CH660253A5 - Gasisolierter durchfuehrungsisolator. - Google Patents

Description

Die Erfindung stellt sich somit die Aufgabe, einen gasisolierten Durchführungsisolator der eingangs erwähten Art zu schaffen, bei der das elektrische Feld in dem Bereich, wo der zentral angeordnete elektrische Leiter und das Kondensatorsystem miteinander verbunden sind, das elektrische Feld derart abgeschwächt werden kann, dass der gasisolierte Durchführungsisolator auch hohe Spannungen aushalten und diesen widerstehen kann.

Die Erfindung löst die ihr gestellte Aufgabe dadurch, dass der Hauptleiter einen mittleren Verengungsbereich aufweist, mit dem das Kondensatorsystem verbunden ist und dass im Verengungsbereich eine Abschirmung vorgesehen ist, welche elektrische Felder an der Verengung abschwächt.

Gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht ein gasisolierter Durchführungsisolator mit zentral angeordnetem elektrischen Leiter (2) aus den beiden aufeinander ausgerichteten und miteinander verbundenen Teilen (2a, 2b) und weist in einem Zwischenbereich eine Verengung auf, die von den verengten Enden (A, B) der vorerwähnten beiden Teile (2a, 2b) gebildet ist. Die Teile (2a, 2b) können über die Flanschen (3a, 3b) miteinander verbunden sein. Am unteren Flansch kann auch noch der aus einem Stück bestehende Kondensator (4) befestigt sein. Der elektrische Leiter (2) und das Kondensatorsystem (4) können im Inneren eines äusseren Isolierrohres (1) angeordnet und untergebracht sein, dessen Innenraum wiederum von dem Kondensatorsystem (4) unterteilt wird.

Gemäss einem anderen Ausführungsbeispiel ist ein Abschirmungssystem (6) am oberen Flansch (3a) befestigt und schwächt die Konzentration des elektrischen Feldes an der Abstufung zwischen diesem Flansch und dem oberen Teil (2) des elektrischen Leiters ab.

Die Erfindung wird nachstehend nun anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Aufbau eines gasisolierten Durchführungsisolators herkömmlicher Art;

Fig. 2 den Zwischenabschnitt des zentral angeordneten elektrischen Leiters aus Fig. 1 in vergrösserter Darstellung;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch den Aufbau eines gasisolier5

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ten Durchführungsisolators bzw. Hochspannungsdurchführung dieser Erfindung;

Fig. 4 den Zwischenabschnitt des zentral angeordneten elektrischen Leiters aus Fig. 3 in vergrösserter Darstellung;

Fig. 5 eine skizzenhafte Darstellung des elektrischen Feldes im Bereich des mit Fig. 4 wiedergegebenen Zwischenabschnittes des zentral angeordneten elektrischen Leiters;

Fig. 6 einen Längsschnitt durch den Aufbau einer geänderten und modifizierten gasisolierten Hochspannungsdurchführung dieser Erfindung;

Fig. 7 einen Längsschnitt mit Darstellung von Alternativausführungen der gasisolierten Hochspannungsdurchführung dieser Erfindung.

Nachstehend soll nun anhand von Fig. 3 bis Fig. 7 — gleiche und ähnliche Konstruktionselemente und Teile sind auch mit den gleichen Hinweiszahlen gekennzeichnet — und ganz besonders anhand von Fig. 3 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer gasisolierten Hochspannungsdurchführung dieser Erfindung beschrieben und erläutert werden. Diese gasisolierte Hochspannungsdurchführung weist einen zentral angeordneten elektrischen Leiter 2 auf, der aus einem oberen Leiterabschnitt 2a und aus einem unteren Leiterabschnitt 2b besteht, der auf den oberen Leiterabschnitt 2a ausgerichtet ist.

Der zum zentral angeordneten elektrischen Leiter 2 gehörende verengte Zwischenabschnitt ist gebildet aus den Verengungsabschnitten A und B, die ihrerseits wiederum jeweils zu den Leiterabschnitten 2a und 2b gehören. Die Leiterabschnitte 2a und 2b des zentral angeordneten elektrischen Leiters 2 sind in der Mitte des Isolierrohres 1 unter Verwendung der jeweils zutreffenden Flanschen 3a und 3b verbunden, die jeweils an die Enden der Leiterabschnitte 2a und 2b angeschweisst sind. Ein aus einem Stück bestehendes und integrales Kondensatorsystem 4 ist zwischen dem unteren Flansch 3b, der zum Leiterabschnitt 2b des zentral angeordneten elektrischen Leiters 2 gehört, und einem Befestigungsflansch 5 derart angeordnet und befestigt, dass von ihm der Innenraum der gasisolierten Hochspannungsdurchführung in einem Hochdruckbereich und in einem Niederdruckbereich unterteilt wird und dass von ihm innerhalb der Hochspannungsdurchführung das elektrische Feld abgeschwächt wird. Das aus einem Stück bestehende Kondensatorsystem 4 ist in Kegelstumpfform ausgeführt und unterscheidet sich darin auch von dem bisher bekannten Kondensatorsystem konventioneller Ausführung, das aus einer Aufreihung von mehreren zylindrischen Kondensatoren besteht.

Am oberen Flansch 3a befestigt ist eine Abschirmung 6, die die Konzentration des durch den Stufenunterschied in den Durchmessers des oberen Flansches 3a und des zentral angeordneten elektrischen Leiters 2 erzeugt wird, abzuschwächen hat. Die derart konstruierte Hochspannungsdurchführung 7 wird auf den Rohrflansch 8 mittels der Schrauben 9 aufgeschraubt und an diesem Rohrflansch 8 befestigt und kann dann gebrauchsfertig ausgeliefert werden. Mit der Hinweiszahl 10 gekennzeichnet ist ein Kühlkasten oder Kühlgehäuse, wo hingegen die Hinweiszahl 11 für einen Abschirmungsring steht.

In Fig. 4 ist der Verengungsabschnitt des zentral angeordneten elektrischen Leiters 2 in einem grösseren Massstab dargestellt. Damit die Druckdifferenz zwischen dem Inneren des aus einem Stück bestehenden Kondensatorsystems 4 und dem Raum, der von dem Isolierrohr 1 und von dem Kondensatorsystem 4 und dem Leiterabschnitt 2a des zentral angeordneten elektrischen Leiters begrenzt ist, gewahrt bleibt, sind zwischen den Flanschen 3a und 3b sowie zwischen dem Flansch 3b und einer Aufnahmevorrichtung 16 für das Kondensatorsystem 4 die O-Ringe 12 angeordnet und eingesetzt. Die zum Halten des Kondensatorsystems 4 bestimmte Halterung 16 ist mit dem unteren Flansch 3b verbunden, während die Abschirmungsvorrichtung 6 unter Verwendung der jeweils zutreffenden Schrauben 13 und 14 am oberen Flansch 3a befestigt sind.

Wird die mit Fig. 4 dargestellte Konstruktion und Ausführung gewählt, bei der die Flanschen dem Verengungsabschnitt, d.h. den einen kleineren Durchmesser aufweisenden und zum zentral angeordneten elektrischen Leiter 2 gehörenden Leiterabschnitten 2a und 2b — und das sind die Abschnitte A und B — zugeordnet sind und an denen das Kondensatorsystem 4 befestigt ist, dann kann das Kondensatorsystem 4 derart ausgeführt sein, dass es gegenüber dem ursprünglichen zentralen elektrischen Leiter einen stark geänderten Durchmesser erhält. Der Durchmesser des Isolierrohres 1 wird nach oben hin kleiner, was wiederum bedeutet, dass mit dieser Methode der Abstand zwischen dem Kondensator und dem Isolierrohr 1 grösser gemacht werden kann als dies bei der konventionellen Ausführung der Fall ist. Dieses bringt aber auch den Vorteil mit sich, dass auch die Isolationsstrecke oder die Überschlagsstrecke grösser gemacht werden kann. Hinzu kommt noch, dass für das Kondensatorsystem 4 sowie für die oberen und unteren Flanschen 3a und 3b, welche Vorsprünge aus den zentral angeordneten Leiterabschnitten 2a und 2b sind, gegenüber der konventionellen Ausführung die Durchmesser kleiner gewählt werden können. Darüber hinaus kann dadurch, dass das Abschirmungssystem 6 vorgesehen ist, entsprechend der mit Fig. 5 gegebenen Darstellung an der Abstufung des oberen Flansches 3a zum oberen Leiterabschnitt 2a des zentral angeordneten elektrischen Leiters eine Abschwächung der Konzentration des elektrischen Feldes bewirkt und herbeigeführt werden. Bei der in Fig. 1 wiedergegebenen Ausführung konventioneller Art hatte das Kondensatorsystem c eine mehrstufige und aneinandergereihte Ausführungsform, wodurch wiederum eine komplexe Verteilung des elektrischen Feldes j in der mit Fig. 2 dargestellten Form herbeigeführt und verursacht wurde. Demgegenüber zeigt, wie dies aus Fig. 5 zu erkennen ist, bei der Ausführung der Erfindung das elektrische Feld 15 innerhalb des aus einem Stück bestehenden Kondensators 4 ein glatteres Flussverhalten, dies gilt auch für das elektrische Feld, das von dem Abschirmungssystem 6 am Anschlussbereich erzeugt wird.

Der zum zentral angeordneten elektrischen Leiter gehörende Verengungsabschnitt bewirkt, dass Wärme im Verengungsbereich erzeugt und freigesetzt wird. Weil aber die oberen Flanschen 3a und die unteren Flanschen 3b wie Kühlrippen wirken, wird von diesen Flanschen die Wärme auch in angemessener Weise abgeleitet und abgeführt. Weil das Isolierrohr einer Höchstspannungsdurchführung beispielsweise eine Länge von 10 m oder eine grössere Länge haben kann, muss auch der zentral angeordnete elektrische Leiter derart ausgelegt sein, dass er eine gewisse Festigkeit hat. Was dies betrifft, so ist im Bereich der Verengung des zentral angeordneten elektrischen Leiters 2 die Festigkeit irgendwie geschwächt, was jedoch die Alterung am Zwischenprodukt des zentralen elektrischen Leiters, der durch das Kondensatorsystem 4 gegeben ist in genügender Weise kompensiert wird, so dass die Hochspannungsdurchführung erdbebenfest und schwingungssicher ist.

Fig. 6 zeigt nun ein anderes und bevorzugtes Ausführungsbeispiel des zentral angeordneten elektrischen Leiters. Wie zu erkennen ist, ist der verengte obere Leiterabschnitt 2a aus Fig. 4 ersetzt worden von einem zentral angeordneten Leiterabschnitt 22a, der keine Verengung aufweist und mit dem oberen Flansch 3a verbunden ist, wobei in diesem Falle die Verengung des zentral angeordneten Leiters nur durch den Abschnitt B des Leiterabschnittes 2b gegeben ist. Die Verwendung eines zentral angeordneten elektrischen Leiters in direkter und gerader Führung, d.h. des Leiters 22a, erleichtert die Herstellung, weil der Verengungsbereich A des zentral angeordneten Leiterabschnittes 2a — dargestellt in Fig. 3, Fig. 4 und Fig. 5 — wegfällt. Darüber hinaus ist auch die mechanische Festigkeit des zentral angeordneten elektrischen Leiters grösser als jene des mit Fig. 3, Fig. 4 und Fig. 5 dargestellten zentral angeordneten elektrischen Leiters 2.

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Mit Fig. 7 dargestellt ist auch noch eine weitere alternative und bevorzugte Ausführung einer gasisolierten Hochspannungsdurchführung. Gezeigt wird in Fig. 7 ein System zum Ableiten der Wärme, das bei allen den mit Fig. 3 oder mit Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispielen Anwendung finden kann. Zum Ableiten der in den Verengungsabschnitten A und B der zentral angeordneten Leiterabschnitte 2a und 2b des zentral angeordneten elektrischen Leiters 2 ist unter Verwendung von dafür geeigneten Halteelementen 30a innerhalb des zentral angeordneten elektrischen Leiters 2 ein Zirkulationsrohr 30 montiert. Das untere Ende dieses Rohres 30 ist zum Inneren des Leiterabschnittes 2b in der Höhe der Halterung 8 geöffnet, wohingegen das obere Ende dieses Rohres 30 mit seiner Öffnung in das Kühlgehäuse 10 geöffnet ist.

Das im zentralen elektrischen Leiter 2 erwärmte Gas, insbesondere aber das im Verengungsabschnitt des zentral angeordneten elektrischen Leiters 2 erwärmte Gas, strömt in der mit Pfeilen gekennzeichneten Weise durch den vom Zirkulationsrohr und von dem zentral angeordneten elektrischen Leiter vorgegebenen Raum in das Kühlungsgehäuse oder in den Küh-5 lungskasten 10. Nach dem Abkühlen wird das Gas in die Nachbarschaft der Rohrhalterung 8 durch das Zirkulationsrohr 30 geführt.

Damit kann unter Anwendung dieser Erfindung für UHV-Systeme (Systeme, die mit Höchstspannung arbeiten) eine gas-lo isolierte Hochspannungsdurchführung geschaffen werden, die in der Lage ist, in dem Bereich, in welchem das Kondensatorsystem und der zentral angeordnete elektrische Leiter miteinander verbunden sind, die Konzentration des elektrischen Feldes abzuschwächen, was wiederum bedeutet, dass eine gasisolierte ls Hochspannungsdurchführung geschaffen worden ist, die auch sehr hohe Spannungen aushalten und widerstehen kann.

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2 Blätter Zeichnungen

Claims (6)

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1. Gasisolierter Durchführungsisolator bestehend aus einem mit einem isolierenden Medium gefüllten Isolierrohr, aus einem innerhalb des Isolierrohres zentral angeordneten elektrischen Hauptleiter und einem mit diesem verbundenen und das Innere des Isolierrohres unterteilenden Kondensatorsystem, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptleiter (2) einen mittleren Verengungsbereich aufweist, mit dem das Kondensatorsystem (4) verbunden ist und dass im Verengungsbereich eine Abschirmung (6) vorgesehen ist, welche elektrische Felder an der Verengung abschwächt.

2. Gasisolierter Durchführungsisolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptleiter (2) aus zwei miteinander verbundenen Leitern (2a, 2b) besteht, von denen mindestens einer (2b) zur Bildung des Verengungsbereiches an seinem Ende eine Verengung aufweist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Gasisolierter Durchführungsisolator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter (2a, 2b) im Bereich der Verengung durch Flansche (3a, 3b) miteinander verbunden sind, die an den Enden einer Halterung befestigt sind, welche auch die Abschirmung (6) haltert.

4. Gasisolierter Durchführungsisolator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kondensatorsystem (4) integriert ist und in Form eines Kegelstumpfes ausgeführt ist.

5. Gasisolierter Durchführungsisolator nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kondensatorsystem (4) an einem der Flansche (3a, 3b) befestigt ist.

6. Gasisolierter Durchführungsisolator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Hauptleiters (2) das Rohr (30) eines Kühlkreises angeordnet ist, welches zur Kühlung des Hauptleiters (2) von Kühlmedium durchflössen wird.

Gegenstand dieser Erfindung ist ganz allgemein ein gasisolierter Durchführungsisolator mit einem Kondensatorsystem, die bei Hochspannungsanlagen verwendet wird. Gegenstand der Erfindung ist insbesondere aber ein gasisolierter Durchführungsisolator, bestehend aus einem mit einem isolierenden Medium gefüllten Isolierrohr, aus einem innerhalb des Isolierrohres zentral angeordneten elektrischen Hauptleiter und einem mit diesem verbundenen und das Innere des Isolierrohres unterteilenden Kondensatorsystem.

Gasisolierte Durchführungsisolatoren, bei denen das Gas SF 6 (Schwefelhexafluoridgas) Anwendung findet, werden heutzutage bei Hochspannungsanlagen der unterschiedlichsten Ausführungen verwendet. Es steht zu erwarten, dass solche gasisolierte Hochspannungsdurchführungen auch in der Energieübertragung mit sehr hohen Spannungen (UHV-Übertragung) Anwendung finden werden. Bei UHV-Spannungen oder Höchstspannungen wird die Steuerung und Regelung des elektrischen Feldes jedoch zu einem wichtigen Problem. Aus diesem Grunde sind auch die gasisolierten Hochspannungsdurchführungen der Spannungskegelausführung (stress-cone type) aufgekommen. In solchen Hochspannungsdurchführungen wird das elektrische Feld dadurch abgeschwächt, dass dem Zentralleiter der Hochspannungsdurchführungen ein Kondensatorsystem zugeordnet wird. Vom Kondensatorsystem wird der Innenraum der Hoch-spannungsdurchführung in einen Hochdruckbereich und in einen Niederdruckbereich unterteilt, was wiederum zur Folge hat, dass der hohe Gas-Innendruck nicht direkt auf das äussere Isolierrohr einwirken kann.

Fig. 1 zeigt nun die Konstruktion und den Aufbau einer herkömmlichen Hochspannungsdurchführung der Spannungskegelausführung (g). In der Mitte des Isolierrohres a ist ein zentraler elektrischer Leiter b angeordnet. Auf diesen zentral angeordneten elektrischen Leiter b und konzentrisch zu ihm angeordnet ist ein Kondensatorsystem c aufgesetzt, das eine stufenartige und zylindrische Form hat. Das System c bewirkt innerhalb der Hochspannungsdurchführung eine Abschwächung des elektrischen Feldes und unterteilt zudem auch noch das Gas in einen innerhalb des Systems c gelegenen Hochdruckbereich und in einen zwischen dem System c und dem Isolierrohr a gelegenen Niederdruckbereich.

Ein oben auf das Isolierrohr a aufgesetztes Kühlgehäuse e steht mit dem zentral angeordneten elektrischen Leiter b derart in Verbindung, dass die in der Hochspannungsdurchführung erzeugte Wärme abgeführt werden kann. Am oberen Ende des Isolierrohres a angebracht ist auch ein Abschirmungsring/für das Abschwächen des elektrischen Feldes im oberen Bereich der Hochspannungsdurchführung. Die in der zuvor beschriebenen Weise konstruierte Hochspannungsdurchführung wird so geliefert, dass sie mit den Schrauben i an einem Rohrflansch h angeschraubt und befestigt werden kann. In der zuvor angeführten Konstruktion ist der Abschnitt, der den zentral angeordneten elektrischen Leiter b und das Kondensatorsystem c miteinander verbindet und der vom zentral angeordneten elektrischen Leiter b spitz hervorsteht, notwendigerweise recht gross. Wegen der Konzentration des elektrischen Feldes, so wie dieses mit Fig. 2 wiedergegeben ist, und wegen des damit verbundenen Risikos des Durchschlagens der Isolation muss das Isolierrohr a notwendigerweise derart konstruiert und ausgeführt sein, dass es eine beträchtliche Grösse hat.