DE3317827C2

DE3317827C2 - Gasisolierte Hochspannungsdurchführung

Info

Publication number: DE3317827C2
Application number: DE3317827A
Authority: DE
Inventors: Shuzou Takahashi; Hiroaki Yokohama Kanagawa Toda
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1982-05-19
Filing date: 1983-05-17
Publication date: 1985-08-29
Also published as: JPH0130744Y2; US4523052A; CH660253A5; DE3317827A1; JPS58176325U

Abstract

Gasisolierter Durchführungsisolator mit einem zentral angeordneten Hauptleiter (2), der aus zwei miteinander verbundenen Leitern (2a, 2b) besteht und der in seinem Mittelbereich eine Verengung aufweist, die von verengten Enden (A, B) der Leiter (2a, 2b) gebildet ist. Diese Leiter (2a, 2b) sind unter Verwendung von Flanschen (3a, 3b) miteinander verbunden. Am unteren Flansch ist ein einstückiges Kondensatorsystem (4) befestigt. Der Hauptleiter (2) und das Kondensatorsystem (4) sind in einem äußeren Isolierrohr (1) angeordnet, dessen Innenraum durch das Kondensatorsystem (4) unterteilt wird. Von einer Abschirmung (6), welche am oberen Flansch (3a) befestigt ist, wird im Verengungsbereich zwischen dem Flansch (3a) und dem oberen Leiter (2a) die Konzentration des elektrischen Feldes abgeschwächt.

Description

Die Erfindung betrifft eine giisisolierte Kondensatordurchführung für Höchstspannungen mil einem konisch ausgebildeten Isolator, in dem zentrisch ein Leiter und eine dessen basisseitigen Abschnitt konzentrisch umfassende zylindrische, sich stufenweise verjüngende Kondensatoranordnung vorgesehen sind.

Gasisolierte Hochspannungsdurchführungen, die als isolierendes Gas Schwefelhexafluorid (SF₆) verwenden, werden in Hochspannungsanlagen unterschiedlichster Ausführung angewendet, und es ist zu erwarten, daß sie auch in der Höchstspannungen verwendenden Energie- 5J übertragung (UVH-Übertragung) verwendet werden. Bei Höchstspannungen jedoch wird die Gestaltung des sich einstellenden elektrischen Feldes zu einem wichtigen Problem.

Entsprechend dem JP-Abstract Nr. 54-42 690 sind gasisolierte Kondensatordurchführungen bekannt, in denen das sich unter Belastung bildende elektrische Feld abgeschwächt bzw. dessen Spitzen abgebaut werden, indem dem den Isolator durchdringenden Leiter eine Kondensatoranordnung zugeordnet ist. die den Innenraum des Isolators in einen Hochdruck- und in einen Niederdruckbercich unterteilt, so daß der im von der Kondcnsatoranordnung umschlossenen Innenbereichc herrschende hohe Gasdruck nicht die Innenwandung des Isolators beaufschlagt; im zwischen der Kondensa- b5 toranordnung und der Innenwandung des Isolators an stehenden äußeren Raum kann das Isoliergas unter einem geringeren Druck gehalten werden. Zwar wird durch die Kondensatoranordnung schon eine Feldverzerrung im gewünschten Sinne und insbesondere ein gewisser Abbau von Feldstärkespitzen erreicht, in den Übergangsbereichen der aus diskreten Zylindern mit stufenweise abnehmendem Durchmesser aufgebauten Kondensatoranordnung jedoch ergeben sich noch unerwünscht hohe Feldstärkemaxima, und insbesondere am freien Ende der Kondensatoranordnung treten so starke Feldstärkespitzen auf, daß zur Erhöhung der Sicherheit gegen Spannungsüberschläge insbesondere in diesem Bereiche die Konstruktion zwecks Absenkung der sich ergebenden Feldstärke unerwünscht groß ausgeführt werden muß.

Die Erfindung geht daher von der Aufgabe aus, eine gasisolierte Kondensatoranordnung der in der Gattung beschriebenen Ausführung so weiterzubilden, daß durch Abschwächung des sich im Betriebe ergebenden elektrostatischen Feldes die gewünschte Durchschlagsicherheit auch mit verringerten Abmessungen erreichbar ist.

Gelöst wird diese Aufgabe, indem der den Isolator durchziehende Leiter einen mittleren, vom Endbereiche der Kondensatoranordnung übergriffenen und gegenüber den der anderen Leiterbereiche verengten Längenbereich aufweist, indem das freie Ende des Kondensatoranordnung mit dem verengten Bereiche verbunden ist, indem im veringten Bereiche eine dessen äußeres Ende übergreifende Abschirmung vorgesehen ist, und indem die Kondensatoranordnung in Form eines Kegelstumpfes einstückig ausgebildet ist. Durch diese Maßnahmen kann im kritischen, bis jetzt die höchsten Feldstärkespitzen aufweisenden Bereiche die sich einstellende Feldstärke so abgesenkt werden, daß auch verringerte Abmessungen noch eine ausreichende Sicherheit gegen Durchschläge aufweisen. Die an der Verengungsstelle auftretenden Feldstärken werden hierbei durch die zusätzliche Abschirmung begrenzt, und mit der Verengung des Leiters wird eine entsprechende Verengung des Endbereiches der Kondensatoranordnung möglich, die ihrerseits wiederum eine Verringerung der Abmessungen des Isolators ermöglicht. Die Abkehrung von der grobgcstuftcn bekannten Ausbildung der Kondensatoranordnung unterbindet weitere Feldstärkemaxima bzw. baut Feldstärkespilzen ab, so daß auch hier sich weitere Möglichkeiten der Verringerungen der Abmessungen, insbesondere der Abstände, ergeben.

Grundsätzlich ist die Verwendung lokal verengter Leiter bspw. aus del DE-OS 29 34 805 bekannt, wo nach den Fig. 3 und 4 der das dort zylindrisch ausgebildete Isolierrohr durchziehende Leiter nicht nur in seinem die Kappe durchdringenden Bereiche, sondern zusätzlich auch im Bereiche eines besonderen, durch hohe Dielektrizitätskonstanten die Spannungsverteilung steuernden, ringförmigen Isolierkörpers verengt ist, anscheinend um eben diesem Isolierkörper Raum zu geben. Eine Übertragung auf sich gemäß der Gattung bspw. stufenweise verjüngenden Kondensatoranordnung kann hierdurch weder angeregt noch nahegelegt werden.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

In einzelnen ist die Erfindung anhand von Ausfiihrungsbeispielcn in Verbindung mit diese darstellenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigt hierbei

Fig. I eint-n Längsschnitt durch eine gasisolierte Kondensatordurchführung herkömmlicher Bauart,

F i g. 2 im vergrößerten Teilausschnitt Bereiche des

Leiters der F i g. 1 mit Bereichen der ihn umgebenden Kondensatoranordnung sowie sich hierbei ergebende Äquipotentiallinien des im Betriebe auftretenden elektrischen Feldes,

F i g. 3 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der gasisolierten Kondensatordurchführung,

Fig. 4 vergrößert einen Teil-Längsschnitt durch Kondensatoranordnung und Leiter im Endbereiche der Kondcnsa türanordnung der F i g. 3.

F i g. 5 im Halbschnitt eine Anordnung gemäß F i g. 4 mit eingetragenen, im Betriebe sich ergebenden Äquipotcntiailinien, und

Fig.6 einer der Fig.4 entsprechende Darstellung eines weiteren Ausführung&faeispieles.

Zur Verdeutlichung der Erfindung wird zunächst der Stand der Technik anhand der F i g 1 und 2 erläutert. Im Längsschnitt der Fig. 1 ist eine gasisolierte Kondensatordurchführung 7 für Hochspannungen in der sogenannten Spannungskegelausführung gezeigt. Zentrisch des im wesentlichen konischen Isolators 1 ist ein elektrischer Leiter 22 angeordnet, der von einer stufenartig aus Zylindern aufgebauten KondensatoranorcVung 24 umgriffen ist, die einerseits Spitzen des gemäß F i g. 2 sich ergebenden Feldes 15 abbaut und andererseits den vom Isolator 1 umschlossenen Raum in einen auch von der Kondensatoranordnung 24 umschlossenen Hochdruckbereich und in einen zwischen der Kondensatoranordnung und dem Isolator gebildeten Niederdruckbereich unterteilt. Eine auf den Isolator 1 aufgesetzte Kühlkappe 10 steht mit dem Leiter 22 derart in Verbindung, daß die in der Kondensatordurchführung erzeugte Wärme abführbar ist Am oberen Ende des Isolators 1 ist weiterhin ein Abschirmring 11 für den Abbau des elektrischen Feldes im oberen Bereiche der Kondensatordurchführung angebracht.

Die dargestellte Kondensatordurchführung wird mit ihrer Basis vermittels von Schrauben 9 bspw. an einen Rohrflansch 8 eines Gerätes angeschraubt. Die insbesondere gemäß F i g. 2 im Verbindungsbereiche des Leiters 22 mit den! freien Ende der Kondensatoranordnung 24 auftretende relativ hohe Feldstärke zwingt jedoch dazu, die Kondensatoranordnung und insbesondere: den Leiter bezüglich ihrer Abmessungen zur Senkung; der auftretenden Feldstärke reichlich zu dimensionieren, so daß sich mit Rücksicht auf die Spannungsfestigkeit beträchtliche Abmessungen ergeben, dei en Absenken unter Aufrechterhaltung der Spannungsfestigkeit Ziel der Erfindung ist.

Eine solche Absenkung der Abmessungen wird bei dem in Fig.3 dargestellten Ausführungsbeispiel erreicht. Auch hier ist der Isolator 1 zentrisch von einem Leiter 2 durchzogen, der hier jedoch aus zwei gleichachsig ausgerichteten und miteinander verbundenen Leiterteilen 2a und 2b besteht. Die aufeinander zulaufenden Enden der Leiterteile 2a und 2b weisen jeweils Endabschnitte A bzw. B verringerten Durchmessers auf, die zusammen im mittleren Längenbereiche des Leiters 2 einen eingeengten Abschnitt Aßbilden. An die einander zugekehrten freien Enden der Leiterteile 2a und 2b sind jeweils Flansche 3a und 3b angeschweißt. Zwischen dem unteren Flansch 3b des Leiterabschnittes 2b und einer Basis 5 ist eine aus einem Stück bestehende Kondensatoranordnung 4 angeordnet und so befestigt, daß von ihr der Innenraum des Isolators 1 in einen inneren Hochdruck- und in einen iiiißeren Niederdruckbereich unterteilt ist und das in der Kondensatordurchführung gebildete elektrische Feld abgeschwächt bzw. Feldspitzen aufgebaut werden. Die aus einem Stück bestehende Kondensatoranordnung 4 ist im wesentlichen in der Form eines Kegelstumpfes ausgeführt, dessen freies Ende zylindriscn ausgebildet ist, und unterscheidet sich damit wesentlich von den bekannten Kondensatoranordnungen 24, die aus einer Aufreihung mehrerer zylindrischer Kondensatoren mit stufenweise verringerten Durchmesser bestehen.

Am oberen Flansch 3a ist eine Abschirmung 6 befestigt, welche dazu dient, Feldstärkespitzen abzubauen,

ίο die durch die unterschiedlichen Durchmesser des Leiters 2 und der Flansche 3a, 3b bedingt werden könnten.

Die derart aufgebaute Kondensatordurchführung 7 läßt sich vermittels ihrer Basis 5 durch Schrauben 9 auf einen Rohrflansch 8 eines Gerätes aufschrauben. Am freien Ende der Kondensatordurchführung ist eine Kühlklappe 10 in Verbindung mit einem Abschirmring 11 vorgesehen.

In Fig.4 ist vergrößert und im Teil-Längsschnitt der verengte Bereich AB des Leiters 2 mit einem Bereich der ihn umgebenden Kondensatoranordnung 4 dargestellt. Im die Druckdifferenz zwischen dem von der Kondensatoranordnung 4 umschlossenen Innenraum und dem ihn umgebenden Außenraum aufrechtzuerhalten, sind zwischen den Flanschen 3a und 3b einerseits und dem Flansch 3b und der Halterung 16 für die Kondensatoranordnung 4 andererseits jeweils O-Ringe 12 eingesetzt Die Zeichnung zeigt die Schrauben 13 und 14, mit denen nicht nur die Flansche 3a und 3b miteinander verbunden sind, sondern auch die Halterung 16 angeschlossen und die Abschirmung 6 befestigt sind.

Abweichend von der bekannten Ausführung nach F i g. 1 und 2 kann beim Ausführungsbeispiel der F i g. 3 und 4 die Kondensatoranordnung 4 am oberen Ende so stark verjüngt werden, daß ihr dortiger Durchmesser den eigentlichen Außendurchmesser des Leiters 2 nicht wesentlich überschreitet. Auch der Isolator 1 verjüngt sich nach oben, und der Abstand zwischen der Kondensatoranordnung und der Innenwand des isolators kann größer bemessen werden als beim herkömmlichen Aufbau.

Di- jes erweist sich als vorteilhaft, da auch die hier gebildete Überschlagstrecke größer wird. Ebenso können die Flansche 3a und 3b bzw. die Halterung 16 mit geringerem Durchmesser ausgeführt werden als der entsprechende obere Abschluß der bekannten Koridensatoranordnung nach F i g. 1. Mittels der Abschirmung 6 kann weiterhin, wie die Darstellung des elektrischen Feldes 15 der Fig. 5 aufgezeigt, eine Absenkung der Feldstärke erzielt werden. — Bei der in F i g. 1 wiedergegebenen bekannten Ausführung hatte die Kondensatorvorrichtung 24 eine durch die Aneinanderreihung diskreter Zylinder mehrstufige Form, welche eine komplexe Verteilung des elektrischen Feldes 15 mit der in Fi g. 2 autgezeigten Ausbildung bewirkt. Beim Ausführungsbeispiel dagegen ergibt sich, wie die Tig.5 aufzeigt, innerhalb der aus einem Stück bestehenden Kondensatoranordnung 4 ebenso ein gleichmäßigeres Feld wie es durch die Abschirmung 6 im Verbindungsbereiche erwirkt wird.

Der verengte Bereich AB des Leiters 2 bewirkt, daß insbesondere im Verengungsbereich Wärme auftritt Diese wird jedoch von den wie Kühlripper wirkenden Flanschen 3a und 3b abgeführt.

Der Isolator 1 kann bei der Auslegung der Konden-

6.S satordurchführung füi Höchstspannungen eine erhebliche Länge von bspw. 10 m oder noch größere Länge haben, so daß auch für den Leiter 2 eine der erheblichen Stützweite angepaßte Festigkeit aufzuweisen hat. Nun

könnte der Verengungsbereich als eine Schwächung des Leiters 2 aufgefaßt werden: Gerade hier jedoch wird er zusätzliche durch die Halterung 16 abgestützt, so daß eine ausreichende mechanische Festigkeil erreicht wird und die Kondensatordurchführung sowohl schwingungssicher als auch erdbebenfest ist.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand der Fig. 6 dargestellt. Zur Vereinfachung der Darstellung werden für bereits bekannte Teile auch die bekannten Reierenznummern wieder verwendet.

Gemäß F i g. 6 ist nur der untere Leiterteil 2b mit einem verengten Bereiche B ausgestattet, und der oberen Flansch 3a ist mit einem keine Verengung aufweisenden Leiterteil 22a verbunden. Die Verengung des Leiters 2 ist damit allein durch den verengten Bereich B des unteren Leiterteiles 2b gegeben. Der Fortfall des oberen verengten Bereiches stört das gebildete und ohnehin von der Abschirmung 6 ausgehende Feld nicht.

Herstellung und erhöht die mechanische Festigkeit des Leiters 2.

Die F.rfindung zeigt damit Wege, gasisoliert Kondensatordurchführungen zu schaffen, die auch bei Hoch- und Höchstspannungen mit relativ geringen Abmessungen ausführbar sind, da in dem Längenbereich, in dem die Kondensatoranordnung endet und mit dem Leiter verbunden ist, Feldstärkespit/en des im Betriebe sich ausbildenden elektrischen Feldes weitgehend vermieden werden, so daß eine gasisolierte Kondensatordurchführung geschaffen ist, die bei mäßigen Abmessungen auch durch außerordentlich hohe Spannungen belastbar ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen 35

40

45

50

55

60

Claims

Patentansprüche:

1. Gasisolierte Kondensatordurchführung für Höchstspannungen mit einem konisch ausgebildeten Isolator, in dem zentrisch ein Leiter und eine dessen basisseitigen Abschnitt konzentrisch umfassende zylindrische, sich stufenweise verjüngende Kondensatoranordnung vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (2) einen mittleren, vom Endbereiche der Kondensatoranordnung (4) übergriffenen und gegenüber den anderen Leiterbereichen verengten Längenbereich (AB)aufweist,

daß das freie Ende der Kondensatoranordnung (4) is mit dem verengten Bereiche (AB) verbunden ist,
daß im verengten Bereiche eine dessen äußeres Ende übergreifende Abschirmung (6) vorgesehen ist, und daß die Kondensatoranordnung (4) einstückig in Form eines Kegelstumpfes ausgebildet ist

2. GasixoÄerte Kondensatordurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (2) aus zwei miteinander verbundenen Leiterteilen (2a, Ib) besteht, von denen mindestens einer zur Bildung des verengten Bereiches (AB) einen Endabschnitt verringerten Durchmessers aufweist.

3. Gasisoüerte Kondensatordurchführung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugekehrten Enden der Leiterteile (2a, 2b) mit miteinander verbundenen Flanschen (3a, 3b) versehen sind, we'-:he auch die Abschirmung (6) haltern.

4. Gasisolierte Kondensatordurchführung nach Anspruch 3. dadurch kekenni—'ichnet, daß das freie Ende der Kondensatora.io^rdnung (4) mit einem der Flansche (3a, 3b) verbunden ist.