DE1085579B - Fluessigkeitsgefuellte Durchfuehrungsklemme - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine flüssigkeitsgefüllte Durchführungsklemme für elektrische Geräte, wie Schalter, Transformatoren u. dgl., bei der der Durchführungsleiter außer vom Überwurfisolator noch von einem zusätzlichen Isolationsmantel umgeben ist. Bekanntlich erwärmt sich der Durchführungsleiter derartiger Klemmen verhältnismäßig stark, insbesondere wenn er von größeren Strömen durchflossen wird. Da aber der den Leiter umschließende Isolationsmantel, der meist aus Papier besteht oder ein Kondensatorwickel ist, eine zu große Hitze nicht verträgt, verlieren diese Isolationen mit der Zeit ihre guten elektrischen Eigenschaften.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Klemme so auszubilden, daß die im Durchführungsleiter erzeugte Wärme ständig wirksam abgeführt werden kann. Nach der Erfindung wird dies in einfacher und billiger Weise dadurch erreicht, daß in Richtung und unmittelbar außerhalb und/oder innerhalb des Leiters ein oder mehrere Flüssigkeitskanäle vorgesehen und mit dem durchgehenden Zwischenraum zwischen Überwurfisolator und Isolationsmantel oben und unten verbunden sind.

Die Kanäle selbst sind auf verschiedene Weise erhältlich, sei es nun, daß Spalte zwischen dem den Leiter und dem ihn umgebenden Isolationsmantel belassen werden oder daß der Leiter auf seiner Außenoberfläche Nuten, Rillen od. dgl. bekommt oder daß im hohl ausgeführten Leiter Führungsrohre od. dgl. vorgesehen werden.

Die nach der Erfindung gekühlte Durchführungsklemme bringt einerseits eine beträchtliche Materialersparnis insbesondere bei Klemmen, die einen Kondensatorwickel besitzen, und andererseits werden bei der erfindungsgemäßen Klemme infolge ihrer günstigen Beanspruchung die guten elektrischen Eigenschaften zuverlässig über lange Zeiträume aufrechterhalten.

Es sind zwar schon Bauformen für Durchführungsklemmen bekannt, bei denen eine Wärmeabfuhr vom Durchführungsleiter erreicht wurde. Im Gegensatz zu der erfindungsgemäßen Ausführung, bei der dieKlemmenfüllflüssigkeit den Wärmetransport übernimmt, wird bei einer bekannten Ausführung in ständigem Fluß neues Kühlmittel von außen in den um den Durchführungsleiter herum angeordneten Kanal zugeführt und über den hohlen Durchführungsleiter nach außen ins Freie wieder abgeführt. Eine derartige Klemmenkühleinrichtung ist wohl bei gasförmigem Kühlmittel brauchbar, nicht aber bei flüssigkeitsgefüllten Klemmen. Bei einer anderen bekannten Durchführungsklemme, die ebenfalls nur für gasförmiges Kühlmittel brauchbar ist, wird der Durchführungsleiter gleichfalls als ein nach außen offenes Rohr Flüssigkeitsgefüllte DurcMührungsklemme

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation,
East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. P. Ohrt, Patentanwalt,
Erlangen, Wemer-von-Siemens-Str. 50

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 28. Mai 1954

Elmer J. Grimmer, Sharpsville, Pa.,

und Horace L. Cole, Sharon, Pa. (V. St. Α.),

sind als Erfinder genannt worden

ausgeführt und in die Höhlung des Leiters ein Isolierrohr unter Belassung von Spalten am eingeschobenen Ende eingesetzt, durch das von außen her Kühlmittel in den hohlen Durchführungsleiter eingeleitet wird, das im Hohlraum hoch steigt und nach außen ins Freie ausströmt. Bei einer weiteren bekannten Klemmenbauform werden um den an Überwurfisolatoren dicht angeschlossenen Durchführungsleiter Kondensatorwickel angeordnet, die zwischen sich Kanäle frei lassen. Da diese Kanäle aber auf beiden Seiten verschlossen sind, kommt keine Strömung des eingeschlossenen Mediums und damit keine Wärmeabfuhr nach außen zustande.

An Hand der Zeichnung, die verschiedene Ausführungsbeispiele nach der Erfindung zeigt, soll die Erfindung näher erläutert werden. In

Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch eine in vereinfachter Form dargestellte, vollständige Kondensatorklemme wiedergegeben;

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt nach der Linie H-II der Fig. 1; in

Fig. 3 ist in vergrößertem Maßstab ein Stück eines Längsschnittes durch eine Klemme zu sehen, wobei

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der Strömungsverlauf der Klemmenfüllung erkennbar ist; in

Fig. 4 ist ein Querschnitt dieser Klemme nach Linie IV-IV der Fig. 3 dargestellt;

Fig. 5 hingegen zeigt einen Querschnitt nach Linie V-V der einen Längsschnitt durch eine andere Klemmenkonstruktion wiedergebenden Fig. 7;

Fig. 6 bringt einen Querschnitt nach Linie VII-VII durch die eine weitere Ausführungsform im teilweisen Längsschnitt zeigende Klemme nach Fig. 8; auch

Fig. 9, 10, 11 geben teilweise Längsschnitte durch gemäß der Erfindung ausgeführte Klemmen wieder.

In den Fig. 1 bis 11 ist mit 1 in vereinfachter Wiedergabe die gesamte fiüssigkeitsgefüllte Klemme bezeichnet, wie sie beispielsweise in elektrischen Apparaten, z. B. Transformatoren, verwendet wird, bei denen sie mittels des Flansches 10 über einer Gehäuseöffnung, insbesondere am Deckel befestigt ist. Die Klemme ist im wesentlichen aus einem oberen Überwurfisolator 2, einem unteren Überwurfisolator 4, ferner einem diese beiden, beispielsweise aus keramischem Isoliermaterial, insbesondere Porzellan, bestehenden, Isolatoren verbindenden, vorzugsweise geerdeten Verbindungsstück 3, sowie einem die Isolatoren 2, 4 und deren Verbindungsstück 3 mittig durchsetzenden Durchführungsleiter 7, der von einem Isolationsmantel 11 bzw. einem Kondensatorwickel umgeben ist, aufgebaut. Da die gesamte Klemme flüssigkeitsgefüllt ist, ist ihr oberes Ende unter Zwischenlage einer weiter nicht bezeichneten Dichtung mit einer Kappe 8, die gleichzeitig als Ausdehnungsgefäß für die Klemmenfüllflüssigkeit, die vorzugsweise Öl ist, das die gesamten freien Hohlräume der Klemme ausfüllt, dicht verschlossen. Am unteren Ende ist die Klemme vermittels einer Abschlußplatte 5 und gegebenenfalls zwischengelegter Dichtung dicht verschlossen. Die Klemmenbauteile 2 bis 4 werden durch die unter Druck aufbringbare Kappe 8 zusammengehalten. In der gleichzeitig als Ölausdehnungsgefäß dienenden Klemmenkappe 8 können selbstverständlich irgendwelche Ölstandsanzeigevorrichtungen angebracht oder vorgesehen werden. Die Klemme selbst, die mit ihrem unteren Bauteil in eine öffnung des Apparatgehäuses eingesenkt ist, wird vermittels in der Zeichnung nicht weiter dargestellter Halteeinrichtungen, wie Bolzen, Pratzen, Spannringen u. dgl., die am Flanschring 10 des metallischen Verbindungsstückes 3 angreifen, am Apparategehäuse befestigt.

Der Isolationsmantel 11, der vorzugsweise ein Papierwickel oder ein Kondensatorwickel ist, wird in üblicher Weise durch Aufwickeln von ölimprägnierten Papierbahnen mit gegebenenfalls einlaufenden Metallfolien hergestellt und kann unmittelbar auf dem Leiter 7 aufgewickelt werden oder als für sich hergestelltes Stück auf diesen aufgeschoben werden. Selbstverständlich ist es möglich, als Isolationsmantel 11 auch einen festen Isolierkörper, z. B. aus Gießharzen od. dgl., zu verwenden. Bei Verwendung eines Kondensatorwickels ist dessen äußerste Metallbelegung vorzugsweise mit dem geerdeten Verbindungsstück 3 mittels einer Leitung 16 verbunden. Im Ausführungsbeispiel ist, um die nach der Erfindung angestrebte Wärmeabführung vom Durchführungsleiter 7 weg zu bewirken, der Leiter im Bereich zwischen den Klemmenenden hohl ausgeführt, und er besitzt an seinem oberen Ende 12 eine Anzahl Durchbrechungen, z. B. 13· In gleicher Weise sind auch in der Nähe des unteren Bolzenendes öffnungen 13 vorgesehen. Wenn der Durchführungsleiter aus einem Rohr gefertigt ist, wie im Ausführungsbeispiel gezeigt, dann werden die Leiterenden durch entsprechende Verschlußstopfen 15 verschlossen, so daß das Rohrinnere 14 nach außen vollkommen abgeschlossen ist. Die Klemmenisolierflüssigkeit, z. B. Öl, kann durch die unteren öffnungen 13 in den Hohlraum 14 des Durchführungsleiters 7 eindringen und dort, nachdem es die Leiterwärme aufgenommen hat, unter der Wirkung des Wärmeauftriebs nach oben steigen, wo es dann durch die oberen Öffnungen 13 wieder den Bolzen verläßt, um in die freien Klemmenhohlräume überzutreten, von wo es nach Abgabe der Wärme an die Überwurfisolatoren 2 und 4 sowie das Verbindungsstück 3 abgekühlt nach unten sinkt, um dann wieder nach Eintreten in die unteren Öffnungen des Durchführungsleiters den gleichen Strömungsweg, wie vorbeschrieben, in ununterbrochenem Zug zurückzulegen. Auf diese Weise wird also nicht nur der Durchführungsleiter 7 allein, sondern auch der diesen umgebende Isolationsmantel 11, insbesondere Kondensatorwickel, wirksam gekühlt, so daß vorzeitige Beschädigungen der Klemme durch Wärmeeinwirkung zuverlässig vermieden werden.

Bei der Klemmenbauform nach den Fig. 3 und 4 ist der Isolationsmantel 11 bzw. Kondensatorwickel auf eine Metallröhre 17 aufgewickelt. Der Durchführungsleiter 18, der gegebenenfalls hohl sein kann, durchsetzt die Röhre 17 unter Belassung eines Ringspaltes 21, der durch Einbringen von geeigneten, vorzugsweise metallischen Distanzstücken 19 zwischen den Rohren 17 und 18 erhalten ist. Der Hohlraum des Durchführungsleiters 18 wird in diesem Falle nicht von der Klemmenflüssigkeit durchströmt, sondern diese wird an dem Ringspalt 21 entlang der äußeren Leitoberfläche geführt, wie aus den eingetragenen Pfeilen 20 ersichtlich ist. Die Abkühlung der am oberen Ende des Ringspaltes 21 austretenden Klemmenflüssigkeit geschieht wieder, wie bei der Anordnung nach Fig. 1 beschrieben, an den Teilen 2 bis 4.

Wenn als Isolationsmantel 11 ein Kondensatorwickel benutzt ist, empfiehlt es sich, die Distanzstücke 19 aus leitendem Material zu fertigen und die innerste Kondensatorbelegung mit dem die Klemmenmitte durchsetzenden Durchführungsleiter 18 galvanisch zu verbinden, so daß das durch die Kühlkanäle 21 fließende Öl spannungsentlastet ist. Die beschriebene Klemme hat den Vorteil, daß sie eine große mechanische Festigkeit, große Sicherheit gegen innere Durchschläge, eine hohe dielektrische Festigkeit hat und weiter eine gleichmäßige Spannungsverteilung bringt, sowie ein Minimum an Koronaverlusten.

In den Fig. 5 und 7 ist eine weitere Klemmenbauform gezeigt. Auch hier ist der Durchführungsleiter z. B. aus einem Rohr gefertigt und besitzt auf seiner äußeren Oberfläche, am Umfang verteilt, Nuten 24, wie insbesondere aus Fig. 5 ersichtlich ist. Diese Nuten, die auf irgendwelche Weise, beispielsweise durch Fräsen, erhalten werden, ergeben zusammen mit dem darüber aufgebrachten Isolationsmantel, insbesondere Kondensatorwickel 26, entlang dem Durchführungsleiter 23 Kühlkanäle für den Durchtritt der Klemmenflüssigkeit. Bei Verwendung eines Kondensatorwickels ist die erste, auf dem Leiter 23 aufliegende Lage aus Metall hergestellt, so daß diese das gleiche Potential wie der Leiter 23 erhält. Auf diese Weise kann man die Entstehung von Koronaverlusten an den verhältnismäßig scharfen Kanten der vorzugsweise gefrästen Nuten 24 vermeiden. Der

übrige Kondensatorteil kann dann in der gewohnten Weise hergestellt sein. Der Strömungsverlauf der Kühlflüssigkeit ist aus den eingetragenen Pfeilen der Fig. 7 ersichtlich.

Bei der Klemmenausführung nach den Fig. 6 und 8 sind die entlang der äußeren Durchführungsleiteroberfläche 30 verlaufenden Kühlkanäle 32 durch Auflegen von Streifen, Leisten 29 u. dgl., die axial verlaufend angeordnet sind, aus Metall bestehen und mit dem Durchführungsleiter irgendwie verbunden, z. B. ver- ίο lötet oder verschweißt sind, erhalten. Der Isolationsmantel bzw. Kondensatorwickel 31 ist über den Lei- __ sten 29 angebracht. Seine innerste Metallbelegung ist mit dem Durchführungsleiter über die metallischen Leisten 29 galvanisch verbunden. Selbstverständlich können die Leisten 29 auch aus Isoliermaterial, die irgendwie am Durchführungsleiter gehalten, z. B. mit diesem verklebt sein können, gefertigt werden. In diesem Fall muß dann die innerste Kondensatorbelegung unmittelbar, z. B. mit Hilfe einer gesonderten Leitung mit dem Durchführungsleiter 30 verbunden werden.

Auch wenn nur ein gewöhnlicher Isolationsmantel benutzt wird, können die Leisten 29 aus Isoliermaterial bestehen. Schließlich können die Kühlkanäle auch in den zunächst eine runde Öffnung besitzenden Isoliermantel eingestoßen oder sonstwie eingebracht sein.

Wie die Fig. 9 und 10 erkennen lassen, können die Kühlkanäle auch gewundene Form aufweisen, indem sie beispielsweise schraubenförmig um den Leiter 33 (Fig. 9) bzw. 30 (Fig. 10) herumlaufen. Die Kanäle können nach den in den Fig. 5 bis 8 beschriebenen Herstellungsarten erzeugt werden. Eine weitere vorteilhafte Klemmenausbildung ist im teilweisen Längsschnitt durch das untere Klemmenende in Fig. 11 wiedergegeben. Hier besitzt der hohle Durchführungsleiter 36, der in geeigneter Weise dicht durch die Klemmenendenverschlußteile geführt ist, in der Nähe der Endstücke Durchbrechungen 37, wie diese ähnlich bei Fig. 1 bereits beschrieben sind. Unmittelbar +0 über dem Durchführungsleiter 36 ist der Isolationsmantel, insbesondere Kondensatorwickel 11 aufgebracht. Im Innern des Rohrleiters 36 ist ein weiteres Rohr 14 eingesetzt und durch geeignete Distanzstücke, z. B. Ringe 39, die am Klemmenende angebracht sind, koaxial gelagert. Die Klemmenflüssigkeit nimmt den durch Pfeil angedeuteten Strömungsweg und fließt insbesondere innerhalb des Durchführungsleiters und dem zwischen diesem und dem darin eingesetzten Rohr 41 gebildeten Ringspalt 40, nachdem es durch die unteren öffnungen 37 in ihn eingetreten ist, bis zum oberen Klemmenende hoch, wo es durch die dort angebrachten oberen öffnungen wieder aus ihm austritt. Klemmen dieser Art vertragen eine um etwa 30 bis 35% höhere Strombelastung. Die Ersparnis an Kupfer ist also beträchtlich, wie nachstehende Gegenüberstellung einer nicht nach der Erfindung ausgeführten Klemme und einer erfindungsgemäßen Klemme zeigt. Bei der nicht gekühlten Klemme war der lichte Leiterdurchmesser 41,27 mm und der äußere Leiterdurchmesser 57,15 mm. Bei der Klemmenausführung nach der Erfindung, die nach Fig. 11 ausgebildet war, hatte der Durchführungsleiter 36 einen inneren Durchmesser von 47,62 mm und einen äußeren Durchmesser von 57,15 mm. Bei gleichen Bedingungen zeigte die gekühlte Klemme bei nur 64% Kupferquerschnitt eine um 8,5° C niedrigere Temperatur als die nicht gekühlte Klemme. Eine Gegenüberstellung der interessierenden Werte ist nachstehender Zusammenstellung zu entnehmen:

Maximal auftretende Leitertemperatur über öl bei
1600 Amp., ⁰C

Leiterwiderstand, Ω/m

Leitergewicht, g/cm

Nicht
gekühlte
Klemme

0,000018
11,1

Gekühlte Klemme

23,5

0,0000282 7,1

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Flüssigkeitsgefüllte Durchführungsklemme für den vertikalen Einbau in elektrische Geräte, wie Schalter und Transformatoren, bei der der Durchführungsleiter außer vom Überwurfisolator noch von einem zusätzlichen Isolationsmantel umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß in Richtung und unmittelbar außerhalb und/oder innerhalb des Leiters ein oder mehrere Flüssigkeitskanäle vorgesehen und mit dem durchgehenden Zwischenraum zwischen Überwurfisolator und Isolationsmantel oben und unten verbunden sind.

2. Durchführungsklemme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der den Durchführungsleiter umgebende Isolationsmantel aus festem Isoliermaterial besteht und daß in ihm die Flüssigkeitskanäle angebracht sind.

3. Durchführungsklemme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der den Durchführungsleiter umgebende Isolationsmantel ein Kondensatorwickel ist.

4. Durchführungsklemme nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der den Durchführungsleiter umgebende Isolationsmantel den Durchführungsleiter unter Belassung eines Zwischenraumes, durch den die Klemmenfüllflüssigkeit strömt, rohrartig umschließt, z. B. derart, daß der Isoliermantel auf einem Rohrkörper angeordnet ist.

5. Durchführungsklemme nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchführungsleiter hohl ausgeführt ist und daß der an beiden Enden verschlossene Rohrteil in der Nähe der Klemmenenden in dem Teil, der von dem Isolationsmaterial frei gelassen ist, öffnungen besitzt, durch die die Klemmenfüllflüssigkeit am unteren Ende in den rohrartigen Durchführungsleiter eintreten und nach Durchfließen desselben am oberen Ende austreten kann.

6. Durchführungsklemme nach Ansprüchen 1 bis 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche des Durchführungsleiters Nuten, Rillen u. dgl. für den Durchtritt der Klemmenfüllflüssigkeit angebracht sind.

7. Durchführungsklemme nach Ansprüchen 1 bis 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitskanäle entlang der Durchführungsleiteroberfläche axial verlaufen.

8. Durchführungsklemme nach Ansprüchen 1 bis 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Durchführungsleiteroberfläche angebrachten Flüssigkeitskanäle schraubenförmige Form haben.

9. Durchführungsklemme nach Ansprüchen 1 bis 4 und 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitskanäle durch auf dem Leiter aufgebrachte Streifen und Leisten gebildet werden.

10. Durchführungsklemme nach Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Kondensatorwickels als Isolationsmantel die innerste Belegung mit dem Rohr bzw. dem Durchführungsleiter elektrisch leitend verbunden ist.

11. Durchführungsklemme nach Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines hohlen Durchführungsleiters in dessen

Hohlraum unter Belassung eines Ringspalts ein weiteres Rohr eingesetzt ist und daß die Klemmenflüssigkeit durch an den Klemmenenden angebrachte öffnungen im Durchführungsleiterrohr ein- und wieder austreten kann.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 370 443;
USA.-Patentschriften Nr. 1 706 810, 2 263 768.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen