Metallgekapselte -elektrische Hochspannungs-Schaltanlage Bei den im Hauptpatent beschriebenen Anlagen handelt es sich um Hochspannungs-Schaltanlagen, welche aus mehreren, separate Einheiten bildenden Teilen und Apparaten bestehen, wie Phasenleiter schienen, Sammelschienen, Trennern, Umtrennern, Lastschaltern, Messwandlern, Überspannungsschutz- ableitern usw., in zusammenhängender, metallisch leitender,
geerdeter Umkapselung und mit Isolierharz- Umhüllungen. In jeder Einheit besteht die Haupt isolation zwischen den spannungführenden Teilen und der metallisch leitenden, geerdeten Hülle im wesentlichen aus einem formhaltenden Einbettungs- harz, vorzugsweise aus sogenanntem Niederdruck - Giessharz, welches die mechanisch starre, genaue Hal terung der spannungführenden eingebetteten Teile gewährleistet.
Die einzelnen Einheiten sowie deren formhaltende Umhüllungen selbst sind steckerartig miteinander verbunden, derart, dass beim Zusam menstecken der -steckerartig ausgebildeten Leiteren den zweier zu verbindender Einheiten die zwischen den Kunstharzisolationen der Einheiten verbleiben den engen Kupplungsfugen mit einem Fugenisolier- stoff gefüllt sind.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbes serung und Weiterausbildung der Anlagen nach dem Patentanspruch des Hauptpatentes und befasst sich insbesondere mit dem Bereich der Kupplungsfugen solcher Anlagen.
Es ist vom Standpunkt der Betriebssicherheit und der Fertigungskosten aus wünschbar, die elektrische Feldstärke in der Kupplungsfuge möglichst niedrig zu halten, namentlich auch mit dem Ziel, als Fugen isolierstoff wenigstens bis zu einer gewissen Höhe der Nennspannung atmosphärische Luft und für höhere Spannungen Luft von mässigem überdruck verwenden zu können. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine konstruktive Ausbildung der Kupplungsfugen-Zone, welche das genannte Ziel in höchst einfacher Weise erreicht.
Die Erfindung besteht darin, dass zwischen der metallisch leitenden Oberfläche und dem Kunst harzkörper im Bereich der Kupplungsfuge in der Aussenzone des Kunstharzkörpers ein Hohlraum vor gesehen ist, der mit einem Dielektrikum gefüllt ist, dessen Dielektrizitätskonstante erheblich niedriger ist als diejenige des Kunstharzes.
Dieser Zwischenraum kann z. B. mit einem gas förmigen Medium gefüllt sein, wie z. B. mit atmo sphärischer Luft, komprimierter Luft oder einem an deren Gas. Es kommen ferner für diesen Zweck isolierende Füssigkeiten, wie Mineralöl, ein .Chlor diphenyl usw., in Betracht oder ein fester Stoff niedri ger Dielektrizitätskonstante, wie z. B. Polyäthylen. Die Füllung kann auch aus einem festen und einem flüssigen oder gasförmigen Stoff kombiniert sein. Wenn der Werkstoff des Kunstharzkörpers im all gemeinen eine Dielektrizitätskonstante von etwa 4 aufweist, so soll derjenige des Zusatzraumes vorzugs weise zwischen 1 und etwa 2,5 liegen.
In vielen Fällen ist es vorteilhaft, dass das Dielek- trikum im Zusatzraum identisch ist mit demjenigen in der Fuge. Es ist dann zweckmässig, dass der Zu satzraum mit dem Fugenraum in direkter Verbin dung steht.
In Fällen, wo der Zusatzraum atmosphärische Luft enthält, kann er auch mit dem umgebenden Raum in Verbindung stehen, was selbstverständlich über an sich bekannte Luftreinigungsvorrichtungen, wie Filter und Entfeuchter, geschehen kann.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.
Der Zusatzhohlraum kann gebildet werden, in dem der Kunstharzkörper im Bereich der Fuge eine Einschnürung erfährt, wie in Fig. 1 dargestellt. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind der Hohlraum und der Raum der Kupplungsfuge voneinander getrennt, so dass sie mit verschiedenen Media, mit z. B. unterschiedlicher Dielektrizitätskon- stante, gefüllt sein können.
Es kann aber auch im Bereich des Zwischen raumes eine nach aussen ausladende, mit der geerde ten leitenden Oberflächenschicht des übrigen Kunst harzkörpers leitend verbundene, den Hohlraum nach aussen abschliessende metallische Umkapselung vor gesehen sein, oder es kann auch die metallische Um- kapselung der Anlage in der betreffenden Zone eine radiale Ausbuchtung erfahren, wie in Fig. 2 dar gestellt. Die beiden Möglichkeiten lassen sich auch kombinieren.
Wenn die geerdete leitende Hülle nur durch eine Metallisierung geschaffen ist, so kann der Hohlraum auch durch eine Ausbuchtung des Kunstharzkörpers gebildet werden, wie in Fig. 3 dargestellt, in welcher dieser Zusatzraum radial über den grössten Durchmesser der Fuge vorsteht, zugleich aber als Einschnürung ausgebildet ist.
In allen drei Figuren ist die aus zwei gekuppel- ten Teilen bestehende Hochspannungsstromschiene 1 von den formhaltenden zusammenstossenden Einbet- tungskunstharz-Isolationen 2 und 3 der benachbarten Einheiten umgeben. Die formhaltenden Kunstharz körper begrenzen eine enge Kupplungsfuge 4 und sind mit der leitenden geerdeten Oberflächenschicht bzw. mit einer geerdeten metallischen Kapselung 5 im Sinne des Patentanspruchs des Hauptpatentes ver sehen. Der Zusatzraum ist mit 6 bezeichnet.
In Fällen, wo ein innerer Hohlraum des Kunst harzkörpers für irgendeinen funktionellen Zweck mit einem fliessbaren Dielektrikum gefüllt ist, kann dieser Hohlraum unter Umständen mitverwendet werden, um den Zusatzraum für die Fugenzone zu bilden.
Die Wirkungsweise des Zusatzhohlraumes kann anhand der Fig. 4 und 5 erklärt werden. Fig. 4 zeigt je einen schematischen Längsquerschnitt durch eine Fugenzone: links ohne, rechts mit dem Zusatz raum. Durch die Kupplungen werden in den beiden Fugenzonen Schnitte<I>AA</I> und BB gelegt, welche die beiden Kupplungsfugen in der gleichen Entfernung vom Stromleiter schneiden. 1 ist der Hochspannungs stromleiter, 2 der Kunstharzkörper, 3 die Kupplungs fuge, 4 die metallische Umkapselung des Zusatzrau mes.
In Fig. 5 ist die radiale Feldstärke (kV/cm) in Funktion des Abstandes X von der Leiterober fläche graphisch dargestellt, für die Querschnitte AA und BB unter Annahme einer Feldstärke von 20 kV/cm direkt an der Leiteroberfläche. Die Dielektrizitätskonstante des Kunstharzes betrage 4, diejenige des Fugendielektrikums und des Dielektri- kums im Zusatzraum betrage 1.
Die gestrichelte Kurve<B>A -A</B> stellt die Feldstärke in der Kupplungs fuge ohne Zusatzraum, die ausgezogene Linie B-B die Feldstärke in der Kupplung mit Zusatzraum dar, wobei die Spannung des Leiters gegen Erde in beiden Fällen dieselbe ist. Man erkennt den deutlichen Vor teil, den der Zusatzraum bringt, er vermindert hier die Feldstärke in der Fuge auf 50%, wobei die radiale Dicke des Zusatzraumes gleich der radialen Dicke des Kunstharzkörpers gewählt worden ist.
Eine weitere radiale Vergrösserung des Zusatzraumes würde keinen grossen Gewinn mehr bringen. In den meisten praktischen Fällen wird eine radiale Dicke des Zusatzraumes von 30 bis 1001/o derjenigen des Harzkörpers ausreichen.
Die im Interesse einer geringen dielektrischen Beanspruchung der Kupplungsfugen günstigsten Ab messungen fordern manchmal einen grösseren Durch messer des Hochspannungs-Stromleiters, als es sich aus anderen Forderungen ergibt. Es genügt dann, diese Vergrösserung nur in der Fugenzone und damit also der Zone des Zusatzraumes vorzunehmen.
Metal-encapsulated electrical high-voltage switchgear The systems described in the main patent are high-voltage switchgears, which consist of several parts and devices that form separate units, such as phase conductors, busbars, isolators, disconnectors, load switches, instrument transformers, surge arresters, etc. ., in coherent, metallically conductive,
earthed enclosure and with insulating resin sheaths. In each unit, the main insulation between the live parts and the metallically conductive, earthed shell consists essentially of a shape-retaining embedding resin, preferably of so-called low-pressure casting resin, which ensures the mechanically rigid, precise retention of the live, embedded parts.
The individual units and their shape-retaining sheaths themselves are connected to one another in the manner of a plug, so that when the conductors are plugged together, the two units to be connected that remain between the synthetic resin insulation of the units, the narrow coupling joints are filled with a joint insulation material.
The present invention relates to an improvement and further training of the systems according to the claim of the main patent and is particularly concerned with the field of coupling joints of such systems.
From the standpoint of operational safety and manufacturing costs, it is desirable to keep the electric field strength in the coupling joint as low as possible, especially with the aim of using atmospheric air as joint insulation at least up to a certain level of the nominal voltage and air with moderate overpressure for higher voltages to be able to use. The subject of the present invention is a structural design of the coupling joint zone which achieves the stated aim in a very simple manner.
The invention consists in that between the metallically conductive surface and the synthetic resin body in the area of the coupling joint in the outer zone of the synthetic resin body, a cavity is seen which is filled with a dielectric whose dielectric constant is considerably lower than that of the synthetic resin.
This gap can e.g. B. filled with a gaseous medium, such as. B. with atmo spherical air, compressed air or one of their gas. There are also insulating liquids, such as mineral oil, a .Chlor diphenyl, etc., for this purpose, or a solid niedri ger dielectric constant such. B. polyethylene. The filling can also be combined from a solid and a liquid or gaseous substance. If the material of the synthetic resin body generally has a dielectric constant of about 4, that of the additional space should preferably be between 1 and about 2.5.
In many cases it is advantageous that the dielectric in the additional space is identical to that in the joint. It is then appropriate that the additional space is in direct connection with the joint space.
In cases where the additional space contains atmospheric air, it can also be connected to the surrounding space, which of course can be done via air cleaning devices known per se, such as filters and dehumidifiers.
Exemplary embodiments of the invention are explained below.
The additional cavity can be formed in that the synthetic resin body experiences a constriction in the area of the joint, as shown in FIG. 1. In the embodiment shown in Fig. 1, the cavity and the space of the coupling joint are separated from each other so that they can be connected to different media, with z. B. different dielectric constant can be filled.
However, in the area of the intermediate space an outwardly projecting metallic encapsulation, which is conductively connected to the grounded conductive surface layer of the rest of the synthetic resin body and closes the cavity to the outside, can be provided, or the metallic encapsulation of the system in the zone in question experience a radial bulge, as shown in Fig. 2 represents. The two options can also be combined.
If the grounded conductive sheath is only created by metallization, the cavity can also be formed by a bulge of the synthetic resin body, as shown in Fig. 3, in which this additional space protrudes radially over the largest diameter of the joint, but at the same time designed as a constriction is.
In all three figures, the high-voltage busbar 1, which consists of two coupled parts, is surrounded by the shape-retaining, butting, embedded synthetic resin insulation 2 and 3 of the adjacent units. The shape-retaining synthetic resin body limit a tight coupling joint 4 and see ver with the conductive grounded surface layer or with a grounded metallic enclosure 5 within the meaning of the claim of the main patent. The additional space is denoted by 6.
In cases where an inner cavity of the synthetic resin body is filled with a flowable dielectric for any functional purpose, this cavity can also be used under certain circumstances to form the additional space for the joint zone.
The mode of operation of the additional cavity can be explained with reference to FIGS. 4 and 5. Fig. 4 shows a schematic longitudinal cross-section through a joint zone: left without, right with the additional space. Cuts <I> AA </I> and BB are made through the couplings in the two joint zones, which cut the two coupling joints at the same distance from the conductor. 1 is the high-voltage conductor, 2 the synthetic resin body, 3 the coupling joint, 4 the metallic encapsulation of the Zusatzrau mes.
In Fig. 5, the radial field strength (kV / cm) as a function of the distance X from the conductor surface is shown graphically, for the cross-sections AA and BB, assuming a field strength of 20 kV / cm directly on the conductor surface. The dielectric constant of the synthetic resin is 4, that of the joint dielectric and the dielectric in the additional space is 1.
The dashed curve <B> A -A </B> represents the field strength in the coupling joint without additional space, the solid line B-B the field strength in the coupling with additional space, the voltage of the conductor to earth being the same in both cases. You can see the clear before part that the additional space brings, it reduces the field strength in the joint to 50%, the radial thickness of the additional space has been chosen to be equal to the radial thickness of the synthetic resin body.
A further radial enlargement of the additional space would not bring much more profit. In most practical cases, a radial thickness of the additional space of 30 to 1001 / o that of the resin body will be sufficient.
The most favorable dimensions in the interest of a low dielectric stress on the coupling joints sometimes require a larger diameter of the high-voltage conductor than results from other requirements. It is then sufficient to make this enlargement only in the joint zone and thus the zone of the additional room.