EP0032690A2 - Folienisolierte Hochspannungsdurchführung mit Potentialsteuereinlagen - Google Patents

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EP0032690A2 EP81100119A EP81100119A EP0032690A2 EP 0032690 A2 EP0032690 A2 EP 0032690A2 EP 81100119 A EP81100119 A EP 81100119A EP 81100119 A EP81100119 A EP 81100119A EP 0032690 A2 EP0032690 A2 EP 0032690A2
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insulating
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B17/00—Insulators or insulating bodies characterised by their form
    • H01B17/26—Lead-in insulators; Lead-through insulators
    • H01B17/28—Capacitor type

Definitions

  • the invention relates to a high-voltage bushing with conductor parts lying at different electrical potentials and with an insulating body arranged between these conductor parts, which is wound from insulating foils, contains thin electrically conductive potential control inserts and is impregnated with a special insulating medium.
  • a high-voltage bushing is known from the publication "PROC. IEE", vol. 112, Jan. 1965, pages 89 to 102.
  • connection points of electrical devices with high operating voltages of, for example, 100 kV and higher high-voltage parts of these devices must be passed through parts which are at ground potential in such a way that arcing between these parts is avoided with certainty.
  • a corresponding connection point is, for example, the end closure of a high-voltage cable or the connection of a high-voltage transformer.
  • Corresponding insulated bushings may also be required for converters and switchgear.
  • the electrically conductive parts in the high-voltage bushings which are at high-voltage potential, are surrounded by special bushing insulators, whose Geometric dimensions are determined, among other things, by the required electrical strength values.
  • the bushing insulator known from the mentioned reference “PROC. IEE” is wound from flexible plastic films.
  • thin metallic foils are wrapped in this insulator as so-called electrically conductive potential control inserts concentrically with one another and insulated from one another. These inserts can be used to control the voltage distribution via the bushing insulator and thus to increase the partial discharge and surge voltage resistance (see e.g. P.Böning: Little Textbook of Electrical Strength, Düsseldorf 1955, pages 140 to 142).
  • Gaps and cavities in the known wound bushing insulator should be filled with sulfur hexafluoride (SF 6 ) as the insulating medium, since it is known that the partial discharge field strength in SF 6 is at least twice as high as in air. The air present in the insulator winding must therefore be pumped out and replaced by the SF 6 gas. Furthermore, since the partial discharge and surge voltage resistance are essentially limited by the axial electrical field strength at the outer edges of the electrically conductive potential control inserts in such high-voltage bushing insulators made of wound insulating material films with capacitive potential control, it must in particular be ensured that at least these edges are in the special insulating medium. In the known bushing insulator, however, replacing the air with SF 6 at these points is made more difficult, since the thin metal foils of the potential control inserts are flat over the neighboring insulating foils are included and therefore gas exchange on them is relatively difficult to achieve.
  • SF 6 sulfur hexafluoride
  • embossed foils are provided as potential control inserts.
  • This design of the high-voltage bushing can advantageously ensure that cavities formed on the potential control inserts during the winding process, in particular on the edges, are always only filled with the insulating medium, since there is a certain gas permeability between the embossed control inserts and the adjacent insulating foils.
  • embossed foils are generally mechanically more stable than smooth foils. When producing the bushing insulator with such embossed potential control inserts, it is therefore easier to handle than with smooth foils. In particular, the risk is reduced that kinks occur in the potential control deposits during the winding process, at the edges of which the electric field strength would be undesirably increased.
  • FIG. 1 schematically illustrates a high-voltage bushing is light.
  • Fig. 2 shows schematically a part of this high-voltage bushing designed according to the invention.
  • the bushing contains a central conductor 2, which is, for example, a copper tube and has a high-voltage potential of over 200 kV at 50 Hz.
  • the central conductor preferably consists of a stainless steel or aluminum tube.
  • An insulating body 2 is arranged concentrically around the conductor and has two beveled, conical jacket-shaped side surfaces 4 and 5 and between them a cylindrical jacket surface 6.
  • This insulating body is wound from insulating films made of a plastic material with a high dielectric constant, such as polypropylene films.
  • capacitor inserts 7 to 10 are provided concentrically to one another and isolated from one another, which are indicated in the figure by lines parallel to the central conductor 2.
  • These capacitor inserts, which are used for potential control and are especially designed in accordance with the invention, are expediently arranged in such a way that an approximately linear potential gradient can form along the slanted side surfaces 4 and 5 of the insulating body 3 from the inside to the outside.
  • This approximately linear potential characteristic on the side surfaces 4 and 5 can be achieved in a known manner by a suitable choice of the radial distances between the individual capacitor inserts and by their axial lengths (cf., for example, US Pat. No. 3,462,545).
  • the innermost, ladder nearby and designated 8 and 9 capacitor inserts are, for example, at high voltage potential, while the outermost capacitor insert 10 is on the outer surface 6 with an electrical connection 11 at ground potential.
  • Suitable media are, for example, special oils or in particular gases such as sulfur hexafluoride (SF 6 ) or nitrogen (N 2 ). According to the exemplary embodiment according to the figure, an SF 6 limitation of the insulation body is assumed.
  • the insulation body can also be made of a cryogenic medium such as e.g. be impregnated with helium (cf. DE-OS 2 327 629).
  • the insulation body 3 of a high-voltage bushing contains, according to the section 12 shown as a longitudinal section in FIG. 2, thin potential control inserts which are embossed and of which only a single control insert is shown in the figure, designated 10.
  • the capacitor control inserts can for example be made from a thin sheet of metal such as aluminum. Films made of a plastic such as polyvinyl chloride (PVC), polyethylene (PE), polypropylene (PP) or polycarbonate (PC) are also suitable as potential control deposits. These tax deposits are provided with a knot, for example, and they contain between 300 and 700, preferably about 500 knobs / cm 2 .
  • the tax deposits should each have a total thickness which is at least 50% greater than the thickness of a corresponding film without embossing.
  • the embossed / um has a total thickness of about 40 microns.
  • the insulating body is also wound from smooth insulating foils 14, which are made of polypropylene or polyethylene, for example. Between two layers each smooth insulation foils 14 there is also a layer of embossed insulation foils 15. These foils are also provided with a knot, for example containing about 500 knobs / cm 2 .
  • embossed insulation foils 15 are advantageously provided on both sides of the potential control insert 10. This ensures that the winding 3 is sufficiently permeable to the insulating medium, such as the SF 6 gas.
  • the cavities formed by the knobs of the potential control insert 10 and the adjacent insulation foils 15, some of which are denoted by 16 in the figure, are relatively easy to evacuate after the winding process of the insulation body and to fill them with the insulation medium.
  • the conductor part of the high-voltage bushing which is at high voltage potential is arranged centrally and that the conductor parts which are at ground potential surround it, the insulation body being provided between these conductor parts.
  • the high-voltage bushing according to the invention is also suitable for electrical devices in which high-voltage potential is present on the outside and earth potential on the inside.

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Abstract

Eine Hochspannungsdurchführung kann mit auf unterschiedlichem elektrischen Potential liegenden Leiterteilen sowie mit einem zwischen diesen Leiterteilen angeordneten Isolationskörper versehen sein, der aus Isolierfolien gewikkelt ist, dünne elektrisch leitende Potentialsteuereinlagen enthält und von einem Isoliermedium getränkt ist. Bei diesem Isolationskörper ist im allgemeinen jedoch der Austausch der in dem Wickel vorhandenen Luft durch das Isoliermedium an den Potentialsteuereinlagen erschwert. Die Erfindung sieht deshalb vor, dass geprägte Folien (10) als Potentialsteuereinlagen verwendet werden. Ausserdem können vorteilhaft zumindest einige der Lagen des Isolationskörpers (3) aus geprägten Kunststoffolien (15) gewikkelt sein.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochspannungsdurchführung mit auf unterschiedlichem elektrischen Potential liegenden Leiterteilen sowie mit einem zwischen diesen Leiterteilen angeordneten Isolationskörper, der aus Isolierfolien gewickelt ist, dünne elektrisch leitende Potentialsteuereinlagen enthält und von einem besonderen Isoliermedium getränkt ist. Eine derartige Hochspannungsdurchführung ist aus der Veröffentlichung "PROC. IEE", Vol. 112, Jan. 1965, Seiten 89 bis 102 bekannt.
  • An den Anschlußstellen von elektrischen Einrichtungen mit hohen Betriebsspannungen von beispielsweise 100 kV und höher müssen hochspannungsführende Teile dieser Einrichtungen durch auf Erdpotential liegende Teile so isoliert hindurchgeführt werden, daß mit Sicherheit Überschläge zwischen diesen Teilen vermieden werden. Eine entsprechende Anschlußstelle stellt beispielsweise der Endverschluß eines Hochspannungskabels oder der Anschluß eines Hochspannungstransformators dar. Auch bei Wandlern und Schaltanlagen können entsprechende isolierte Durchführungen erforderlich sein.
  • Zur Vermeidung solcher unerwünschter Überschläge sind die auf Hochspannungspotential liegenden elektrisch leitenden Teile in den Hochspannungsdurchführungen von besonderen Durchführungsisolatoren umgeben, deren geometrische Abmessungen unter anderem durch die geforderten elektrischen Festigkeitswerte festgelegt sind.
  • Der aus der genannten Literaturstelle "PROC. IEE" bekannte Durchführungsisolator ist aus flexiblen Kunststoffolien gewickelt. Außerdem sind in diesen Isolator noch dünne metallische Folien als sogenannte elektrisch leitende Potentialsteuereinlagen konzentrisch zueinander und gegeneinander isoliert mit eingewickelt. Mit diesen Einlagen läßt sich eine Steuerung der Spannungsverteilung über den Durchführungsisolator und somit eine Erhöhung der Teilentladungs- und Stoßspannungsfestigkeit erreichen (vgl. z.B. P.Böning: Kleines Lehrbuch der elektrischen Festigkeit, Karlsruhe 1955, Seiten 140 bis 142).
  • In dem bekannten gewickelten Durchführungsisolator vorhandene Spalte und Hohlräume sollen mit Schwefelhexafluorid (SF6) als Isoliermedium gefüllt sein, da bekanntlich die Teilentladungs-Einsatzfeldstärke in SF6 mindestens doppelt so hoch ist wie in Luft. Die in dem Wickel des Isolators vorhandene Luft muß deshalb abgepumpt und durch das SF6-Gas ersetzt werden. Da ferner bei derartigen Hochspannungsdurchführungsisolatoren aus gewickelten Isolierstofffolien mit kapazitiver Potentialsteuerung die Teilentladungs- und Stoßspannungsfestigkeit im wesentlichen durch die axiale elektrische Feldstärke an den äußeren Kanten der elektrisch leitenden Potentialsteuereinlagen begrenzt werden, muß insbesondere gewährleistet sein, daß sich zumindest diese Kanten in dem besonderen Isoliermedium befinden. Bei dem bekannten Durchführungsisolator ist jedoch ein Ersetzen der Luft durch SF6 an diesen Stellen erschwert, da die dünnen Metallfolien der Potentialsteuereinlagen flächig von den benachbarten Isolierfolien eingeschlossen sind und somit ein Gasaustausch an ihnen verhältnismäßig schwer zu erreichen ist.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, die eingangs genannte Hochspannungsdurchführung dahingehend zu verbessern, daß der Austausch der Luft durch ein Isoliermedium an ihren Potentialsteuereinlagen erleichtert ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Potentialsteuereinlagen geprägte Folien vorgesehen sind.
  • Mit dieser Gestaltung der Hochspannungsdurchführung läßt sich vorteilhaft gewährleisten, daß an den Potentialsteuereinlagen beim Wickelvorgang ausgebildete Hohlräume, insbesondere an den Kanten, stets nur mit dem Isoliermedium gefüllt sind, da zwischen den geprägten Steuereinlagen und den jeweils benachbarten Isolierfolien eine gewisse Gasdurchlässigkeit besteht. Außerdem sind geprägte Folien im allgemeinen mechanisch stabiler als glatte Folien. Bei der Herstellung des Durchführungsisolators mit solchen geprägten Potentialsteuereinlagen läßt sich deshalb besser hantieren als mit glatten Folien. Dabei ist insbesondere die Gefahr vermindert, daß bei dem Wickelvorgang Knicke in den Potentialsteuereinlagen auftreten, an deren Kanten die elektrische Feldstärke in unerwünschter Weise erhöht wäre.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Hochspannungsdurchführung nach der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Zur weiteren Erläuterung der Erfindung und deren in den Unteransprüchen gekennzeichneten Ausbildungen wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Fig. 1 eine Hochspannungsdurchführung schematisch veranschaulicht ist. Fig. 2 zeigt schematisch einen gemäß der Erfindung ausgebildeten Teil dieser Hochspannungsdurchführung.
  • Bei der in Fig. 1 als Längsschnitt dargestellten Hochspannungsdurchführung kann beispielsweise von einem Teil des Endverschlusses eines Hochspannungskabels ausgegangen werden, wie es aus der Veröffentlichung "PROC. IEE", Vol. 112, Jan. 1965, Seiten 89 bis 102 bekannt ist. Die Durchführung enthält einen zentralen Leiter 2, der z.B. ein Kupferrohr ist und auf Hochspannungspotential von über 200 kV bei 50 Hz liegt. Vorzugsweise besteht der zentrale Leiter aus einem Edelstahl- oder Aluminiumrohr. Um den Leiter ist konzentrisch ein Isolationskörper 2 angeordnet, der zwei abgeschrägte, kegelmantelförmige Seitenflächen 4 und 5 und dazwischen eine zylinderförmige Mantelfläche 6 hat. Dieser Isolationskörper ist aus isolierenden Folien aus einem Kunststoffmaterial mit einer hohe Dielektrizitätskonstanten wie z.B. aus Polypropylen-Folien gewickelt. In ihm sind konzentrisch zueinander und isoliert gegeneinander sogenannte Kondensatoreinlagen 7 bis 10 vorgesehen, die in der Figur durch zu dem zentralen Leiter 2 parallele Linien angedeutet sind. Diese zur Potentialsteuerung dienenden und gemäß der Erfindung besonders gestalteten Kondensatoreinlagen sind zweckmäßig so abgestuft zueinander angeordnet, daß sich längs der abgeschrägten Seitenflächen 4 und 5 des Isolationskörpers 3 von innen nach außen ein annähernd lineares Potentialgefälle ausbilden kann. Diese annähernd lineare Potentialcharakteristik an den Seitenflächen 4 und 5 läßt sich dabei in bekannter Weise durch eine geeignete Wahl der radialen Abstände zwischen den einzelnen Kondensatoreinlagen sowie durch deren axiale Längen erreichen (vgl. z.B. US-Patentschrift 3,462,545). Die innersten, leiternahen und mit 8 und 9 bezeichneten Kondensatoreinlagen liegen z.B. auf Hochspannungspotential, während sich die äußerste Kondensatoreinlage 10 an der Mantelfläche 6 mit einem elektrischen Anschluß 11 auf Erdpotential befindet.
  • Zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit des Isolationskörpers 3 soll die in seinen bei dem Wickelvorgang ausgebildeten Hohlräumen vorhandene Luft durch ein isolierendes Medium ersetzt sein. Geeignete Medien sind z.B. spezielle Öle oder insbesondere Gase wie Schwefelhexafluorid (SF6) oder Stickstoff (N2). Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach der Figur sei eine SF6-Tränkung des Isolationskörpers angenommen.
  • Falls die Hochspannungsdurchführung für eine auf Tieftemperatur befindliche Einrichtung, beispielsweise für den Endverschluß eines supraleitenden Kabels,vorgesehen sein soll, kann der Isolationskörper auch von einem kryogenen Medium wie z.B. von Helium durchtränkt sein (vgl. DE-OS 2 327 629).
  • Es hat sich nun gezeigt, daß bei einem Isolationskörper, der aus glatten Isolierfolien und glatten Potentialsteuereinlagen gewickelt ist, die in dem Wickel eingeschlossene Luft nur schwer durch ein isolierendes Medium wie z.B. SF6 zu ersetzen ist. Da bekanntlich die Teilentladungs- und Stoßspannungsfestigkeit einer Durchführung wesentlich durch die axiale elektrische Feldstärke an den äußeren, d.h. an den den abgeschrägten Seitenflächen 4 und 5 zugewandten Kanten der elektrisch leitenden Potentialsteuereinlagen 7 bis 10 begrenzt ist, muß gewährleistet sein, daß insbesondere diese Kanten sich in dem isolierenden Medium und nicht in der bei dem Wickelvorgang mit eingeschlossenen Luft befinden. Gemäß der Erfindung ist deshalb eine besondere Gestaltung der Potentialsteuereinlagen vorgesehen. Diese Gestaltung geht aus Fig. 2 näher hervor, in der ein entsprechendes, in Fig. 1 mit 12 bezeichnetes Teilstück des Isolationskörpers vergrößert dargestellt ist. Dabei sind mit Fig. 1 übereinstimmende Teile mit demselben Bezugszeichen versehen.
  • Der Isolationskörper 3 einer Hochspannungsdurchführung nach der Erfindung enthält gemäß dem in Fig. 2 als Längsschnitt dargestellten Teilstück 12 dünne Potentialsteuereinlagen, die mit einer Prägung versehen sind und von denen in der Figur nur eine einzige, mit 10 bezeichnete Steuereinlage veranschaulicht ist.Die Kondensatorsteuereinlagen können beispielsweise aus einer dünnen Folie aus einem Metall wie z.B. Aluminium hergestellt sein. Auch mit einem entsprechenden Metall kaschierte Folien aus einem Kunststoff wie Polyvinylchlorid (PVC), Polyäthylen (PE), Polypropylen (PP) oder Polycarbonat (PC) sind als Potentialsteuereinlagen geeignet. Diese Steuereinlagen sind beispielsweise mit einer Noppung versehen, wobei sie zwischen 300 und 700, vorzugsweise etwa 500 Noppen/cm2 enthalten.
  • Mit der Prägung sollen die Steuereinlagen jeweils eine Gesamtdicke erhalten, die mindestens 50 % größer als die Stärke einer entsprechenden Folie ohne Prägung ist. So kann z.B. eine 18 /um starke Aluminium-Folie verwendet werden, die geprägt eine Gesamtdicke von etwa 40 /um aufweist. Mit einer solchen geprägten Folie läßt sich wesentlich besser beim Wickeln des Isolationskörpers 3 hantieren als mit einer glatten Folie, da die geprägte Folie mechanisch stabiler ist.
  • Der Isolationskörper ist ferner aus glatten Isolationsfolien 14 gewickelt, die beispielsweise aus Polypropylen oder Polyäthylen sind. Zwischen jeweils zwei Lagen aus glatten Isolationsfolien 14 befindet sich ferner eine Lage aus geprägten Isolationsfolien 15. Diese Folien sind ebenfalls mit einer Noppung versehen, wobei sie beispielsweise etwa 500 Noppen/cm2 enthalten. Vorteilhaft sind jeweils zu den beiden Seiten der Potentialsteuereinlage 10 derartige geprägte Isolationsfolien 15 vorgesehen.Auf diese Weise wird eine ausreichende Durchlässigkeit des Wickels 3 für das isolierende Medium wie z.B. das SF6-Gas gewährleistet. Insbesondere sind dann die durch die Noppung der Potentialsteuereinlage 10 und der benachbarten Isolationsfolien 15 ausgebildeten Hohlräume, von denen in der Figur einige mit 16 bezeichnet sind, nach dem Wickelvorgang des Isolationskörpers verhältnismäßig leicht zu evakuieren und mit dem Isoliermedium zu füllen.
  • Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist davon ausgegangen, daß als Prägung der Potentialsteuereinlagen eine Noppung vorgesehen ist. Es sind jedoch auch andere Prägestrukturen möglich, sofern mit ihnen eine verhältnismäßig leichte Tränkung des Isolationskörpers 3 zumindest an den Potentialsteuereinlagen ermöglicht wird.
  • Ferner ist in den Figuren angenommen, daß der auf Hochspannungspotential liegende Leiterteil der Hochspannungsdurchführung zentral angeordnet ist und die auf Erdpotential liegenden Leiterteile ihn umgeben, wobei zwischen diesen Leiterteilen der Isolationskörper vorgesehen ist. Die Hochspannungsdurchführung nach der Erfindung ist jedoch ebensogut auch für elektrische Einrichtungen geeignet, bei denen auf der Außenseite Hochspannungspotential und innen Erdpotential anliegen.

Claims (9)

1. Hochspannungsdurchführung mit auf unterschiedlichem elektrischen Potential liegenden Leiterteilen sowie mit einem zwischen diesen Leiterteilen angeordneten Isolationskörper, der aus Isolierfolien gewickelt ist, dünne elektrisch leitende Potentialsteuereinlagen enthält und von einem besonderen Isoliermedium getränkt ist, gekennzeichnet durch geprägte Folien als Potentialsteuereinlagen (7 bis 10).
2. Hochspannungsdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Potentialsteuereinlagen (7 bis 10) mit einer Noppung versehen sind.
3. Hochspannungsdurchführung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch genoppte Potentialsteuereinlagen (7 bis 10) mit 300 bis 700, vorzugsweise etwa 500 Noppen/cm2.
4. Hochspannungsdurchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die als Potentialsteuereinlagen (7 bis 10) dienenden geprägten Folien jeweils eine Gesamtdicke haben, die mindestens 50 % größer ist als die Stärke einer entsprechenden Folie ohne Prägung.
5. Hochspannungsdurchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Potentialsteuereinlagen (7 bis 10) geprägte Aluminium-Folien vorgesehen sind.
6. Hochspannungsdurchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Potentialsteuereinlagen (7 bis 10) geprägte Doppelschichtfolien mit jeweils einer Schicht aus elektrisch leitendem Material und einer Schicht aus einem isolierenden Material vorgesehen sind.
7. Hochspannungsdurchführung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß als Doppelschichtfolien mit Aluminium kaschierte Folien aus einem Kunststoffmaterial vorgesehen sind.
8. Hochspannungsdurchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß zumindest einige der Lagen des Isolationskörpers (3) aus geprägten Kunststoffolien (15) gewickelt sind.
9. Hochspannungsdurchführung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß zumindest die den Potentialsteuereinlagen (7 bis 10) benachbarten Lagen aus den geprägten Isolierfolien (15) gewickelt sind.
EP81100119A 1980-01-18 1981-01-09 Folienisolierte Hochspannungsdurchführung mit Potentialsteuereinlagen Expired EP0032690B1 (de)

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