DE202009007819U1

DE202009007819U1 - Hochspannungsbuchse und Hochspannungsgerät, das eine solche Buchse umfasst

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Publication number: DE202009007819U1
Application number: DE200920007819
Authority: DE
Original assignee: ABB Technology AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2008-06-03
Filing date: 2009-06-03
Publication date: 2009-09-17
Anticipated expiration: 2019-06-04
Also published as: CN201514824U; CN101599326A; EP2131371A1

Abstract

Eine Hochspannungsbuchse, umfassend:
ein hohles Isolatorgehäuse (12);
ein Hochspannungsleiter (10), der in dem Gehäuse bereit gestellt wird;
eine erste Verbindungsanordnung (30), wo der Leiter mit einem ersten elektrischen Gerät verbunden werden kann und eine zweite Verbindungsanordnung (32), wo der Leiter mit einem zweiten elektrischen Gerät verbunden werden kann;
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der ersten Verbindungsanordnung und der zweiten Verbindungsanordnung als eine externe Verbindungsanordnung ausgebildet ist, in der
der Leiter (10) einen erweiterten Endteil (38) aufweist,
die Buchse eine Ausgangsöffnung (34) umfasst, durch die der erweiterte Endteil (38) des Leiters die Buchse verlässt, damit der erweiterte Endteil des Leiters mit einem elektrischen Gerät verbunden werden kann, und
die Buchse außerdem eine Kühlanordnung (40; 50; 60) zum Kühlen der Buchse umfasst.

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet von Hochspannungsleistungssystemen, und insbesondere auf Hochspannungsbuchsen, die in Hochspannungsgeräten verwendet werden, die Teile eines solchen Systems bilden.
Hintergrund der Erfindung
Es ist bekannt, dass Hochspannungsanlagen und Hochspannungsgeräte, zum Beispiel Hochspannungstransformatoren, Reaktoren, Schaltvorrichtungen etc. normalerweise mit Buchsen ausgerüstet sind, die angepasst sind, Strom unter hoher Spannung durch ein geerdetes Hindernis zu übertragen, zum Beispiel eine Wand oder eine Einfassung des elektrischen Gerätes, wie zum Beispiel der Behälter eines Transformators.
Konventionelle Hochspannungsbuchsen umfassen einen Isolator, der aus Keramik oder einem Verbundwerkstoffmaterial hergestellt ist, das normalerweise mit Fächern ausgestattet ist und das im Allgemeinen hohl ist. Auf der Innenseite der Buchse wird eine Spannungsabstufung durch einen Kondensatorkern oder irgendeinen anderen Typ eines Spannungsabstufungsgerätes durchgeführt, durch das ein elektrischer Leiter führt. Der elektrische Leiter verbindet eine Seite der Buchse, wo ein elektrisches Hochspannungsgerät verbunden ist, mit der anderen Seite der Buchse, wo ein anderes elektrisches Gerät verbunden ist. Wenn zum Beispiel das erste elektrische Gerät ein Transformator ist, wird die Buchse auf der Transformatoreinfassung festgesteckt und der Leiter der Buchse verbindet das Innere des Transformators mit dem Äußeren, wo ein anderes elektrisches Gerät verbunden werden kann, zum Beispiel eine Datenleitung, ein Überspannungsschutz, oder eine Gleichstromelektronenröhre.
Ein Beispiel einer Buchse des Stands der Technik, die zur Verwendung mit einem Hochspannungstransformator angepasst ist, wird nun mit Bezug auf 1 beschrieben werden, die eine schematische Schnittansicht einer Buchse 1 zeigt, die in einer Wand 18, wie zum Beispiel der Behälterwand im Falle eines Transformators montiert ist. Ein Hochspannungsleiter 10 läuft durch die Mitte eines hohlen Buchsenisolators 12, der ein Gehäuse um den Hochspannungsleiter bildet. Ein Kondensatorkern 14 wird im Inneren des Isolatorgehäuses zur Spannungsabstufung der Spannungsbelastung, die um den Hochspannungsleiter 10 aufgebaut wird, bereitgestellt. Ein Flansch 16, durch den das Gehäuse der Buchse geerdet ist, wird durch die Transformatorbehälterwand 18 an der Außenseite des Gehäuses 12 zur Verfügung gestellt.
In 1 wird auch gezeigt, wie der Endteil des Bodens des Hochspannungsleiters 10 einen Bodenkontakt 20 bildet, der eingerichtet ist, mit den internen Komponenten des Transformators verbunden zu werden. Zu diesem Zweck wird ein entsprechender interner Kontakt 22 innerhalb des Transformators zur Verfügung gestellt. Ein oberes, äußeres Terminal 24 des Leiters 10 wird an dem oberen Ende der Buchse zur Verfügung gestellt, entgegengesetzt zu dem Ende des Bodenkontaktes 20. Das äußere Terminal 24 wird mit dem Leiter 10 elektrisch durch eine Schnittstelle verbunden, um den Leiter elektrisch anzuschließen und dadurch den Transformator an eine externe Quelle oder ein externes Gerät anzuschließen.
Der Ausdruck Hochspannung wird normalerweise für Spannungen über 50 kV verwendet. Heute ist die obere Grenze in kommerziellen Hochspannungsgeräten im Allgemeinen 1100 kV, aber es wird mit höheren Spannungen, wie zum Beispiel 1200 kV oder sogar mehr in der nahen Zukunft gerechnet. Auch die Stromlevel steigen und können bis zu 4000 bis 5000 A oder sogar höher reichen.
Für Hochspannungen in dem Bereich von 800 kV und mehr und Nennströme von 2000 A und darüber steigen die Anforderungen an die Buchsen natürlich an, zum Beispiel was Hitzedissipation und Kühlen, elektrische Felder, elektrische Isolation der Buchse etc. betrifft. In diesem Zusammenhang wird es erforderlich, ein verlustarmes und effizientes Kühlen aufzuweisen, insbesondere um fähig zu sein, den Zielstrom zu erreichen. Die Verluste in den heutigen Buchsen tauchen hauptsächlich aufgrund von Verlusten in dem Leiter und in jedem Kontakt oder in jeder Verbindung in der Strombahn zwischen verschiedenen Teilen der Buchse auf. Die Verluste in dem Leiter selbst können durch die Auswahl des Materials der Form und der Größe des Leiters optimiert werden. Wenn Verluste in dem äußeren Terminal 24 der Buchse des Stands der Technik, wie sie in 1 gezeigt ist, auftauchen, wird der Strom dazu gezwungen, von dem Leiter 10 zu der oberen Abdeckung der Buchse durch eine Kontaktfläche durch die obere Abdeckung selbst, und dann durch einen anderen Kontakt an der Außenseite der oberen Abdeckung zu dem äußeren Terminal 24 und zu der externen Verbindung zu fließen. Es wurde erkannt, dass wenige Verbindungen die Verluste reduzieren würden, was in Hochspannungsanwendungen und Hochstromanwendungen vorteilhaft ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Hochspannungsbuchse zur Verfügung zu stellen, die Buchsen des Stands der Technik verbessert, und die es möglich macht, die Hochspannungslevel und Hochnennströme, wie sie oben beschrieben wurden, zu erreichen.
Es ist auch ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Hochspannungsgerät zur Verfügung zu stellen, das eine solche Hochspannungsbuchse umfasst, und zusätzlich ein Verfahren zur Verfügung zu stellen zum Kühlen einer Hochspannungsbuchse.
Diese Ziele, unter anderen, werden von einer Hochspannungsbuchse und einem Hochspannungsgerät erzielt, wie sie in den unabhängigen Ansprüchen definiert sind.
Nach der vorliegenden Erfindung wird eine Hochspannungsbuchse definiert, umfassend ein hohles Isolatorgehäuse, einen Hochspannungsleiter, der in dem Gehäuse bereitgestellt wird, eine erste Verbindungsanordnung, wo der Leiter an ein erstes elektrisches Gerät angeschlossen werden kann, und eine zweite Verbindungsanordnung, wo der Leiter an ein zweites elektrisches Gerät angeschlossen werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der ersten Verbindungsanordnung und der zweiten Verbindungsanordnung als eine externe Verbindungsanordnung ausgebildet ist, in der der Leiter einen erweiterten Endteil aufweist, die Buchse eine Ausgangsöffnung umfasst, durch die der erweiterte Endteil des Leiters die Buchse verlässt, damit der erweiterte Endteil des Leiter mit einem elektrischen Gerät verbunden werden kann, und die Buchse außerdem eine Kühlanordnung zum Kühlen der Buchse umfasst.
Ein Vorteil dieser Erfindung ist es, dass Verluste reduziert werden, da die Kontaktoberflächen und Verbindungen reduziert werden. Mit der vorliegenden Erfindung wird zumindest eine der Kontaktflächen des externen Terminals des Stands der Technik überflüssig, da der Strom nicht durch die obere Abdeckung fließen muss, sondern direkt von dem Leiter zu einem Kontakt fließen kann, der auf dem Leiter montiert ist, auf der Außenseite des Gehäuses. Reduzierte Verluste werden den Bedarf des Kühlens der Buchse reduzieren.
Ein anderer Vorteil ist, dass das Kühlen des Leiters durch direkten Wärmeübergang an die umgebende Luft verbessert wird, was dadurch ermöglicht wird, dass sich der Leiter außerhalb der Buchse erstreckt. Verbessertes Kühlen wird es ermöglichen, höhere Leistung durch die Buchse zu übertragen, zum Beispiel durch Steigern der Spannung und/oder des Stromes.
Ein weiterer Vorteil ist die vergrößerte Robustheit für hohe Ströme, da weniger Teile eine Stromkontaktfunktion aufweisen müssen.
Zusätzlich wird das Merkmal einer speziellen Kühlanordnung zum Kühlen der Buchse weiterhin das Kühlen verbessern und bei der Möglichkeit des Erhöhens der Spannungen mitwirken.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Kühlanordnung einen Kühlkörper umfassen, der thermisch mit dem erweiterten Endteil des Leiters verbunden ist, wodurch mittels des Kühlkörpers Wärme von der Buchse weggeführt wird und wodurch Kühlen erreicht wird. Die Hitze von den Verlusten innerhalb der Buchse wird zudem an den Leiter und dann an den Kühlkörper übertragen und kann daher weggeführt werden.
Nach einer Alternative kann der Kühlkörper in direktem thermischen Kontakt mit dem erweiterten Endteil stehen.
Nach einer anderen Alternative kann der Kühlkörper thermisch mit einem Gerät verbunden sein, das den Leiter an der Ausgangsöffnung hält.
Nach einer weiteren Alternative kann der Kühlkörper thermisch mit dem Gehäuse der Buchse verbunden sein.
Nach einem Aspekt der Erfindung umfasst der Kühlkörper einen Körper, der aus einem Material mit hoher thermischer Konduktivität hergestellt ist.
Der Kühlkörper kann mit Kühlrippen ausgestattet sein.
Nach einer anderen Ausführungsform ist der Kühlkörper thermisch mit einem kranzförmigen Schutzschildkörper verbunden, der auf der Buchse angeordnet ist. Um das Kühlen zusätzlich zu verbessern, kann die Kühleranordnung ein Kühlrohr umfassen, das den Kühlkörper mit dem kranzförmigen Schutzschildkörper verbindet.
Nach noch einer weiteren Ausführungsform kann der Kühlkörper einen kranzförmigen Schutzschildkörper umfassen, der radial außen an dem erweiterten Endteil des Leiters angebracht ist. Wenn es schon einen kranzförmigen Schutzschildkörper auf der Buchse gibt, ist es sehr praktisch, diesen als einen Kühlkörper zu verwenden.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst der Kühlkörper einen hohlen Körper, der aus einem Leichtbaumaterial hergestellt ist. Die Form und die Größe eines solchen Körpers werden an die Konditionen in jedem speziellen Fall angepasst.
Die Wärme in dem Kühlkörper kann an die umgebende Luft durch natürliche Konvektion übertragen werden.
Alternativ wird die Wärme in dem Kühlkörper an die umgebende Luft durch Zwangskonvektion übertragen. Zu diesem Zweck kann die Kühlanordnung einen Ventilator umfassen, der eingerichtet ist, Zwangskonvektion bereitzustellen.
Nach einer anderen Alternative wird die Wärme in dem Kühlkörper von einem Kühlfluid weggeführt.
Der Kühlkörper kann zumindest einen Kanal umfassen, in dem ein Kühlfluid zirkuliert wird und der Kanal kann mit einem Verbindungsgerät zum Verbinden des Kanals mit einem externen Kühlsystem ausgestattet sein.
Wenn der Kühlkörper ein kranzförmiger Schutzschildkörper ist, kann der kranzförmige Schutzschildkörper ein ringförmiges Rohr sein, in dem ein Kühlfluid zirkuliert wird.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung beinhaltet die Buchse eine Abdeckung, die einen Teil des Gehäuses bildet, so dass die Ausgangsöffnung für den Leiter als ein Loch in der Abdeckung gebildet ist, durch welches das erweiterte Endteil des Leiters von der Buchse austritt. Dadurch, dass der Leiter durch die Abdeckung durchgelassen wird, wird die Anzahl der Verbindungen reduziert im Vergleich zum Stand der Technik und die thermischen Verluste werden reduziert. Die Abdeckung kann als ein separater Teil gebildet sein, oder als ein integrierter Teil des Gehäuses.
Die erfindungsgemäße Hochspannungsbuchse findet ihre Anwendbarkeit vor allem als eine Gleichstrombuchse. Dennoch kann es auch eine Wechselstrombuchse sein.
Die erfindungsgemäße Hochspannungsbuchse kann eine gasisolierte Buchse sein.
Die externe Verbindungsanordnung der erfindungsgemäßen Buchse kann ein externer Luftkontakt sein, das heißt, die erfindungsgemäßen Details der Buchse werden auf einen Kontakt der Buchse angewendet, welcher sich an einem Ende der Buchse befindet, das in Kontakt mit der umgebenden Luft ist, was zum Beispiel dem äußeren Terminal des Stands der Technik in 1 entspricht.
Die Buchse kann auch eine Buchse sein, in der das Gehäuse ein abgedichtetes Gehäuse ist, wobei das Innere der Buchse von der Umgebung der Buchse abgedichtet ist. Dies ist erforderlich, wenn es ein isolierendes Medium innerhalb der Buchse gibt, das nicht in die Umgebung sickern darf.
Nach der vorliegenden Erfindung wird weiterhin ein Hochspannungsgerät definiert, das eine Buchse nach irgendeinem der Ansprüche umfasst, die eine Buchse definieren, und das Hochspannungsgerät ist entweder das erste elektrische Gerät oder das zweite elektrische Gerät, mit dem der Leiter verbunden werden kann.
Weitere Merkmale, Vorteile und Ziele werden von der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung offensichtlich werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Beschreibung wird nun nur beispielhaft mit Bezug auf die angefügten Zeichnungen beschrieben werden, die Ausführungsformen der Erfindung zeigen, und in denen:
1 in einer Schnittansicht schematisch eine Hochspannungsbuchse nach dem Stand der Technik zeigt,
2a schematisch in Schnittansicht eine Ausführungsform einer Hochspannungsbuchse nach der vorliegenden Erfindung zeigt,
2b schematisch in einer Schnittansicht eine Variante der Ausführungsform zeigt, die in 2a gezeigt ist,
3 eine schematische, vergrößerte Ansicht in Schnittansicht des oberen Teils einer Buchse nach der vorliegenden Erfindung ist, die mit einer ersten Ausführungsform einer Kühlanordnung ausgestattet ist,
4 eine schematische, vergrößerte Ansicht in Schnittansicht des oberen Teils einer Buchse nach der vorliegenden Erfindung ist, die mit einer zweiten Ausführungsform einer Kühlanordnung ausgestattet ist,
5 eine schematische, vergrößerte Ansicht in Schnittansicht des oberen Teils einer Buchse nach der vorliegenden Erfindung ist, die mit einer dritten Ausführungsform einer Kühlanordnung ausgestattet ist, und
6 eine schematische, vergrößerte Ansicht in Schnittansicht des oberen Teils einer Buchse nach der vorliegenden Erfindung ist, die mit einer vierten Ausführungsform einer Kühlanordnung ausgestattet ist.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
In dieser Beschreibung wird der Ausdruck „Hochspannung” (HV) für Spannungen von 50 kV oder höher verwendet werden. Das derzeitige obere Limit für kommerzielle Hochspannungen ist 1100 kV, aber es ist absehbar, dass die Erfindung auch für höhere Spannungen verwendet werden kann, bis zu 1200 kV oder sogar mehr. Im Allgemeinen wird die vorliegende Erfindung ihren Anwendungsbereich bei ungefähr 200 kV und aufwärts finden.
Eine Ausführungsform einer Buchse nach der vorliegenden Erfindung ist schematisch in 2a gezeigt. Im Prinzip weist die Buchse dieser Ausführungsform dieselben Hauptteile auf, wie die Buchse des Stands der Technik in 1, mit der Ausnahme des oberen Teils mit dem äußeren Terminal 24 und der Tatsache, dass die vorliegende Erfindung nicht auf eine Buchse mit einem Kondensator 14 beschränkt ist. In der folgenden Beschreibung werden dieselben Bezugszeichen für dieselben oder entsprechenden Teile in den verschiedenen Figuren verwendet werden, wann immer es anwendbar ist.
Die erfindungsgemäße Buchse in 2a umfasst einen hohlen Buchsenisolator, der ein Gehäuse 12 bildet. Ein Hochspannungsleiter 10 läuft durch die Mitte des Gehäuses. Ein Flansch 16 ist um das Gehäuse bereitgestellt, um das Gehäuse der Buchse durch den Kontakt mit der Wand 18 mit dem Erdpotential zu verbinden. Die Wand 18 kann eine Wand eines elektrischen Hochspannungsgerätes irgendeines Typs sein, in dem Hochspannungsbuchsen verwendet werden. Wenn zum Beispiel das elektrische Gerät ein Transformator ist, würde die Wand 18 eine Transformatorbehälterwand sein. Innerhalb der Buchse, den Leiter 10 umgebend, ist auch irgendeine Art eines Spannungsabstufungsgerätes 14 angeordnet.
An dem Bodenende der Buchse gibt es eine erste Verbindungsanordnung 30 in Form eines Kontaktes zum Verbinden des Leiters mit einem entsprechenden Kontakt 22 eines elektrischen Gerätes, das auf dieser Seite der Buchse angeordnet ist. Das elektrische Gerät auf dieser ersten Seite der Buchse wird als erstes elektrisches Gerät bezeichnet werden. Im Fall, dass das erste elektrische Gerät ein Transformator ist, würde die erste Verbindungsanordnung 30 in Form des Kontaktes in dem Transformator sein und der Transformator würde einen entsprechenden, internen Kontakt 22 aufweisen. An dem oberen Ende der Buchse auf der anderen Seite der Wand 18 wird eine zweite Verbindungsanordnung 32 zur Verfügung gestellt, in Form einer externen Verbindungsanordnung, die eine Ausgangsöffnung 34 in dem Gehäuse 12 umfasst, durch die der Leiter 10 die Buchse verlässt. Die Ausgangsöffnung wird mit einer oberen Abdeckung 35 zur Verfügung gestellt, die ein Loch 36 aufweist, durch die der Leiter 10 auf die Außenseite der Buchse läuft. Im Folgenden wird dies als die zweite Seite der Buchse bezeichnet werden. Der Leiter 10 kann als erweitert zu der Außenseite des Gehäuses der Buchse beschrieben werden, dadurch dass der Leiter einen erweiterten Endteil 38 aufweist, der ein erweitertes, freies Ende des Leiters bildet. Das Leiterendteil 38, das sich außerhalb der Buchse erstreckt, ist für einen Kontakt mit einem zweiten elektrischen Gerät angepasst. Im Fall dass die Buchse an einen Transformator angeschlossen wird, könnte die zweite Seite der Buchse zum Beispiel an ein externes Gerät, eine Datenleitung oder ein Kabel angeschlossen werden.
In 2b wird eine Variante der Ausführungsform in 2a gezeigt und die gleichen Bezugszeichen werden verwendet. Die Variante in 2b unterscheidet sich von der Ausführungsform in 2a darin, dass sich die Wand des Gehäuses 12 über das erweiterte, freie Endteil 38 des Leiters 10 erstreckt. Eine andere Art, die Variante in 2b zu beschreiben ist, dass die Abdeckung 35 mit dem vorstehenden erweiterten Endteil 38 des Leiters angeordnet ist, vertieft in dem oberen Ende des Gehäuses 12 der Buchse zu sein.
In 3 wird der obere Teil einer Buchse nach der vorliegenden Erfindung gezeigt, wobei die Buchse eine erste Ausführungsform einer Kühlanordnung umfasst. Im Prinzip basiert die Buchse selbst auf der Buchse, die in 2a gezeigt wird. Die gleichen Referenzzahlen wurden für Merkmale verwendet, die eine Entsprechung in den Ausführungsformen der 2a und 2b aufweisen, und diese Merkmale werden hier nicht wiederholt werden. Das Gleiche gilt für Figuren, die andere Ausführungsformen zeigen. Der Leiter 10 der Buchse weist einen erweiterten Endteil 38 auf, der sich außerhalb der Buchse erstreckt. Um den erweiterten Endteil herum ist ein Kühlkörper 40 arrangiert. Der Kühlkörper ist thermisch mit dem Endteil 38 des Leiters verbunden, zum Beispiel dadurch, dass er direkt mit dem Endteil verbunden ist, oder dadurch, dass er mit einer Art von Halte- oder Klemmgerät verbunden ist, das den Leiter in der korrekten Position bei der Ausgangsöffnung 34 hält. Alternativ kann der Kühlkörper in thermischem Kontakt mit dem Gehäuse 12 sein, in den meisten Fällen über die Abdeckung 35, wenn es eine separate Abdeckung gibt. Kombinationen der beschriebenen Alternativen zum Erreichen von thermischem Kontakt zwischen dem Leiter und dem Kühlkörper sind natürlich auch möglich.
Der Kühlkörper 40 ist aus einem Material hergestellt, dass eine hohe thermische Konduktivität aufweist, wie zum Beispiel ein geeignetes Metall, zum Beispiel Kupfer, Aluminium. Der Kühlkörper kann massiv sein, oder mit Kühlkanälen ausgestattet sein, wie weiter unten beschrieben werden wird. Der Kühlkörper kann irgendeine Form haben, die unter praktischen Umständen als geeignet befunden wurde, und seine Größe/Masse kann an die spezifischen Anforderungen von Fall zu Fall angepasst werden. Um den Kühleffekt weiter zu erhöhen, kann die Oberfläche des Kühlkörpers mit Kühlkanälen (nicht gezeigt) ausgestattet sein. Die Wärme von den Verlusten innerhalb der Buchse wird über den Leiter 10 zu dem Kühlkörper 40 übertragen und kann von dem Kühlkörper entweder durch natürliche Konvektion an die umgebende Luft oder das umgebende Gas abgeführt werden, oder mittels Zwangskühlung durch Konvektion, was durch eine Kühlanordnung erreicht werden kann, die einen Ventilator umfasst, der angepasst ist, Luft oder Gas auf den Kühlkörper zu blasen. Andere Alternativen können das Umgeben des Kühlkörpers mit irgendeiner anderen Art von Kühlmedium umfassen.
In der Ausführungsform, die in 4 gezeigt ist, umfasst die Buchse eine zweite Ausführungsform einer Anordnung zum Kühlen. In dieser Ausführungsform ist der Kühlkörper von 3 mit einem kranzförmigen Schutzschildkörper 42 kombiniert, der radial außen an dem erweiterten Endteil 38 des Leiters 10 angebracht ist. Der kranzförmige Schutz kann ein hohler oder massiver Körper sein, zum Beispiel ringförmig, aus Metall oder aus einem anderen, elektrisch leitenden Material. Der kranzförmige Schutz ist thermisch mit dem Gehäuse 12 der Buchse 1 verbunden und dadurch mit dem Leiter 10. In den meisten Fällen würde der kranzförmige Schutzschildkörper mit der Abdeckung 35 des Gehäuses durch ein Haltegerät 52 verbunden sein, das Platten, Stangen oder ähnliches umfasst. Ein kranzförmiger Schutzschildkörper ist oft ziemlich voluminös und bietet deshalb eine beträchtliche Oberfläche zum Wärmeübertrag an die Umgebung. Auch für diese Ausführungsform kann natürliche Konvektion, Zwangskonvektion etc. verwendet werden.
Als Option kann zusätzliche Ausrüstung zum Begünstigen des Wärmeübertrags zwischen dem Kühlkörper und dem kranzförmigen Schutzschildkörper bereitgestellt werden, wie zum Beispiel Kühlrohre 44, die zwischen dem Kühlkörper 40 und dem kranzförmigen Schutzschildkörper 42 angeordnet sind.
In der schematischen Illustration in 5 umfasst die Buchse eine dritte Ausführungsform einer Anordnung zum Kühlen. Diese Anordnung zum Kühlen umfasst an sich einen kranzförmigen Schutzschildkörper 50 und ist radial außen an dem erweiterten Endteil 38 des Leiters 10 angebracht. Wie oben erwähnt, kann der kranzförmige Schutzschild ein hohler oder massiver Ring aus Metall oder aus einem anderen, elektrisch leitenden Material sein. Hier ist er als ein hohles Rohr gezeigt, zum Beispiel aus einem leichten Material, wie zum Beispiel Aluminium. Der kranzförmige Schutz ist thermisch mit dem Gehäuse 12 der Buchse 1 über ein Haltegerät 52 verbunden, das mit der Abdeckung 35 verbunden ist und dadurch mit dem Leiter 10. Wenn der kranzförmige Schutzschild ein Rohr ist, kann das Innere des Rohres verwendet werden, ein Kühlmedium, wie zum Beispiel ein Gas, Luft, oder eine Flüssigkeit, wie zum Beispiel Wasser oder Öl zu zirkulieren. Zu diesem Zweck kann er mit einem externen Kühlsystem verbunden sein. Eine ähnliche Lösung ist natürlich auch für die Ausführungsform in 4 denkbar. Als Alternative kann ein Körper aus einem Leichtbaumaterial verwendet werden, das thermisch leitend ist, und das nicht die Funktion eines kranzförmigen Schutzeschildes aufweist, sondern nur die Funktion hat, das Kühlen zu fördern. Ein solcher Körper kann jede denkbare Form aufweisen, die unter den Bedingungen geeignet ist, und er kann auch gut hohl sein, um die Möglichkeit zu bieten, ein Kühlfluid, zum Beispiel Luft zu zirkulieren.
In 6 wird eine vierte Ausführungsform einer Kühlanordnung gezeigt, in der ein Kühlkörper 60, ähnlich zu dem aus 3 gezeigt ist. In diesem Kühlkörper 60 wird ein Kanal 62 zur Verfügung gestellt, in dem ein Kühlfluid zirkuliert werden kann. Zu diesem Zweck ist der Kanal mit einem externen Kühlsystem (nicht gezeigt) durch Verbindungsmittel verbunden. Dieser Kanal kann auch in einige Kanäle geteilt werden, um eine gute Zirkulation des Kühlfluids von dem Kühlsystem zu erhalten. Das Kühlfluid kann flüssig oder gasförmig sein, zum Beispiel Luft, Wasser oder Öl.
Es sollte verstanden werden, dass Kombinationen der beschriebenen Ausführungsform natürlich möglich sind. Es sollte auch angemerkt werden, dass, auch wenn die gegebenen Beispiele vor allem auf dem Buchsentyp, der in 2a gezeigt ist, basieren, auch die Variante, die in 2b gezeigt ist, modifiziert werden könnte, um eine Kühlanordnung zu beinhalten, zum Beispiel die Anordnung nach der Ausfürungsform in 5, und umgekehrt.
In den Ausführungsformen der 2a, 2b, 3, 4, 5 und 6, wird das Gehäuse 12 eine separate Abdeckung 35 an seinem oberen Ende umfassend gezeigt. Diese Abdeckung ist mit einer Ausgangsöffnung 34 ausgestattet, durch die der Endteil 38 des Leiters 10 aus der Buchse tritt. Alternativ kann die Abdeckung in dem Gehäuse integriert sein und kann mit dem Gehäuse in einem Stück hergestellt werden.
Da sich der Leiter durch die Abdeckung erstreckt oder durch einen entsprechenden, integrierten Teil des Gehäuses, kann Wärme von dem Leiter zu der Abdeckung, zu dem Gehäuse, zu dem kranzförmigen Schutzschild und zu der umgebenden Luft übertragen werden. Ebenfalls ist der elektrische Kontakt zwischen dem Leiter, der Abdeckung, dem Gehäuse und dem kranzförmigen Schutzschild sichergestellt.
In den gezeigten Ausführungsformen ist die Buchse nur mit einer externen Verbindungsanordnung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ausgestattet, nämlich der zweiten Verbindungsanordnung 32 an dem oberen Ende. Die erste Verbindungsanordnung 30 ist als ein regulärer Kontakt gezeigt, der im Stand der Technik verwendet wird. Dennoch sollte es vollkommen klar sein, dass auch die erste Verbindungsanordnung 30 auf dieselbe Weise, wie die gezeigte zweite Verbindungsanordnung 32 gebaut werden kann, wann immer dies geeignet ist. Dies kann zum Beispiel der Fall sein, wenn die Buchse eine Wandbuchse zwischen Stromrichterstationen ist.
Die beschriebene Buchse kann sowohl für Gleichstrom- als auch Wechselstromanwendungen verwendet werden.
In der Beschreibung wurde aufgezeigt, dass ein Transformator ein Hochspannungsgerät sein kann, in dem die erfindungsgemäße Hochspannungsbuchse verwendet wird. Dennoch wird betont, dass die erfindungsgemäße Hochspannungsbuchs auch mit anderen Typen von Hochspannungsgeräten verwendet werden kann, wie zum Beispiel Reaktoren, Schalter, Generatoren, Schaltvorrichtungen, oder andere geeignete Geräte, die Anwendung in Hochspannungssystemen finden. Außerdem sollten die Ausdrücke elektrisches Gerät und Hochspannungsgerät auch dahingehend interpretiert werden, dass sie Kabel, Datenleitungen, Überspannungsableiter, Gleichstromelektronenröhren und ähnliches umfassen, innerhalb des Kontextes der vorliegenden Erfindung.
Wenn die erfindungsgemäße Buchse in einem Transformator verwendet wird, wird Öl als isolierendes Medium innerhalb des Transformators verwendet und auf der anderen Seite der Buchse ist das Medium Luft, zum Beispiel in einer Hochspannungsgleichstromstromrichterstation. Dieser Buchsentyp wird im Allgemeinen als eine Luft-Ölbuchse bezeichnet. Dennoch, wie oben angezeigt, ist die Buchse nach der Erfindung zur Verwendung in vielen elektrischen Geräten geeignet, ungeachtet der Media auf den entsprechenden Seiten der Buchse, wie zum Beispiel Luft-Luft (Wandbuchse), Luft-Gas (Gasschaltvorrichtung), etc. Es sollte auch erwähnt werden, dass die vorliegende Erfindung keine Einschränkung in Bezug auf die Auswahl des isolierenden Mediums in der Buchse hervorbringt. Dies kann zum Beispiel Gas, Öl, Gel oder Kombinationen davon sein.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt, die nur als Beispiel angegeben wurde, sondern kann auch viele Arten innerhalb des Schutzbereiches der beigefügten Ansprüche variiert und modifiziert werden, wie von einem Fachmann realisiert werden wird.

Claims

Eine Hochspannungsbuchse, umfassend: ein hohles Isolatorgehäuse (12); ein Hochspannungsleiter (10), der in dem Gehäuse bereit gestellt wird; eine erste Verbindungsanordnung (30), wo der Leiter mit einem ersten elektrischen Gerät verbunden werden kann und eine zweite Verbindungsanordnung (32), wo der Leiter mit einem zweiten elektrischen Gerät verbunden werden kann; dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der ersten Verbindungsanordnung und der zweiten Verbindungsanordnung als eine externe Verbindungsanordnung ausgebildet ist, in der der Leiter (10) einen erweiterten Endteil (38) aufweist, die Buchse eine Ausgangsöffnung (34) umfasst, durch die der erweiterte Endteil (38) des Leiters die Buchse verlässt, damit der erweiterte Endteil des Leiters mit einem elektrischen Gerät verbunden werden kann, und die Buchse außerdem eine Kühlanordnung (40; 50; 60) zum Kühlen der Buchse umfasst.
Die Hochspannungsbuchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlanordnung einen Kühlkörper (40; 50; 60) umfasst, der thermisch mit dem erweiterten Endteil (38) des Leiters (10) verbunden ist, wodurch mittels des Kühlkörpers Wärme von der Buchse weggeleitet wird und wodurch Kühlen erreicht wird.
Die Hochspannungsbuchse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (40; 50; 60) mit dem erweiterten Endteil (38) in direktem thermischen Kontakt steht.
Die Hochspannungsbuchse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (40; 50; 60) thermisch mit einem Gerät verbunden ist, das den Leiter an der Ausgangsöffnung (34) hält.
Die Hochspannungsbuchse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (40; 50; 60) thermisch mit dem Gehäuse der Buchse verbunden ist.
Die Hochspannungsbuchse nach einem der Ansprüche 2–5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (40; 50; 60) einen Körper umfasst, der aus einem Material mit hoher thermischer Konduktivität hergestellt ist.
Die Hochspannungsbuchse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (40) thermisch mit einem kranzförmigen Schutzschildkörper (42) verbunden ist, der auf der Buchse angeordnet ist.
Die Hochspannungsbuchse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlanordnung ein Wärmerohr (44) umfasst, das den Kühlkörper (40) mit dem kranzförmigen Schutzschildkörper (42) verbindet.
Die Hochspannungsbuchse nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper einen kranzförmigen Schutzschildkörper (50) umfasst, der radial außen an dem erweiterten Endteil (38) des Leiters (10) angebracht ist.
Die Hochspannungsbuchse nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper einen hohlen Körper umfasst, der aus einem Leichtbaumaterial hergestellt ist.
Die Hochspannungsbuchse nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme in dem Kühlkörper (40; 50; 60) an die umgebende Luft durch natürliche Konvektion übertragen wird.
Die Hochspannungsbuchse nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme in dem Kühlkörper (40; 50; 60) an die umgebende Luft durch Zwangskonvektion übertragen wird.
Die Hochspannungsbuchse nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme in dem Kühlkörper (40; 50; 60) von einem Kühlfluid weggeführt wird.
Die Hochspannungsbuchse nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (50; 60) zumindest einen Kanal umfasst, in dem ein Kühlfluid zirkuliert wird und dass der Kanal mit einem Verbindungsgerät zum Verbinden des Kanals mit einem externen Kühlsystem ausgestattet ist.
Die Hochspannungsbuchse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der kranzförmige Schutzschildkörper (50) ein ringförmiges Rohr ist, in dem ein Kühlfluid zirkuliert wird.
Die Hochspannungsbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse eine Abdeckung (35) beinhaltet, die einen Teil des Gehäuses (12) bildet, dass die Ausgangsöffnung (34) für den Leiter (10) als ein Loch (36) in der Abdeckung ausgebildet ist, durch welches das erweiterte Endteil (38) des Leiters (10) von der Buchse austritt.
Ein Hochspannungsgerät, das eine Buchse nach einem der Ansprüche 1 bis 16 umfasst, und das Hochspannungsgerät entweder das erste elektrische Gerät oder das zweite elektrische Gerät ist, mit dem der Leiter verbunden werden kann.