DE102022205033A1

DE102022205033A1 - Hochspannungsvorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102022205033A1
Application number: DE102022205033.9A
Authority: DE
Inventors: Paul Lider; Bernhard Heil; Paul Juntermanns; Tim Schnitzler; Sebastian Sendobry
Original assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2022-05-20
Filing date: 2022-05-20
Publication date: 2023-11-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochspannungsvorrichtung (!) mit einem metallischen Wickelträger (3), der von einem Isolierkörper in einer Längsrichtung der Hochspannungsvorrichtung umhüllt ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Wickelträger eine umlaufende Nut (7) aufweist und der Isolierkörper einen Isolierstreifen umfasst, der in der Nut auf den Wickelträger gewickelt ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen der Hochspannungsvorrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochspannungsvorrichtung mit einem metallischen Wickelträger, der von einem Isolierkörper in einer Längsrichtung der Hochspannungsvorrichtung umhüllt ist. Der Wickelträger kann beispielsweise rohrförmig sein, so dass auf den Wickelkörper Lagen aus einem elektrischen Isolationsmaterial gewickelt werden können, um den Isolierkörper zu bilden. Die Hochspannungsvorrichtung dieser Art kann beispielsweise zur elektrischen Isolierung einer Hochspannungsleitung von einer auf Erdpotenzial liegenden Umgebung dienen.
Eine Hochspannungsvorrichtung dieser Art ist aus der DE 10 2012 203 712 A1 bekannt. Die bekannte Hochspannungsvorrichtung ist ein Kabelendverschluss zur Verbindung eines Kabels mit einer Freileitung. Bei dieser Art von Anwendung können axiale Ziehkräfte (bsp. auf das angebundene Kabel) entstehen, die ein Herauslösen des Wickelträgers aus dem Isolierkörper und damit eine Zerstörung der Verbindung bewirken können.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine artgemäße Hochspannungsvorrichtung vorzuschlagen, die möglichst zuverlässig im Betrieb ist.
Die Aufgabe wird bei einer artgemäßen Hochspannungsvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Wickelträger wenigstens eine umlaufende Nut aufweist und der Isolierkörper wenigstens einen Isolierstreifen umfasst, der in der wenigstens einen Nut auf den Wickelträger gewickelt ist. Die Nut wird aufgrund der Weise ihrer Einarbeitung in den Wickelkörper auch als Eindrehung bezeichnet. Die eine oder mehrere (voneinander in axialer Richtung beabstandete) Nuten verhindert vorteilhaft ein Herausziehen des Wickelträgers aus dem Isolierkörper aufgrund axialer Zugkräfte. In einem Herstellungsprozess der Hochspannungsvorrichtung können die Nuten beispielsweise mit einem Harz gefüllt werden, der sich mit dem bzw. den (Isolier-)Materialien des Isolierkörpers verbindet und so für eine entsprechende mechanische Festigkeit sorgt. Die in den Nuten angeordneten Isolierstreifen sorgen vorteilhaft dafür, dass die Oberfläche des Wickelträgers im Wesentlichen eben ist (die Vertiefungen der Nuten können durch die Isolierstreifen weitgehend ausgeglichen werden), was die dielektrischen Eigenschaften der Hochspannungsvorrichtung im Allgemeinen verbessert. Die Anzahl der verwendeten Nuten ist grundsätzlich beliebig und kann an die jeweilige Anwendung angepasst sein. Der oder die Isolierstreifen umfassen (zweckmäßigerweise bestehen aus) geeigneterweise ein elektrisches Isoliermaterial, wie beispielsweise Papier oder einen synthetischen Kunststoff. Das Isoliermaterial des Isolierkörpers und des Isolierstreifens sind vorzugsweise gleich.
Der Wickelträger selbst kann ein Innenleiter der Hochspannungsvorrichtung sein. Gemäß dieser Variante führt der Wickelträger im Betrieb der Hochspannungsvorrichtung den Betriebsstrom. Alternativ dazu kann ein separater Innenleiter durch den (rohrförmigen) Wickelträger in Längsrichtung hindurchgeführt sein. In beiden Fällen kann der Innenleiter beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium sein und selbst rohrförmig ausgebildet sein.
Zur Verbesserung der dielektrischen Eigenschaften der Hochspannungsvorrichtung kann der Isolierkörper leitende Steuereinlagen zur elektrischen (kapazitiven) Feldsteuerung umfassen, die konzentrisch um den Wickelkörper und radial voneinander beabstandet angeordnet sind. Die Steuereinlagen können beispielsweise aus Aluminium sein, insbesondere als Aluminiumfolien ausgebildet. Je mehr (bzw. enger zueinander angeordnet) Steuereinlagen im Isolierkörper angeordnet sind, desto feiner kann im Allgemeinen das elektrische Feld gesteuert werden.
Um die dielektrischen Eigenschaften der Hochspannungsdurchführung weiter zu verbessern, kann eine (radial) innerste Steuereinlage direkt auf dem Wickelträger angeordnet sein. Da die Eindrehungen mittels der Isolierstreifen weitgehend geglättet wurden, kann die innerste Steuereinlage unmittelbar auf den Wickelträger aufgelegt werden. Damit kann die Position der Aluminiumeinlage näher am Wickelträger liegen. Auf diese Weise können mehr Steuereinlagen in denselben Isolierkörperaußendurchmesser aufgenommen werden, wodurch die Zuverlässigkeit der Hochspannungsvorrichtung insgesamt weiter erhöht werden kann. Sind die Vertiefungen der Nuten durch die Isolierstreifen ausgeglichen, so ist die Oberfläche der innersten Steuereinlage eben, was in Bezug auf die Steuerfunktion besonders vorteilhaft ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Isolierkörper ein ausgehärtetes Harz, beispielsweise ein Epoxidharz. Mit dem ausgehärteten Harz bildet der Isolierkörper einen festen Block. Isolierlagen eines Isolierstoffes, beispielsweise aus Papier oder einem synthetischen Kunststoff, können in den Isolierkörper bzw. Harzkörper eingebettet sein.
Die Hochspannungsvorrichtung kann eine Hochspannungsdurchführung oder ein Kabelendverschluss sein. Eine Hochspannungsdurchführung führt eine Hochspannungsleitung isoliert durch eine im Betrieb der Hochspannungsdurchführung sich auf einem Erdpotenzial befindende Wandung. Die Wandung kann beispielsweise eine Kesselwandung eines Transformators oder eine Hallenwandung einer Umrichterhalle sein. Ein Kabelendverschluss dient zum Verbinden einer Freileitung, insbesondere einer Hochspannungsfreileitung, mit einem Kabel (bsp. einem Hochspannungskabel). Selbstverständlich sind die Anwendungsmöglichkeiten der Hochspannungsvorrichtung durch diese Beispiele grundsätzlich nicht erschöpft.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Hochspannungsvorrichtung.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein solches Verfahren anzugeben, dass eine möglichst kostengünstige Herstellung einer möglichst zuverlässigen Hochspannungsvorrichtung erlaubt.
Die Aufgabe wird bei einem derartigen Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein metallischer Wickelträger bereitgestellt wird, der Wickelträger mit wenigstens einer umlaufenden Nut versehen wird, wenigstens ein Isolierstreifen in der wenigstens einen Nut durch Aufwickeln angeordnet wird, der Isolierkörper mittels Aufwickelns von Isolierlagen auf den Wickelträger gebildet wird. Auf den Wickelträger, der auch ein stromführende Innenleiter sein kann, werden zunächst die Isolierstreifen gewickelt. Die Breite der Isolierstreifen ist im Allgemeinen derart bemessen, dass diese in die Eindrehungen hineinpassen und diese ausfüllen. Durch die aufgewickelten Isolierstreifen können die durch die Nuten entstandenen Unebenheiten ausgeglichen werden. Die Isolierlagen sowie ggf. die Steuereinlagen können anschließend auf eine äußere Oberfläche des Wickelträgers aufgewickelt werden, so dass der Isolierkörper entsteht.
Zweckmäßigerweise wird der Isolierkörper mit einem aushärtbaren Harz imprägniert. Das noch flüssige Harz durchdringt die Isolierlagen und auch die Isolierstreifen. Nach dem Aushärten entsteht der Isolierkörper in Form eines festen Blocks. Durch die mit dem Harz gefüllten Nuten kann verhindert werden, dass der Wickelkörper aus dem Isolierkörper herausgezogen werden kann. Auf den als fester Block ausgebildeten Isolierkörper können weitere Elemente der Hochspannungsvorrichtung montiert werden. Beispielsweise kann die Hochspannungsvorrichtung einen Befestigungsflansch zum Befestigen der Hochspannungsvorrichtung an einer Wandung oder zur Verbindung mit einem Kabelstecker umfassen. Ferner kann der Isolierkörper beispielsweise in einem Gehäuse angeordnet werden.
Die Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit einem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel weiter erläutert.
Die Figur zeigt eine schematische Teilansicht einer erfindungsgemäßen Hochspannungsvorrichtung.
In der Figur ist eine Hochspannungsvorrichtung 1 dargestellt. Die Hochspannungsvorrichtung 1 umfasst einen Isolierkörper 2 sowie einen rohrförmigen Wickelträger 3. Der Wickelträger 3 ist im dargestellten Beispiel zugleich ein Innenleiter, der im Betrieb der Hochspannungsvorrichtung 1 den Strom führt. Der Isolierkörper 2 weist zum Wickelträger 3 im Wesentlichen konzentrisch angeordnete Steuereinlagen. Ein Raumbereich innerhalb des Isolierkörpers, in dem die Steuereinlagen angeordnet sind, ist axial innen durch eine innerste Steuereinlage 5 begrenzt. Die Steuereinlagen liegen im Isolierkörper eng beieinander, so dass aus Gründen der Übersichtlichkeit deutet eine Linie 4 die axiale sowie äußere radiale Begrenzung des Bereiches der Steuereinlagen an. Es ist erkennbar, dass die axiale Länge der Steuereinlagen mit dem Abstand zum Wickelträger 3 variiert. In der Figur ist eine weitere Steuereinlage 6 figürlich dargestellt.
Der Wickelträger 3 weist drei umlaufende Nuten 7, 8 und 9, die axial voneinander beabstandet in den Wickelträger 3 eingearbeitet sind. In den Nuten 7-9 befinden sich Isolierstreifen, die die Einbuchtungen der Nuten im Wesentlichen ausgleichen. Im Herstellungsprozess der Hochspannungsvorrichtung 1 wird der Isolierkörper 2, und damit auch die Isolierstreifen in den Nuten 7-9 mit einem Harz imprägniert und ausgehärtet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012203712 A1 [0002]

Claims

Hochspannungsvorrichtung (1) mit einem metallischen Wickelträger (3), der von einem Isolierkörper (2) in einer Längsrichtung der Hochspannungsvorrichtung (1) umhüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickelträger (3) wenigstens eine umlaufende Nut (7-9) aufweist und der Isolierkörper (2) wenigstens einen Isolierstreifen umfasst, der in der wenigstens einen Nut (7-9) auf den Wickelträger (3) gewickelt ist.
Hochspannungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei der Wickelträger (3) ein Innenleiter der Hochspannungsvorrichtung (1) ist.
Hochspannungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei ein Innenleiter durch den Wickelträger (3) hindurchgeführt ist.
Hochspannungsvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 oder 3, wobei der Innenleiter aus Kupfer oder Aluminium ist.
Hochspannungsvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Isolierkörper leitende Steuereinlagen (5, 6) zur elektrischen Feldsteuerung umfasst, die konzentrisch um den Wickelkörper (3) angeordnet sind.
Hochspannungsvorrichtung (1) nach Anspruch 5, wobei eine innerste Steuereinlage (5) direkt auf dem Wickelträger (3) angeordnet ist.
Hochspannungsvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Isolierkörper (2) ein ausgehärtetes Harz umfasst.
Hochspannungsvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Hochspannungsvorrichtung (1) eine Hochspannungsdurchführung oder ein Kabelendverschluss ist.
Verfahren zum Herstellen einer Hochspannungsvorrichtung (1), bei dem - ein metallischer Wickelträger (3) bereitgestellt wird, - der Wickelträger (3) mit wenigstens einer umlaufenden Nut (7-9) versehen wird, - wenigstens ein Isolierstreifen in der wenigstens einen Nut (7-9) durch Aufwickeln angeordnet wird, - der Isolierkörper (2) mittels Aufwickelns von Isolierlagen auf den Wickelträger (3) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Isolierkörper (2) mit einem aushärtbaren Harz imprägniert wird.