DE2624325A1 - Hochspannungsdurchfuehrung - Google Patents

Hochspannungsdurchfuehrung

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DE2624325A1
DE2624325A1 DE19762624325 DE2624325A DE2624325A1 DE 2624325 A1 DE2624325 A1 DE 2624325A1 DE 19762624325 DE19762624325 DE 19762624325 DE 2624325 A DE2624325 A DE 2624325A DE 2624325 A1 DE2624325 A1 DE 2624325A1
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Germany
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disc
voltage
smaller
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bushing
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Pending
Application number
DE19762624325
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English (en)
Inventor
Werner Dipl Ing Fink
Wolfgang Dr Ing Hauschild
Georg Dr Ing Issel
Harry Dr Ing Jahn
Wolfgang Prof Dr Ing Mosch
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Transformatoren und Roentgenwerk GmbH
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Transformatoren und Roentgenwerk GmbH
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/02Casings
    • H01F27/04Leading of conductors or axles through casings, e.g. for tap-changing arrangements
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02GINSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G5/00Installations of bus-bars
    • H02G5/06Totally-enclosed installations, e.g. in metal casings
    • H02G5/066Devices for maintaining distance between conductor and enclosure
    • H02G5/068Devices for maintaining distance between conductor and enclosure being part of the junction between two enclosures

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Insulators (AREA)

Description

  • Hochspannungsdurchführung Die Erfindung betrifft eine Hochspannungsdurchführung zur Verbindung von gekoppelten elektrischen Einrichtungen und/oder Apparaten, die einerseits mit flüssigen und andererseits mit gasförmigen Isoliermedien unterschiedlicher Dielektrizitätskonstante gefüllt sind.
  • Es ist bekannt, zur Verkleinerung der räumlichen Ausdehnungen elektrischer Einrichtungen und Apparate elektronegative Isoliergase, z.B. SFU, einzusetzen. Auch für die Übertragung elektrischer Energie sind bereits konkrete Ergebnisse auf der Basis von SF6-gefüllten ochspannungs leitungen vorhanden. Die SF6-Isoliertechnik gewinnt somit infolge der technischen Vorteile an BedeutUllg, Im gleichen Maße ist es auch notwendig, die direkte Verbindung von verschiedenartig isolierten elektrischen Einrichtungen, z.B. von SF6-isolierten Rohrgaskabeln oder Schaltanlagen mit ölisolierten Leistungstransformatoren vorzunehmen. Ebenfalls ergibt sich die technische Notwendigkeit, komplette SF6-ioslierte Geräte bei den Endprüfungen oder bei der Forschung SF6-Prüfgefäße direkt an die Hochspannungs-Prüftransformatoren anzuschließen.
  • Das allgemeine Problem bei der Erstellung von Isolieranordnungen mit einem nicht-festen Isoliertstoff ist die mechanische Befestigung des spannungsführenden Leiters.
  • Mn meisten sind dabei die Grenzflächen zwischen den verschiedenen Isolierstoffen gefährdet. Es ist Vorsorge zu treffen, daß die höchste Feldstärke an der Grenzfläche des eingesetzten Feststoffes nicht größer als im Gasraum ist (ETZ-A,Bd. 82 (1971), H. 12, S, 733-739), des weiteren ist Bedingung, daß durch den Feststoff eine Unterteilung in einzelne voneinander getrennte Gasräume erfolgt. Dazu muß dieser den Leiter konzentrisch umgeben und radialsylmnetrisch ausgeführt werden (ECrZ-A Bd. 94 (1973) H. 7, SO 423-426), Solche Feststoffe sind für gasisolierte Leitungen in Scheibenform bekannt, d.h. sie sind dort einsetzbar, wo auf beiden Seiten das gleiche Isoliermedium verwendet wird und die mechanischen Beanspruchungen in Richtung des Leiters relativ gering sind.
  • Es sind auch Durchführungen oder Abstandshalter für Mehrstoffdielektrika bekannt (DL-PS 97 100, DL-PS 103 765).
  • Bei diesen finden sogenannte Trichterformen Anwendung.
  • Zur Vermeidung von Teilentladungen wurden bei einer solchen Durchführung Maßnahmen zur Verminderung hoher Feldstärken an den Grenzflächen und im Gasspalt zwischen Abstandshalter und Innenleiter durch Anordnung von mehreren besonders geformten Elektroden verwirklicht, Bei der anderen Durchführung soll eine günstige Feldstärkeverteilung in einem koaxialen Mehrstoffsystem erreicht werden. Als Isoliermedium wird auf der einen Seite eins mit geringer Dielektrizitätskonstante, SF6, und auf der anderen Seite eins mit höherer Dielektrizitätskonstante' also z.B Öl, eingesetzt. Durch Anwendung von unterschiedlichen Innenleiterdurehmessern (Elektroden) wird Jedoch nur eine Verbesserung der Feldverteilung im Zwickel zwischen Außenelektrode und Feststoff erreicht.
  • Bei der Anwendung von Isoliermedien, die untersohiedliche Dielektrizitätskonstanten haben, wird durch die bekannten Anordnungen nicht gewährleistet, daß der Feldgradient längs der Oberfläche möglichst konstant ist. Dieses führt dazu, daß es zu Uberschlägen an den Grenzflächen und zu Durchschlägen der Feststoffdurchführung kommen kann, was in jedem Fall einen aufwendigen Austausch zur Folge hat.
  • Um dieses zu vermeiden, ist es notwendig, z.B. eine Steuerelektrode anzuordnen, die gewährleistet, daß der Durchschlag bei Spannungsüberbeanspruchung zuerst in der freien Gasstrecke erfolgt.
  • Der Zweck der Erfindung liegt in der Schaffung der Möglichkeit eines direkten Anschlusses von elektrischen Einrichtungen und Apparaten untelanander, die mit Isoliermedien unterschiedlicher Dielektrizitätskonstante gefüllt sind.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochspannungsdurchführung zu schaffen, die. in einem gekoppelten System auf der einen Seite mit flüssigen und auf der anderen Seite mit gasförmigen Isoliermedium in Verbindung steht. Dabei ist mithin Aufgabe, die elektrischen Feldverhältnisse im Bereich der Durchführung so zu gestalten, daß ein Uberschlag an oder ein Durchschlag in der Durch führung unterbunden wird, um eine bleibende Beschädigung auszuschließen.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Scheibe Anwendung findet, deren Konturen der beiderseitigen Grenzflächen in Abhängigkeit von Verhältnis der Dielektrizitätskonstanten des Materials der Scheibe zu der des flüssigen bzw gasförmigen Isoliermediums unterschiedlich sind.
  • Bei der Anpassung der Konturen an das jeweilige Isoliermedium entsteht also eine Scheibe, deren Querschnitt unsymmetrisch ist. Als Dimensionierungsrichtlinie gilt, daß die Neigung der Kontur von der einer gedachten Längsgrenzfläche einer Koaxialanordnung um so mehr abweicht, je kleiner das Verhältnis der Dielektrizitätskonstanten des Materials der Scheibe zu der des jeweiligen Isoliermediums, also beispielsweise Gießharz zu Öl oder Gießharz zu SF6, ist.
  • Dabei ist die Neigung so zu wählen, daß ein möglichst konstanter Betrag der Feldstärke Iängs der beiden Grenzflächen innerhalb der Hochspannung 5 durchführung entsteht.
  • Damit ist die größte Materialdicke der Hochspannungsdurchführung in axialer Richtung an der Berührungsstelle von Innenleiter und Hochspannungsdurchführung und nicht in Richtung zur Außenelektrode ab.
  • Zur Gewährleistung günstiger Feldverhältnisse an den Berührungsstellen der Elektroden, die von den Isoliermedien umgeben sind, mit der Scheibe ist diese mit einem radialsymetrisch angeordneten zumindest an seiner Oberfläche leitfähigen Kern versehen. Dieser wirkt als inerte Steuerelektrode und ist mit dem übrigen Teil der Hochspannungsdurchführung, unter gleichzeitiger Verwirklichung des hermetischen Abschlusses für die Isoliermedien dielektrisch dicht verbunden. Der äußere Durchmesser des Kerns ist geringer als der Nenndurchmesser der Elektrode ausgeführt.
  • Es ist an sämtlichen Übergangsstellen von verschiedenen Elektrodendurchmessern oder gegebenenfalls auch an Stoßstellen von gleichen Durchmessern der Elektroden eine Abrundung vorzusehen, um günstigere Mikrofeldverteilungen zu erreichen.
  • Zum weiteren Schutz des Bereiches der Hochspannungsdurchführung gegen die Auswirkungen von bberschlägen an den Grenzflächen sowie von Durchschlägen im Feststoff ist es vorteilhaft, eine Reihenfolge gegebenenfalls möglicher Durchbruchstrecken festzulegen. Dabei wird bei Verwendung von SF6 und Öl als angrenzende Isoliermedien davon ausgegangen, daß ein eventueller Durchschlag in der reinen Gasstrecke den geringsten und in der Feststoffstrecke den größten Schaden anrichten wird. Deshalb hat die freie FS6-Strecke di geringste und die freie Ölstrecke, die Grenzfläche zwischen Hochspannungsdurchführung und SF6 bzw. Öl eine jeweils stufenweise höhere und die Strecke innerhalb der Hochspannungsdurchführung die größte Durchbruchsspannung. Die vorgesehene Durchschlagstelle im SF - Raum wird 6 dabei iiiit Hilfe einer zweckmäBigezweise auf den Innenleiter aufgebrachten Steuerelektrode fixiert.
  • Durch Verwendung einer solchen Hochspannungsdurchführung werden beträchtliche Raumeinsparungen erzielt. Bei Vor-Ort-Prüfungen ist eine solche Durchführung gegebenenfalls Grundvoraussetzung, Die erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles und einer Zeichnung näher erläutert werden.
  • Die Zeichnung zeigt eine Hochspannungsdurchführung und die Anschlußteile der beiden zu verbindenden elektrischen ein richtungen im Schnitt. Als zu verbindende elektrische Einrichtungen kann zum Beispiel ein ölisolierter Transformator, dessen llochspannungspol in der Zeichnung als rohrförmige Elektrode 1 dargestellt ist und eine SF6-isolierte Energievesorgungsanlage mit einer Elektrode 1 zu in Frage kommen. Die Elektrode 1 wird von einer Außenelektrode 2 umgeben, die eine hermetisch dichte Kapselung für ein flüssiges Isoliermedium, Öl 3 und ein gasförmiges Isoliermedium, Schwefelhexafluid (SF6)4 bildet. Die gegenseitige Trennung der beiden Isoliermedien erfolgt durch eine Hochspannungsdurchführung 5. Die elektrische Verbindung der Elektroden 1 und 1t wird durch eine gegenseitige Verschraubung gewährleistet. Dazu ist in der Elektrode 1 eine Gewindebohrung und an der Elektrode 1' ein Bolzen mit einem Gewindestück 6 vorgesehen. Die Dimensionierung des Bolzens muß so erfolgen, daß er entsprechend dem Strom einen ausreichenden Durchmesser hat. Gleichzeitig muß er jedoch auch die ausreichende mechanische Befestigung der Elektroden 1, 1' mit dem aus Gießharz bestehenden Isolierteil der Hochspannungsdurchführung und einen hermetisch dichten Abschluß, welcher durch Dichtringe 7 ermöglicht ist, gewährleisten. Die Befestigung der Hochspannungsdurchführung 5 an der Außenelektrode 2 erfolgt ebenfalls mittels in der Zeichnung angedeuteter Verschraubungen 8. Zur Gewährleistung eines dichten Abschlusses ist ebenfalls ein Dichtungselement, z.B. eine Rundgummidichtung 9 die in einer Nut liegt, vorhanden.
  • Mochspannungsdurchführung 5 besitzt in ihrer Mitte einen Kern 10, der aus ltechnologisch und physikalischen Gründen vorteilhafterweise auch aus Gießharz besteht und an seinem äußeren Umfang mit einer leitfähigen Schicht, die als innere Steuerelektrode 11 wirkt, versehen ist. Bei der Herstellung der Hochspannungsdurchführung wird zunächst der Kern 10 gegossen, auf diesem dann eine Schicht leitfähiges Material aufgebracht, z.B. im Metallspritzverfahren und danach wird dieser Kern 10 in eine Form eingesetzt und mit Gießharz zu der in der Zeichnung gezeigten Form gegossen.
  • Die Dicke der Scheibe an der Einspannstelle mit der Außenelektrode 2 richtet sich nach der mechanischen Belastung, also Druck- und Zugbelastung durch die Elektroden 1, 1 und nach dem Druck des SP6-Gases.
  • Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß die inerte Steuerelektrode 11 im Durchmesser geringer als die Elektroden 1 und 1' ist und letztere an den Berührungsstellen 12 mit der Hochspannungsdurchführung 5 abgerundet sind. Dadurch wird die, zur Gewährleistung der durch die Konturen erzielten Feldsteuerung, notwendige elektrische 1tlastung an diesrfl technologisch bedingt störanfälligen Stellen erreicht.
  • Die Konturen der Grenzflächen 13 und 14 sind unterschiedlich und entsprechend dem Verhältnis der Dielektrizitätskonstanten ausgebildet. Die Grenzflächen 13, an der das Verhältnis der Dielektrizitätslronstanten etwa 5 zu 2,2 beträgt, ist wesentlich mehr gekrümmt als die andere Grenzfläche 14, wo das Verhältnis zwischen der Dielektrizitätskonstante der Gießharzscheibe und der des Isoliergases SF6 etwa 5 zu 1 ist. Durch diese Formgebung ist eine optimale Anpassung an die dielektrischen Verhältnisse gegeben, so daß an der Grenzfläche innerhalb des Gießharzes Eres = f (r) = konstant ist. Zur weiteren Koordination der Durchbruchs spannungen ist zB. eine Ringelelektrode 15 auf die Elektrode 1 im SF6-Gasraum aufgebracht. Dadurch ist leicht erreichbar, daß bei Uberschreitung eines vorgebbaren Spannungswertes ein Durchschlag der SF6-Isolierstrecke erfolgt bei gleichzeitiger Vermeidung eines Uberschlages an der Hochspannungsdurchführung. Diese Lösung ist nur prinzipiell angedeutet und in derin der Zeichnung gezeigten Ausführung nur bedingt anwendbar. Werden größere Leistungen kurzgeschlossen, so sind besondere Maßnahmen zur Vermeidung einer Beschädigung der Außenelektrode 2 vorzunehmen.
  • Vorteilhaft ist, daß die ochspannungsdurchfuhrung in ihrer gezeigten Form für einen großen Spannungsbereich angewendet werden kann.

Claims (3)

  1. Patentansprüche
    1Hochspannungsdurohführung zur Verbindung von gekapselten elektrischen Einrichtungen und/oder Apparaten, die einerseits mit flüssigen und andererseits mit gasförmigen Isoliermedien unterschiedlicher Dielektrizitätskonstante gefüllt sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Scheibe Anwendung findet, deren Konturen der beiderseitigen Grenzflächen in Abhangigkeit vom Verhältnis der Dielektrizitätskonstanten des Materiat der Scheibe zu der des flüssigen bzw. gasförmigen isoliermediums unterschiedlich sind, derart, daß die Neigung der Kontur von der einer gedachten Längsgrenzfläche einer Koaxialanordnung um so mehr abweicht, je kleiner das Verhältnis der Dielektrizitätskonstanten des Materials der Scheibe zu der des jeweiligen Isoliermediums ist, so daß ein möglichst konstanter Betrag der Feldstärke längs der beiden Grenzflächen innerhalb des Materials der Scheibe entsteht.
  2. 2. Hochspannungsdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe einen radialsymmetrischen, zumindest an seiner Oberfläche leitfähigen Kern als innere Steuerelektrode besitzt, der mit ihr dielektrisch dicht verbunden ist und dessen äußerer Durchmesser geringer als der Nenadurchmesser der Elektrode in den beiden Isoliermedlen ist und di2ne Elektroden an den Stoßstellen sich bis auf den Durchmesser des Kernes verjüngen und/oder abgerundet sind.
  3. 3. Hochspannungsdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß Elektroden vorgesehen sind bzw.
    der Innen- oder Außenleiter so gestaltet ist, daß im Bereich der Gasisolation die Durchschlagsspannung kleiner als die in der Flüssigkeit und diese Durchschlagsspannung kleiner als die Überschlagsspannung an den Grenzflächen der Hochspannungsdurchführung und diese wiederum kleiner als die Durchschlagsspannung der Scheibe ist, L e e r s e i t e
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