Hochspannungsdurchführung Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochspan nungsdurchführung mit einem Durchführungsbolzen und einem diesen umgebenden rohrförmigen, metal lischen Tragkörper sowie mit zwei Isolierstoffhülsen, die von gegenüberliegenden Stirnseiten des Trag körpers ausgehen und sich im wesentlichen in Rich tung des Durchführungsbolzens erstrecken.
Das allgemeine Ziel der Erfindung besteht darin, eine solche Durchführung zu schaffen, die bei ge ringer Länge sehr gute Isoliereigenschaften besitzt.
Die Erfindung sollte ferner ermöglichen, eine gasgefüllte Durchführung zu schaffen, die durch die Verwendung einer neuartigen Gehäusekonstruktion mit einer geringen Länge ausgeführt werden kann.
Schliesslich soll durch die Erfindung der Bau einer Durchführung ermöglicht werden, bei der vor zugsweise Schwefelhexafluorid als Isoliermittel ver wendet werden kann und bei der die dem Geräte innern zygekehrte Durchführungshülse umgekehrt im Verhältnis zu den bisherigen Anordnungen ge richtet ist. Diese innere Hülse soll in bezug auf den geerdeten Flansch oder Tragkörper so liegen, dass die dielektrischen Verhältnisse verbessert werden, um hierdurch die Möglichkeit innerer Überschläge klein zu halten.
Um die vorgenannten Ziele der Erfindung reali sieren zu können, ist die eingangs erwähnte Hoch spannungsdurchführung erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass die eine Hülse in das Innere des Tragkörpers hineinragt.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist ein im wesentlichen konisches Isolierstoffteil vorge sehen, das mit abgewinkelten äusseren Enden ver sehen ist, so dass das eine der Enden die innere Kante eines geerdeten Flanschringes zumindest zum Teil umgeben kann und das andere der Enden zur Befestigung des in axialer Richtung verlaufenden Durchführungsbolzens dienen kann, um zur Auf nahme der Zugkraft längs der Durchführung beizu tragen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt: in Fig.l eine Seitenansicht eines gasgefüllten Leistungsschalters, bei dem Durchführungen mit den Merkmalen der Erfindung verwendet werden, in Fig. 2 eine Teilansicht der Durchführung nach Fig. 1 mit Einzelheiten in grösserem Massstab,
in Fig. 3 und 4 die Verbesserung der elektrischen Feldverhältnisse durch die Verwendung der Durch- führungskonstruktion nach der Erfindung, in Fig. 5 eine abgewandelte Ausführungsform der Durchführungsbefestigung, in Fig.6 eine weitere Ausführung der Be festigung.
In Fig. 1 ist mit 1 als Ganzes ein Leistungs schalter der gasgefüllten Bauart bezeichnet, der einen im wesentlichen horizontal verlaufenden ge erdeten metallischen Behälter 2 aufweist. Von diesem Behälter erstrecken sich an dessen Enden Tragflan schen 3, 4 nach oben, die in die Durchführungen 5, 6 hineinragen.
In den inneren Enden der Durchführungen 5, 6 ist in bekannter Weise eine nicht näher dargestellte Unterbrechungseinrichtung A angebracht.
Wie %n Fig. 1 dargestellt ist, wird der Behälter 2 von Trägern 7, 8 getragen. Diese ruhen ihrerseits auf einem geeigneten Betonsockel 9, der als Grün dung dient. An den Enden der Behälter 2 sind Deckel 11, 12 vorgesehen, die vorzugsweise um vertikale Lagerbolzen schwenkbar sind. Sie können geöffnet werden, um den Ausbau der Unterbre chungseinrichtung A zu gestatten, wie in der ameri kanischen Patentschrift Nr. 3 007 021 beschrieben ist.
An der Vorderseite der Behälter 2 liegt ein Antriebsgehäuse 14, das einen geeigneten Antrieb und eine Kompressorausrüstung aufnimmt, die nicht dargestellt sind. Der Kompressor wird für den Betrieb des Leistungsschalters 1 benötigt. Ein geeigneter Antrieb sowie eine passende Steuereinrichtung für den Schalter ist z. B. in der amerikanischen Patent schrift Nr. 3 057 983 angegeben, aus der nähere Einzelheiten entnommen werden können. Diese Teile bilden jedoch ebenso wie die Unterbrechungsein richtung A keinen Teil der vorliegenden Erfindung.
Aus der Fig. 2 geht hervor, dass die Durchfüh rung 5 ein äusseres wetterfestes Isolierstoffgehäuse 16 von im wesentlichen konischer Form aufweist. Das Gehäuse wird von einem geerdeten Flansch oder Tragkörper getragen, der als Ganzes mit 17 be zeichnet ist. Wie dargestellt, gehört zu dem geerdeten Flansch ein zylindrisches, metallisches Flansch rohr 18, das z. B. mit Hilfe einer Schweissverbindung von einem Ringflansch 19 getragen wird. Der Ring flansch 19 kann z. B. durch Schweissen bei 20 mit einem oberen Teil 21 des Behälters 2 verbunden sein.
Zwischen der äusseren Isolierstoffhülse 16 und dem geerdeten Flansch 17 ist vorteilhaft eine Dich tung 22 angeordnet, um zu einem gasdichten Ab schluss beizutragen. Zusätzlich ist eine weitere Dich tung 23 am oberen Ende der Hülse 16 vorgesehen. Sie liegt dort zwischen einem Federteller 24 und dem oberen Ende 16a der äusseren Hülse 16. Eine obere Kappenanordnung 25 umschliesst mehrere Druck federn 26. Diese dienen dazu, die äussere Hülse 16 unter Druckspannungen zu setzen, während gleich zeitig auf den axial verlaufenden Durchführungs bolzen 28 Zugkräfte ausgeübt werden.
Wie darge stellt, ist an dem Durchführungsbolzen 28 mit einer Mutter 29a ein plattenförmiger Federteller 29 be festigt. Die Platte 29 bildet die obere Abstützung für mehrere am Umfang eines Kreises angeordnete Druckfedern 26.
Zwischen den Enden des axial verlaufenden Durchführungsbolzens 28 ist ein Ansatz 30 ange ordnet. Er kann von einer maschinell bearbeiteten Schulter gebildet werden, die aus einem Stück mit dem Bolzen 28 besteht. Wie Fig. 2 zeigt, grenzt der Ansatz 30 an eine im Innern angeordnete, im wesent lichen kegelstumpfförmige Isolierstoffhülse 31.
Zwischen beiden Teilen ist vorzugsweise eine Dich tung 30a vorgesehen, um die Beanspruchungen gleichmässig verteilen zu helfen. Normalerweise ist bekanntlich die innere Isolierstoffhülse vom Flansch 17 aus nach unten gerichtet, so dass ihr unteres Ende unmittelbar an das untere Ende des Durchführungs bolzens angrenzt.
Wie gefunden wurde, kann jedoch durch das Umkehren der normalen Lage der Isol'ier- stoffhülse 31, also durch das im wesentlichen tele- skopartige Einschieben in die obere, äussere Hülse 16, eine gute .Abstützung des Durchführungsleiters er halten werden. Ausserdem wird bei dieser Kon struktion das elektrische Feld in der Nähe des inneren Endes 19a des geerdeten Ringflansches 19 ver bessert.
Die Fig. 3 und 4 zeigen im einzelnen die Ver- besscrung der elektrischen Beanspruchungen, die sich aus der Anordung der Isolierstoffhülse 31 in der in Fig. 2 gezeichneten Weise ergeben. Wegen der ver hältnismässig hohen Dielektrizitätskonstante des Materials der Hülse 31 wird die elektrische Bean spruchung in der Nähe des inneren Endes 19a des geerdeten Ringflansches 19 so weit verbessert, dass die Möglichkeit innerer überschläge weitgehend ver mieden ist.
Zusätzlich wird durch die Umkehrung der normalen Lage der Hülse 31 die axiale Gesamt länge der Durchführung 5 verkürzt. In gleicher Weise wird die Schalterhöhe verringert. Dies ist ein be sonders wichtiges Merkmal während des Transports des Schalters mit der Eisenbahn.
Das elektrische Feld innerhalb der Durchfüh rung 5 zwischen dem Durchführungsbolzen 28 und dem Befestigungsflansch 17 kann durch die darge stellte Ausbildung der Isolatoren 16, 31 wirksam gesteuert werden. Bei üblichen Durchführungen tritt .die maximale elektrische Beanspruchung am Durch führungsbolzen auf, falls sein Durchmesser verhält nismässig gering ist. Andernfalls liegt die maximale elektrische Beanspruchung an der Innenkante des Befestigungsflansches, wenn der Flansch verhältnis mässig dünn ist und die Innenfläche eine verhältnis mässig scharfe Kante oder einen verhältnismässig kleinen Radius bildet.
Bei der Erfindung führt der verhältnismässig kurze Isolator 31 durch das elektrische Feld zwischen dem Flansch 19 und dem Durchführungsbolzen 28. Die verhältnismässig hohe Dielektrizitätskonstante des Keramikwerkstoffes ergibt eine Beeinflussung des elektrischen Feldes.
Durch eine geeignete Ausbildung kann, wie dargestellt, der Isolator 31 die elektrischen Beanspruchungen um den Flansch 19 herum ver ringern und, falls dies der gefährdetste Bereich ist, die dielektrische Festigkeit der Durchführung ver grössern. Fig. 3 zeigt die Äquipotentiallinien zwischen -dem Durchführungsbolzen 28 und dem Flansch einer üblichen Durchführung. Wie zu sehen ist, ergeben sich hohe elektrische Beanspruchungen in der Nähe des Flansches. Die Fig.4 zeigt anderseits Äqui- potentiallinien, die sich unter Benutzung der Erfin dung ergeben. Das Isoliermaterial, z.
B. der Keramik werkstoff in der Nähe des Flansches, verringert die dielektrische Beanspruchung am Flansch; erhöht aber die Beanspruchung in der Nähe des Durchführungs bolzens 28. Durch geeignete Massverhältnisse kann die maximale Beanspruchung innerhalb der gasför migen Isolierung auf einem Wert gehalten werden, der beträchtlich kleiner ist als der bei der Anordnung nach Fig.3. Dies bedeutet, dass die dielektrische Festigkeit der Durchführung 5 grösser gemacht ist. Bekanntlich kann der Flansch 17 von einem Stromwandler 33 umgeben sein, der den durch den Durchführungsbolzen 28 zur Unterbrechungseinrich tung A fliessenden Strom misst.
Das Isoliergas 35, das innerhalb der Hülse 16 verwendet wird, ist vorzugsweise ein Gas hoher dielektrischer Festig keit, z. B. Schwefelhexafluorid. Es könnten aber auch andere -d!ielektrische Stoffe als SFs verwendet werden. Die speziellen Merkmale der Erfindung sind auch für Durchführungen mit flüssigen Isolier stoffen, z. B. Öl, geeignet. Für geringere Spannungen könnte auch Luft verwendet werden.
Wie zu sehen ist, steht die obere Isolierstoff hülse 16 unter Druckspannung. Porzellan kann solche Druckspannungen aufnehmen. In gewissen Anwen dungsfällen ist es jedoch nicht in der Lage, Zugkräfte auszuhalten. Es kann deshalb wünschenswert sein, als Material für die innere Isolierstoffhülse 31 ein geeignetes Harz, z. B. ein Polyesterharz, ein Epoxyd- harz oder ein anderes geeignetes Harzmaterial, zu verwenden. In diesem Zusammenhang sei auf die amerikanischen Patentschriften Nrn. 3001004 und 3<B>001005</B> verwiesen.
Wie zu sehen ist, wird gemäss Fig. 2 ein Aufbau verwendet, bei dem der geerdete Ringflansch 19 mit der Oberseite 21 des Behälters 2 verschweisst wird. Deshalb muss die Montage der Durchführung 5 in Verbindung mit dem Behälter 2 stattfinden, wobei die in den Behälter 2 führenden Öffnungen mit den Deckeln 11 und 12 verwendet werden. Wie Fig. 5 zeigt, muss die Durchführungskonstruktion nach der Erfindung aber nicht unbedingt stückweise inner halb des Behälters 2 zusammengesetzt werden.
Nach Fig.5 kann die Durchführung 5a ausserhalb des Behälters 2 als einstückiges Gerät montiert werden und dann im folgenden auf einen Tragflansch 38 mit Befestigungsschrauben 40 als weiterer Verfah rensschritt befestigt werden.
Aus der vorstehenden Beschreibung wird ersicht lich, dass die Erfindung besonders geeignet ist für gasgefüllte Hochspannungsdurchführungen. Die Durchführung kann mit ihrer einen Seite dem Wetter ausgesetzt sein, während die andere Seite in einen gasgefüllten Raum hineinragt. Die Durchführung be sitzt den Vorteil, dass erstens die Gesamtlänge durch Umkehrung des Isolierstoffteiles 31 am unteren Ende der Durchführung verringert wird. Ein zweites sehr wichtiges Merkmal der Durchführung nach der Er findung ist die Verbesserung der Isoliereigenschaften durch das Einfügen von Porzellan oder einem anderen geeigneten festen Isolierstoff zwischen dem Durchführungsbolzen 28 und dem nächstgelegenen geerdeten Teil des Flansches 17.
Wie in Fig. 2 dar gestellt ist, umgibt das Isolierstoffteil 31 innerhalb des Gases die Innenseite des Flansches 19, mit dem die Durchführung befestigt. ist, und verringert mit seiner höheren Dielektrizitätskonstante die elektrische Beanspruchung in der Nähe der Kanten und Ecken 19a des Flansches 19. Es wird dadurch unnötig, die Kanten 19a abzurunden und Vorsprünge der geerdeten Metallteile zu entfernen. Ausserdem kann, wie dargestellt wurde, die Durchführung an dem Gerät selbst montiert werden.
Dadurch wird die Zahl der Dichtungsstellen verringert. Dies macht es leichter, dien Behälter 2 gasdicht zu machen und zu halten. Schliesslich kann, wie in Fig. 5 gezeigt ist, auch eine Montage stattfinden, bei der ein Flausch Verwendung findet, mit dem die Durchführung über dem Eintrittsloch 38a in ein Gas enthaltendes Ge fäss 38 befestigt wird.
High-voltage bushing The invention relates to a high-voltage bushing with a bushing bolt and a surrounding tubular, metallic support body and with two insulating sleeves which extend from opposite end faces of the support body and extend essentially in the direction of the bushing bolt.
The general aim of the invention is to provide such a bushing which has very good insulating properties with a small length.
The invention should also make it possible to create a gas-filled bushing which can be implemented with a short length by using a novel housing construction.
Finally, the invention is intended to make it possible to build a bushing in which sulfur hexafluoride can be used as an isolating agent and in which the inside of the device is inverted grommet in relation to the previous arrangements. This inner sleeve should be in relation to the grounded flange or support body in such a way that the dielectric conditions are improved in order to keep the possibility of internal flashovers small.
In order to be able to realize the aforementioned aims of the invention, the high-voltage bushing mentioned at the beginning is characterized according to the invention in that the one sleeve protrudes into the interior of the support body.
In one embodiment of the invention, a substantially conical insulating material is easily seen, which is seen ver with angled outer ends, so that one of the ends can at least partially surround the inner edge of a grounded flange ring and the other of the ends for fastening the in the axial Direction of the passage bolt can be used to contribute to the acquisition of the tensile force along the implementation.
The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments in conjunction with the drawings. The drawing shows: in Fig.l a side view of a gas-filled circuit breaker in which bushings with the features of the invention are used, in Fig. 2 a partial view of the bushing according to FIG. 1 with details on a larger scale,
In Fig. 3 and 4 the improvement of the electrical field conditions through the use of the leadthrough construction according to the invention, in Fig. 5 a modified embodiment of the leadthrough fastening, in Fig. 6 a further embodiment of the fastening.
In Fig. 1, 1 as a whole is a power switch of the gas-filled type, which has a substantially horizontally extending metal container 2 ge earthed. From this container, Tragflan's 3, 4 extend upward at its ends, which protrude into the bushings 5, 6.
In the inner ends of the bushings 5, 6, an interruption device A, not shown in detail, is attached in a known manner.
As shown in FIG. 1, the container 2 is carried by supports 7, 8. These in turn rest on a suitable concrete base 9, which serves as a green manure. At the ends of the container 2, covers 11, 12 are provided, which are preferably pivotable about vertical bearing bolts. They can be opened to allow the removal of the interruption device A, as described in American Patent No. 3,007,021.
At the front of the container 2 is a drive housing 14 which houses a suitable drive and compressor equipment, not shown. The compressor is required to operate circuit breaker 1. A suitable drive and a suitable control device for the switch is z. B. in the American patent specification No. 3,057,983, from which more details can be found. However, like the interruption device A, these parts do not form part of the present invention.
From Fig. 2 it can be seen that the implementation 5 has an outer weatherproof insulating housing 16 of substantially conical shape. The housing is carried by a grounded flange or support body, which is designated as a whole with 17 be. As shown, the grounded flange includes a cylindrical, metallic flange tube 18 which, for. B. is carried by an annular flange 19 with the aid of a welded connection. The ring flange 19 can, for. B. be connected to an upper part 21 of the container 2 by welding at 20.
Between the outer insulating sleeve 16 and the grounded flange 17 a log device 22 is advantageously arranged in order to contribute to a gas-tight closure. In addition, another up device 23 is provided at the upper end of the sleeve 16. It lies there between a spring plate 24 and the upper end 16a of the outer sleeve 16. An upper cap arrangement 25 encloses several compression springs 26. These serve to put the outer sleeve 16 under compressive stresses, while at the same time on the axially extending bushing bolts 28 Tensile forces are exerted.
As Darge presents, a plate-shaped spring plate 29 is fastened to the lead-through bolt 28 with a nut 29a. The plate 29 forms the upper support for several compression springs 26 arranged on the circumference of a circle.
Between the ends of the axially extending lead-through bolt 28, a projection 30 is arranged. It can be formed from a machined shoulder that is integral with the bolt 28. As FIG. 2 shows, the extension 30 is adjacent to a substantially frustoconical insulating material sleeve 31 arranged in the interior.
A device 30a is preferably provided between the two parts in order to help evenly distribute the stresses. Normally, as is known, the inner insulating sleeve is directed downward from the flange 17, so that its lower end is directly adjacent to the lower end of the bushing bolt.
As has been found, however, by reversing the normal position of the insulating material sleeve 31, that is to say by inserting it essentially in the manner of a telescope into the upper, outer sleeve 16, good support of the lead-through conductor can be obtained. In addition, the electrical field near the inner end 19 a of the grounded annular flange 19 is improved ver in this construction.
FIGS. 3 and 4 show in detail the improvement in the electrical stresses which result from the arrangement of the insulating sleeve 31 in the manner shown in FIG. Because of the relatively high dielectric constant of the material of the sleeve 31, the electrical stress in the vicinity of the inner end 19a of the grounded annular flange 19 is improved so much that the possibility of internal flashovers is largely avoided.
In addition, by reversing the normal position of the sleeve 31, the total axial length of the passage 5 is shortened. The switch height is reduced in the same way. This is a particularly important feature during transportation of the switch by rail.
The electric field within the implementation 5 between the lead-through bolt 28 and the mounting flange 17 can be effectively controlled by the design of the insulators 16, 31 presented Darge. With conventional bushings, the maximum electrical stress occurs on the bushing bolt if its diameter is relatively small. Otherwise, the maximum electrical stress is on the inner edge of the fastening flange when the flange is relatively thin and the inner surface forms a relatively sharp edge or a relatively small radius.
In the invention, the relatively short insulator 31 leads through the electrical field between the flange 19 and the lead-through bolt 28. The relatively high dielectric constant of the ceramic material influences the electrical field.
With a suitable design, as shown, the insulator 31 can reduce the electrical stresses around the flange 19 and, if this is the most endangered area, increase the dielectric strength of the bushing. 3 shows the equipotential lines between the lead-through bolt 28 and the flange of a conventional lead-through. As can be seen, there are high electrical loads in the vicinity of the flange. On the other hand, FIG. 4 shows equipotential lines which result using the invention. The insulating material, e.g.
B. the ceramic material near the flange, reduces the dielectric stress on the flange; but increases the stress in the vicinity of the bushing bolt 28. By means of suitable proportions, the maximum stress within the gaseous insulation can be kept at a value which is considerably smaller than that in the arrangement according to FIG. This means that the dielectric strength of the bushing 5 is made larger. As is known, the flange 17 can be surrounded by a current transformer 33 which measures the current flowing through the lead-through bolt 28 to the interruption device A.
The insulating gas 35 that is used within the sleeve 16 is preferably a gas of high dielectric strength, e.g. B. sulfur hexafluoride. However, dielectric substances other than SFs could also be used. The special features of the invention are also materials for bushings with liquid insulating, eg. B. oil, suitable. Air could also be used for lower voltages.
As can be seen, the upper insulating sleeve 16 is under compressive stress. Porcelain can absorb such compressive stresses. In certain applications, however, it is not able to withstand tensile forces. It may therefore be desirable, as the material for the inner insulating sleeve 31, a suitable resin, e.g. B. a polyester resin, an epoxy resin or another suitable resin material to be used. In this context, reference is made to the American patent specifications No. 3001004 and 3 <B> 001005 </B>.
As can be seen, according to FIG. 2, a structure is used in which the grounded annular flange 19 is welded to the upper side 21 of the container 2. Therefore, the assembly of the bushing 5 must take place in connection with the container 2, the openings leading into the container 2 with the covers 11 and 12 being used. As FIG. 5 shows, the leadthrough construction according to the invention does not necessarily have to be assembled piece by piece within the container 2.
According to Figure 5, the implementation 5a can be mounted outside the container 2 as a one-piece device and then subsequently attached to a support flange 38 with fastening screws 40 as a further procedural step.
From the above description it is evident that the invention is particularly suitable for gas-filled high-voltage bushings. One side of the bushing can be exposed to the weather, while the other side protrudes into a gas-filled space. The implementation has the advantage that, firstly, the overall length is reduced by reversing the insulating part 31 at the lower end of the implementation. A second very important feature of the bushing according to the invention is the improvement of the insulating properties by inserting porcelain or another suitable solid insulating material between the bushing bolt 28 and the nearest earthed part of the flange 17.
As is shown in Fig. 2, the insulating part 31 surrounds the inside of the flange 19 with which the implementation is attached within the gas. is, and with its higher dielectric constant reduces the electrical stress in the vicinity of the edges and corners 19a of the flange 19. It is thereby unnecessary to round the edges 19a and to remove protrusions of the grounded metal parts. In addition, as shown, the bushing can be mounted on the device itself.
This reduces the number of sealing points. This makes it easier to make the container 2 gas-tight and to keep it. Finally, as shown in FIG. 5, an assembly can also take place in which a fleece is used with which the leadthrough is fastened above the inlet hole 38a in a vessel 38 containing gas.