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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.
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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.
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Das allgemeine Problem bei der Erstellung von Isolieranordnungen mit
einem nicht-festen Isoliertstoff ist die mechanische Befestigung des spannungsführenden
Leiters.
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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.
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Es sind auch Durchführungen oder Abstandshalter für Mehrstoffdielektrika
bekannt (DL-PS 97 100, DL-PS 103 765).
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Bei diesen finden sogenannte Trichterformen Anwendung.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Dabei ist die Neigung so zu wählen, daß ein möglichst konstanter Betrag
der Feldstärke Iängs der beiden Grenzflächen innerhalb der Hochspannung 5 durchführung
entsteht.
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Damit ist die größte Materialdicke der Hochspannungsdurchführung in
axialer Richtung an der Berührungsstelle von Innenleiter und Hochspannungsdurchführung
und nicht in Richtung zur Außenelektrode ab.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Vorteilhaft ist, daß die ochspannungsdurchfuhrung in ihrer gezeigten
Form für einen großen Spannungsbereich angewendet werden kann.