DE19817072A1 - Steuerteil für eine Durchführung eines metallischen Leiters - Google Patents

Abstract

Zur Bereitstellung eines Steuerteils, insbesondere für Durchführungen von metallischen Leitern, bevorzugt in gasisolierten Mittelspannungs-Schaltanlagen mit einer Netzspannung von 6 bis 36 kV, wird ein zumindest teilweise mit einer leitenden Schicht versehenes Bauteil vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuerteil für Durchführungen metallischer Leiter, vorzugsweise für gasisolierte Mit­ telspannungs-Schaltanlagen mit einer Netzspannung von 6 bis 36 kV.

Derartige Steuerteile werden zur Glättung elektrischer Felder um metallische Leiter im Durchtrittsbereich ein­ gesetzt. Um einen stromdurchflossenen Leiter entsteht in der Regel ein elektrisches Feld, dessen Feldlinien bei freiliegenden Leitern parallel zu diesen verlaufen. In Schaltanlagen müssen metallische Leiter durch Metallge­ häuse geführt werden. Eine isolierend wirkende Durch­ führung wird dazu in einer Öffnung des Gehäuses ange­ bracht; durch diese wird der Leiter geführt.

Durch das den Leiter an der Stelle des Durchtritts umge­ bende Metallgehäuse verlaufen die elektrischen Feldli­ nien dort nun nicht mehr parallel, sondern sie konver­ gieren, so daß es zu einer Feldlinienkonzentration kommt. Dadurch, daß das Metallgehäuse im Vergleich zur Länge des metallischen Leiters dünnwandig ist, führen die auf geringem Raum konzentrierten elektrischen Feld­ linien zu Spannungsspitzen, die zu Glimmentladungen neigen und die Durchschlagfestigkeit der Anlage ernied­ rigen, wodurch die Dauerstandfestigkeit der Schaltanlage erheblich gefährdet wird. Um die Dauerstandfestigkeit der Anlagen zu erhöhen, versucht man, die elektrischen Feldlinien zu glätten, d. h. die Feldlinien so aus­ zurichten, daß sie möglichst parallel und geradlinig verlaufen. Dazu setzt man metallische Bauteile ein, die in Höhe des Metallgehäuses angeordnet werden, beispiels­ weise in der Durchführung. Die Bauteile werden so ausge­ richtet, daß sie parallel zum elektrischen Leiter ver­ laufen, wodurch die in Höhe der Gehäusewand auftretenden Spitzen geglättet werden.

Aus dem deutschen Gebrauchsmuster 80 28 459 und aus der deutschen Offenlegungsschrift 27 40 157 sind in Durch­ führungen von metallischen Leitern angeordnete Elektro­ den zum Spannungsabgriff bekannt.

In dem deutschen Gebrauchsmuster 80 28 459 wird eine in einen Gießharzkörper eingegossene Elektrode offenbart. Die Elektrode und der Gießharzkörper besitzen unter­ schiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten, so daß es bei einer Erwärmung zu mechanischen Spannungen mit der Folge von Rißbildungen im Gießharzkörper kommen kann. Des weiteren entstehen an den spitzen Kanten des metallischen Bauteils Spannungsspitzen aufgrund der Feldlinienkonzentration mit den oben beschriebenen nach­ teiligen Folgen. Auch die Herstellung derartiger, Elek­ troden enthaltender Gießharzkörper führt zu Schwierig­ keiten, da durch die Schrumpfung des Gießharzes mecha­ nische Spannungen auftreten, die zur Spaltbildung zwi­ schen Metall und Gießharz führen können.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 27 40 157 ist eine einstückig mit dem metallischen Leiter verbundene Elek­ trode bekannt, die in eine Durchführung aus Isolierstoff eingegossen wird. Auch hier ergeben sich die aus den un­ terschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Metall und Isolierstoff resultierenden Nachteile sowie die Konzentration von Feldlinien im Bereich der Kanten der Elektrode.

Es ist auch bekannt, flexible metallische Bauteile, bei­ spielsweise Gitter in Isolierkörper einzugießen. Auch hier entstehen durch spitze Kanten im Gitter nachteilige Feldlinienkonzentrationen.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Steuer­ teil, insbesondere für Durchführungen von metallischen Leitern zu schaffen, das die obigen Nachteile nicht be­ sitzt und zudem einfach herzustellen ist.

Zur Lösung dieses Problems schlägt die Erfindung ein Steuerteil mit den im Hauptanspruch enthaltenen Merkma­ len vor. Vorteilhafte Ausführungsformen sind den Un­ teransprüchen zu entnehmen.

Durch die Erfindung wird ein Steuerteil, insbesondere für Durchführungen von metallischen Leitern bereitge­ stellt, welches bevorzugt aus dem gleichen Material und in spezieller Ausführung unterschiedlicher Flexibilität wie die Durchführung selber besteht, beispielsweise aus Gießharz.

Wenn im folgenden von "Steuerteil" gesprochen wird, so ist damit ein zumindest teilweise elektrisch leitendes Bauteil gemeint, welches einen metallischen Leiter um­ gibt und zur Glättung eines den metallischen Leiter um­ gebenden elektrischen Feldes im Bereich von Durchtritten durch Metallgehäusen dient. Ein solches Steuerteil wird bevorzugt in aus Isolierstoff bestehenden Durchführungen eingesetzt. Wenn Steuerteil und Durchführung aus dem gleichen Material bestehen, werden mechanische Spannun­ gen vermieden, die aufgrund von unterschiedlichem Ver­ halten bei Temperatureinwirkungen entstehen.

Zur Feldglättung ist auf dem erfindungsgemäßen Steuer­ teil eine elektrisch leitende Schicht aufgebracht und zwar derart, daß der Abstand zwischen der Schicht und dem elektrischen Leiter möglichst groß ist. Dadurch wird der Raum, durch den die elektrischen Feldlinien treten müssen - nämlich der Raum zwischen dem steuernden Teil des Steuerteils und dem metallischem Leiter - vergrößert und die Konzentration der Feldlinien verringert. Das kann beispielsweise dadurch realisiert werden, daß nur die dem metallischen Leiter abgewandte Seite beschichtet wird.

Die leitende Schicht hat den Vorteil, daß sie, weil sie dünn auf ein Gußteil aufgetragen wird, keine Kanten auf­ weist und somit keine Spannungsspitzen entstehen. Wenn im folgenden von "leitender Schicht" gesprochen wird, ist damit jede Schicht gemeint, die dazu geeignet ist, elektrischen Strom zu leiten. Darunter fallen auch soge­ nannte halbleitende Schichten, die sich dadurch aus­ zeichnen, daß sie aus festen Stoffen bestehen, deren Atome oder Moleküle regelmäßig angeordnet sind. Sie ha­ ben einen kristallinen Aufbau. Bei Raumtemperatur besit­ zen sie eine geringe Leitfähigkeit.

Des weiteren kann das Steuerteil zusätzlich die Träger­ funktion der Durchführung übernehmen, und zwar indem in das Steuerteil Elemente zur Befestigung der Durchführung und des Steuerteils an dem Metallgehäuse eingebracht werden. Als Befestigungsmittel sind Eingußmuttern denk­ bar, die zur Aufnahme von durch das Gehäuse geführten Schrauben dienen.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die elek­ trisch leitende Schicht des Steuerteils mit den Einguß­ muttern verbunden und über diese und das mit den Muttern zumindest über die Schrauben in Verbindung stehende Me­ tallgehäuse geerdet. Selbstverständlich ist jede weitere Art der Erdung des Steuerteils denkbar.

Die elektrisch leitende Schicht kann beispielsweise aus Graphit, Leitpaste oder aus Leitlack bestehen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Durchführung für einen metallischen Leiter mit einem erfindungs­ gemäßen Steuerteil; und

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Durchtritt eines metallischen Leiters 1 durch eine Wand 2 eines metallischen Gehäuses darge­ stellt. Der Leiter 1 ist dabei von einer aus Isolier­ stoff bestehenden Durchführung 3, beispielsweise einer Gießharz-Durchführung umgeben, die eine Berührung des Leiters 1 mit der Gehäusewand 2 verhindert. In die Durchführung 3 ist ein Steuerteil 4 eingebracht. Das Steuerteil 4 ist in seinem dem metallischen Leiter 1 am nächsten kommenden Bereich rotationssymmetrisch, und zwar hat es die Form eines Zylinders (vgl. Fig. 2), der koaxial zum Leiter 1 liegt.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel übernimmt das Steu­ erteil 4 neben der nachfolgend noch näher beschriebenen Funktion des Glättens des elektrischen Feldes eine Trä­ gerfunktion für die Durchführung 3. Damit ist gemeint, daß es eine Verbindung zwischen dem Metallgehäuse und der Durchführung 3 herstellt und zur Befestigung der Durchführung 3 an der Gehäusewand 2 dient. Zu diesem Zweck sind an drei Stellen Eingußmuttern 5 in das Steu­ erteil 4 integriert. Sie dienen zur Aufnahme einer durch die Gehäusewand 2 ragenden, nicht dargestellten Befesti­ gungsschraube.

Auf das Steuerteil ist eine elektrisch leitende Schicht 6 aufgebracht, und zwar ist sie so aufgetragen, daß sie im zylinderförmigen Bereich des Steuerteils 4, also dem Bereich, der dem Leiter 1 am nächsten kommt, auf der Au­ ßenkontur des Steuerteils, also der dem Leiter 1 abge­ wandten Seite liegt. Dadurch wird der Raum zwischen lei­ tender Schicht 6 und metallischem Leiter 1, durch den die Feldlinien geführt werden, vergrößert. Des weiteren wird die Schicht 6 vorzugsweise so aufgetragen, daß sie die Eingußmuttern 5 elektrisch kontaktiert.

Die elektrischen Feldlinien, die jeden stromdurchflos­ senen Leiter umgeben, werden im Bereich der Gehäusewand 2 umgelenkt, und zwar derart, daß sich ihre Durchmesser dort erheblich verringern. Es kommt also - ohne Steuer­ teil 3 - im Bereich der Gehäusewand 2 zu einer Konzen­ tration der Feldlinien, die, da die Gehäusewand 2 sehr schmal ist, mit erheblichen Spannungsspitzen verbunden ist. Zur Glättung dieser Spitzen dient das erfindungsge­ mäße Steuerteil 4, welches dazu führt, daß die Feldlinien ohne Spitzen parallel verlaufen. Das Steuer­ teil 4 bzw. die elektrisch leitende Schicht 6 des Steu­ erteils 4 sind geerdet, und zwar über die Eingußmuttern 5 und das Gehäuse 2, mit dem die Muttern 5 in Verbindung stehen.

Da die leitende Schicht 6 auf der Außenseite des dem Leiter 1 am nächsten kommenden, zylinderförmigen Teils des Steuerteils 4 angebracht ist, wird der Abstand zwi­ schen Leiter 1 und leitender Schicht 6 vergrößert, mit der Folge einer Erniedrigung der Konzentration der Feld­ linien, was zu erheblich reduzierter Wahrscheinlichkeit von Glimmentladungen und somit zu einer Erhöhung der Dauerstandfestigkeit führt. Im vorliegenden Ausfüh­ rungsbeispiel wird durch das Anbringen der leitenden Schicht 6 auf der Außenseite des Steuerteils 4 eine Ver­ größerung des Durchmessers der für die elektrischen Feldlinien zur Verfügung stehenden Kreisfläche um 8 mm, d. h. um mehr als 30% erzielt.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die leitende Schicht 6 über den Zylinder hinaus bis zu dem die Ein­ gußmuttern 5 umschließenden Bereich des Steuerteils wei­ tergeführt. Notwendig ist lediglich, daß die Schicht 6 in Kontakt mit den Muttern 5 steht, da sie darüber geer­ det ist. Sofern eine andere Art der Erdung vorgesehen ist, reicht es aus, wenn sich die leitende Schicht 6 nur auf der Außenfläche des zylinderförmigen Bereichs des Steuerteils 3 befindet.

Das erfindungsgemäße Steuerteil wird folgendermaßen ge­ fertigt: Zunächst wird das Steuerteil 4 im Spritzguß­ verfahren hergestellt. Für das in der Zeichnung darge­ stellte Ausführungsbeispiel werden während dieses Her­ stellungsschritts gleichzeitig die Eingußmuttern 5 ein­ gegossen. Nachdem das Steuerteil 4 ausgehärtet ist, wird es zumindest auf der Außenkontur des dem metallischen Leiter 1 am nächsten kommenden Teils beschichtet. Die Beschichtung kann auch die Bereiche umfassen, die zur Erdung erforderlich sind. Im dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel sind das die Eingußmuttern 5.

In einem zweiten Schritt, dem Herstellen der Durchfüh­ rung, wird das Steuerteil 4 umspritzt, so daß es an­ schließend allseitig in Gießharz eingebettet und voll­ kommen in die Durchführung 3 integriert ist. Der metal­ lische Leiter 1 wird in demselben Arbeitsschritt um­ spritzt. Werden Steuerteil 4 und Durchführung 3 beide aus Gießharz hergestellt, so besteht die Möglichkeit, über die Zusammensetzung des Gießharzes, insbesondere über den Anteil des Flexibilisators, die Elastizität des umspritzten Steuerteils 4 so zu gestalten, daß während des Aushärtens der Durchführung als dem ein fertiges Spritzgußteil enthaltenden Bauteil, keine mechanische Spannungen auslösenden Verformungen stattfinden. Dadurch werden die Dauerstandfestigkeit erniedrigende Rißbildungen unterbunden.

Claims (15)

1. Steuerteil, insbesondere für Durchführungen von me­ tallischen Leitern, bevorzugt in gasisolierten Mit­ telspannungs-Schaltanlagen mit einer Netzspannung von 6 bis 36 kV, mit

• - einer leitenden Schicht (6)
• - zumindest auf der dem Leiter (1) abgewandten Seite des Steuerteils (4) im Bereich des Durch­ tritts.

2. Steuerteil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine leitende Schicht (6) aus Graphit.

3. Steuerteil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine leitende Schicht (6) aus Leitlack oder Leitpa­ ste.

4. Steuerteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerteil (4) aus dem glei­ chen Material wie die Durchführung (3) besteht.

5. Steuerteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es aus Gießharz besteht.

6. Steuerteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sein Material eine andere Flexi­ bilität als das der Durchführung besitzt.

7. Steuerteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es zumindest teilweise rotati­ onssymmetrisch den Leiter (1) umgebend ausgebildet ist.

8. Steuerteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Schicht (6) zumin­ dest im Bereich des Durchtritts des Leiters (1) durch die Gehäusewand (2) parallel zum Leiter ver­ läuft.

9. Steuerteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Schicht (6) geerdet ist.

10. Steuerteil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekenn­ zeichnet durch Eingußmuttern (5) zur Befestigung der Durchführung (3) am Gehäuse (2).

11. Steuerteil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die leitende Schicht (6) über Eingußmuttern (5) geerdet ist.

12. Verfahren zum Herstellen eines Steuerteils gemäß ei­ nem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerteil im Spritzgußverfahren hergestellt und gleichzeitig oder anschließend beschichtet wird.

13. Verfahren zum Herstellen eines Steuerteils nach An­ spruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß Eingußmuttern (5) während des Herstellungsschritts umspritzt wer­ den.

14. Verfahren zum Herstellen einer Durchführung mit ei­ nem Steuerteil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein nach den Ansprüchen 12 oder 13 hergestelltes Steuerteil mittels des Spritzgußverfahrens in eine Durchführung eingebettet wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig der Leiter (1) umspritzt wird.