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Die Erfindung betrifft ein elektrisches Gerät zum Anschluss an ein Hochspannungsnetz mit einem magnetisierbaren Kern, wenigstens einer einen Kernabschnitt des Kerns umschließenden Wicklung, einem Kessel, in dem der Kern und die Wicklung angeordnet sind, und einer Verbindungsleitung, die sich in dem Kessel von der Wicklung zu einer Anschlussstelle hin erstreckt, wobei die Verbindungsleitung ein Abschirmungsrohr und ein sich in dem Abschirmungsrohr erstreckenden Leiter umfasst, der an einer Potenzialanlenkstelle elektrisch mit dem Abschirmungsrohr verbunden ist.
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Ein solches elektrisches Gerät ist beispielsweise aus der
DE 10 2010 063 979 A1 bereits bekannt. Dort ist ein als Transformator ausgeführtes elektrisches Gerät offenbart, der zwei Wicklungen aufweist, die über eine Verbindungsleitung miteinander verbunden sind. Dabei umschließen die Wicklungen einen Schenkel eines Kerns, wobei das so gebildete Aktivteil innerhalb eines auf Erdpotenzial liegenden Kessels angeordnet ist. Der Kessel ist mit einem mineralischen Öl befüllt. Die Verbindungsleitung besteht aus einem Abschirmungsrohr, das elektrisch mit einem inneren Stromleiter verbunden ist. Das Abschirmungsrohr dient zur kontrollierten Steuerung des Feldverlaufs innerhalb des Kessels, wobei neben dem Abschirmungsrohr ein das Abschirmungsrohr umschließendes und aus Pressspan bestehendes Barrierensystem diesem Zwecke ebenfalls dient. Das Barrierensystem besteht aus mehreren Barrieren, die mit Abstand zueinander angeordnet sind und Kanäle begrenzen, durch die das Isolierfluid strömt.
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Die
US 5,227,584 A offenbart ein elektrisches Gerät, nämlich einen Transformator, der zum Anschluss an ein Wechselstrom führendes Hochspannungsnetz vorgesehen ist. Der Transformator verfügt über einen magnetisierbaren Kern sowie eine Wicklung, die einen Schenkel des Kerns umschließt. Kern und Wicklung sind in einem mit einem Isolierfluid befüllten Kessel angeordnet, wobei zum Anschluss des Transformators an das Hochspannungsnetz eine so genannte Hochspannungsdurchführung eingesetzt wird. Die Hochspannungsdurchführung taucht mit ihrer Einführseite in das Ölbad des Transformators ein, wobei sich eine Verbindungsleitung innerhalb des Kessels zwischen der Wicklung und einem Hochspannungsleiter der Hochspannungsdurchführung erstreckt. Die Verbindungsleitung umfasst ein innen hohles Abschirmungsrohr, in dem sich ein Seilleiter erstreckt. Ferner führt die
US 5,227,584 A aus, dass der besagte Seilleiter mit dem Abschirmungsrohr an einer Potenzialanlenkstelle verbunden ist.
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Die
DE 1 085 212 A betrifft eine Abschirmung für ein biegsames Verbindungskabel, das sich zwischen einer Hochspannungswicklung und einer Hochspannungsklemme eines Kabelendverschlusses erstreckt.
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Auch die
DE 10 201 063 979 A1 offenbart eine Verbindungsleitung, die im Tank oder Kessel eines Hochspannungsgleichstromübertragungstransformator angeordnet ist. Die Verbindungsleitung verfügt über ein Abschirmungsrohr, in dem sich ein Seilleiter erstreckt. Das Abschirmungsrohr ist aus verschiedenen Rohrabschnitten zusammengesetzt.
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Um das Abschirmungsrohr auf das Potenzial des inneren Leiters zu bringen, ist bei den vorbekannten elektrischen Geräten der innere Leiter elektrisch mit dem Abschirmrohr verbunden. An ihrer Verbindungsstelle weisen das Abschirmungsrohr und der innere Leiter das gleiche Potenzial auf. Die Verbindungs- oder mit anderen Worten die Potenzialanlenkstelle ist an einem Ende der Abschirmungsrohre angeordnet.
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Bei sehr langen Verbindungsleitungen mit einer Länge von 3-15 Metern können jedoch bei transienten Vorgängen, beispielsweise bei einem Blitzstoß Potenzialunterschiede zwischen dem Abschirmungsrohr und dem Innenleiter auftreten. Man geht davon aus, dass in diesen Fällen eine so genannte Wanderwelle erzeugt und am offenen Ende des Abschirmungsrohres reflektiert wird. Die reflektierte Welle überlagert sich mit der entgegen laufenden Welle, so dass die besagten unerwünschten Potenzialunterschiede entstehen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein elektrisches Gerät der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei dem Potenzialunterschiede zwischen dem inneren Leiter und dem Abschirmungsrohr auch bei transienten Beanspruchungen des elektrischen Geräts möglichst vermieden sind.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass die Potenzialanlenkstelle in einem Mittenbereich des Abschirmrohrs lokalisiert und mit Abstand zu jedem Ende des Abschirmungsrohres angeordnet ist, wobei der Leiter aus mehreren Teilleitern zusammengesetzt und mindestens einer der Teilleiter an der Potenzialanlenkstelle mechanisch und elektrisch mit dem Abschirmungsrohr verbunden ist.
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Erfindungsgemäß liegt die Potenzialanlenkstelle, also die Stelle, an welcher das Abschirmungsrohr mit dem sich in dem Abschirmungsrohr erstreckenden Leiter verbunden ist, nicht mehr an einem der Enden des Abschirmungsrohrs, das bei der Montage leicht zugänglich ist. Vielmehr ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Potenzialanlenkstelle im Mittenbereich des Abschirmungsrohres lokalisiert ist, so dass bei transienten Überspannungen, beispielsweise bei einer Blitzstoßbeanspruchung, die Potenzialunterschiede zwischen Abschirmungsrohr und Leiter im Vergleich zu der Lösung des Standes der Technik herabgesetzt sind. Erfindungsgemäß kann die Isolierung daher einfacher und kostengünstiger ausgeführt werden, ohne dass es zu einem ungewollten Fehlverhalten des elektrischen Geräts kommt.
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Das erfindungsgemäß elektrische Gerät ist im Rahmen der Erfindung beispielsweise als Transformator oder als Drossel ausgeführt. Insbesondere ist das elektrische Gerät als so genannter Hochspannungsgleichstromübertragungstransformator ausgeführt, der auf der Wechselspannungsseite eines für die Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ) erforderlichen Umrichters angeordnet ist. Bei dieser Anwendung treten in der Regel Gleichspannungsanteile auch auf der Wechselspannungsseite des Umrichters auf, so dass der HGÜ-Transformator so ausgelegt sein muss, dass auch bei dauerhafter Gleichspannungs- und Gleichstrombeanspruchung die notwendigen Sicherheitserfordernisse erfüllt sind.
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Vorteilhafterweise besteht das Abschirmungsrohr aus wenigstens zwei separaten Rohrelementen, wobei in unmittelbarer Nähe der Potenzialanlenkstelle eine Trennstelle ausgebildet ist, an der sich zwei separate Rohrelemente stirnseitig gegenüberliegen. Gemäß dieser bevorzugten Ausführung der Erfindung ist in der Nähe der Potenzialanlenkstelle in dem Abschirmungsrohr eine Trennstelle ausgebildet. An der Trennstelle ist das Abschirmungsrohr unterbrochen und besteht dort aus zwei sich gegenüberliegende Stücken oder Elementen. Die Rohrelemente weisen bevorzugt den gleichen Durchmesser auf. Die Trennstelle ermöglicht einen vereinfachten Zugang zur Potenzialanlenkstelle bei der Montage des elektrischen Geräts. Die an der Trennstelle sich gegenüberliegenden Rohrelemente sind im Rahmen der Erfindung elektrisch und mechanisch miteinander verbunden, so dass es zu keiner Reflektion einer Wanderwelle an der Trennstelle kommen kann. Wesentlich im Rahmen dieser Weiterentwicklung der Erfindung ist daher, dass die Rohrelemente leitend miteinander verbunden sind. Die Trennstelle kann als verschiebbare Trennstelle ausgeführt sein, so dass die Rohrelemente aufeinander zu und voneinander entfernt werden können, wobei gleichzeitig die elektrische Leitfähigkeit zwischen den Rohrelementen aufrecht erhalten bleibt. Abweichend davon können die Rohrelemente im Rahmen der Erfindung starr miteinander verbunden sein.
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Erfindungsgemäß ist der Leiter aus mehreren Teilleitern zusammengesetzt und mindestens einer der Teilleiter an der Potenzialanlenkstelle mechanisch und elektrisch mit dem Abschirmungsrohr verbunden.
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Der Leiter umfasst im Rahmen der Erfindung zweckmäßigerweise mehrere isolierte Seile oder Flachbänder. Die jeweils isolierten Seile bilden miteinander ein Bündel von Seilen oder Flachbändern aus, wobei die einzelnen Seile oder Flachbänder hier gemeinsam als Teilleiter bezeichnet sind. Ein solcher Teilleiter verfügt beispielsweise über eine äußere Isolation, beispielsweise ein geeignetes Papier, das zusammen mit dem Isolierfluid die notwendige Spannungsfestigkeit des Teilleiters gewährleistet. Bei einer solchen Ausgestaltung des Leiters ist es keineswegs notwendig, dass der komplette Leiter - also alle Teilleiter - mit dem Abschirmungsrohr verbunden ist. Vielmehr kann lediglich ein Teilleiter elektrisch und mechanisch mit dem Abschirmungsrohr verbunden sein.
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Alle Teilleiter des Leiters liegen auf dem gleichen elektrischen Potenzial.
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Gemäß einer außerhalb der Erfindung liegenden Variante ist das Abschirmungsrohr an der Potenzialanlenkstelle mit einem separaten Anlenkleiter verbunden, der seinerseits an den Leiter angeschlossen ist. Gemäß dieser Variante der Erfindung erfolgt die elektrische Verbindung zwischen Leiter und Abschirmungsrohr über einen zusätzlichen Anlenkleiter. Der Anlenkleiter ist beispielsweise ein einfaches Seilstück oder ein separater Bandleiter, der mit einer Seite fest mit dem Leiter und mit der anderen Seite an der Potenzialanlenkstelle mit dem Abschirmungsrohr verbunden ist.
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Gemäß einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung ist der zusätzliche Anlenkleiter über ein T-förmiges Verbindungsmittel an den Leiter angeschlossen. Bei dieser Ausgestaltung erstreckt sich der Leiter oder ein Teilleiter des Leiters durch das obere Dachstück des „Ts“, wobei der sich zu diesem Dachstück rechtwinklig erstreckende Steg zur Aufnahme des Anlenkleiters vorgesehen ist.
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Vorteilhafterweise ist an der Potenzialanlenkstelle ein Kontaktstück vorgesehen, das mechanisch und elektrisch mit einer Innenseite des Abschirmungsrohrs oder -elements verbunden ist. Die Verbindung zwischen Kontaktstück und Abschirmungsrohr erfolgt beispielsweise durch eine einfache Schraubverbindung, wobei das Kontaktstück auf der Innenseite des Abschirmungsrohrs angeordnet und durch die Schraubverbindung an dem Rohr gehalten ist. Natürlich sind auch andere Verbindungen zwischen Leiter und Abschirmungsrohr möglich, so kann der Leiter oder Teilleiter durch Vernieten, Löten oder andere Befestigungsmittel an der Potenzialanlenkstelle innen am Abschirmungsrohr befestigt sein. Grundsätzlich ist die elektrische und mechanische Verbindung zwischen Kontaktstück und Leiter beliebig.
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Vorteilhafterweise ist das Kontaktstück jedoch als Klemmbügel oder Kontakthülse ausgeführt. Mit dem Klemmbügel ist ein einfaches Befestigen eines Teilleiters, dessen Außenisolation entfernt wurde, an dem Kontaktstück ermöglicht. Dabei klemmt der aus einem elektrisch leitfähigen Material gefertigte Klemmbügel den Leiter oder einen Teilleiter des Leiters fest, so dass eine mechanische und elektrische Verbindung zwischen Leiter und Abschirmungsrohr bereitgestellt ist.
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Darüber hinaus ist es möglich, das Kontaktstück als Kontakthülse auszubilden, wobei die Kontakthülse zum Anschrauben eines separaten Verschraubelements dient, das elektrisch mit dem Strom führenden Leiter der Verbindungsleitung verbunden ist.
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Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleich wirkende Bauteile verweisen und wobei
- 1 einen Verbindungsleiter gemäß dem Stand der Technik,
- 2 eine erste Variante eines Verbindungsleiters für ein erfindungsgemäßes elektrisches Gerät,
- 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verbindungsleiters für ein erfindungsgemäßes elektrisches Gerät und
- 4 ein drittes Ausführungsbeispiel eines beispielhaften elektrischen Gerätes verdeutlichen.
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1 zeigt einen aus der Praxis bekanntes Ausführungsbeispiel einer Verbindungsleitung 1 eines figürlich nicht weiter verdeutlichten Transformators als elektrisches Gerät. Die Verbindungsleitung 1 besteht aus einem inneren und den Strom führenden Leiter, der figürlich nicht dargestellt ist und sich innerhalb eines Abschirmungsrohres 3 erstreckt. An einem von der Wicklung des Transformators abgewandten Rohrende 4 bildet das Abschirmungsrohr 3 einen Flansch 5 aus, an dem sich eine Potenzialanlenkstelle 6 befindet. An der Potenzialanlenkstelle 6 ist ein Kontaktstück 7 vorgesehen, über welches der ein mit dem Leiter verbundener Anlenkleiter 15 elektrisch und mechanisch mit dem Abschirmungsrohr 3 verbunden ist.
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Wie bereits weiter oben ausgeführt wurde, kann es bei transienten Überspannungen zur Ausbildung von Wanderwellen in dem Abschirmungsrohr 3 und somit zu einer Potenzialdifferenz zwischen dem Leiter und dem Abschirmungsrohr 3 an dem vom Wicklungsende 4 abgewandten Ende des Abschirmungsrohres 3 kommen.
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2 zeigt eine Verbindungsleitung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Verbindungsleitung 1 erstreckt sich von einer figürlich nicht dargestellten Wicklung eines Transformators als elektrisches Gerät zu einer Anschlussstelle des Transformators. Die Anschlussstelle ist beispielsweise eine Durchführungselektrode, die in Kontakt mit dem Leiter einer Hochspannungsdurchführung steht. Die Hochspannungsdurchführung verfügt an ihrem von der Durchführungselektrode abgewandten Ende über einen Freiluftanschluss, mit dem die Hochspannungsdurchführung eine Phase eines Hochspannungsversorgungsnetzes kontaktiert. Nur der Vollständigkeit halber sei ausgeführt, dass die Wicklung einen Schenkel eines magnetisierbaren Kerns umschließt und konzentrisch zu einer weiteren Wicklung angeordnet ist, so dass in Abhängigkeit der eingesetzten Windungszahlen eine angelegte Spannung U1 in eine gewünschte Ausgangsspannung U2 umgewandelt werden kann. Der Kern, die Wicklungen und die Anschlussleitung sind innerhalb eines auf Erdpotenzial liegenden Kessels des Transformators angeordnet, wobei der Kessel mit einem mineralischen Öl oder einem Esteröl als Isolierfluid befüllt ist, das die notwendige elektrische Isolierung der auf Hochspannung liegenden Bauteile gegenüber den Komponenten auf Erdpotenzial bereitstellt. Darüber hinaus trägt das Isolierfluid zur Kühlung der Komponenten bei.
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Im Gegensatz zur in 1 gezeigten Verbindungsleitung 1 dem Stand der Technik ist die Potenzialanlenkstelle erfindungsgemäß nicht mehr an einem Ende des Abschirmungsrohres 3 angeordnet. Vielmehr erfolgt die elektrische Verbindung zwischen dem Leiter 2 und dem Abschirmungsrohr 3 in einem Mittenbereich, der in diesem Falle 15 Meter langen Verbindungsleitung 1. Zur elektrischen Verbindung an der Potenzialanlenkstelle 6 ist ein Kontaktstück 11 vorgesehen, das auf der Innenseite des Abschirmungsrohes 3 über eine figürlich nicht dargestellte Schraubverbindung oder sonstige Verbindungsart fest an der Innenseite des Abschirmungsrohrs 3 befestigt ist. Zur Montage des Kontaktstücks 11 ist eine Trennstelle 8 vorgesehen, die in 2 nur schematisch verdeutlicht ist. Nicht gezeigt ist, dass die durch die Trennstelle 8 gebildeten Rohrelemente 9 und 10 weiterhin elektrisch und mechanisch miteinander verbunden sind. Dies kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf beliebige Art und Weise erfolgen.
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Bei der Montage wird das Kontaktstück 11 zunächst an der Innenseite des Rohrelements 9 angebracht. Anschließend wird die elektrische Verbindung mit dem Leiter 2 hergestellt und schließlich das Rohrelement 10 mechanisch und elektrisch mit den Rohrelementen 9 verbunden.
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Zur elektrischen Verbindung zwischen Kontaktstück 11 und Leiter 2 ist bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ein Klemmbügel vorgesehen, der an dem von der Rohrwandung des Abschirmungsrohrs 3 abgewandten Seite des Kontaktstücks 11 ausgebildet ist.
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Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst der Leiter 2 mehrere Teilleiter 12, von denen in 2 lediglich einer dargestellt ist. Jeder Teilleiter 12 ist dort als Seil ausgeführt, wobei jedes Seil von einem isolierenden Material wie beispielsweise Papier umgeben ist, das zusammen mit dem Isolierfluid eine elektrische Isolierung für den Teilleiter 12 ausbildet. Der Teilleiter 12 ist in dem Klemmbügel fest verklemmt, wobei zuvor die Isolierung im Bereich des Klemmbügels des Kontaktstücks 11 entfernt wurde, so dass eine elektrische Verbindung zwischen Teilleiter 12 und dem Abschirmungsrohr 3 gewährleistet ist.
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Der Verbindungsleiter 1 gemäß 3 unterscheidet sich von dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch, dass das Kontaktstück als Kontakthülse 13 mit Innengewinde ausgeführt ist, wobei die Kontakthülse 13 mit einem Verschraubungselement 14 über eine Schraubverbindung verbunden ist. Das Verschraubungselement 14 ist fest mit einem als Seilstück ausgebildeten Anlenkleiter 15 verbunden, der an seinem von der Potenzialanlenkstelle 6 abgewandten Ende über einen T-förmigen Verbinder 16 mit einem Teilleiter 12 des Leiters 2 verbunden ist. Der Anlenkleiter 15 stellt hier die elektrische Verbindung zwischen dem Leiter 2 und dem Abschirmungsrohr 3 her.
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4 zeigt eine weitere Variante der Verbindungsleitung 1 eines erfindungsgemäßen elektrischen Geräts, das sich von dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel lediglich durch die Verbindung zwischen dem Anlenkleiter 15 und dem Teilleiter 12 unterscheidet. Im Gegensatz zu dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel dient hier eine Verbindungshülse 17 für die gewünschte Verbindung zwischen Teilleiter 12 und Abschirmungsrohr 3 an der Potenzialanlenkstelle 6.
