DD247110A1 - Druckgasisolierung fuer metallgekapselte hochspannungsgeraete - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Herstellung von Versorgungseinrichtungen fuer Elektroenergie. Das Ziel der Erfindung besteht in der Vermeidung von partikelgezuendeten Teilentladungen oder Ueberschlaegen in Druckgasisolierungen. Die Erfindung loest die Aufgabe, feldschwache Raeume in der Naehe von Abstandshaltern fuer die Innenelektrode innerhalb einer diese umschliessenden Aussenelektrode zur Ablagerung von Partikeln vorzusehen dadurch, dass an einer Einspannstelle des Abstandshalters zwischen zwei Flanschen der Aussenelektrode in dieser eine ringfoermige Ausnehmung vorgesehen ist, in der eine schraubenfederfoermige und eine geschlossene Ring bildende Metallwendel angeordnet ist. Die Erfindung wird bei der Herstellung von elektrischen Hochspannungsschaltgeraeten realisiert. Figur

Description

Weiterhin sind durch die DD-PS 127988 und 127989 Isolieranordnungen für druckgasisolierte Hochspannungsgeräte zur Minderung von Störungen des schwach inhomogenen Feldes zwischen einer Innenelektrode und einer am Gegenpotential anliegenden Außenelektrode, die durch die unbeabsichtigt vorhandenen und/oder entstehenden, insbesondere frei beweglich elektrisch leitenden Partikeln verursacht werden, und auf das Verhalten dieselelektrisch leitenden Partikeln zurückzuführen sind und zu einer Senkung der Teilentladungseinsatz- und/oder Durchschlagsspannung der Isolierung führen, bekannt, mit der verhindert werden soll, daß sich die an der Basiselektrode für diese Partikeln dienenden inneren Mantelflächen der Außenelektrode elektrisch aufladen können und gleichzeitig so influenziert werden, daß eine elektrische Kraft und die auf die Partikeln wirkende Schwerkraft zur Außenelektrode hin wirken, wodurch die Partikeln auf der inneren Mantelfläche der Außenelektrode.haften^ Diese Maßnahme besteht darin, daß auf die innere Mantelfläche der Außenelektrode eine beliebig dünne Schichteines Dielektrikums aufgebracht ist bzw. nur Teile der inneren Mantelfläche, auf die sich die Partikeln unter Wirkung der Schwerkraft ablagern, mit einer beliebig dünnen Schicht eines Dielektrikums versehen sind. Diese Lösungen sind mit dem Nachteil verbunden, daß nur eine vollständig geschlossene Oberfläche der Beschichtung wirkungsvoll ist, was in der Herstellung aufwendig ist. Eine Beschädigung dieser Beschichtung ist jedoch während der Montage von Hochspannungsgeräten nicht ausgeschlossen. Im Leistungsschalter können solche Schichten z. B. durch Reaktionsprodukte der Gaszersetzung zerstört oder abgelöst werden.

Nach der DD-PS 130295 ist eine Druckgasisolierung für metallgekapselte Hochspannungsgeräte mit mindestens einer vorwiegend vertikal angeordneten Innenelektrode bekannt geworden, bei der Abstandshalter für mindestens eine Innenelektrode eine trichterartige Form aufweisen, außerdem die Grenzfläche zwischen Abstandshalter und Isoliergas an der Innenelektrode höher liegt als an der inneren Mantelfläche der Außenelektrode und gleichzeitig die Kanten linie im Querschnitt des Abstandshalters von der Innenelektrode zur Außenelektrode hin einen definierten Abfall aufweist und die Außenelektrode im Bereich dieses trichterartig geformten Abstandshalters an der Außenfläche desselben eine mit einer geneigten Fläche versehene, als Ring ausgebildete Feststoffbarriere aus einem Dielektrikum trägt, wobei die Grenzfläche zwischen Feststoffbarriere und Isoliergas an der Außenelektrode höher liegt als die Ansatzlinie dieser Feststoffbarriere auf der Außenfläche des Abstandshalters.

Diese Anordnung ist bauaufwendig und der Erfolg dieser technischen Maßnahme nicht immer erreichbar, weil sich die Partikeln nicht in der Zone des feldgchwächsten Bereiches der Isolieranordnung absetzen. Diese technische Maßnahme gestattet es nur, Partikeln, die sich vor der Sparvnungsbeanspruchung bereits in einem relativ feldschwachen Gebiet befinden, an eine Bewegung in Gebiete mit einer hohen Feldstärke zu hindern.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung zieltdarauf ab, die Betriebs- und Funktionssicherheit von gasisolierten Hochspannungsgeräten durch Vermeidung von Teilentladungen und/oder Überschlagen einer Oberfläche von Abstandshaltern, hervorgerufen durch Ablagerungen von Partikeln, zu erhöhen und gleichzeitig die Anforderungen an die Gewährleistung der inneren Sauberkeit bei Herstellung von gasisolierten Hochspannungsgeräten auf einem ökonomisch vertretbaren und technisch einfach realisierbaren Niveau zu halten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Auf gäbe zug runde, eine Hochspannungsdruckgasisolierung für metallgekapselte Hochspannungsgeräte, bei denen der Isolierraum zwischen mindestens einer axial definiert gehalterten Innenelektrode und einer diese koaxial umhüllenden, auf Gegenpotential zur Innenelektrode liegenden Außenelektrode ein Isoliergas, insbesondere Schwefelhexafluorid (SF₆) enthält, zu entwickeln, bei der die im Isolierraum vorhandenen und/oder entsprechenden, insbesondere elektrisch leitenden Partikeln sich in dafür vorgesehene feldschwache Räume ablagern und das elektrische Feld nicht mehr unzulässig stören.

Diese Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß eine Druckgasisolierung für metallgekapselte Hochspannungsgeräte mit mindestens einer Innenelektrode und einer diese umhüllenden, koaxial zu dieser angeordneten, auf Gegenpotential zu dieser Innenelektrode liegenden Außenelektrode, in der die Innenelektrode mittels Abstandshalter aus einem Feststoffdielektrikum definiert gehaltert ist, wobei der Raum der Isolierung zwischen Innenelektrode und Außenelektrode ein Isoliergas, insbesondere Schwefelhexafluorid (SF₆) enthält, entwickelt wurde, bei der erfindungsgemäß die Außenelektrode im Bereich des Abstandshalters mindestens einseitig eine Ringnut aufweist, in der eine einen geschlossenen Ring bildende Metallwendel einliegt und mit Wandungen der Ringnut im elektrischen Kontakt steht. Bei der Verwendung eines Abstandshalters mit einer gekröpften Form erstreckt sich diese Ringnut in der Außenelektrode mit der darin einliegenden Metallwendel von einer Schnittkante zwischen innerer Mantelfläche der Außenelektrode und einer in Opposition zur inneren Mantelfläche stehenden Außenkontur des Abstandshalters in axialer Richtung. Dieeinseitig am Abstandshalter vorgesehene Ringnut kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung auch zwischen zwei Abstandshalter an beliebiger bzw. an einer definierten Stelle im Kapselungsgefäß und das auch als zusätzliche Maßnahme vorgesehen werden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführiingsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung ist ein Schnitt durch eine Druckgasisolierung dargestellt.

Innerhalb einer als rohrförmige Metallkapselung ausgebildeten Außenelektrode 1 ist durch ein aus einem Feststoffdielektrikum bestehenden Abstandshalter 2 zentrisch eine Innenelektrode 3 gehaltert. Der Abstandshalter 2 ist zwischen zwei Flanschen 4 benachbarter Kapselungsgefäße 5; 6 eingespannt. Der Abstandshalter 2 besitzt eine solche Form, bei der die Grenzfläche zwischen Abstandshalter 2 und Isoliergas, das sich zwischen der Außenelektrode 1 und der Innenelektrode 3 befindet, an der Innenelektrode 3 bei einer senkrechten Anordnung höher liegt'als an der Außenelektrode 1, bzw. bei einer Betrachtung auf eine

horizontale Anordnung bezogen an der Innenelektrode 3 in axialer Ausdehnung vor der Einspannung des Abstandshalters 2 zwischen den Flanschen 4 der Außenelektrode 1 liegt und die Linie der Außenkontur 7 des Abstandshalters 2 ausgehend von der Innenelektrode 3 zur Außenelektrode 1 monoton abfällt. Durch die Schnittkante der in Opposition zur inneren Mantelfläche 8 der Außenelektrode 1 liegenden Außenkontur 7 des Abstandshalters 2 mit der Mantelfläche 8 der Außenelektrode 1 ist die Anordnung einer Partikelfalle bestimmt.

In dem Kapselungsgefäß'5, das die Außenelektrode 1 bildet, ist eine Ringnut 9 vorgesehen. Diese erstreckt sich von der Schnittkante zwischen Mantelfläche 8 und Außen kontur 7 in axialer Richtung vom Abstandshalter 2 aus. In dieser Ringnut 9 ist eine, einen geschlossenen Ring bildende Wendel 10 eingelegt, die die Wirkung eines Faradayschen Käfigs aufweist und mit der Außenelektrode 1 durch Anliegen an dieWa ndungen 11 der Ringnut 9 elektrisch verbundenist. Der äußere Durchmesser 12 der Spirale 10 entspricht der Breite 13 der Ringnut 9. Die die Ringnut 9 begrenzenden Wandungen 11 und der Boden 14 sind unbeschichtet, während die innere Mantel-flache 8 der Außenelektrode \noch eine Isolierstoffbeschichtung 15 aufweisen kann. Die Steigung der Metallwendel 10 ist so gewählt; daß der Abstand zwischen dem Draht so groß ist, daß die zu entfernenden Partikeln, wie Kontaktabrieb, zwischen zwei Windungen der Wendel paßt, aber so klein, daß keine unzulässigen Feldstärken an den Einzeldrähten auftreten und im Inneren der Metallwendel 10 die an sich vom Faradayschen Käfig her bekannte Feldfreiheit noch teilweise erhalten bleibt/Der gewählte Drahtdurchmesser verhindert eine Beeinträchtigung des elektrischen Feldes in der Isolieranordnung. Im Zusammenhang mit dem gewählten Drahtdurchmesser der Wendel 10 wird gewährleistet, daß der Homogenitätsgrad der Isolieranordnung nicht den aus der Technik bekannten geometrie- und druckabhängigen Grenzhomogenitätsgrad unterschreitet.

Durch die Anordnung der erfindungsgemäßen Anordnung einer ringförmigen Wendel 10 in einer Ringnut 9 in der Außenelektrode 1 wird erreicht, daß Partikeln, die sich im mit Isoliergas gefüllten Raum befinden, nachdem diese infolge der wirkenden Schwerkraft in die mit der Wendel 10 ausgefüllten Ringnut 9 gelangt sind, dort elektrisch unwirksam gemacht sind. Die Wirkung des Faradayschen Käfigs dieser Wendel 10 schließt aus, daß auf die Partikeln elektrostatische Kräfte zur Wirkung kommen und diese wieder in elektrisch gefährdete Zonen zwischen Innen- und Außenelektrode gelangen können.

Claims (3)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Druckgasisolierung für metallgekapselte Hochspannungsgeräte mit mindestens einer Innenelektrode und einer diese umhüllenden auf Gegenpotential liegenden Außenelektrode, in der die Innenelektrode mittels Abstandshalter aus einem Feststoffdielektrikum definiert geh altert ist, wobei der Raum der isolierung zwischen Innenelektrode und Außenelektrode ein Isoliergas, insbesondere Schwefelhexafluorid (SF₆) enthält, gekennzeichnet dadurch, daß die Außenelektrode (Dim Bereich des Abstandshalters (2) mindestens einseitig eine Ringnut (9) aufweist, in der eine einen geschlossenen Ring bildende Metallwendel (10) einliegt und mit Wandungen (11) der Ringnut (9) im elektrischen Kontakt steht.
2. 2. Druckgasisolierung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß bei Abstandshaltern mit einer gekröpften Form sich die Ringnut (9) in der Außenelektrode (1) mit den darin einliegenden Metallwendel (10) von einer Schnittkante zwischen innerer Mantelfläche (8) der Außenelektrode (1) und einer in Opposition zur inneren Mantelfläche (8) stehenden Außenkontur (7) des Abstandshalters (1) in axialer Richtung erstreckt.
3. 3. Druckgasisolierung nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Außenelektrode (1) zwischen zwei die Innenelektrode (3) halternde Abstandshalter (2) eine Ringnut (9) aufweist, in der eine einen geschlossenen Ring bildende Metallwendel (10) eingelegt ist;

   Hierzu 1 Seite Zeichnung

   Anwendungsgebiet der Erfindung.

   Die Erfindung wird auf dem Gebiet der Energieversorgung bei der Herstellung von mit einer Druckgasisolierung versehenen Hochspannungsanlagen, bestehend aus mindestens einer durch Abstandshalter geführte Innenelektrode und einer diese umschließenden auf Gegenpotential liegenden Außenelektrode, wirksam.

   Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

   Das schwach inhomogene elektrische Feld in gasisolierten Hochspannungsgeräten wird durch vorhandene leitfähige Verunreinigungen, wie durch die Fertigung entstandene Metallspäne, Abrieb beispielsweise von bewegten Kontakten oder sonstige Partikeln,.die in dem mit Isoliergas gefüllten Raum zwischen Innenelektrode und diese umhüllende Außenelektrode frei beweglich vorhanden sind, derart gestört, daß das Isoliervermögen vermindert wird. Die das Isoliervermögen vermindernden Verunreinigungen sind entwederfertigungsbedingt oder betriebsbedingt. Das Eindringen derselben während der Anlagenmontage kann bei größter Sorgfalt nicht ausgeschlossen werden. Der Gefahr der Minderung des isoliervermögens durch vorhandene Verunreinigungen muß bei der Dimensionierung der Hochspannungsanordnung Rechnung getragen werden, indem die Abmessungen derselben oder der Druck des Isoliergases vergrößert werden. Diese Maßnahmen sind technisch und ökonomisch nachteilig. Es wurde folglich versucht, während der Fertigung und Montage Möglichkeiten zu finden, die mit dem Isoliergas gefüllten Räume in Hochspannungsanordnungen frei von allen Verunreinigungen zu halten. Durch Filterung des Gases, Reinigung aller Teile, mit denen das Isoliergas in Berührung kommt, vor ihrer Montage, sowie durch eindeutige Montagevorschriften und Maßnahmen zur Verhinderung des Eindringens von Staubteilchen aus der Luft bei dem Zusammenbau der gereinigten Teile können die Anzahl der schädlichen, frei beweglichen Partikeln in dem gasisolierten Raum auf sehr niedrige Werte gebracht werden. Da aber auch schon die Anwesenheit von nur einem ausreichend großen vorzugsweise leitfähigem Partikel bei Anlagerung an einer ungünstigen Stelle in dem mit Isoliergas gefüllten Raum das Isoliervermögen derartiger Hochspannungsanordnungen stark beeinträchtigt, führen diese vorgenannten, die Technologie und Montage kostenmäßig belastenden Maßnahmen nicht zu einem, den hierfür zu betreibenden Aufwand rechtfertigenden Ergebnis. Durch bekannt gewordene Untersuchungen ist davon auszugehen, daß die Auswirkungen der sich im Isoliergasraum befindlichen Partikeln auf das Isoliervermögen unterschiedlich sind, je nachdem an welcher Stelle die Partikeln sich innerhalb der Gasisolation aufhalten. Da sich in den verschiedenen Bereichen unterschiedlich große Feldstärken ausbilden, werden die sich in Bereichen höchster Feistärke befindlichen Partikeln eher dazu neigen, den Durchschlag einzuleiten, als die an Stellen mit niedriger Feldstärke vorhandenen Partikeln. Es wurde deshalb bei der durch die DE-OS 2222581 bekannt gewordenen gasisolierten Hochspannungsanordnung vorgesehen, die Partikeln mittels klebender Schichten dort festzuhalten, wo die Feldstärke relativ niedrig ist. Hierzu wurden klebende Schichten z. B. aus Haftkleber, auf den inneren, den mit Isoliergas gefüllten Raum begrenzenden Oberflächen außerhalb der Bereiche mit überdurchschnittlicher Feldstärke angebracht, wobei diese Oberflächen ganz oder teilweise mit einer solchen klebenden Schicht überzogen sind. Auf diese klebenden Schichten sollen sich die Partikeln, welche sich frei beweglich in dem Raum der Gasisolierung befinden, unter Einwirkung der Schwerkraft absetzen und dann dort festgehalten werden, daß sie auch durch die beim Anlegen einer Wechselspannung auftretende Feldstärke, die eine Bewegung von frei beweglichen Partikeln hervorruft, nicht von der klebenden Schicht abgerissen werden können. Hierdurch werden die partikelgezündeten Durchschläge zwar verringert, aber nur solange, wie die Klebfähigkeit der klebenden Schicht voll erhalten ist bzw. keine neuen Partikeln, z. B. infolge von Abrieb an Schaltstellen der Anordnung in den Raum der Gasisolierung auftreten. Da die hier in Betracht kommenden klebefähigen Stoffe aber einem Alterungsprozeß unterliegen, innerhalb dessen ihre Klebfähigkeit nachläßt, ist die Wirksamkeit der hier vorgesehenen Beschichtungen zur Vermeidung partikelgezündeter Durchschläge zeitlich begrenzt, wodurch diese Lösungen nur bedingt einsetzbar sind.