DE102022203717B4 - High-voltage bushing and method for its production - Google Patents
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Abstract
Hochspannungsdurchführung (1) mit einem Isolierkörper (3), einem durch den Isolierkörper (3) hindurchgeführten Innenleiter (2) sowie mit einem Befestigungsflansch (6) zum Befestigen der Hochspannungsdurchführung (1) an einer Wandung, der Befestigungsflansch (6) eine mineralische Formmasse umfasst, dadurch gekennzeichnet , dass in die mineralische Formmasse ein Füllstoff (13) eingebettet ist, wobei der Füllstoff Glaspartikel, Edelstahlpartikel und/oder Aramidpartikel umfasst.High-voltage bushing (1) with an insulating body (3), an inner conductor (2) passed through the insulating body (3) and with a fastening flange (6) for fastening the high-voltage bushing (1) to a wall, the fastening flange (6) comprising a mineral molding compound , characterized in that a filler (13) is embedded in the mineral molding compound, the filler comprising glass particles, stainless steel particles and/or aramid particles.
Description
Die Erfindung betrifft eine Hochspannungsdurchführung mit einem Isolierkörper, einem durch den Isolierkörper hindurchgeführten Innenleiter sowie mit einem Befestigungsflansch zum Befestigen der Hochspannungsdurchführung an einer Wandung. Im Betrieb der Hochspannungsdurchführung liegt der stromführende Innenleiter auf einem Hochspannungspotenzial, also einem Potenzial von mindestens 30 kV. Die Hochspannungsdurchführung ist auf eine entsprechende Betriebsspannung ausgelegt (insbesondere bezüglich der Abmessungen und Spannungsfestigkeit).The invention relates to a high-voltage bushing with an insulating body, an inner conductor passed through the insulating body and a fastening flange for fastening the high-voltage bushing to a wall. When the high-voltage bushing is in operation, the current-carrying inner conductor is at a high-voltage potential, i.e. a potential of at least 30 kV. The high-voltage bushing is designed for an appropriate operating voltage (particularly in terms of dimensions and dielectric strength).
Eine solche Hochspannungsdurchführung hat üblicherweise die Aufgabe, den im Betrieb der Hochspannungsdurchführung auf einem Hochspannungspotenzial liegenden Innenleiter von einer auf Erdpotential befindlichen Umgebung, beispielsweise einer Wandung einer Hochspannungsanlage (insbesondere einer Wand einer Stromrichterhalle) oder einer Kessel-Wandung eines Transformators, elektrisch zu isolieren. Im Betrieb ist die Hochspannungsdurchführung mittels des Befestigungsflansches meist fest an der Wandung befestigt. Üblicherweise ist der Befestigungsflansch aus Aluminium hergestellt.Such a high-voltage bushing usually has the task of electrically insulating the inner conductor, which is at a high-voltage potential during operation of the high-voltage bushing, from an environment that is at ground potential, for example a wall of a high-voltage system (in particular a wall of a power converter hall) or a tank wall of a transformer. During operation, the high-voltage bushing is usually firmly attached to the wall using the mounting flange. The mounting flange is usually made of aluminum.
Bei Anwendungen in Hochspannungsgleichstromübertragungsanlagen (HGÜ) sind Hochspannungsdurchführungen, die als Transformatordurchführungen eingesetzt sind, in einen Transformator eingebaut, der mit einem Stromrichter verbunden ist. Der Transformator steht außerhalb einer Ventilhalle des Stromrichters im Freien. Das entsprechende Stromrichterventil zur Stromgleichrichtung bzw. Stromwechselrichtung steht hingegen innerhalb der Ventilhalle. Die Transformatordurchführung führt eine Stromleitung vom Transformator zum Stromrichter durch die Gebäudeaußenwand der Ventilhalle. Hierbei trennt die Gebäudewand eine Transformatorzone außerhalb der Ventilhalle von einer Ventilzone innerhalb der Ventilhalle. Diese beiden Zonen stellen voneinander getrennte Brandschutzzonen dar. Der Bereich der Gebäudewand ist deshalb üblicherweise feuerfest ausgeführt, sodass ein potenzieller Brand nicht anlagenübergreifende Auswirkung hat. Als eine mögliche Feuerschutz-Maßnahme wird die Hochspannungsdurchführung mit Stahlblechen als Verkleidung und Isolation versehen.In applications in high-voltage direct current (HVDC) transmission systems, high-voltage bushings used as transformer bushings are installed in a transformer that is connected to a power converter. The transformer is located outside a valve hall of the power converter. The corresponding converter valve for current rectification or current alternation, however, is located within the valve hall. The transformer bushing leads a power line from the transformer to the power converter through the outer wall of the valve hall. The building wall separates a transformer zone outside the valve hall from a valve zone inside the valve hall. These two zones represent separate fire protection zones. The area of the building wall is therefore usually designed to be fireproof so that a potential fire does not have an impact on the entire system. As a possible fire protection measure, the high-voltage bushing is provided with steel sheets as cladding and insulation.
Aus den Dokumenten
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine artgemäße Hochspannungsdurchführung anzugeben, die möglichst kostengünstig und zuverlässig im Betrieb ist.The object of the invention is to provide an appropriate high-voltage bushing that is as cost-effective and reliable as possible in operation.
Die Aufgabe wird bei einer artgemäßen Hochspannungsdurchführung dadurch gelöst, dass der Befestigungsflansch eine mineralische (vorzugsweise flüssig verfügbare) Formmasse umfasst. Gemäß der Erfindung kommt in dem Befestigungsflansch eine ultrahochfeste mineralische, bsp. zementartige, Formmasse zum Einsatz, die bis zu einer Temperatur von 1000°C ihre Festigkeit beibehalten. Bevorzugt besteht ein überwiegender Teil (e.g. massenbezogen) aus der mineralischen Formmasse. Durch die Verwendung der mineralischen Formmasse anstelle von Aluminium bzw. anderer Materialien ergeben sich die wichtigsten Vorteile der Erfindung. Die Temperaturfestigkeit der mineralischen Formmasse liegt wesentlich höher als diejenige von Aluminium (ca. 500°C). Ein Nachteil eines Aluminiumflansches, nämlich, dass der Aluminiumflansch im Bereich der Wandzone (bsp. der Ventilhallenwand) unter Hitzeeinwirkung seine Festigkeit verliert und undicht wird oder abbricht, wodurch Transformatoröl in die Ventilhalle gelangt, wo es brandbeschleunigend wirkt, kann mit der erfindungsgemäßen Hochspannungsdurchführung vermieden werden. Zudem sind die Materialkosten der mineralischen Formmasse niedriger als diejenigen von Aluminium, wodurch sich ein Kostenvorteil für die gesamte Hochspannungsdurchführung ergibt.The task is achieved with an appropriate high-voltage bushing in that the fastening flange comprises a mineral (preferably liquid) molding compound. According to the invention, an ultra-high-strength mineral, for example. Cement-like molding compound is used, which retains its strength up to a temperature of 1000°C. A predominant part (e.g. based on mass) preferably consists of the mineral molding compound. The use of the mineral molding compound instead of aluminum or other materials results in the most important advantages of the invention. The temperature resistance of the mineral molding compound is significantly higher than that of aluminum (approx. 500°C). A disadvantage of an aluminum flange, namely that the aluminum flange in the area of the wall zone (e.g. the valve hall wall) loses its strength under the influence of heat and becomes leaky or breaks off, as a result of which transformer oil gets into the valve hall, where it has an accelerating effect on fire, can be avoided with the high-voltage bushing according to the invention . In addition, the material costs of the mineral molding compound are lower than those of aluminum, which results in a cost advantage for the entire high-voltage bushing.
Bevorzugt besteht die mineralische Formmasse aus Zement oder Keramik. Der Befestigungsflansch kann dabei als Formteil (insbesondere als Gießteil (Monolith)) gegossen sein. Dabei kann die Gussmasse Zement und/oder Keramik umfassen. Zement und Keramik sind relativ einfach zu verarbeitenden Materialen mit bekannten Eigenschaften bezüglich ihrer Hitzebeständigkeit.The mineral molding compound preferably consists of cement or ceramic. The fastening flange can be cast as a molded part (in particular as a cast part (monolith)). The casting compound can include cement and/or ceramic. Cement and ceramics are relatively easy to process materials with well-known heat resistance properties.
Zum Zwecke einer Verstärkung bzw. Armierung des Befestigungsflansches ist in die mineralische Formmasse ein Füllstoff eingebettet. Der Füllstoff ist durch Glaspartikel, Edelstahlpartikel und/oder Aramidpartikel gegeben. Selbstredend kann eine Kombination verschiedener Füllstoffe (Additive) verwendet werden.For the purpose of reinforcing or reinforcing the fastening flange, a filler is embedded in the mineral molding compound. The filler is made up of glass particles, stainless steel particles and/or aramid particles. Of course, a combination of different fillers (additives) can be used.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Isolierkörper leitende Steuereinlagen zur Feldsteuerung. Die Steuereinlagen können aus Aluminiumfolie und im Wesentlichen konzentrisch zum Innenleiter angeordnet sein. Die Steuereinlagen können voneinander durch Isolierlagen aus einem geeigneten Material, wie Papier oder ein synthetisches Isoliermaterial, beabstandet sein. Der Isolierkörper kann ausgehärtetes Harz umfassen. Ein solcher Isolierkörper bildet einen festen Block aus, an dem der Befestigungsflansch direkt befestigt werden kann.According to one embodiment of the invention, the insulating body comprises conductive control inserts for field control. The control inserts can be made of aluminum foil and arranged essentially concentrically to the inner conductor. The control pads may be spaced apart from one another by insulating layers of a suitable material, such as paper or a synthetic insulating material. The insulating body may comprise cured resin. Such an insulating body forms a solid block to which the mounting flange can be attached directly.
Bevorzugt umfasst der Befestigungsflansch eine Erdungseinrichtung. Eine äußerste Steuereinlage kann mittels der Erdungseinrichtung geerdet werden, so dass sie im Betrieb der Hochspannungsdurchführung auf Erdpotenzial liegt. Die Erdungseinrichtung kann eine elektrische Leitung umfassen (z.B. ein leitendes Band oder dergleichen), die in den Befestigungsflansch eingebettet ist (im Gießprozess mit-eingegossen wird).The fastening flange preferably includes a grounding device. An outermost control insert can be grounded using the grounding device so that it is at ground potential during operation of the high-voltage bushing. The grounding device may comprise an electrical line (e.g. a conductive tape or the like) which is embedded in the mounting flange (cast in during the casting process).
Zudem kann der Befestigungsflansch eine Ausnehmung zur Aufnahme eines Messanschlusses der Hochspannungsdurchführung umfassen. Die Ausnehmung kann schon im Herstellungsprozess passgenau vorgesehen werden, so dass der Messanschluss nachträglich eingefügt werden kann. Der Messanschluss erlaubt eine Messung einer Kapazität der Hochspannungsdurchführung. In addition, the fastening flange can include a recess for receiving a measuring connection of the high-voltage bushing. The recess can be provided with a precise fit during the manufacturing process so that the measuring connection can be inserted later. The measuring connection allows a capacity of the high-voltage bushing to be measured.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Befestigungsflansch mittels einer Haftmasse mit dem Isolierkörper verbunden. Die Haftmasse (bsp. eine Klebemasse) kann in einem dazu vorgesehenen Hohlraum zwischen dem Befestigungsflansch und dem Isolierkörper angeordnet sein.According to one embodiment of the invention, the fastening flange is connected to the insulating body by means of an adhesive compound. The adhesive compound (e.g. an adhesive compound) can be arranged in a cavity provided for this purpose between the fastening flange and the insulating body.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Messvorrichtung in den Befestigungsflansch eingebettet (im Gussprozess bereits in den Befestigungsflansch integriert). Die Messvorrichtung kann beispielsweise eine Rogowski-Spule oder ein Temperatursensor sein. Die Messvorrichtung erlaubt eine Überwachung der Hochspannungsdurchführung zur weiteren Verbesserung ihrer Zuverlässigkeit.According to a further embodiment of the invention, a measuring device is embedded in the mounting flange (already integrated into the mounting flange in the casting process). The measuring device can be, for example, a Rogowski coil or a temperature sensor. The measuring device allows monitoring of the high-voltage feedthrough to further improve its reliability.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Hochspannungsdurchführung mit einem Isolierkörper, einem Innenleiter sowie einem Befestigungsflansch zum Befestigen der Hochspannungsdurchführung an einer Wandung.The invention further relates to a method for producing a high-voltage bushing with an insulating body, an inner conductor and a fastening flange for fastening the high-voltage bushing to a wall.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein solches Verfahren vorzuschlagen, das es erlaubt, möglichst kostengünstig eine möglichst zuverlässige Hochspannungsdurchführung herzustellen.The object of the invention is to propose a method that allows the most reliable high-voltage feedthrough to be produced as cost-effectively as possible.
Die Aufgabe wird bei einem artgemäßen Verfahren dadurch gelöst, dass der Befestigungsflansch zumindest teilweise aus einer mineralischen Formmasse gegossen wird. Demnach werden insbesondere für die mechanische Festigkeit des Befestigungsflansches relevanten Teile aus der Formmasse als Gießteil (Monolith) hergestellt. Ihre Biegefestigkeit kann durch Designanpassung realisiert werden.The task is achieved in a method appropriate to the type in that the fastening flange is at least partially cast from a mineral molding compound. Accordingly, parts that are particularly relevant for the mechanical strength of the fastening flange are produced from the molding compound as a cast part (monolith). Their bending strength can be realized through design adjustment.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich insbesondere aus den Kostenvorteilen des Materials sowie des Gießvorgangs (gegenüber einem Schweißen, das bei Aluminium verwendet wird). Weitere Vorteile ergeben sich aus der Möglichkeit, Additive in die Formmasse einzubetten. Zudem können auch andere funktionale Elemente, wie beispielsweise Messvorrichtungen, in die Formmasse beim Gießprozess eingebettet werden.The advantages of the method according to the invention arise in particular from the cost advantages of the material and the casting process (compared to welding, which is used with aluminum). Further advantages arise from the possibility of embedding additives into the molding compound. In addition, other functional elements, such as measuring devices, can also be embedded in the molding compound during the casting process.
Der Isolierkörper kann durch Bereitstellung von leitenden Steuereinlagen, die konzentrisch zum Innenleiter und voneinander durch Isolierlagen aus einem elektrischen Isolationsmaterial beabstandet sind, wobei der Isolierkörper mit einem Harz getränkt und ausgehärtet wird, hergestellt werden.The insulating body can be produced by providing conductive control inserts which are concentric to the inner conductor and spaced apart from one another by insulating layers made of an electrical insulating material, the insulating body being impregnated with a resin and hardened.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert.The invention is further explained below using an exemplary embodiment shown in the figure.
Die Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Hochspannungsdurchführung in einer schematischen Darstellung.The figure shows an exemplary embodiment of a high-voltage bushing according to the invention in a schematic representation.
In der Figur ist eine Hochspannungsdurchführung 1 in einem Querschnitt dargestellt. Die Hochspannungsdurchführung 1 umfasst einen im Betrieb der Hochspannungsdurchführung 1 einen Strom führenden Innenleiter 2. Der Innenleiter 2 ist durch einen Isolierkörper 3 in dessen Längsrichtung 4 hindurchgeführt. Der Isolierkörper 3 umfasst voneinander beabstandete, um den Innenleiter 2 im Wesentlichen konzentrisch angeordnete leitende Steuereinlagen 5a-c zur elektrischen Feldsteuerung einer Feldverteilung in der Hochspannungsdurchführung 1.In the figure, a high-voltage bushing 1 is shown in a cross section. The high-voltage bushing 1 comprises an inner conductor 2 which carries current during operation of the high-voltage bushing 1. The inner conductor 2 is passed through an
Die Hochspannungsdurchführung 1 umfasst ferner einen Befestigungsflansch 6, dessen Hauptteil aus einer (durch einen Füllstoff 13) verstärkten zementartigen mineralischen Formmasse gegossen ist. Der Befestigungsflansch 6 ist mittels einer in einem Hohlraum 7 angeordneten Haftmasse mit dem Isolierkörper 3 verbunden.The high-voltage bushing 1 further comprises a fastening flange 6, the main part of which is cast from a cement-like mineral molding compound reinforced (by a filler 13). The fastening flange 6 is connected to the insulating
Eine äußerste Steuereinlage 5c ist geerdet, wobei die Erdung mittels einer Erdungseinrichtung 8 erfolgt. Die Erdungseinrichtung 8 umfasst ein Metallband 9, dass die äußerste Steuereinlage 5c mit einer Metallhülse 10 des Befestigungsflansches 6 verbindet.An
Eine Messvorrichtung 11 ist in die mineralische Formmasse des Befestigungsflansches 6 eingebettet, die im dargestellten Beispiel ein Temperatursensor ist. Die Hochspannungsdurchführung 1 umfasst ferner einen Messanschluss 12, der als eine Einbaugruppe mit einer Erdungskappe ausgebildet ist.A measuring
Bei der Herstellung der Hochspannungsdurchführung 1 werden Isolierlagen des Isolierkörpers 3 und Steuereinlagen 5a-c um den Innenleiter 2 gewickelt. Anschließend wird der Isolierkörper 2 mit einem aushärtbaren Harz (z.B. Epoxidharz) imprägniert. Der Befestigungsflansch 6 wird mittels eines Form-Gießvorgangs aus der (verstärkten) mineralischen Formmasse gefertigt, in die weitere Elemente (z.B. der Temperatursensor 11) eingebettet sind. Nach dem Aushärten des Isolierkörpers 3 wird der Befestigungsflansch 6 am Isolierkörper 3 angeordnet und mit diesem verbunden.When producing the high-voltage bushing 1, insulating layers of the insulating
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