DE102006038221A1

DE102006038221A1 - Vorrichtung zur elektrischen Abschirmung einer Hochspannungsdurchführung

Info

Publication number: DE102006038221A1
Application number: DE102006038221A
Authority: DE
Inventors: Jens Dr. Hoppe; Dietmar Jahnel; Johann Schlager
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2006-08-03
Filing date: 2006-08-03
Publication date: 2008-02-07
Anticipated expiration: 2026-08-04
Also published as: EP2047485A1; DE102006038221B4; BRPI0714621A2; US8124878B2; CN101501789A; WO2008015150A1; EP2047485B1; BRPI0714621B1; CN101501789B; US20100065304A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrischen Abschirmung eines Durchführungsausganges einer Hochspannungsleitung in die Außenwand eines elektrischen Hochspannungsgerätes, wobei die Abschirmung aus einem elektrisch leitenden Abschirmungsinneren und einer äußeren, das Abschirmungsinnere umschließenden Isolationsschicht umfasst. Die Verwendung eines bogenförmigen Kreissegments mit zwei Schenkeln in Kombination mit einem entsprechend geformten Barrierensystem gewährleistet eine nahezu vollständige elektrische Abschirmung der Ecken und Kanten eines Durchführungsausganges.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrischen Abschirmung eines Durchführungsausganges einer Hochspannungsleitung in die Außenwand eines elektrischen Hochspannungsgerätes, wobei die Abschirmung ein elektrisch leitendes Abschirmungsinnere und eine äußere, das Abschirmungsinnere umschließende Isolationsschicht umfasst.
Bei elektrischen Hochspannungsgeräten, wie zum Beispiel Leistungstransformatoren, muss für den elektrischen Anschluss an ein Hochspannungsnetzwerk gewährleistet sein, dass im Bereich des elektrischen Anschlusses und des Überganges der elektrischen Leitung in das Hochspannungsgerät eine ausreichende elektrische Abschirmung gegeben ist. Insbesondere für Hochspannungsgleichstrom(HGÜ)-Vorrichtungen ist es zwingend notwendig, dass die Durchführung und die der Durchführung zugewandten Wand des elektrischen Hochspannungsgerätes ausreichend elektrisch geschirmt sind. Elektrisch ausreichend abgeschirmt bedeutet eine Reduzierung der auftretenden elektrischen Feldstärke auf der Oberfläche der Abschirmung und im angrenzenden Raum.
Aus dem Grunde der hochspannungstechnischen Abschirmung werden die Kantenübergänge und Ecken zwischen der Durchführung der Hochspannungsleitung und der senkrecht dazu befindlichen Kesselwand gemäß dem Stand der Technik derart geschirmt, dass ein so genannter Schirmungsdraht um den Durchführungsausgang innerhalb des elektrischen Hochspannungsgerätes angeordnet ist. Dieser Schirmungsdraht ist herkömmlicherweise mit einem elektrisch leitenden Abschirmungsinneren versehen, das auf der Oberfläche elektrisch isoliert ist, insbesondere durch eine Papierisolation. Hiervon abgewandelt sind auch im Stand der Technik anders ausgeformte Schirmungsringe bekannt, die ein rechteckiges elektrisch leitendes Abschirmungsinnere aufweisen.
So beschreibt die US 4,296,274 eine Hochspannungsdurchführung, die eine wetterfeste Schirmung aufweist. Durch eine zusätzliche Verdickung des entsprechenden Übergangsbereichs der Durchführung wird eine vorteilhafte Führung des elektrischen Feldes gemäß der dortigen Erfindung erreicht.
Ebenfalls beschreibt die WO 00/19453 eine Hochspannungsdurchführung mit einem Hochspannungsleiter in einem mit Isolationsschirmen versehenen Isolator, der an einem Ende einen Flansch aufweist, durch den der Hochspannungsleiter hindurchgeführt wird, wobei zwischen Flansch und Hochspannungsleiter ein Isolationsmedium vorgesehen ist. Zusätzlich ist um den Isolator eine Schirmungselektrode angeordnet, die sich vom Flansch in axialer Richtung über einen Teil der Länge des Isolators erstreckt, wobei die Anzahl der Isolationsschirme pro Längeneinheit in den einzelnen Abschnitten unterschiedlich ist.
Nachteilig an allen im Stand der Technik bekannten Abschirmungslösungen für Hochspannungsdurchführungen ist, dass die bisherigen Lösungen entweder konstruktiv aufwändig oder keine vollständige Abschirmung des nahezu rechtwinkligen Durchführungsausganges gewährleisten. Insbesondere die elektrische Abschirmung der nahezu rechtwinkligen Ecken und Kanten des Durchführungsausganges relativ zur Kesselwandung wird durch die im Stand der Technik bereitgestellten Lösungen nicht vollständig gewährleistet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine elektrische Abschirmung bereitzustellen, die eine vollständige Abschirmung der Ecken und Kanten eines Durchführungsausgangs in ein elektrisches Hochspannungsgerät gewährleistet.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die erfindungsgemäßen Merkmale des Patentanspruchs 1. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Abschirmung als bogenförmiges Kreissegment um die nahezu rechteckige Ausführung der Durchführung konzipiert ist. Hierdurch ist gewährleistet, dass der Feldverlauf des elektrischen Feldes in der Nähe des nahezu rechtwinkligen Durchführungsausganges verändert wird. Herkömmlicherweise ist der Feldverlauf des elektrischen Feldes in der Nähe von Ecken und Kanten hochgradig komplex und nur unzureichend durch eine elektrische Abschirmung bisher sichergestellt. Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es jedoch möglich, den Verlauf des elektrischen Feldes in der Nähe der Ecken und Kanten so zu beeinflussen, dass eine nahezu vollständige Abschirmung der Ecken und Kanten in der Nähe des Durchführungsausganges gewährleistet ist. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der elektrischen Abschirmung als bogenförmiges Kreissegment mit zwei länglichen Schenkeln beeinflusst den Verlauf des elektrischen Feldes in der Umgebung des Durchführungsausgangs in der Art, dass das Gehäuse des elektrischen Hochspannungsgerätes vollständig im Bereich des Durchführungsausganges elektrisch geschirmt ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die elektrische Abschirmung um den nahezu rechtwinkligen Durchführungsausgang so positioniert, dass der Radius des bogenförmigen Kreissegmentes durch die Ecke des nahezu rechtwinkligen Durchführungsausganges verläuft. Hierdurch ist die Abschirmung symmetrisch zu den beiden Kanten des nahezu rechtwinkligen Durchführungsausganges positio niert. Weiterhin ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass die Form der Abschirmung einem idealisierten Feldverlauf des elektrischen Feldes in der Umgebung des Durchführungsausganges entspricht.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass der Radius des bogenförmigen Kreissegmentes der Abschirmung kleiner als die vierfache Länge der Schenkel ist. Hierdurch ist eine allseitige Abschirmung der entsprechenden Ecken und Kanten des Durchführungsausganges gewährleistet. Ebenfalls beträgt der Radius vorzugsweise eine Länge von 10 mm bis 500 mm, vorzugsweise 100 mm. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Abschirmung durch ein zusätzliches Barrierensystem geschirmt ist. Diese bei den Leitungsdurchführungen bereits verwendeten Barrierensysteme werden ebenfalls als schirmendes Barrierensystem mit der erfindungsgemäßen Abschirmung um den Ausgang der Durchführung kombiniert. Insbesondere für HGÜ-Anwendungen ist aufgrund der möglichen hohen Übertragungsspannungen eine effektive elektrische Abschirmung der Ecken und Kanten des Durchführungsausganges zur Außenwand des elektrischen Hochspannungsgerätes gewährleistet. Vorteilhafterweise ist das Barrierensystem mit dem Barrierensystem der Durchführung und/oder dem Barrierensystem des elektrischen Hochspannungsgerätes mechanisch verbunden.
Es wird als Vorteil angesehen, dass die Abschirmung um den Durchführungsausgang als umlaufendes einstückiges Element ausgeformt ist. Hierdurch sind eine kostengünstige Herstellung der Abschirmung sowie eine formstabile Wirkung der Abschirmung gegeben. Alternativ ist vorgesehen, dass einzelne Abschirmungssegmente kreisförmig um den Durchführungsausgang angeordnet sind. Gleiches gilt für ein entsprechendes Barrierensystem, zur zusätzlichen Abschirmung. Vorteilhafterweise ist die Abschirmung mit der elektrischen Masse verbunden.
Ferner besteht die Möglichkeit, diese elektrische Abschirmung zugleich als magnetische Abschirmung zu nutzen, wenn man die Abschirmung aus leitendem Material herstellt. Dann würden lokale Erwärmungen, bedingt durch Wirbelströme, die zu beträchtlichen Erwärmungen und gegebenenfalls Beschädigungen des elektrischen Hochspannungsgerätes führen können, vermieden. Vorteilhafterweise besteht die Abschirmung zumindest teilweise aus leitendem Material besteht, welches zum Teil durch nicht leitendes Material unterbrochen ist.
Weiterhin besteht in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung die Abschirmung aus einem Trägermaterial, welches mit einer leitenden Schicht zumindest teilweise ummantelt, insbesondere beschichtet oder ummantelt, ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen. Die Erfindung wird anhand der Ausführungsbeispiele in den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 schematische Schnittzeichnung der Abschirmung;
2 schematische Schnittzeichnung der Abschirmung um eine Leitungsdurchführung mit zusätzlichen Barrierensystemen.
Die Figur 1 zeigt eine schematische Schnittzeichnung des prinzipiellen Aufbaus der erfindungsgemäßen Abschirmung 10. Die gestrichelte Linie stellt die Rotationsachse der Abschirmung 10 dar. Das Abschirmungsinnere 11 ist, zumindest zum Inneren des elektrischen Hochspannungsgerätes, mit einer zusätzlichen Isolationsschicht 12 isoliert. Herkömmlicherweise handelt es sich hierbei um eine Papierisolation. In der Umge bung der Abschirmung 10 ist ein Isolationsmedium, insbesondere ein Öl, innerhalb des elektrischen Hochspannungsgerätes vorhanden. Die nahezu rechtwinklig um einen Durchführungsausgang (nicht dargestellt) angeordnete Abschirmung 10 weist zwei Schenkel 23 auf, die Teil des bogenförmigen Kreissegmentes sind. Die Schenkellänge ist bezüglich des Übergangs des bogenförmigen Kreissegmentes zu den jeweils geraden Schenkeln 23 definiert. Der Radius 22 definiert die Form des bogenförmigen Kreissegmentes der Abschirmung 10 und verläuft durch die nicht dargestellte Ecke der Leitungsdurchführungsausgangs 21 (nicht dargestellt).
Die Figur 2 zeigt eine Abschirmung 10 mit einem zusätzlichen Barrierensystem 14 um einen Durchführungsausgang 21 für eine elektrische Hochspannungsleitung. Die gestrichelte Linie stellt die Rotationsachse der Abschirmung 10, der kreisförmigen Durchführung 15 bzw. der kreisförmigen Ausleitung 16 dar. Innerhalb der Durchführung 15 ist eine Ausleitung 16 mit einer Papierisolation 17 angeordnet, die eine elektrische Verbindung des Hochspannungsgerätes mit einem äußeren Hochspannungsnetz, insbesondere einem HGÜ-Netz, ermöglicht. Zu dem nahezu rechtwinkligen Durchführungsausgang 21 ist die Abschirmung 10 derart angeordnet, dass eine um den Eckpunkt des nahezu rechtwinkligen Durchführungsausganges 21 symmetrische Abdeckung beider Winkel der Durchführung 15 beziehungsweise der Kesselwand 20 gewährleistet ist. Das zusätzliche Barrierensystem 14 um die Abschirmung 10 garantiert in Verbindung mit dem zirkulierenden Öl innerhalb des elektrischen Hochspannungsgerätes und der Durchführung 15 eine optimale elektrische Abschirmung der Ecken des Durchführungsausgangs 21. Vorteilhafterweise kann das Barrierensystem 14 der Abschirmung 10 mit dem Barrierensystem 14 innerhalb der Durchführung 15 und/oder des elektrischen Hochspannungsgerätes verbunden werden, so dass ein durchgängiges Barrierensys tem 14 vom Durchführungsausgang 21 bis in die Durchführung 15 gegeben ist.

Claims

Vorrichtung zur elektrischen Abschirmung (10) eines nahezu rechtwinkligen Durchführungsausganges (21) einer Hochspannungsleitung in eine Außenwand (20) eines elektrischen Hochspannungsgerätes, wobei die Abschirmung (10) ein elektrisch leitendes Abschirmungsinnere (16) und eine äußere, das Abschirmungsinnere (16) umschließende Isolationsschicht umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung (10) als bogenförmiges Kreissegment um den nahezu rechtwinkligen Durchführungsausgang (21) angeordnet und die Schenkel (23) der nahezu parallel zur Ausrichtung der Durchführung (15) und zur Ausrichtung der Kesselwand (20) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Abschirmungsinnere einen rohrförmigen Querschnitt aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der Abschirmung (10) relativ zum nahezu rechtwinkligen Durchführungsausgang (21) so gewählt ist, dass der Radius (22) des bogenförmigen Segmentes durch den nahezu rechten Winkel des Durchführungsausganges (21) verläuft.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Abschirmung (10) einem idealisierten Verlauf des elektrischen Feldes der Umgebung des nahezu rechtwinkligen Durchführungsausganges (21) entspricht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius (22) des bogenförmigen Kreissegmentes kleiner als die vierfache Länge der Schenkel (23) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius (22) des bogenförmigen Kreissegmentes der Abschirmung (10) zwischen 10 mm und 500 mm, vorzugsweise 100 mm, beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung (10) von einem zumindest aus einer Barriere bestehenden Barrierensystem (14) zusätzlich elektrisch isoliert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Barrierensystem (14) mit einem innerhalb der Durchführung (15) und/oder innerhalb des Kessels anordbares Barrierensystem (14) verbindbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Abschirmung (10) und/oder das Barrierensystem (14) mittels einer Befestigungsvorrichtung mit der Kesselwand (20) und/oder der Durchführung (15) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Abschirmung (10) um die Durchführung (15) in Form eines Vollkörpers angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Abschirmung (10) und/oder das Barrierensystem (14) für die elektrische Abschirmung (10) aus Segmenten bestehen, die in bestimmten Abständen um den Durchführungsausgang (21) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmungsinnere (11) mit der elektrischen Masse verbunden und damit geerdet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung (10) zumindest teilweise aus leitendem Material besteht, welches zum Teil durch nicht leitendes Material unterbrochen sein kann.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung (10) aus einem nicht leitenden Trägermaterial besteht, welches mit einer leitenden Schicht zumindest teilweise ummantelt ist.