DE1490302A1

DE1490302A1 - Layered high voltage insulation of coaxial electrical conductors

Info

Publication number: DE1490302A1
Application number: DE19621490302
Authority: DE
Inventors: Mueller Dr-Ing Ulrich
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1962-06-19
Filing date: 1962-06-19
Publication date: 1969-08-28

Description

Geschichtete Hochspannungsisolierung koaxialer elektrischer Leiter Zusatz zum Patent :.. ..: (Patentanm. S 75 399 VIIId/ 21c - PLA 61/0095) Das Hauptpatent ... ... (Patentanm. S 75 399 VIIId/21c) befaßt sieh mit.der Ausbildung einer geschichteten Hochspannungsisolierung von koaxialen elektrischen Leiteranordnungen, vrie es beispielsweisee Kabel, Durchführungen oder auch isolierte Sammelschienen sind. Es ist bekannt, eiac solche hoch, spannungsfeste Isolierung aus geschichteten Materialien, beispielsweise aus Papierbändern, aufzubauen, die in der Regel mit einem mehr oder minder viskosen Tränkmittel, beispielsweise mit J`51, durchtränkt vrerden. Bei solchen geschichteten Isolierungen koa-ialer Leiteranordnungen, die jedoch nicht unbedingt zylindrisch :Nein mÜssen, sondere: beispielsweise auch einen Sektor förm@geii Querschnitt haben können, wird das Spannungspotential vorn Leiter bi- zur Außenfläche abgebaut. Mit Rücksicht darauf, daß die höchsten '"orte des Potentialgradienten (Felds tär 1:e) unrnit ;;elbar an Leiter auftreten, ordnet man daher in den dem Leiter unmittelbar benachbarten Schichten Isolierotoffe höherer elektrischer Festigkeit an. So ist beispielsweise ein Hochspannungsöldruckkabel mit geschichteter Papieriaolierung,bekannt, bei dem die dünnsten Papierbänder der Isolierung, deren Stärke gleich oder kleiner als 0,04 mm ist, unmittelbar in der Nähe des Leiters angeordnet sind, während die Stärke der Papierbänder in den redial nach äußen anschließenden Schichten zunimmt.Layered high voltage insulation of coaxial electrical conductors Addition to the patent: .. ..: (Patent application S 75 399 VIIId / 21c - PLA 61/0095) The main patent ... ... (Patent Application S 75 399 VIIId / 21c) deals with the formation of a layered High-voltage insulation of coaxial electrical conductor arrangements, vrie it for example Cables, bushings or even insulated ones Busbars are. It is known to eiac such high, tension-resistant insulation made of layered materials, for example from paper tapes, which are usually built up with one more or impregnate less viscous impregnating agents, e.g. with J`51. In such layered insulation of coa-ial conductor arrangements, which, however, are not necessarily cylindrical: no must, special: for example also a sector-shaped cross-section can have, the voltage potential is reduced from the conductor to the outer surface. With regard to the fact that the highest places of the potential gradient (field tär 1: e) unrnit ;; which can occur on the ladder, one therefore classifies directly in the ladder adjacent layers of insulating materials of higher electrical strength. So is for example a high-voltage oil pressure cable with layered paper insulation, known, in which the thinnest paper tapes of the insulation, whose thickness is equal to or less than 0.04 mm, are arranged in the immediate vicinity of the conductor, while the Strength of the paper tapes in the redial to the outside subsequent layers increases.

Das Hauptpatent weicht von diesem bekannten Aufbau der geschichteten Hochspannungsisolierung einer koaxialer. Leiteranordnung ab. Gemäß der.-i Hauptpatent besteht die im Bereich der 50;ö Äquipotentialfläche des elektrischen Felde, befindliche Schicht aus einem Isolierstoff, der höherwertiger als die Isolierstoffe der übrigen Schichten der Isolierung ist. Während man a7" to bisher bestrebt war, bei einer geschichtoten Isolierung die Schichten aus dem höchotrrertigen Isolierstoff unmittelbar am Leiter anzuordnen, sieht das Hauptpatent vor, die höchstwertigen Isolierstoffschichten in der 5Cf h quipotentialfläche, also in der elektrischen Mitte, anzuord-. nen. Die 50,5 Äquipotentialfläche des elektrischen Feldes ist also nicht etwa die geometrische kitte der geschichteten Isolierung, vielmehr ist mit diesem Ausdruck diejenige den Leiter umgebende Fläche gleichen elektrischen Potentials bezeichnet, deren Potential den halben fiert zviischen dem Potential des Leiters und dem Potential der Außenfläche der Isolierung aufweist.The main patent deviates from this known structure of the layered structure High voltage insulation of a coaxial. Ladder arrangement from. According to the.-i main patent exists in the area of the 50; ö equipotential surface of the electric field Layer made of an insulating material that is of higher quality than the insulating materials of the others Layers of insulation is there. While one has so far strived to achieve a history dead Isolate the layers from the highly finished The main patent provides for the most valuable ones to be arranged directly on the conductor Insulating material layers in the 5Cf h equipotential surface, i.e. in the electrical Middle, to be arranged. nen. The 50.5 equipotential area of the electric field is therefore not about the geometric putty of the layered insulation, rather it is with this expression is the area surrounding the conductor with the same electrical potential denotes whose potential is halved between the potential of the conductor and the potential of the outer surface of the insulation.

Zur Erläuterung diesen Sachverhaltes ist in der Figur 1 ein Quadrant einer den metallischen Leiter 1 zylindrisch umgebenden Isolierung 2 dargestellt, wie es beispielsweise bei einen Rundleiterkabel der Fall ist. Da das elektrische Feld hierbei die Form eines Zylinderfeldes hat, sind die.A quadrant is shown in FIG. 1 to explain this fact an insulation 2 surrounding the metallic conductor 1 cylindrically, as is the case, for example, with a round conductor cable. Since the electric Field here has the shape of a cylinder field, are the.

Ä quipotentialflächen den elektrischen Potentials den Leiter 1 konzentrisch urgebende Zylinder, deren Zage durch die Entfernung r von Mittelpunkt des Leiters 1 gekennzeichnet wird. Wird mit ri der Radius des metallischen Leiterz ,1 und mit ra dier Radius der Außenfläche der Isolierung 2, also der-Rzdiua der gesamten Ader bezeichnet, so ergibt sich aus dem Linienintegral der Peldstärke im Zylinderfeld das elektrische Potential U(r) an der Stelle r zu: Hierbei ist Uo das Potential des Leiter; 1.Equipotential surfaces the electrical potential of the conductor 1 concentrically originating cylinders, whose point is characterized by the distance r from the center of the conductor 1. If ri denotes the radius of the metallic conductorz, 1 and ra dier radius of the outer surface of the insulation 2, i.e. der-Rzdiua of the entire core, then the line integral of the field strength in the cylinder field results in the electrical potential U (r) at the point r to: Here Uo is the potential of the conductor; 1.

In der Ordinate der Figur 1 ist der volle Wert des Potentials U0 mit 100% bezeichnet. Ferner sind die Werte 75%, 50°o und 25% dieses Potentials eingetragen. Werden die Radien der zu diesen Potentialwerten gehörenden Äquipotentialflächen mit r75, r50 und r25 bezeichnet, so erhält man aus der angegebenen Gleichung für das Potential U(r) die Werte: In Weiterbildung der gemäß dem Hauptpatent vorgesehenen Ausbildung einer geschichteten Hochspannungsisolierung koaxialer elektrischer Leiter sieht die Erfindung eine maximale Ausdehnung der die höchstwertige Isolierung enthaltenden Schicht von der 75i'0 Äquipotentialfläche bis zur 25;ö Äquipotentialfläche vor. Die Schichten, die nach außen und nach innen an die aus der höchstwertigen Isolierung bestehende Schicht im Bereich der 505ö Äquipotentialfläche anschließen, werden zweckmäßigerweise in ihrer elektrischen Güte abgestuft. verwendet man in Richtung vom Leiter und in Richtung von der Außenfläche der Isolierung auf die im Bereich der 5071 Äquipotentialfläche befindlichen Schicht zu von Schicht zu Schicht höherwertige Isolierstoffe.In the ordinate of FIG. 1, the full value of the potential U0 is denoted by 100%. The values 75%, 50 ° and 25% of this potential are also entered. If the radii of the equipotential surfaces belonging to these potential values are denoted by r75, r50 and r25, the values given for the potential U (r) are obtained from the given equation: In a further development of the layered high-voltage insulation of coaxial electrical conductors provided according to the main patent, the invention provides a maximum extension of the layer containing the highest quality insulation from the 75% equipotential area to the 25% equipotential area. The layers that adjoin the layer consisting of the highest quality insulation in the area of the 505 ° equipotential surface on the outside and inward are expediently graded in their electrical quality. is used in the direction from the conductor and in the direction from the outer surface of the insulation to the layer located in the area of the 5071 equipotential surface for insulating materials of higher quality from layer to layer.

Zur Erläuterung der Erfindung sind in den Figuren 2 bis 6 Beispiele von gemäß der. Erfindung ausgebildeten geschichteten Hochspannungsisolierungen dargestellt.Examples are shown in FIGS. 2 to 6 to explain the invention from according to the. Invention formed layered high-voltage insulation shown.

Die Figur 2 zeigt ein Einleiterhochspannungskabel für 220 kV mit geschichteter Isolierung. Der Leiter 21 dieses Einleiterhochspannungskabels, dessen Durchmesser 22 mm beträgt, ist a13 Hohlleiter ausgebildet, dessen Inneres mit Öl gefüllt ist. Auf den Leiter 21 ist metallisiertes Papier 23 als Leiterglättung aufgebracht.Figure 2 shows a single conductor high voltage cable for 220 kV with a layered Insulation. The conductor 21 of this single conductor high voltage cable, its diameter 22 mm, a13 waveguide is formed, the interior of which is filled with oil. Metallized paper 23 is applied to the conductor 21 as a conductor smoothing.

Dae metallisierte Papier 23 wird von der aus mehreren Schichtten aus Papierbändern bestehende, mit Öl getränkten geschichteten Isolierung 22 umgeben, die eine Stärke von 20 mm hat. Auf diese geschichtete Isolierung 22 ist das metallisierte Papier 24 als Aderschirmung aufgesponnen. Auf dieses ist der äußere Mantel 25 aufgepreßt, der aus Blei besteht. . Die geschichtete Isolierung 22, die eine Gesamtdicke von 20 mnl aufweist, besteht aus den eieben Schichten 221 bis 227, die aus nacheinander aufgesponnenen Papierbändern unterschiedlicher Stärke bestehen. Die stärke -?er für die geschichtete Isolierung 22 verwendeten Eapie=bL-:nder sch%,rarll:t zwischen 50 /u und 150 @u. Das dünne Papier mi t einer -tärke von 50 /u hat eine hone elektrische Güte.The metallized paper 23 is surrounded by the oil-soaked layered insulation 22 consisting of several layers of paper tapes and having a thickness of 20 mm. The metallized paper 24 is spun onto this layered insulation 22 as a core shield. The outer jacket 25, which consists of lead, is pressed onto this. . The layered insulation 22, which has a total thickness of 20 mm, consists of the seven layers 221 to 227, which consist of paper strips of different thicknesses spun on one after the other. The strength of the therapy used for the layered insulation 22 = bL-: nder sch%, rarll: t between 50 / u and 150 @u. The thin paper with a thickness of 50 / u has a high electrical quality.

Für den Aufbau der geschichteten Isolierung 22, d.h. für die Stärke der einzelnen Schichten 221 bis 227 sowie für die Stärke der diese Schichten bildenden Papierbänder gelten folgende Werte: Schicht-IJr. Stärke der Schicht Papierbandstärke L rum] L /u 22_1 2 125 222 2 75 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 223 4 50 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 224 2 75 225 2 105 226 3 125 227 5 150 Im linken unteren Quadranten sind die Lagen der 75;4 Äqui- potentialfläche, der 50 Äquipotentialfläche und der 25;fo hguipotentialfläclig strichpunktiert eingezeichnet. Die die. höchstwertige Isolierung enthaltende Schicht ragt also nicht über die 75i' Äquipotentialfläche bzcr. über die 25, Iiquipotentialfläche hinaus.For the structure of the layered insulation 22, ie for the thickness of the individual layers 221 to 227 and for the thickness of the paper strips forming these layers, the following values apply: Shift IJr. Thickness of the layer of paper tape thickness L rum] L / u 22_1 2 125 222 2 75 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 223 4 50 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 224 2 75 225 2 105 226 3 125 227 5 150 In the lower left quadrant are the positions of the 75; 4 equi- potential area, the 5 0 equipotential area and the 25; fo hguipotentialfläclig drawn in dash-dotted lines. The the. The layer containing the highest quality insulation does not protrude beyond the 75i 'equipotential surface bzcr. beyond the 25, Iiquipotential area.

Gegebenenfalls können im Bereich der 5051 Äquipotentialfläche des elektrischen Peldes noch schwachleitende Einlagen oder Folien angeordnet werden.If necessary, inserts or foils with low conductivity can be arranged in the area of the 5051 equipotential surface of the electrical field.

Ein Ausführungsbeispiel hierfür ist in der Figur 3 wiedergegeben, in der ein Einleiterhochspannungskabel für 110 kV dargestellt ist. Der Aufbau dieses Kabels aus dem Leiter 31, der geschichteten Isolierung 32, den metallisierten Papierbändern 33 und 34 socrie aus dem äußeren IiIantel 35 entspricht dem in der Figur 2 dargestellten Kabel. Der Durchmesser des Leiters 31 beträgt 22 mm. Die geschichtete Isolierung 32 hat eine Stärke von 10 mm, sie besteht aus den fünf Schichten 321 bis 325. Für die Stärke der einzelnen Schichten 321 bis 325 sowie für die Stärke der diese Schichten bildenden Papierbänder gelten folgende Werte: Schicht-1Jr. Stärke der Schicht Papierbandstärke L tam] @u1 321 1,5 125 322 1 75 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 323 3 55 - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 324 2 125 325 2,5 150 Am Ort der 50, Aquipotentialfläche, also innerhalb der Schicht 323, befindet sich die schwachleitende Einlage 36 aus Carbonpapier. .An exemplary embodiment for this is shown in FIG. 3, in which a single-conductor high-voltage cable for 110 kV is shown. The structure of this cable from the conductor 31, the layered insulation 32, the metallized paper tapes 33 and 34 and from the outer jacket 35 corresponds to the cable shown in FIG. The diameter of the conductor 31 is 22 mm. The layered insulation 32 has a thickness of 10 mm, it consists of the five layers 321 to 325. The following values apply for the thickness of the individual layers 321 to 325 as well as for the thickness of the paper strips forming these layers: Shift-1Jr. Thickness of the layer of paper tape thickness L tam] @ u1 321 1.5 125 322 1 75 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 323 3 55 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 324 2 125 325 2.5 150 The weakly conductive insert 36 made of carbon paper is located at the location of the 50, equipotential surface, that is to say within the layer 323. .

In,Weiterbildung der Erfindung kann die Schicht im Bereich der 10j1 Äquipotentialfläche auch aus Kunststoff-Folien bzw. Kunststoffbändern aufgebaut werden, während für die übrigen Schichten Papierbänder verwendet werden. Als Ausführungsbeispiel hierfür ist in der Figur 4 ein Stück einer geschichteten Isolierung wiedergegeben, wie sie vielfach in Hochspannungsgeräten Anwendung findet. Der massive Leiter 41, dessen Durchmesser 16 mm beträgt, wird von der geschichteten Isolierung 42 umgeben, die eine Dicke von 15 mm aufweist und die aus den drei Schichten 421 bis 423 besteht. Auf den Leiter 41 ist die leitfähige Schicht 43 als Leiterglättung und auf die Isolierung 42 die äußere leitfähige Schicht 44 z.B. aus Metallgewebe aufgebracht.In a further development of the invention, the layer can be in the region of FIG Equipotential surface also made up of plastic foils or plastic strips while paper tapes are used for the remaining layers. As an exemplary embodiment for this purpose, a piece of layered insulation is shown in FIG. 4, as it is often used in high-voltage devices. The massive ladder 41, whose diameter is 16 mm, is surrounded by the layered insulation 42, which has a thickness of 15 mm and which consists of the three layers 421 to 423. The conductive layer 43 is on the conductor 41 as a conductor smoothing and on the insulation 42, the outer conductive layer 44 is applied, for example made of metal mesh.

Die im Bereich der 50 Äquipotentialfläche befindliche Schicht 422 der geschichteten Isolierung 42 besteht aus Kunststoff-Folien auf der Basis eines Polycarbonates, während die übrigen Schichten 421 und 423 aus Papierbändern aufgebaut sind. Für . die Stärke der Schichten 421 bis 423 und für die :Stärke der Kunststoff-Folien bzw. Papierbänder gelten folgende Werte: Schicht-NF. Stärke der Schicht Paherbandstärke t@iaterial_ 421 3,6 ((,,75 Papier - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - --- 422 4,0 30 Polycarhonat - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 423 75 Papier Koaxiale Leiteranordnungen mit gemäß der Erfindung aufgebrachten Hochspannungsisolierungen brauchen nicht unbedingt zylindrisch zu sein. Als Beispiel hierfür ist in der Figur 5 eine isolierte Sammelschiene mit sektorförmigem Querschnitt für 220 kV dargestellt, die mit einer gemäß der Erfindung ausgebildeten geschichteten Isolierung versehen ist. Der sektorförmige, massive Leiter 51 der Sammelschiene ist von der geschichteten Isolierung 52 umgeben, deren Dicke 15 ƒm beträgt und die aus den drei Schichten 521 bis 523 besteht. Die im Bereich der 50543 Äquipotentialfläche befindliche Isolierschicht 522 ist aus ;olycarbonatfolien aufgebaut,-während die Isolierschichten 521 und 523 aua Papierbändern bestehen. Für die Stärke der Isolierschichten 521 bis 525 sowie die Stärke der Folien bzw. Bänder gelten folgende Werte: -Schicht-Nr. 'Stärke-der _Schicht Band- bzw. Material ---`-@ Lwil Folienstärke 521 3,6 75 Papier - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 522 4,0 30 Polycarbonat - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 523 7,4 75 Papier Schließlich ist es in Weiterbildung der Erfindung auch möglich, eine geschichtete Hochspannungsisolierung allein aus Kunststoff-Folien aufzubauen. Hierbei wird die im Bereich der 50 % Äquipotentialfläche befindliche Iaolieraehicht aus dünneren Folien aufgebaut als die übrigen Isolierschichten. Als Ausführungsbeispiel hierfür ist in der Figur 6 ein Einleiterhochspannungskabel für _220 kV dargestellt, dessen Hohlleiter 61 (Durchmesser 22 mm) von der geschichteten Isolierung 62 umgeben ist, auf die der äußere Mantel 65 aus Blei aufgepreßt ist.The layer 422 of the layered insulation 42 located in the region of the 50 equipotential surface consists of plastic films based on a polycarbonate, while the remaining layers 421 and 423 are made up of paper tapes. For . the thickness of the layers 421 to 423 and for the: thickness of the plastic films or paper tapes, the following values apply: Sch maybe-NF. St ärke of Sc hicht Paherbandstärke t @ iat eria l_ 421 3.6 ((,, 75 paper - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - --- 422 4.0 30 polycarbonate - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 423 75 paper Coaxial conductor arrangements with high-voltage insulation applied according to the invention do not necessarily have to be cylindrical. As an example of this, FIG. 5 shows an insulated busbar with a sector-shaped cross section for 220 kV, which is provided with a layered insulation designed according to the invention. The sector-shaped, solid conductor 51 of the busbar is surrounded by the layered insulation 52, the thickness of which is 15 μm and which consists of the three layers 521 to 523. The insulating layer 522 located in the region of 50,543 equipotential surface is off; constructed olycarbonatfolien, -during the insulating layers 521 and 523 consist aua paper tapes. The following values apply to the thickness of the insulating layers 521 to 525 and the thickness of the foils or tapes: - Shift no . 'Starch _Schicht the band or Materi al --- `- @ Lwil folie ns tärk e 521 3.6 75 paper - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 522 4.0 30 polycarbonate - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 523 7.4 75 paper Finally, in a further development of the invention, it is also possible to build up layered high-voltage insulation solely from plastic foils. Here, the Iaolieraehicht located in the area of the 50% equipotential surface is made up of thinner foils than the other insulating layers. As an exemplary embodiment for this, a single-conductor high-voltage cable for _220 kV is shown in FIG. 6, the waveguide 61 (diameter 22 mm) of which is surrounded by the layered insulation 62 onto which the outer sheath 65 made of lead is pressed.

Die 18 mm starke, geschichtete Isolierung 62 besteht aus den fünf Schichten 621 bis 625, die aus Polycarbonatfolien aufgesponnen sind. Die im Bereich der 50ä Äquipotentialfläche befindliche Schicht 622 besteht aus Polyca_wbonatfolien, die dünner als die für die übrigen Schichten verwendeten Polycarbo= natfolien sind. Für die Stärke der einzelnen Schichten und die Stärke der Kunststoff-Folien gelten folgende Werte: Schicht-NF. Stärke der Schicht Polienstärke 11.71 7 L / u 7 621 2,3 60 622 3,0 40 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 623 3,0 25 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 624 4,7 40 625 5,0 60 The 18 mm thick, layered insulation 62 consists of the five layers 621 to 625, which are spun on from polycarbonate foils. The layer 622 located in the region of the 50 ° equipotential surface consists of polycarbonate foils which are thinner than the polycarbonate foils used for the other layers. The following values apply to the thickness of the individual layers and the thickness of the plastic films: Layer NF. Thickness of the layer Polish thickness 11.71 7 L / u 7 621 2.3 60 622 3.0 40 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 623 3.0 25 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 624 4.7 40 625 5.0 60

Claims

Claims r 1. Layered high voltage insulation of coaxial electrical Conductors, especially of cables, bushings or insulating ter busbars, whose in the range of 50; iic @ uipotential- surface of the electrical Poldeo located layer of a Insulation material, which is of higher quality than the insulation materials of the other layers of insulation, according to patent ... ... (Patent application S 75 399 VIIId / 21c - PLA 61/0055), marked Draws by a maximum extent of the most significant Layer containing insulation from the 755 'equipotential surface up to 25 # 4 equipotential surface. 2. Layered high-voltage insulation according to claim 1, characterized by dc.ß which are the layers of insulation forming insulating materials in the direction of the conductor and in the direction from the outer surface to that in the area of 50; i l'.quiPotential- f 1 surface located layer to from layer: .u 'chicht higher fourth- ger are. 3. Layered high-voltage insulation according to claim 1, characterized in that the in the range of 50; 4 equipotential ' layer of plastic tapes or foils located on the surface, preferably based on polycarbonate, while the remaining layers of insulation are built up from paper tapes.

Layered high voltage insulation according to claim 1, characterized in that all layers of plastic tapes or films, preferably based on polycarbonate; on- are built, and that the Kunotstoffband bzcr. - foils of the im Area of the 50 ö * equipotential surface layer thinner than the plastic straps bzcr. -foils of-the-rest Tapes of insulation are there. 5. Layered high voltage insulation according to an or several of claims 1 to 4, characterized by weak conductive deposits in the area of 50; Equipotential surface.