DE1490092B2 - Stromleiter fuer gas oder fluessigkeitsisolierte hochspannungs verteilungsanlagen mit geerdeter metallischer rohrfoermiger kapselung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stromleiter für gas- oder flüssigkeitsisolierte Hochspannungsverteilungsanlagen mit geerdeter metallischer rohrförmiger Kapselung, in deren Achse der von einem in der Kapselung befestigten, zu dieser koaxiale hohlkegelförmige oder nahezu hohlkegelförmige, konzentrische oder im wesentlichen konzentrische Außen- und Innenmantelflächen aufweisende Isolierkörper gehalterte Stromleiter verläuft, dessen größter Außendurchmesser sich zum Innendurchmesser der Kapselung ungefähr wie 1: e verhält und dessen in die Kegelspitze des Isolierkörpers eingebetteter Teil einen Außendurchmesser aufweist, der von dem Außendurchmesser der sich nach beiden Seiten des Isolierkörpers erstreckenden, zu diesem einen Abstand belassenden Stromleiterteile abweicht.

Unter einem nahezu hohlkegelförmigen, im wesentlichen konzentrische Außen- und Innenmantelflächen aufweisenden Isolierkörper wird ein solcher verstanden, bei dem die erzeugenden der Kegelmäntel gekrümmte Linien sind.

Bei einem koaxial in einer metallischen rohrförmigen Kapselung angeordneten Stromleiter ist bekanntlich die elektrische Feldstärke auf der Oberfläche dieses Leiters am größten, und diese Feldstärke entspricht der Gleichung

r ■ In Rjr

in der U die Potentialdifferenz zwischen dem Stromleiter und dem geerdeten Rohr, R der innere Halbmesser dieses Rohres und r der Halbmesser der äußeren leitenden Oberfläche des Leiters, d. h. der äußeren Oberfläche des Leiters selbst oder derjenigen eines konzentrisch um den Leiter angeordneten, elektrisch mit dem Leiter verbundenen Schirmes ist. Diese maximale Feldstärke Emax ist minimal, wenn In Rjr = 1, oder wenn r: R = I: e, worin e die Grundzahl des natürlichen Logarithmus, d. h. etwa 2,72 ist. Diese Gleichung gilt aber nur, wenn das Isoliermaterial zwischen dem Stromleiter und dem geerdeten Rohr homogen ist (M.Reck, »Elektro-Starkstromanlagen«, Bd. 1, 1958, S. 112, Georg Westermann Verlag).

Ein Stromleiter der eingangs genannten Art ist aus der französischen Patentschrift 1 308 183 bekannt. Bei diesem bekannten Stromleiter befindet sich die durch einen leitenden Schirm gebildete Leiterfläche mit dem größten Außendurchmesser in der Spitze des Hohlkegelisolierkörpers. Dadurch wird der Gradient des radialen elektrischen Feldes an der Stelle dieser Isolatorspitze minimal.

Die Durchschlagfestigkeit solcher isolierender Durchführungen wird aber an erster Stelle nicht durch den größten elektrischen Gradient innerhalb der Dielektrika zwischen dem Leiter und dem geerdeten Rohr, sondern durch den größten elektrischen Gradient in den Trennflächen zwischen den verschiedenen Dielektrika, d. h. in den Kriechstrecken bildenden Mantelflächen des Durchführungsisolators bestimmt. Bei der genannten isolierenden Durchführung wird die Feldstärke an der Spitze des kegelförmigen Durchführungsisolators, d. h. an der Stelle der größten elektrischen Belastung, mit Hilfe von Schirmen größeren Durchmessers so klein wie möglich gemacht. Die Verteilung des elektrischen Gradienten über die Mantelflächen des Durchführungsisolators ist aber ungünstig, da die Äquipotentialflächen sich um den leitenden Schirm in der Isolatorspitze zu den sich nach beiden Seiten des Isolators erstreckenden Leiterteilen wesentlich kleineren Durchmessers biegen, wodurch in den Mantelflächen des Isolators eine Vergrößerung des Gradienten in der Richtung der Achse des Stromleiters auftritt. Damit dieser Gradient in den Isolatormantelflächen genügend klein gehalten werden kann, muß der Durchführungsisolator ziemlich lang gemacht werden, d. h. einen verhältnismäßig spitzen Winkel

ίο an seiner Spitze aufweisen, so daß er einen ziemlich großen axialen Raum beansprucht.

Die Erfindung hat den Zweck, einen Stromleiter mit hohlkegelförmigem Isolierkörper der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem der Feldstärkenverlauf in der Nähe dieses Isolierkörpers derart verbessert ist, daß ein Isolierkörper mit einem verhältnismäßig stumpfen Winkel an der Spitze, also ein solcher mit verhältnismäßig kleiner axialer Abmessung verwendet werden kann. Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß der in die Kegelspitze des Isolierkörpers eingebettete Teil des Stromleiters einen kleineren Außendurchmesser aufweist als die nach beiden Seiten des Isolierkörpers sich erstreckenden Teile des Stromleiters von größtem Außendurchmesser und diese letztgenannten Teile in einer freien axialen Entfernung von der Innen- und Außenmantelfläche des Isolierkörpers enden, und daß diese axiale Entfernung und der kleinere Außendurchmesser des Stromleiters derart bemessen sind, daß an keiner Stelle des elektrischen Feldes zwischen Stromleiter und Kapselung ein gefährlich hoher Spannungsgradient vorhanden ist. Die Reihenfolge der Leiterteile mit größerem und mit kleinerem Außendurchmesser ist beim Stromleiter nach der Erfindung also gerade derjenigen des genannten bekannten Stromleiters entgegengesetzt. Dies hat die Folge, daß die Äquipotentialflächen zwischen dem Leiter und der geerdeten rohrförmigen Kapselung sich in der Nähe der Isolatorspitze zum dünnen Leiterteil biegen, wodurch sie an den Stellen, wo sie die Mantelflächen des Isolators schneiden, weiter voneinander ab zu liegen kommen, so daß eine gleichmäßigere Verteilung des radialen Gradienten in diesen Isolatorflächen erreicht wird, was wieder die Folge hat, daß die mittlere elektrische Belastbarkeit in diesen Isolatormantelflächen vergrößert, d. h. den Hohlkegelisolator stumpfer gemacht werden kann.

Aus der deutschen Patentschrift 913 915 ist ein in einer rohrförmigen Kapselung koaxial angeordneter Stromleiter mit einem hohlkegelförmigen Durchführungsisolator bekannt, wobei der Leiter an seinem vor der Isolatorspitze liegenden Ende einen größeren Durchmesser hat als an der Stelle, wo er durch den Isolator hindurchgeführt ist. Bei diesem Leiter befindet der Teil mit dem größten Durchmesser sich nur an einer Seite des Isolators, und der Durchmesser dieses Leiterteiles ist nur wenig größer als der Durchmesser des übrigen Teiles des Leiters. Deshalb wird durch diese Verdickung des Leiters — die im übrigen lediglich als Kugelkontakt dienen soll — nur eine unwesentliche Verbesserung der Verteilung des elektrischen Feldes erreicht. Dieser Patentschrift ist nicht zu entnehmen, daß bei richtiger Wahl der örtlichen Leiterdurchmesser ein wesentlich kürzerer Kegelisolator verwendet werden kann.

Wird, wie üblich, als Stromleiter ein verhältnismäßig dünner örtlich durch elektrisch leitende Schirme umgebener Stableiter benutzt, dessen Außendurchmesser kleiner als der erwähnte Maximaldurchmesser ist, so

kann mit Vorteil der Stromleiter so ausgeführt werden, daß er auf seiner ganzen Länge aus einem Stab besteht, der die Kegelspitze des Isolierkörpers durchdringt und dessen zu beiden Seiten des Isolierkörpers sich erstreckenden Teile von jeweils einem rohrförmigen, elektrisch leitend mit ihm verbundenen Schirm mit Abstand umgeben sind, die den größten Außendurchmesser des Stromleiters bilden.

Dadurch wird die Montage und Demontage gegenüber einem Leiter, bei dem die Teile kleinen und größten Durchmessers aus einer einstückigen Schiene bestehen, sehr vereinfacht.

Weiter empfiehlt es sich, diese rohrförmigen Schirme an ihren dem Isolierkörper zugekehrten Stirnenden von um den Leiterstab angeordneten Kappen aus Isoliermaterial zu umgeben. Diese Kappen haben einen günstigen Einfluß auf die Form des elektrischen Feldes in der Nähe der Spitze des Kegelisolators.

Zwei verschiedene Ausführungsbeispiele eines Stromleiters nach der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 ist ein zentraler rohrförmiger Stromleiter durch 1, ein konzentrisches geerdetes metallenes Rohr als Kapselung durch 2, 2' und ein Isolierkörper in der Gestalt eines Hohlkegels durch 3 angedeutet; der den durch ihn führenden Stromleiter gegenüber der Kapselung 2, 2' abstützt. Zwischen den zwei Teilen 2, 2' des geerdeten Rohres ist ein Befestigungsring 4 für den Isolierkörper 3 angeordnet. Der rohrförmige Stromleiter 1 hat einen größten Außendurchmesser, der sich zum Innendurchmesser des Rohres 2, 2' ungefähr wie 1: e verhält, wobei e die Grundzahl des natürlichen Logarithmus, daher ungefähr 2,7 ist. An der Stelle 9, wo der Stromleiter 1 die Spitze des kegelförmigen Isolierkörpers 3 durchdringt, ist der Stromleiter eingeschnürt, so daß an dieser Stelle 9 sein Durchmesser kleiner ist. Dies hat für das elektrische Feld die Folge, daß die Äquipotentialflächen in der Nähe der Isolierkörperspitze zum dünneren Teil des Stromleiters gezogen werden, wie in der linken Hälfte der F i g. 1 gestrichelt dargestellt ist. Dadurch wird eine gleichmäßigere Verteilung des elektrischen Gradienten auf den Mantelflächen des Isolierkörpers 3 erreicht, was bedeutet, daß die durch diese Mantelflächen gebildeten, die elektrische Durchschlagsfestigkeit bestimmenden Kriechstrecken durchschnittlich elektrisch weniger belastet werden oder daß bei gleichbleibender zugelassener elektrischer Belastung der Isolator kürzer ausgeführt, d. h. stumpfer gemacht werden kann.

Eine bevorzugte Ausführungsform ist in F i g. 2 dargestellt. Dabei besteht der Stromleiter aus einem leitenden Stab 5 mit konstantem kleinem Durchmesser, der die Isolierkörperspitze durchdringt und sowohl vor als auch nach der Spitze des Isolierkörpers 3 durch Isolierrohre 6, 6' mit Potentialsteuerschirmen 7, T umgeben ist. Diese Schinne sind elektrisch leitend mit dem Stableiter 5 verbunden. Die Rohre 6, 6' sind an ihren dem Isolierkörper zugekehrten Enden mit Kappen 8, 8' aus Isoliermaterial versehen. Die Potentialsteuerschirme 7, 7' enden in einiger axialer Entfernung vom Isolierkörper 3. Durch den Randeffekt dieser Schirme sowie durch den Einfluß der isolierenden Kappen 8, 8' wird das elektrische Feld zwischen dem Stromleiter 5 und den Schirmen 7, T einerseits und den geerdeten Rohrteilen 2, 2' andererseits derart an der Stelle der Einschnürung, d. h. der Durchführung des Stabes 5 durch den Isolierkörper 3 verformt, daß der elektrische Gradient an den Mantelflächen des Isolators 3 gleichmäßiger verteilt wird. Durch diese Ausführung des Stromleiters, die elektrisch nahezu derjenigen nach F i g. 1 entspricht, erhält man eine Durchführung des Leiters, deren axiale Abmessung nur wenig von einer Durchführung mit einem scheibenförmigen Isolator abweicht. Es wird bemerkt, daß die Axialabmessung des Isolierkörpers noch ein wenig weiter verkleinert werden kann, wenn in bekannter Weise die im wesentlichen kegelförmigen Mantelflächen des Isolierkörpers - bei unveränderter Länge der Kriechstrecke gekrümmt werden (deutsche Patentschrift 590 494, F i g. 2; französische Patentschrift 1 308 183).

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Stromleiter für gas- oder flüssigkeitsisolierte Hochspannungsverteilungsanlagen mit geerdeter metallischer rohrförmiger Kapselung, in deren Achse der von einem in der Kapselung befestigten, zu dieser koaxiale hohlkegelförmige oder nahezu hohlkegelförmige, konzentrische oder im wesentlichen konzentrische Außen- und Innenmantelflächen aufweisende Isolierkörper gehalterte Stromleiter verläuft, dessen größter Außendurchmesser sich zum Innendurchmesser der Kapselung ungefähr wie 1: e verhält und dessen in die Kegelspitze des Isolierkörpers eingebetteter Teil einen Außendurchmesser aufweist, der von dem Außendurchmesser der sich nach beiden Seiten des Isolierkörpers erstreckenden, zu diesem einen Abstand belassenden Stromleiterteile abweicht, dadurch gekennzeichnet, daß der in die Kegelspitze des Isolierkörpers (3) eingebettete Teil des Stromleiters (9 bzw. 5) einen kleineren Außendurchmesser aufweist, als die nach beiden Seiten des Isolierkörpers sich erstreckenden Teile des Stromleiters (1 bzw. 7, T) von größtem Außendurchmesser und diese letztgenannten Teile (1 bzw. 7, 7') in einer freien axialen Entfernung von der Innen- und Außenmantelfläche des Isolierkörpers (3) enden, und daß diese axiale Entfernung und der kleinere Außendurchmesser des Stromleiters (9 bzw. 5) derart bemessen sind, daß an keiner Stelle des elektrischen Feldes zwischen Stromleiter und Kapselung ein gefährlich hoher Spannungsgradient vorhanden ist.

2. Stromleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er auf seiner ganzen Länge aus einem Stab (5) besteht, der die Kegelspitze des Isolierkörpers (3) durchdringt und dessen zu beiden Seiten des Isolierkörpers sich erstreckenden Teile von jeweils einem rohrförmigen, elektrisch leitend mit ihm verbundenen Schirm (7, T) mit Abstand umgeben sind, die den größten Außendurchmesser des Stromleiters bilden (F i g. 2).

3. Stromleiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Schirme (7, T) an ihren dem Isolierkörper (3) zugekehrten Stirnenden von um den Leiterstab (5) angeordneten Kappen (8, 8') aus Isoliermaterial umgeben sind (F ig. 2).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen