrohrschicht (3) eine solche von 2, 3. Fig. 3 shows in an example the calculated profile of the electrical field strength (E) in V / m as a function of a perpendicular distance (x) from the triple-line (9), see FIG. Fig. 1, in mm. A field strength curve ( 10 ) is based on a thickness (d) of a post insulator ( 2 ) of 11 mm and a field strength curve ( 11 ) is based on a thickness (d) of 1 mm. Here, the support insulator (2) had a dielectric constant of 4, and the first protective tube layer (3) of such a 2; 3.

Daraus erkennt man, daß die Größe der Zone mit Überhöhung der elektrischen Feldstärke (E) umso begrenzter ist, je geringer die Dicke (d) des Stützisolators (2) ist. Falls diese Zone kleiner ist als die Länge eines metallischen Teilchens, dann ist dieses Teilchen nicht mehr mit seiner gesamten Länge der Feldüberhöhung ausgesetzt und damit nicht mehr gefährlich.From this it can be seen that the smaller the thickness (d) of the post insulator ( 2 ), the more limited the size of the zone when the electric field strength (E) is increased. If this zone is smaller than the length of a metallic particle, then this particle is no longer exposed to the field increase with its entire length and is therefore no longer dangerous.

BEZEICHNUNGSLISTELIST OF DESIGNATIONS

11

Gasraum, Innenraum von Gas space, interior of

33rd

22nd

, ,

22nd

' Abstandshalter, Stützisolatoren
'' Spacers, post insulators

22nd

" 2. Begrenzungsschicht von "2nd boundary layer of

77

, Stützisolator
, Post insulator

33rd

Druckrohr, 1. Schutzrohrschicht
Pressure pipe, 1st protective pipe layer

33rd

' 1. Begrenzungsschicht von '1st boundary layer of

77

44th

Stromleiter, Innenleiter
Conductor, inner conductor

55

Gasdurchschlag-Schutzkörper, Schutzauflage, Schaumstoffring
Gas breakdown protective body, protective pad, foam ring

66

, ,

66

', ',

66

" Schaumstoffschichten, Schutzkörper
"Foam layers, protective bodies

77

wabenförmige Zwischenschicht
honeycomb intermediate layer

88th

2. Schutzrohrschicht
2nd protective tube layer

99

Tripellinie, Grenzbereich von Gasraum Triple line, border area of gas space

11

, Stützisolator , Post insulator

22nd

und 1. Schutzrohrschicht and 1st protective tube layer

33rd

1010th

, ,

1111

Feldstärkekurven
d Dicke von Field strength curves
d thickness of

22nd

E elektrische Feldstärke
x Abstand
E electric field strength
x distance

Claims

1. Elektrische Stromleiteranordnung

a) mit mindestens einem elektrisch gut leitenden Innenleiter (4),
b) der in einem Innenraum (1) eines Schutzrohres (3, 8)
c) mit einer inneren 1. Schutzrohrschicht (3, 3') und
d) einer diese umgebenden 2. Schutzrohrschicht (8), welche elektrischen Strom besser leitet als die 1. Schutzrohrschicht (3, 3'), elektrisch isoliert angeordnet und
e) darin mittels mindestens eines Stützisolators (2, 2', 2") in seiner Position gehalten ist,
f) wobei in mindestens einem Bereich (9) des Innenraumes (1), in dem der mindestens eine Stützisolator (2, 2', 2") an die 1. Schutzrohrschicht (3, 3') angrenzt,
g) ein Schutzkörper (5, 6, 6', 6", 7) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,
h) daß dieser Schutzkörper (5, 6, 6', 6", 7) eine Dielektrizitätskonstante von ≦ 1, 5 hat.

1. Electrical conductor arrangement

a) with at least one electrically conductive inner conductor ( 4 ),
b) the in an interior ( 1 ) of a protective tube ( 3 , 8 )
c) with an inner 1st protective tube layer ( 3 , 3 ') and
d) a surrounding second protective tube layer ( 8 ), which conducts electrical current better than the first protective tube layer ( 3 , 3 '), arranged electrically insulated and
e) is held in position therein by means of at least one post insulator ( 2 , 2 ', 2 "),
f) wherein in at least one area ( 9 ) of the interior ( 1 ) in which the at least one post insulator ( 2 , 2 ', 2 ") is adjacent to the 1st protective tube layer ( 3 , 3 '),
g) a protective body ( 5 , 6 , 6 ', 6 ", 7 ) is provided, characterized in that
h) that this protective body ( 5 , 6 , 6 ', 6 ", 7 ) has a dielectric constant of ≦ 1, 5.

2. Elektrische Stromleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzkörper (5, 6, 6', 6", 7) poröses Material aufweist.2. Electrical current conductor arrangement according to claim 1, characterized in that the protective body ( 5 , 6 , 6 ', 6 ", 7 ) has porous material.

3. Elektrische Stromleiteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzkörper (5, 6', 6", 7) breiter als der mindestens eine Stützisolator (2, 2', 2") ist. 3. Electrical current conductor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the protective body ( 5 , 6 ', 6 ", 7 ) is wider than the at least one post insulator ( 2 , 2 ', 2 ").

4. Elektrische Stromleiteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

a) daß der Schutzkörper (6, 6', 6", 7) zwischen der 1. Schutzrohrschicht (3, 3') und dem mindestens einen Stützisolator (2', 2") angeordnet ist und
b) eine Dicke von mindestens 1 mm aufweist.

4. Electrical current conductor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in

a) that the protective body ( 6 , 6 ', 6 ", 7 ) between the 1st protective tube layer ( 3 , 3 ') and the at least one post insulator ( 2 ', 2 ") is arranged and
b) has a thickness of at least 1 mm.

5. Elektrische Stromleiteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzkörper (5, 6, 6', 6", 7) wabenförmig aufgebaut ist.5. Electrical current conductor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the protective body ( 5 , 6 , 6 ', 6 ", 7 ) is honeycomb-shaped.

6. Elektrische Stromleiteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzkörper viele dünne Wände aufweist, deren Dicke jeweils kleiner als 1,5 mm ist.6. Electrical conductor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the Protective body has many thin walls, the thickness of each is less than 1.5 mm.