EP2715743B1 - Elektrische komponente für eine hochspannungsanlage - Google Patents

Elektrische komponente für eine hochspannungsanlage Download PDF

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EP2715743B1
EP2715743B1 EP12712246.3A EP12712246A EP2715743B1 EP 2715743 B1 EP2715743 B1 EP 2715743B1 EP 12712246 A EP12712246 A EP 12712246A EP 2715743 B1 EP2715743 B1 EP 2715743B1
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EP
European Patent Office
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current conductor
control electrode
insulating body
polymer composition
cap
Prior art date
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EP12712246.3A
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English (en)
French (fr)
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EP2715743A1 (de
Inventor
Ansgar Dais
Urs Kruesi
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ABB Schweiz AG
Original Assignee
ABB Schweiz AG
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R9/00—Structural associations of a plurality of mutually-insulated electrical connecting elements, e.g. terminal strips or terminal blocks; Terminals or binding posts mounted upon a base or in a case; Bases therefor
    • H01R9/03—Connectors arranged to contact a plurality of the conductors of a multiconductor cable, e.g. tapping connections
    • H01R9/05—Connectors arranged to contact a plurality of the conductors of a multiconductor cable, e.g. tapping connections for coaxial cables
    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H01B17/42—Means for obtaining improved distribution of voltage; Protection against arc discharges
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/24—Means for preventing discharge to non-current-carrying parts, e.g. using corona ring

Definitions

  • Such an electrical component after installation in the high-voltage system, it connects a current conductor of a first part of the system, which is electrically insulated with a solid, liquid or gaseous insulating agent from an encapsulation receiving the insulating agent, with a current conductor of a second part the plant.
  • This current conductor is typically electrically insulated from the surrounding air, but can also be insulated with another insulating means which is contained in an encapsulation which accommodates the current conductor.
  • the electrical component is designed as a partition insulator of a gas-insulated, metal-enclosed switchgear, such a partition insulator separates two spaces of the installation filled with insulating gas from one another and connects two high-voltage current conductors provided in the two spaces.
  • Rooms of the high-voltage system is an electrical field when the system is in operation exposed between the high-voltage conductors and the encapsulation, respectively.
  • the mounting flange which is electrically conductively connected to the encapsulation and is therefore largely kept at earth potential.
  • the electrical component therefore has a control electrode which is guided cylindrically symmetrically around this current connection and which dielectrically shields this connection and uniformizes the electrical field.
  • An electrical component of the type mentioned in the introduction is designed, for example, as described in EP 1 284 484 B1 .
  • EP 1 771 866 B1 and WO 2009/053147 A1 The implementation described is intended for installation in a generally metallic housing of an electrical high-voltage apparatus, for example in a transformer housing.
  • this bushing contains a current conductor that extends along an axis and can be guided at high voltage potential, a rigid insulating body fastened to the current conductor and comprising the current conductor, and a mounting flange that can be guided to ground potential on the outside of the insulating body.
  • a capacitor winding is integrated in the insulator.
  • the mounting flange separates an airborne portion of the capacitor winding located above the mounting flange from a portion of the capacitor winding which is located below the mounting flange and which, after installation of the bushing in the apparatus, is placed in a non-air insulating material, typically oil or SF 6 is.
  • a region of these bushings exposed to the surrounding air each has a shield which acts as weather and radiation protection and which encloses the section of the capacitor winding located above the mounting flange.
  • EP 1 284 484 B1 The control electrode shown on the conductor of the bushing serves for the homogenization of the electric field at the aforementioned connection point to the conductor of the high-voltage apparatus.
  • the shielding can be as in EP 1 284 484 B1 and EP 1 771 689 B1 shown to be integrated in a porcelain insulator or made of silicone and on one fiber-reinforced plastic tube to be attached. But it can also - as in EP 1 417 689 B1 and WO 2009/053147 A1 described - be applied directly to the outer surface of the insulator receiving the capacitor winding, which extends between the mounting flange and a power connection of the bushing.
  • WO 2004/001783 A1 discloses a control electrode designed as a molded plastic part, which can be detachably attached to an electrical device, such as typically a vacuum interrupter, by means of a snap-in connection.
  • an electrical device such as typically a vacuum interrupter
  • the material of the plastic molding is mixed with additives or the surface of the plastic molding is provided with a metallization. Information about the production of the plastic molded part or its deformation properties are not documented in this prior art.
  • the object of the invention is to create an electrical component of the type mentioned at the outset which is simple to manufacture and at the same time is distinguished by great operational reliability.
  • an electrical component for a high-voltage system which, in a coaxial arrangement, has a current conductor which extends along an axis and can be guided to high voltage potential, and a rigid insulating body which is fastened to the current conductor and comprises the current conductor and contains a solid polymer mass which is hardened by curing a preformed , flowable polymer mass is formed, a mounting flange attached to the outside of the insulating body, which can be guided to earth potential, and a hood-shaped control electrode which is connected in an electrically conductive manner to the current conductor and fastened to one end of the current conductor and which, when the system is in operation, generates the electrical field between the current conductor and the mounting flange controls.
  • control electrode is non-detachably connected to the current conductor and has a dimensionally stable hood formed from the solid polymer mass during the preforming and curing of the flowable polymer mass and a coating of a hardened, electrically conductive lacquer is applied at least to the outwardly facing surface of the hood.
  • control electrode is designed to be elastically deformable and has a hood made of an elastomeric plastic and a coating of a hardened, electrically conductive or electrically non-conductive lacquer is applied at least to the outwardly facing surface of the hood.
  • control electrode according to the invention can be produced with little effort and integrated into the electrical component. This considerably simplifies the manufacture, assembly and maintenance of the electrical component in accordance with the two alternative solutions.
  • a hardened lacquer layer applied to the outside of the hood increases the dielectric strength of the component and accordingly also the operational reliability.
  • the insulating body and the control electrode are also produced by jointly preforming and curing the flowable polymer mass, typically in a casting mold. These two parts, which are important for the dielectric behavior of the component, therefore have largely identical material properties and thus contribute to increased operational reliability.
  • control electrode can yield when there is an undesirable mechanical load, such as an impact. In this way, an unintentional and possibly not immediately recognizable damage to the control electrode, for example during transport or during assembly, during operation or during maintenance of the electrical component, is largely avoided. Therefore, the control electrode of the comparative example increases the operational safety of the electrical component according to the invention.
  • the non-releasable connection can be embodied as an embedding in which one end of the current conductor carrying the control electrode is embedded in the hood produced by casting.
  • the elastomeric plastic can be electrically conductive and contain at least one filler having electrically conductive particles.
  • the elastomeric plastic can also be electrically non-conductive and the coating can be electrically conductive.
  • the elastomeric plastic can contain silicone or EPDM.
  • control electrode can be detachably connected to the current conductor and can advantageously be designed as a snap or screw connection.
  • the hood can be non-detachably connected to the current conductor and can advantageously be designed as an adhesive connection or as an embedding in which an end of the current conductor carrying the control electrode is embedded in the hood which is produced by casting or shrinking.
  • the hood and a shield applied to the insulating body can jointly contain an electrically non-conductive, elastomeric plastic, which is formed during the manufacture of the component by hardening a flowable starting mass introduced into a casting mold.
  • a capacitor winding can be embedded in the solid polymer mass with capacitor coatings which are electrically insulated from one another and which are kept at a distance from one another in the radial direction by an insulating film wound around the axis or by several layers of a thread-wound winding body guided around the axis.
  • the electrical component can be a bushing of the high-voltage system or a partition insulator of a gas-insulated and metal-encapsulated high-voltage system.
  • the lower end 12 of the current conductor 10 which is generally in the form of a tube or a round rod, can be connected in an electrically conductive manner to one end of a current conductor arranged in the aforementioned insulating-filled metal housing. Its upper end 11 can be electrically conductively connected to an outdoor-insulated high-voltage conductor.
  • the capacitor winding 40 has capacitor coatings 41 which are electrically insulated from one another and which are kept at a distance from one another in the radial direction.
  • the insulating distance is achieved by means of an insulating foil 42 wound in the form of a spiral, which typically consists of paper and / or plastic, or by means of several layers of a thread-wound bobbin guided around the axis A.
  • the capacitor winding 40 is used to control an electrical field, which is formed during the operation of the bushing between the current conductor 10, which is then at high voltage potential, and the mounting flange 30, which is then at the potential of the metal housing.
  • the insulating film 42 and the capacitor coatings 41 of the capacitor winding 40 are embedded in a solid polymer mass 21 which generally contains filler and which is typically an epoxy filled with a mineral powder.
  • the control electrode 50 has a hood 51 made of plastic. Out Fig. 2 it can be seen that at least on the upward, downward and outward-facing, that is, at least on the entire outer surface of the hood 51, a coating 52 of a hardened lacquer is applied.
  • the control electrode 50 is located at the potential of the current conductor 10. This can be done on the one hand by an electrically conductive plastic forming the hood 51, for example by an electrically conductive particle such as graphite, metal. or metal oxide powder, filled polymer can be achieved. On the other hand, this can also be achieved in that the hardened lacquer forming the coating 52 is electrically conductive, regardless of whether the hood 51 is made of an electrically conductive or an electrically non-conductive plastic.
  • the coating 52 made of the electrically conductive or electrically non-conductive lacquer smoothes unavoidable surface roughness of the hood 51.
  • a particularly fine control of the electrically conductive field that occurs during operation of the high-voltage system is achieved, which between the control electrode 50 and the mounting flange 30, respectively. the metal housing connected to this flange in an electrically conductive manner.
  • such a coating has a polymeric matrix which protects the surface of the control electrode 50 from mechanical damage, such as scratching, and at the same time considerably reduces the undesired emission of electrons from the control electrode 50. If the coating 52 is formed by the hardened conductive lacquer, electrically conductive particles of the lacquer which are at high voltage potential are embedded in the polymer matrix and the undesired emission of electrons is then considerably reduced.
  • the hood is fastened in an axially symmetrical arrangement to the lower end of the current conductor 10 and, with its downwardly open, spherically curved wall, shields a current conductor connection with which the current conductor 10 with its lower end 12 connects to the end of the aforementioned current conductor, which is arranged in a metal housing filled with insulating material of the electrical apparatus is electrically connected.
  • control electrode 50 is non-detachably connected to the current conductor 10.
  • the non-releasable connection is embodied as an embedding in which the end 12 of the current conductor 10 carrying the control electrode 50 is embedded in the hood 51 produced by casting.
  • the hood 51 is advantageously formed from an elastomeric plastic.
  • the hood 51 can then be preformed by entering a flowable starting mass into a casting mold, which can also serve to manufacture the shield.
  • a hood 51 and optionally also a shield 60 are made in the casting mold achieved from the elastomeric plastic.
  • the shield 60 is then direct (in Fig. 1 not shown) poured onto the rigid insulating body 20. If the flowable starting mass has a plastic containing electrically conductive particles, the hood 51 can be used as a control electrode 50 after applying a coating 52 made of a hardened, electrically non-conductive lacquer to the outwardly facing surface of the hood.
  • hood 51 and the shielding have been formed together in a casting mold, then the hood 51 must be provided with a coating 52 of a hardened, electrically conductive lacquer, at least on the outward-facing surface.
  • a coating 52 of a hardened, electrically conductive lacquer at least on the outward-facing surface.
  • the control electrode 50 can deform elastically. Damage to the control electrode during transport or during assembly of the component can thus be largely avoided.
  • Suitable elastomers are primarily silicone and EPDM, but also elastomeric thermoplastics, such as thermoplastic polyurethane.
  • the hood 51 can, however, also be formed in a casting mold which forms the rigid insulating body 20 and the hood 51, and optionally also the shield 60 at the same time, into which, for example, in WO 2009/053147 A1 described, a winding body containing the current conductor 10 and the capacitor winding 40 is arranged and is impregnated with the flowable polymer mass under vacuum.
  • the flowable polymer mass is subsequently cured in the casting mold to form the solid polymer mass 21 and thus also to form the rigid insulating body 20 and the dimensionally stable hood 51, optionally also the shield 60.
  • a seat for the mounting flange 30 is machined into the molded body formed in this way, containing the current conductor 10, the insulating body 20, the capacitor winding 40, the hood 51 and possibly also the shield 60, and the cover 52 is at least formed on the outer surface of the hood 51, about with the help of the conductive varnish.
  • the connection between the lower end of the current conductor 12 and the control electrode 50 is detachable.
  • the releasable connection is designed as a screw connection.
  • the control electrode 50 has a thread 54 which is screwed onto a counter thread 14 which fits into the End 12 of the conductor is molded.
  • the releasable connection can also be designed as a snap connection. It can then be seen that the control electrode 50 has an annular inner edge 53 which snaps into an annular groove 13 when the separately manufactured control electrode 50 is pushed on, which is formed in the lower end 12 of the current conductor.
  • the current conductor 10 can be electrically conductively connected, for example by plugging, to a current conductor of the high-voltage system arranged in the metal encapsulation and guided along the axis A.
  • a further control electrode can also be arranged on the right end, not shown, of the current conductor 10 led out of the pane 20. It can be seen that the control electrode 50 is connected to the current conductor 10 by snapping it on, that is to say releasably.
  • the control electrode 50 can, however, also be connected to the current conductor 10 in a non-detachable manner.
  • the hood 51 is then produced when the flowable polymer mass intended for producing the insulating body 20 is cast.
  • the solid polymer mass 21 of the hood 51 then embeds the end 12 of the current conductor 10 to form the non-releasable connection.
  • control electrode 50 can only on the lower resp. left 12 or at the top resp. right end 11 of the conductor 11 may be attached, or a control electrode may be attached to each of the two ends 11, 12.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Komponente für eine Hochspannungsanlage, enthaltend in koaxialer Anordnung:
    • einen längs einer Achse erstreckten, auf Hochspannungspotential führbaren Stromleiter,
    • einen am Stromleiter befestigten und den Stromleiter umfassenden starren Isolierkörper, enthaltend eine feste Polymermasse, die durch Aushärten einer vorgeformten, fliessfähigen Polymermasse gebildet ist,
    • einen am Isolierkörper aussen befestigten, auf Erdpotial führbaren Montageflansch, und
    • eine elektrisch leitend mit dem Stromleiter verbundene und an einem Ende des Stromleiters befestigte, haubenförmig ausgebildete Steuerelektrode, die bei Betrieb der Anlage das elektrische Feld zwischen dem Stromleiter und dem Montageflansch steuert.
  • Ist eine solche elektrische Komponente als Hochspannungsdurchführung ausgeführt, so verbindet sie nach Einbau in die Hochspannungsanlage einen Stromleiter eines ersten Teils der Anlage, der mit einem festen, flüssigen oder gasförmigen Isoliermittel gegenüber einer das Isoliermittel aufnehmenden Kapselung elektrisch isoliert ist, mit einem Stromleiter eines zweiten Teils der Anlage. Dieser Stromleiter ist typischerweise durch die umgebende Luft elektrisch isoliert, kann aber auch mit einem anderen Isoliermittel isoliert sein, welches in einer den Stromleiter aufnehmenden Kapselung enthalten ist. Ist die elektrische Komponente als Schottungsisolator einer gasisolierten, metallgekapselten Schaltanlage ausgebildet, so trennt ein solcher Schottungsisolator zwei isoliergasgefüllte Räume der Anlage voneinander und verbindet zwei in den beiden Räumen vorgesehene hochspannungsführende Stromleiter miteinander.
  • Die mechanische Verbindung zwischen dem Stromleiter der elektrischen Komponente und den beiden Stromleitern der zu verbindenden Teile resp. Räume der Hochspannungsanlage ist bei Betrieb der Anlage einem elektrischen Feld ausgesetzt, das zwischen den hochspannungsführenden Stromleitern und der Kapselung resp. dem mit der Kapselung elektrisch leitend verbundenen und daher weitgehend auf Erdpotential gehaltenen Montageflansch wirkt. Daher weist die elektrische Komponente eine zylindersymmetrisch um diese Stromverbindung geführte Steuerelektrode auf, die diese Verbindung dielektrisch abschirmt und das elektrische Feld vergleichmässigt.
    • STAND DER TECHNIK
  • Eine als Durchführung ausgeführte elektrische Komponente der eingangs genannten Art ist beispielsweise beschrieben in EP 1 284 484 B1 , EP 1 417 689 B1 , EP 1 771 866 B1 und WO 2009/053147 A1 . Die beschriebene Durchführung ist zum Einbau in ein im allgemeinen metallenes Gehäuse eines elektrischen Hochspannungsapparates, beispielsweise in ein Transformatorgehäuse, bestimmt. Diese Durchführung enthält in koaxialer Anordnung einen längs einer Achse erstreckten, auf Hochspannungspotential führbaren Stromleiter, einen am Stromleiter befestigten und den Stromleiter umfassenden starren Isolierkörper und einen am Isolierkörper aussen befestigten, auf Erdpotial führbaren Montageflansch.
  • In den Isolator ist ein Kondensatorwickel integriert. Der Montageflansch trennt einen in Luft liegenden und oberhalb des Montageflanschs angeordneten Abschnitt des Kondensatorwickels von einem Abschnitt des Kondensatorwickels, der unterhalb des Montageflanschs gelegen ist und der nach Einbau der Durchführung in den Apparat in einem von Luft abweichenden Isoliermittel, typischerweise Öl oder SF6, angeordnet ist. Ein der umgebenden Luft ausgesetzter Bereich dieser Durchführungen weist jeweils eine als Wetter- und Strahlenschutz wirkende Beschirmung auf, die den oberhalb des Montageflanschs gelegenen Abschnitt des Kondensatorwickels einschliesst. Eine lediglich in EP 1 284 484 B1 dargestellte, am Stromleiter der Durchführung festgesetzte Steuerelektrode dient der Homogenisierung des elektrischen Feldes an der vorgenannten Verbindungsstelle zum Stromleiter des Hochspannungsapparates.
  • Die Beschirmung kann wie in EP 1 284 484 B1 und EP 1 771 689 B1 gezeigt in einen Porzellanisolator integriert sein oder aus Silikon gefertigt und auf einem faserverstärkten Kunststoffrohr befestigt sein. Sie kann aber auch - wie in EP 1 417 689 B1 und WO 2009/053147 A1 beschrieben - unmittelbar auf die zwischen dem Montageflansch und einem Stromanschluss der Durchführung erstreckte Aussenfläche des den Kondensatorwickel aufnehmenden Isolators aufgebracht sein.
  • WO 2004/001783 A1 offenbart eine als Kunststoffformteil ausgebildete, kreisringförmig gestaltete Steuerelektrode, welche mit Hilfe einer Rastverbindung lösbar an einem elektrischen Gerät, wie typischerweise einer Vakuumschaltröhre, befestigt werden kann. Zur Erzielung einer feldbeeinflussenden Wirkung ist der Werkstoff des Kunststoffformteils mit Zusatzstoffen versetzt oder ist die Oberfläche des Kunststoffformteils mit einer Metallisierung versehen. Angaben über die Fertigung des Kunststoffformteils oder dessen Verformungseigenschaften sind in diesem Stand der Technik nicht dokumentiert.
    • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Der Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen angegeben ist, liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Komponente der eingangs genannten Art zu schaffen, die einfach zu fertigen ist und sich zugleich durch eine grosse Betriebssicherheit auszeichnet.
  • Gemäss der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Komponente für eine Hochspannungsanlage bereitgestellt, die in koaxialer Anordnung einen längs einer Achse erstreckten, auf Hochspannungspotential führbaren Stromleiter aufweist sowie einen am Stromleiter befestigten und den Stromleiter umfassenden starren Isolierkörper, enthaltend eine feste Polymermasse, die durch Aushärten einer vorgeformten, fliessfähigen Polymermasse gebildet ist, einen am Isolierkörper aussen befestigten, auf Erdpotential führbaren Montageflansch und eine elektrisch leitend mit dem Stromleiter verbundene und an einem Ende des Stromleiters befestigte, haubenförmig ausgebildete Steuerelektrode, die bei Betrieb der Anlage das elektrische Feld zwischen dem Stromleiter und dem Montageflansch steuert.
  • Erfindungsgemäss ist die Steuerelektrode nichtlösbar mit dem Stromleiter verbunden und weist eine beim Vorformen und Härten der fliessfähigen Polymermasse gebildete formbeständige Haube aus der festen Polymermasse auf und ist zumindest auf der nach aussen weisenden Oberfläche der Haube ein Überzug aus einem gehärteten, elektrisch leitenden Lack aufgebracht.
  • In einem Vergleichsbeispiel ist die Steuerelektrode elastisch verformbar ausgebildet und weist eine Haube aus einem elastomeren Kunststoff auf und ist zumindest auf der nach aussen weisenden Oberfläche der Haube ein Überzug aus einem gehärteten, elektrisch leitenden oder elektrisch nichtleitenden Lack aufgebracht.
  • Die erfindungsgemässe Steuerelektrode lässt sich mit geringem Aufwand herstellen und in die elektrische Komponente integrieren. Es werden so Herstellung, Montage und Wartung der elektrischen Komponente gemäss den beiden Alternativlösungen erheblich vereinfacht. Durch eine auf der Aussenseite der Haube aufgebrachte gehärtete Lackschicht wird erfindungsgemäss die dielektrische Festigkeit der Komponente und dementsprechend auch die Betriebssicherheit erhöht.
  • Erfindungsgemäss werden zudem der Isolierkörper und die Steuerelektrode durch gemeinsames Vorformen und Härten der fliessfähigen Polymermasse, typischerweise in einer Giessform, gefertigt. Diese beiden für das dielektrische Verhalten der Komponente wichtigen Teile weisen daher weitgehend identische Werkstoffeigenschaften auf und tragen so zu einer erhöhen Betriebssicherheit bei.
  • Beim Vergleichsbeispiel kann die Steuerelektrode bei einer unerwünschten mechanischen Belastung, etwa einem Stoss, nachgeben. Es wird so eine unbeabsichtigte und gegebenenfalls nicht unmittelbar erkennbare Beschädigung der Steuerelektrode, etwa beim Transport oder bei der Montage, beim Betrieb oder bei der Wartung der elektrischen Komponente, weitgehend vermieden. Daher erhöht die Steuerelektrode des Vergleichsbeispiels die Betriebssicherheit der elektrischen Komponente nach der Erfindung.
  • Um eine besonders wirtschaftliche Fertigung der erfindungsgemässen Komponente zu ermöglichen, kann die nichtlösbare Verbindung als Einbettung ausgeführt sein, bei der ein die Steuerelektrode tragendes Ende des Stromleiters in die durch Giessen gefertigte Haube eingebettet ist.
  • Bei der Komponente nach dem Vergleichsbeispiel kann der elastomere Kunststoff elektrisch leitend sein und mindestens einen elektrisch leitende Partikel aufweisenden Füllstoff enthalten. Bei dieser Komponente kann der elastomere Kunststoff aber auch elektrisch nichtleitend und der Überzug elektrisch leitend sein. In jedem Fall kann der elastomere Kunststoff Silikon oder EPDM enthalten.
  • Bei der Komponente nach dem Vergleichsbeispiel kann die Steuerelektrode lösbar mit dem Stromleiter verbunden sein und kann mit Vorteil als Schnapp- oder Schraubverbindung ausgeführt sein. Alternativ kann die Haube nichtlösbar mit dem Stromleiter verbunden sein und kann mit Vorteil als Klebverbindung ausgeführt sein oder als Einbettung, bei der ein die Steuerelektrode tragendes Ende des Stromleiters in die durch Giessen oder Schrumpfen gefertigte Haube eingebettet ist.
  • Die Haube und eine auf den Isolierkörper aufgebrachte Beschirmung können gemeinsam einen elektrisch nichtleitenden, elastomeren Kunststoff enthalten, der beim Fertigen der Komponente durch Härten einer in eine Giessform eingebrachten, fliessfähigen Ausgangsmasse gebildet ist.
  • Bei der erfindungsgemässen Lösung oder dem Vergleichsbeispiel kann in die feste Polymermasse ein Kondensatorwickel eingebettet sein mit voneinander elektrisch isolierten Kondensatorbelägen, die in radialer Richtung durch eine um die Achse gewickelte Isolierfolie oder durch mehrere um die Achse geführte Lagen eines fadengewickelten Wickelkörpers mit Abstand voneinander gehalten sind.
  • Die elektrische Komponente kann eine Durchführung der Hochspannungsanlage oder ein Schottungsisolator einer gasisoliert und metallgekapselt ausgebildeten Hochspannungsanlage sein.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Hierbei zeigt:
    • Fig.1
    eine Aufsicht auf eine längs einer Achse A erstreckte Ausführungsform einer als Durchführung ausgebildeten elektrischen Komponente nach der Erfindung, die rechts der Achse teilweise geschnitten dargestellt ist,
    Fig.2
    eine Vergrösserung eines umrandet dargestellten Teils der elektrischen Komponente nach Fig.1,
    Fig.3
    ein gemäss Fig.2 dargestelltes Vergleichsbeispiel,
    Fig.4
    ein gemäss Fig.2 dargestelltes Vergleichsbeispiel, und
    Fig.5
    ein gemäss den Figuren 2 bis 4 dargestelltes Vergleichsbeispiel.
    WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • In allen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen auch gleichwirkende Teile. Die aus den Figuren 1 und 2 ersichtliche Durchführung enthält in koaxialer Anordnung folgende Teile:
    • einen längs der Achse A geführten Stromleiter 10 mit einem als erster Stromanschluss dienenden oberen Ende 11 und einem als zweiter Stromanschluss dienenden unteren Ende 12,
    • einen am Stromleiter 10 befestigten und den Stromleiter umfassenden starren Isolierkörper 20,
    • einen am Isolierkörper 20 befestigten und durch den Isolierkörper mit Abstand zum Stromleiter 10 gehaltenen Montageflansch 30, der beim Einbau der Durchführung in die Hochspannungsanlage mit einem isoliermittelgefüllten Metallgehäuse eines elektrischen Apparates, beispielsweise mit einem Transformatorgehäuse, verbunden ist,
    • einen in den Isolierkörper 20 integrierten Kondensatorwickel 40,
    • eine am unteren Ende 12 des Stromleiters 10 befestigte und mit dem Stromleiter 10 elektrisch leitend verbundene Steuerelektrode 50, und
    • eine den Isolierkörper 20 umfassende Beschirmung 60, die sich in axialer Richtung vom Montageflansch 30 auf einen mit dem oberen Ende 11 des Stromleiters 10 elektrisch leitend verbundenen Flansch 11a erstreckt.
  • Der im allgemeinen als Rohr oder als Rundstab ausgebildete Stromleiter 10 kann mit seinem unteren Ende 12 mit einem Ende eines im vorgenannten isoliermittelgefüllten Metallgehäuse angeordneten Stromleiter elektrisch leitend verbunden werden. Sein oberes Ende 11 kann mit einem freiluftisolierten Hochspannungsleiter elektrisch leitend verbunden werden. Eine dann erforderliche, den Isolierkörper 20 umgebende, typischerweise aus Porzellan oder einem witterungsbeständigen Kunststoff, etwa auf der Basis von Silicon, EPDM oder cycloaliphatischem Epoxid, bestehende Beschirmung 60 dient hierbei als Wetter- und Strahlenschutz.
  • Der Kondensatorwickel 40 weist voneinander elektrisch isolierte Kondensatorbeläge 41 auf, die in radialer Richtung mit Abstand voneinander gehalten sind. Der isolierende Abstand wird durch eine in Form einer Spirale gewickelte Isolierfolie 42 erreicht, welche typischerweise aus Papier und/oder Kunststoff besteht, oder durch mehrere um die Achse A geführte Lagen eines fadengewickelten Wickelkörpers. Der Kondensatorwickel 40 dient der Steuerung eines elektrischen Feldes, welches sich während des Betriebs der Durchführung zwischen dem dann auf Hochspannungspotential befindlichen Stromleiter 10 und dem dann auf dem Potential des Metallgehäuses befindlichen Montageflansch 30 ausbildet. Die Isolierfolie 42 und die Kondensatorbeläge 41 des Kondensatorwickels 40 sind in eine im allgemeinen Füllstoff enthaltende feste Polymermasse 21 eingebettet, welche typischerweise ein mit einem Mineralpulver gefülltes Epoxid ist.
  • Die Steuerelektrode 50 weist eine Haube 51 aus Kunststoff auf. Aus Fig.2 ist ersichtlich, dass zumindest auf der nach oben, unten und aussen weisenden, also zumindest auf der gesamten äusseren Oberfläche der Haube 51 ein Überzug 52 aus einem gehärteten Lack aufgebracht ist.
  • Die Steuerelektrode 50 befindet sich auf dem Potential des Stromleiters 10. Dies kann zum einem durch einen die Haube 51 bildenden, elektrisch leitenden Kunststoff, etwa durch ein mit elektrisch leitenden Partikeln, wie Graphit-, Metall- oder Metalloxidpulver, gefülltes Polymer erreicht werden. Zum anderen kann dies auch dadurch erreicht werden, dass der den Überzug 52 bildende, gehärtete Lack elektrisch leitend ist, unabhängig davon, ob die Haube 51 aus einem elektrisch leitenden oder einem elektrisch nichtleitenden Kunststoff gefertigt ist.
  • Der Überzug 52 aus dem elektrisch leitenden oder elektrisch nichtleitenden Lack glättet nicht zu vermeidende Oberflächenrauhigkeiten der Haube 51. Es wird so eine besonders feine Steuerung des bei Betrieb der Hochspannungsanlage auftretenden elektrisch leitenden Feldes erreicht, das zwischen der Steuerelektrode 50 und dem Montageflansch 30 resp. dem mit diesem Flansch elektrisch leitend verbundenen Metallgehäuse wirkt. Zudem weist ein solcher Überzug eine polymere Matrix auf, die die Oberfläche der Steuerelektrode 50 vor mechanischer Beschädigung, wie Verkratzen, schützt und zugleich den unerwünschten Austritt von Elektronen aus der Steuerelektrode 50 erheblich reduziert. Wird der Überzug 52 vom gehärteten Leitlack gebildet, so sind auf Hochspannungspotential befindliche, elektrisch leitfähige Partikel des Lacks in die polymere Matrix eingebettet und wird auch dann der unerwünschte Austritt von Elektronen erheblich gemindert.
  • Die Haube ist in axialsymmetrischer Anordnung am unteren Ende des Stromleiters 10 befestigt und schirmt mit ihrer nach unten offenen, kugelförmig gekrümmten Wand eine Stromleiterverbindung ab, mit der der Stromleiter 10 mit seinem unteren Ende 12 mit dem Ende des vorgenannten, in einem isoliermittelgefüllten Metallgehäuse angeordneten Stromleiters des elektrischen Apparates elektrisch leitend verbunden ist.
  • Bei der Ausführungsform nach den Figuren 1 und 2 ist die Steuerelektrode 50 nichtlösbar mit dem Stromleiter 10 verbunden. Die nichtlösbare Verbindung ist als Einbettung ausgeführt, bei der das die Steuerelektrode 50 tragende Ende 12 des Stromleiters 10 in die durch Giessen gefertigte Haube 51 eingebettet ist.
  • Mit Vorteil ist die Haube 51 aus einem elastomeren Kunststoff geformt. Die Haube 51 kann dann durch Eingeben einer fliessfähigen Ausgangsmasse in eine Giessform, die zugleich auch der Fertigung der Beschirmung dienen kann, vorgeformt werden. In einem nachfolgenden Vernetzungsprozess wird in der Giessform eine Haube 51 und gegebenenfalls zugleich auch eine Beschirmung 60 aus dem elastomeren Kunststoff erreicht. Die Beschirmung 60 ist dann direkt (in Fig.1 nicht dargestellt) auf den starren Isolierkörper 20 aufgegossen. Falls die fliessfähige Ausgangsmasse einen elektrisch leitende Partikel enthaltenden Kunststoff aufweist, kann die Haube 51 nach Auftragen eines Überzugs 52 aus einem gehärteten, elektrisch nichtleitenden Lack auf die nach aussen weisende Fläche der Haube als Steuerelektrode 50 verwendet werden. Sind die Haube 51 und die Beschirmung gemeinsam in einer Giessform gebildet worden, dann ist die Haube 51 zumindest auf der nach aussen weisenden Oberfläche mit einem Überzug 52 aus einem gehärteten, elektrisch leitenden Lack zu versehen. Bei einer unerwünschten mechanischen Belastung, etwa bei einem Stoss, kann sich die Steuerelektrode 50 elastisch verformen. Eine Beschädigung der Steuerelektrode beim Transport oder bei der Montage der Komponente kann so weitgehend vermieden werden. Geeignete Elastomere sind vor allem Silikon und EPDM, aber auch elastomere Thermoplaste, wie etwa thermoplastisches Polyurethan.
  • Die Haube 51 kann aber auch in einer den starren Isolierkörper 20 und die Haube 51, gegebenenfalls zugleich auch die Beschirmung 60, formenden Giessform gebildet werden, in welche wie etwa in WO 2009/053147 A1 beschrieben, ein den Stromleiter 10 und den Kondensatorwickel 40 enthaltender Wickelkörper angeordnet und unter Vakuum mit der fliessfähigen Polymermasse imprägniert wird. Nachfolgend wird die fliessfähige Polymermasse in der Giessform unter Bildung der festen Polymermasse 21 und damit auch unter Bildung des starren Isolierkörpers 20 und der formbeständigen Haube 51, gegebenenfalls auch der Beschirmung 60, gehärtet. In den so gebildeten, den Stromleiter 10, den Isolierkörper 20, den Kondensatorwickel 40, die Haube 51 und gegebenenfalls auch die Beschirmung 60 enthaltenden Formkörper wird spanabhebend ein Sitz für den Montageflansch 30 eingeformt und wird zumindest auf die Aussenfläche der Haube 51 der Überzug 52, etwa mit Hilfe des Leitlacks, aufgebracht.
  • Bei den Vergleichsbeispielen nach den Figuren 3 und 4 ist die Verbindung zwischen dem unteren Ende des Stromleiters 12 und Steuerelektrode 50 lösbar ausgebildet. Wie in Fig.3 dargestellt, ist die lösbare Verbindung als Schraubverbindung ausgeführt. Ersichtlich weist dann die Steuerelektrode 50 ein Gewinde 54 auf, welches auf ein Gegengewinde 14 aufgeschraubt ist, das in das Ende 12 des Stromleiters eingeformt ist. Wie in Fig.4 dargestellt, kann die lösbare Verbindung auch als Schnappverbindung ausgeführt sein. Ersichtlich weist dann die Steuerelektrode 50 einen ringförmig ausgebildeten Innenrand 53 auf, der beim Aufschieben der separat gefertigten Steuerelektrode 50 in eine Ringnut 13 einschnappt, die in das untere Ende 12 des Stromleiters eingeformt ist.
  • Aus dem Vergleichsbeispiel in Fig.5 ist ersichtlich, dass bei Ausbildung der elektrischen Komponente als Schottungsisolator einer gasisolierten, metallgekapselten Hochspannungsanlage der Stromleiter 10 analog den vorstehend beschriebenen Durchführungen im Isolierkörper 20 befestigt und mit Hilfe des Montageflansches 30 in die nicht dargestellte Metallkapselung eingesetzt und so in einem definierten Abstand zur Kapselung gehalten ist. Die Steuerelektrode 50 ist am linken Ende 12 des durch den scheibenförmig ausgebildeten Isolierkörper 20 geführten Stromleiters 10 befestigt. An diesem Ende kann der Stromleiter 10 mit einem in der Metallkapselung angeordneten, entlang der Achse A geführten Stromleiter der Hochspannungsanlage, etwa durch Stecken, elektrisch leitend verbunden werden. In entsprechender Weise kann auch am nicht dargestellten rechten Ende des aus der Scheibe 20 herausgeführten Stromleiters 10 eine weitere Steuerelektrode angeordnet sein. Ersichtlich ist die Steuerelektrode 50 durch Aufschnappen, also lösbar, mit dem Stromleiter 10 verbunden.
  • Die Steuerelektrode 50 kann aber auch in nichtlösbarer Weise mit dem Stromleiter 10 verbunden sein. Die Haube 51 wird dann beim Vergiessen der zur Fertigung des Isolierkörpers 20 vorgesehenen fliessfähigen Polymermasse gefertigt. Die feste Polymermasse 21 der Haube 51 bettet dann das Ende 12 des Stromleiters 10 unter Bildung der nichtlösbaren Verbindung ein.
  • Je nach Anforderungsprofil der elektrischen Komponente kann die Steuerelektrode 50 lediglich am unteren resp. linken 12 oder am oberen resp. rechten Ende 11 des Stromleiters 11 angebracht sein, oder kann an jedem der beiden Enden 11, 12 jeweils eine Steuerelektrode befestigt sein.
    • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 10
    Stromleiter
    11, 12
    Enden des Stromleiters
    11a
    Flansch
    13
    Ringnut
    14
    Gegengewinde
    20
    Isolierkörper
    21
    gehärtete feste Polymermasse
    30
    Montageflansch
    40
    Kondensatorwickel
    41
    Kondensatorbeläge
    42
    Isolierfolie
    50
    Steuerelektrode
    51
    Haube
    52
    Überzug
    53
    Innenrand
    54
    Gewinde
    60
    Beschirmung
    A
    Achse

Claims (6)

  1. Elektrische Komponente für eine Hochspannungsanlage, enthaltend in koaxialer Anordnung:
    einen längs einer Achse (A) erstreckten, auf Hochspannungspotential führbaren Stromleiter (10),
    einen am Stromleiter (10) befestigten und den Stromleiter umfassenden starren Isolierkörper (20), enthaltend eine feste Polymermasse (21), die durch Aushärten einer vorgeformten, fliessfähigen Polymermasse gebildet ist,
    einen am Isolierkörper (20) aussen befestigten, auf Erdpotential führbaren Montageflansch (30) und
    eine elektrisch leitend mit dem Stromleiter (10) verbundene und an einem Ende (12) des Stromleiters (10) befestigte, haubenförmig ausgebildete Steuerelektrode (50), die bei Betrieb der Anlage das elektrische Feld zwischen dem Stromleiter (10) und dem Montageflansch (30) steuert,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektrode (50) nichtlösbar mit dem Stromleiter (10) verbunden ist und eine beim Vorformen und Härten der fliessfähigen Polymermasse gebildete formbeständige Haube (51) aus der starren Polymermasse (21) aufweist, dass zumindest auf der nach aussen weisenden Oberfläche der Haube (51) ein Überzug (52) aus einem gehärteten, elektrisch leitenden Lack aufgebracht ist; und dass der Isolierkörper (20) und die Steuerelektrode (50) durch gemeinsames Vorformen und Härten der fliessfähigen Polymermasse gefertigt sind.
  2. Komponente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nichtlösbare Verbindung als Einbettung ausgeführt ist, bei der ein die Steuerelektrode (50) tragendes Ende (12) des Stromleiters (10) in die durch Giessen gefertigte Haube (51) eingebettet ist.
  3. Komponente nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die gehärtete, feste Polymermasse (21) des Isolierkörpers (20) ein Kondensatorwickel (40) eingebettet ist mit voneinander elektrisch isolierten Kondensatorbelägen (41), die in radialer Richtung durch eine um die Achse (A) gewickelte Isolierfolie (42) oder durch mehrere um die Achse (A) geführte Lagen eines fadengewickelten Wickel körpers mit Abstand voneinander gehalten sind.
  4. Komponente nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente eine Durchführung oder ein Schottungsisolator der Hochspannungsanlage ist.
  5. Komponente nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierkörper (20) und die Steuerelektrode (50) durch gemeinsames Vorformen und Härten der fliessfähigen Polymermasse in einer Giessform gefertigt sind.
  6. Komponente nach einem der Ansprüche 1 oder 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der starre Isolierkörper (20) und die Haube (51) und zugleich eine Beschirmung (60) in einer Giessform gefertigt sind.
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