NO316097B1 - Elektrisk hoyspennings-gjennomforing - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en elektrisk høyspenningsgjen-nomføring omfattende en isolatordel og i det minste en lederdel ført gjennom isolatordelen, samt en ringformet holdedel som periferisk omslutter isolatordelen, hvor delene er prefabrikkert separat og hvor det er en innbyrdes krympepasning mellom den ringformede holdedelen og isolatordelen Oppfinnelsen angår også en fremgangsmåte for fremstilling av slike elektriske høyspenningsgjennomføringer

Et eksempel på en tidligere kjent utførelse av elektrisk gjennomføringsinnretning er å finne i norsk patentskrift nr 104 879 Denne publikasjonen beskriver et gjennomføringsorgan for elektrisk strøm og en fremgangsmåte for fremstilling av et slikt gjennomføringsorgan hvor hensikten å tilveiebringe større mekanisk fasthet for gjennomføringsorganet Dette oppnås ved samvirke mellom den krystallinske struktur og trykket som isolasjonsmaterialet utsettes for. En annen forutsetning ved løsningen ifølge norsk patentskrift nr. 104.879 er benyttelsen av et isolasjonsmateriale hvis utvidelseskoeffisient er mindre enn metallringens. Ved løsningen ifølge norsk patentskrift nr 104.879 er det pressede isolasjonsmaterialet, med hull som gir akkurat plass for lederen, smtret ved en temperatur slik at krystalli-sering ikke eller bare i noen grad opptrer. Deretter blir legemet 4 forent med metallringen 1 og lederen 2 til en enhet. Den dannede enhet opphetes så inntil den ønskede krystallisermgsgrad er nådd. Ifølge Dl er det ikke nødvendig på forhånd å fremstille smterlegemet for seg. Man kan også anordne det malte glasspulveret dikte i rommet mellom ringen 1 og lederen 2.

Det stilles høye krav til mekanisk og elektrisk integri-tet for gjennomføringer i elektriske anlegg eller systemer. Dette gjelder i særlig grad for høyspenningsanlegg for bruk under vann, så som ved installasjoner for olje/gassvirksomhet til havs I henhold til dagens vanlige teknologi for elektriske høyspenningsgjennomføringer til bruk under vann, benyttes konstruksjoner med glassplugger mnstøpt mellom en elektrisk lederdel eller -pinne og et ytre metallhus Huset er vanligvis dimensjonert for innbygging av en komplett kabelavslutnmg Dette medfører flere klare ulemper, hvorav noen er temmelig alvorlige i betraktning av teknisk/øko-nomiske betingelser og forhold som er bestemmende for mulig-heten av praktisk realisering En slik ulempe gjelder valget av ledermateriale Direkte kontakt mellom gjennomgående lederpinne og glass under støpingen av glasset, medfører at pinnematerialet må ha høy temperaturfasthet, som f eks. Mo Slike materialer er meget sprø og egentlig uegnet for formå-let. Videre innebærer bruk av slike materialer høyere elektrisk motstand enn mer foretrukne ledermateriale, så som elektro-kopper {El-kopper) Tilhørende elektriske skjøte-forbindelser er også i og for seg uønsket Begge disse forhold fører til øket varmeproduksjon på grunn av den større ohmske motstand enn det som mer optimale ledermateriale ville innebære

Et annet forhold gjelder toleranser i sammenføyningen mellom de deler som inngår i konstruksjonen Den nøyaktige plassering av gjennomgående lederpinne(r) vil bli påvirket ved krymping av et glasspluggmateriale under støping av dette. Dermed er det spesielt vanskelig å fremstille utførel-ser som i prinsippet er ikke-konsentriske, f eks trefase-gjennomføringer med tre lederpinner eller -deler gjennom en og samme glassplugg En slik utførelse ville i og for seg være meget ønskelig i mange tilfeller.

Ytterligere et forhold av atskillig betydning ligger i at direkte lnnstøpmg av en glassisolator i et omgivende hus medfører store kostnader med å erstatte eller klargjøre huset dersom det skulle oppstå feil ved støpingen av glasspluggen eller -isolatoren

Som allerede nevnt innledningsvis tar oppfinnelsen utgangspunkt i en konstruksjon hvor de deler som inngår er prefabrikert separat Det nye og særegne ifølge oppfinnelsen består i første rekke i at delene er sammensatt med innbyrder krympepasning mellom henholdsvis lederdelen(e) og isolatordelen på den ene side, og på den annen side mellom isolatordelen og holdedelen, samt at lederdelen(e) består hovedsakelig av El-kopper.

Ytterligere nye og særegne trekk ved oppfinnelsen fremgår av patentkravene, herunder krav rettet mot en fremgangsmåte ved fremstilling av slik elektrisk høyspenningsgjennom-fønng

Sammensetningen eller sammenføyning av delene ved hjelp av krympepasning sikrer nødvendig friksjon og dermed mekanisk fastholding, hvilket særlig er viktig i tilfelle av trykk-forskjeller over gjennomføringen. I denne sammenheng er det også viktig å fremstille en helt lekkasjefn elektrisk gjen-nomgang eller forbindelse i betraktning av væsker og/eller gasser som kan utgjøre det omgivende miljø For ytterligere å sikre integriteten i konstruksjonen, særlig de flater som inngår i krympepasningene, er det ifølge særlige trekk ved oppfinnelsen angitt bruk av forskjellige metalliske belegg (metallisenn<g>) , ikke minst for å hindre uønsket PD-støy Fremgangsmåten og gj ennomfønngskonstruksj onen ifølge oppfinnelsen innebærer flere betydelige fordeler Materialet i lederdelen eller -pinnen kan velges uavhengig av krav til materialegenskaper ved høye temperaturer. Videre kan dette materialvalget baseres på ønsket minimal ohmsk motstand, slik at generering av varme reduseres til et minimum Det blir mulig å unngå sprø materialer, som ofte er uegnet sett fra et mekanisk synspunkt Valg av E-kopper er gunstig og i og for seg nærliggende, hvilket medfører at andre ellers løse komponenter kan integreres i selve lederpinnen.

Kjente utførelser med isolerende glass, som er et elastisk-plastisk materiale, medfører krymping under overgang fra smeltet tilstand til fast isolatordel Bevegelser i slike innstøpte elementer er ofte ikke til å unngå, hvilket medfø-rer at lederdeler eller -pinner må støpes inn enkeltvis med konsentrisk plassering i isolatordelen Svært ofte er det imidlertid aktuelt med elektriske gjennomføringer i trefase-utførelse, dvs med tre lederdeler Ved bruk av glassisolator er dette ikke mulig, slik at tre komplette enkelt-gjennomføringer må benyttes Oppfinnelser gjør det mulig å fremstille trefasegjennomføringer som en enkelt, integrert konstruksjon

Som det også vil fremgå av det følgende muliggjør løs-ningen ifølge oppfinnelsen en rasjonell konstruksjon for gjennomføring av elektriske forbindelser eller ledere, spesielt med henblikk på kravet om pålitelighet og anvendelse av økende spenningsnivåer, også ved undervannsinstallasjoner Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningene, hvor: Fig 1 i aksialt snitt viser et eksempel på en elektrisk

gjennomføring basert på oppfinnelsen,

fig. 2 viser samme utførelse som på fig. 1, men i gjennom-skåret perspektiv og innmontert i en beholder eller

veggkonstruksjon, og

fig 3 viser skjematisk i endenss en trefaseutførelse ifølge oppfinnelsen

I den enfaseutførelse som er vist på fig. 1 er de separat fremstilte delene sammenføyd til en ferdig høyspennings-gj ennomf øring De delene som inngår er en ytre, ringformet spennring eller holdedel 2, en isolatordel 3 og en lederdel 4 som er ført gjennom isolatordelen I denne utførelsen utgjør hele konstruksjonen en symmetrisk enhet om en sentral akse. Materialet i lederdelen 4 er fortrinnsvis El-kopper, mens isolatordelen 3 med fordel består hovedsakelig av keramisk materiale, eventuelt glasskeramikk

Det er et vesentlig trekk ved denne elektriske gjennom-føringen ifølge oppfinnelsen at de viste tre delene 2, 3 og 4 er sammensatt med innbyrdes krympepasning Dette skjer fortrinnsvis ved at sammenføyningen ved hjelp av krympepasning først foretas med isolatordelen 3 og lederdelen 4, og deretter mellom denne sammenføyde enhet 3/4 og holdedelen 2

Dermed vil holdenngen 2 virke både som tetmngsring i forhold til en omgivende konstruksjon (se fig 2) og som spennring for isolatordelen 3 Dette sikrer en mekanisk forspenning av isolatordelen med en dominerende kompresjons-virkning, hvilket er høyst fordelaktig når det dreier seg om forholdsvis sprø isolasjonsmaterialer, som f eks keramikk. Holdedelen 2 sørger dermed for at isolatordelen 3 fastholdes i form av statiske friksjonskrefter Disse fremkommer som følge av radielt rettede krefter normalt på sammenføynings-flatene rundt omkretsen av isolatordelen 3 En prefabrikert isolatordel 3 som innføres i konstruksjonen på den her omtal-te måte vil hensiktsmessig gjøre det mulig å oppnå meget høye og kontrollerbare innspenningskrefter. I motsetning til dette vil den tidligere kjente metode med direkte innstøping av isolerende materiale, særlig glass, medføre volumetrisk krymping ved størkning, slik at en forspenning av materialene i konstruksjonen ifølge oppfinnelsen, vil være sterkt redu-sert eller utilstrekkelig

Isolatordelen 3 er hensiktsmessig utformet med forholdsvis sterkt fremspringende profllpartier 6 rettet aksialt til begge sider, slik at en forlenget elektrisk overslagsvei fra lederdelen 4 mot omgivelsene, blir oppnådd.

Elektrisk sett er det også et annet konstruksjonstrekk av stor betydning, som fremgår av fig 1. Den innadvendende sammenføyningsflate på isolatordelen 3 er forsynt med en metallisering 3A som i høy grad tjener til å hindre uønsket PD-støy {PD. partial discharge) Tilsvarende er det fordelaktig at den ytre sammenføyningsflate på isolatordelen som vist ved 3B, også har en metallisering for elektrisk kontakt med den samvirkende flaten på holdedelen 2

Endelig er det vist et metallisert parti 2A på et ytre overflateparti ved enden av holdedelen 2. Det dreier seg her om en konisk tetningsflate innrettet til å samvirke med en omgivende konstruksjon, slik som illustrert på fig. 2. Her kan den omgivende konstruksjon 20 representere et hus, en veggkonstruksjon eller en beholder. Denne kan inngå i en undervannsmstallasjon hvor det typisk kan herske en meget stor trykkforskjell mellom utsiden og innsiden, idet denne elektriske høyspenningsgjennomføring i så fall er utsatt for trykkforskjellen Dette setter åpenbart spesielle krav til mekanisk styrke og tetningsevne

Nærmere bestemt er ifølge fig 2 det metalliserte ytre overflatepartiet 2A på holdedelen 2 tildannet i form av en konisk tetningsflate som er innrettet til å danne tettsluttende anlegg mot en komplementær, konisk flate på den omgivende beholder eller veggkonstruksjon 20 Pilene 22 illustre-rer anleggstrykket mellom de koniske flatene For montering av gjennomføringen i konstruksjonen 20 kan det hensiktsmessig benyttes gjenger som vist ved 21, idet gjennomføringen blir skrudd inn fra høyre side på fig 2

Endelig viser fig 3 skjematisk og i oppriss et arrange-ment av tre lederdeler eller -pinner 14A, 14B, 14C for en trefaseutførelse ifølge oppfinnelsen Disse tre lederdelene er plassert symmetrisk med en innbyrdes vinkelavstand på 120° over tverrsnittet av den sirkulære hovedformen som isolatordelen 13 har Helt analogt med utførelsen på fig. 1 og 2 er isolatordelen 13 her omgitt av en holdedel 12, idet hele konstruksjonen er fremstilt med separate deler og deretter sammensatt med innbyrdes krympepasning mellom delene, slik som forklart ovenfor Isolatordelen 13 kan her eventuelt også være utformet med fremspringende profllpartier i likhet med de som er vist ved 6 på fig. 1, enten felles omkring alle tre lederdeler 14A,B,C eller med et slikt profilparti rundt hver enkelt av lederdelene

Selvsagt kan det også i utførelsen på fig 3 være brukt metallisering likesom i enfaseutførelsen, for å redusere faren for elektrisk utladning gjennom de respektive sammen-føyningsflater. Metalliseringen kan hensiktsmessig besørges ved hjelp av en sølvbelegnmg

For så vidt angår materialvalget er det foretrukket at holdedelen 2, eventuelt 12, hovedsakelig består av titan.

For å oppnå krympepasning mellom delene, slik som forklart ovenfor, er det som i og for seg kjent hensiktsmessig å benytte temperaturdifferanser, basert på materialenes utvi-delse ved økt temperatur. I foreliggende konstruksjon etableres først en temperaturdifferanse mellom to av de i ut-gangspunktet separate delene, nemlig delene 3 og 4 på fig 1, med påfølgende sammenstilling av delene og deretter temperaturutligning for etablering av krympepasningen. I et påfølgende trinn blir så sammenføyningen med den omgivende holdedel eller spennring 2 tilveiebragt Som et særlig trekk ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen blir den nevnte temperaturdifferanse etablert i det minste delvis ved avkjø-ling av en av delene Dermed kan eventuell uheldig virkning av oppvarmning av noen av materialene som inngår i konstruk-s j onen, unngås.

Mer spesielt og basert på at lederdelen 4 består av en El-kopper, blir denne før sammenføyning nedkjølt, mens isolatordelen 3 oppvarmes noe Ved temperaturutligning etter sammenstilling av disse to delene vil isolatordelen krympe fast på lederdelen ved henholdsvis avkjøling av isolatordelen og økende temperatur i lederdelen Deretter kan hensiktsmessig enheten av isolatordel/lederdel 3/4 nedkjøles mens holdedelen 2 varmes opp og med de etablerte temperaturdifferanser blir delene sammensatt i den stilling som vises på fig. 1, hvoretter temperaturutligning og fast sammenføyning skjer. I denne forbindelse er det fordelaktig at monteringen av isolatordelen 3 med innsatt lederdel 4 foregår ved forholdsvis lav temperatur Som allerede antydet ovenfor muliggjør dette valg av ledermateriale ut fra rent elektriske kriteri-er, dvs lav ohmsk motstand. Ledermaterialet trenger altså ikke ved denne fremgangsmåten å ha høy mekanisk styrke eller fasthet ved høye temperaturer El-kopper kan følgelig benyttes

Ved hjelp av oppfinnelsen er det således tilveiebragt en ny konstruksjon av elektrisk høyspenningsgjennomføring som tilfredsstiller strenge krav til integriteten i den mekaniske oppbygningen, samtidig som hele konstruksjonen muliggjør en tetning mot omgivende beholder- eller veggkonstruksjoner i form av metall/metalltetning. Den oppnådde mekaniske inte-gritet er sammenlignbar med, men fordelaktig i forhold til direkte mnstøping av gjennomføringen i en komplett vegg-eller huskonstruksjon, eventuelt beholder I tilfelle av uheldig vrakstøping innebærer imidlertid løsningen ifølge oppfinnelsen at vraking eller ombygging av nevnte hus-, veggkonstruksjon eller beholder i slike tilfeller blir unngått

Claims (12)

1. Elektrisk høyspenningsgjennomføring omfattende en isolatordel (3,13) og i det minste en lederdel (4,14A,B,C) ført gjennom isolatordelen, samt en ringformet holdedel (2,12) som periferisk omslutter isolatordelen (3,13), hvor delene (2,3,4,12,13,14A,B,C) er prefabrikkert separat, og hvor det er en innbyrdes krympepasning mellom den ringformede holdedelen (2,12) og isolatordelen, karakterisert ved at delene (3,4,13,14A,B,C) er sammensatt med innbyrdes krympepasning mellom henholdsvis lederdelen(e) (4,14A,B,C) og isolatordelen (3,13), samt at lederdelen(e) (4,14A,B,C) består hovedsakelig av El-kopper

2 Elektrisk høyspenningsgjennomføring ifølge krav 1, der isolatordelen (3,13) består hovedsakelig av keramisk materiale, eventuelt glasskeramikk

3 Elektrisk høyspenningsgjennomføring ifølge krav 1 eller 2, der isolatordelen (3) har fremspringende profilpartier (6) for dannelse av forlengede overslagsveier.

4 Elektrisk høyspenningsgjennomføring ifølge krav 1, 2 eller 3, der overflater på isolatordelen (3) som med krympepasning ligger an mot lederdelen (4) og/eller holdedelen (2), er metallisert (3A,3B)

5 Elektrisk høyspenningsgjennomføring ifølge et av kravene 1-4, der det er anordnet tre lederdeler (14A,14B,14C) gjennom isolatordelen (13), med symmetrisk plassering av lederdelene i tverrsnittet av isolatordelen

6. Elektrisk høyspenningsgjennomførmg ifølge et av kravene 1-5, der holdedelen (2,12) består hovedsakelig av titan.

7. Elektrisk høyspenningsgjennomføring ifølge et av kravene 1-6, der i det minste noen ytre overflatepartier (2A) på holdedelen {2) er metallisert, så som med sølv

8 Elektrisk høyspenningsgjennomføring ifølge krav 7, der et metallisert ytre overflateparti (2A) er en konisk tetningsflate innrettet til å danne tettsluttende anlegg mot en komplementær flate på en omgivende vegg eller konstruksjon (20) som gjennomføringen kan monteres i.

9 Fremgangsmåte ved fremstilling av elektrisk høyspenningsgjennomføring ifølge et av kravene 1-8, omfattende en isolatordel (3,13) og i det minste en lederdel (4, 14A/14B,14C) ført gjennom isolatordelen, samt en ringformet holdedel (2,12) som periferisk omslutter isolatordelen (3,13), hvor delene (2,3,4,12,13,14A,14B,14C) er prefabrikkert separat, karakterisert ved at at det etableres en temperaturdifferanse mellom isolatordelen (3,13) og lederdelen(e) (4,14A,14b,14C) hvoretter isolatordelen (3,13) krympes på lederdelen(e) (4,14A,14B,14C) med påfølgende temperaturutligning for etablering av en krympepasning mellom disse to delene, og at det etableres en temperaturforskjell mellom den ringformede holder (2,12) og den sammenstilte delen dannet av isolatordelen (3,13) og lederdelen(e) (4,14A,14B,14C) hvoretter den ringformede holder (2,12) krympes på den sammenstilte delen (3,4,13,14A,14B,14C) med påfølgende temperaturutligning for etablering av en krympepasning mellom nevnte deler

10 Fremgangsmåte ifølge krav 9, der etableringen av temperaturforskjellen oppnås ved oppvarming av isolatordelen (3,13) i forhold til lederdelen (4,14A,14b,14C) og ved oppvarming av den ringformede holder (2,12) i forhold til den sammenstilte delen (3,4,13,14A,14B,14C)

11. Fremgangsmåte ifølge krav 9, der etableringen av temperaturforskjellen oppnås ved nedkjøling av lederdelen (4,14A,14b,14C) og ved nedkjøling av den sammenstilte delen (3,4,13,14A,14B,14C) i forhold til den ringformede holder (2,12) .

12 Fremgangsmåte ifølge krav 9, 10 eller 11, der sammensetningen med krympepasning foretas først med isolatordelen (3,13) og lederdelen(e) (4,14A,B,C), og deretter med holdedelen (2,12) lederdelen(e) (4,14A,B/C), og deretter med holdedelen (2,12).