DE2021066A1

DE2021066A1 - Gekapselte gasisolierte Hochspannungsleitung

Info

Publication number: DE2021066A1
Application number: DE19702021066
Authority: DE
Inventors: Dr-Phys Stephanides Vi Herbert; Richard Thaler
Original assignee: Sprecher und Schuh AG
Current assignee: Rockwell Automation Switzerland GmbH
Priority date: 1969-07-15
Filing date: 1970-04-29
Publication date: 1971-03-11
Also published as: AT294217B; US3610947A; CH484494A

Description

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Sprecher & Schuh AG» Aarau Patentanwalt·

w^-ing.Lelnweber 2& Aprjj1970

«■wnilimmermann

München 2, Rmntal7 Gekapselte gasisolierte Hochspannungsleitung Τ·Ι. 2·198·

Oie Erfindung betrifft eine gekapselte gasisolisrte Kochspannungsleitung für dreiphasige Wechselstrom-Energieübertragung, zusammengesetzt in jeder Phase aus mehreren Längeelementen mit je einem inneren Leiter, der von jo einem aus Isolierstoff bestehenden, mit Isoliergas gefüllten Mantelrohr umgeben und mittels Isolierabstützungen darin befestigt ist.

Die Uebertragung elektrischer Energie unterhalb der Erdoberfläche erfolgt in den meisten Fällen durch Kabel. Wirtschaftlichkeitsberechnungen haben ergeben, dass bei hohen Spannungen und hohen Strömen die Verwendung einer metallgekapselten gasisolierten Hochspannungsleitung an Stelle von parallel geschalteten Kabeln eine vorteilhafte Lösung ergibt.

Die bei raschen Ausgleichsvorgängen auftretenden Ueberspannungen an I

der Kapselung einer metallgekapselten Hochspannungsleitung lassen sich durch beidsoitige Erdung der durchgehenden Metallkapselung vermeiden. In solchen an beiden Enden geerdeten detailkapselungen einer aus drei nebeneinander angeordneten Finphaeenleitor bestehenden dreiphasigen Energieübertragung werden durch den Betriebsstrom Spannungen Induziert, die einen Strom in der Piatal!kapselung hervorrufen. Durch diesen zusätzlichen Strom In der Metallkapselung verursachte Vorlustn vermindern die Belastbarkeit der Hochspannungsleitung. P 22β

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In einer Kapselung aus Isolierstoff können keine derartigen Ströme induziert werden. Solche Kapselungen sind jedoch ungeeignet, weil die Abmessungen wesentlich grosser werden als bei einer Metallkapselung, wenn eine eindeutige Begrenzung des elektrischen Feldes fehlt.

Es sind Isoli3r3toffkapsclungen bekannt, die aussen mit einer durchgehenden geerdeten Metallschicht versahen sind. Auch in dar Metallschicht solcher Kapselungen können unerwünschte, durch den Betriebsstrom induzierte Ströme auftreten, die die Belastbarkeit dor Hochspannungsleitung herabsetzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eins solche gekapselte, gaslsolißrtQ, wirtschaftlich vorteilhafte Hochspannungsleitung für eine dreiphasige Energieübertragung zu schaffen, welche bui raschen Ausgleichsvorgängon keine die Isolation und dlo Umwelt gefährdenden Ueberspannungen auftreten lässt und bei vieleher in der Kapselung bei Betriebsfrequenz keine die Belastbarkeit der Hochspannungsleitung herabsetzenden induzierten Ströme auftreten.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass parallel zu den Längselement an auf die ganze Länge der Hochspannungsleitung ein Erdloitor angeordnet 1st und In die ganze Wandung jedes Mantelrohres mindestens ein mit Isolierstoff umschlossener Belag aus elektrisch leiten* dem Material eingebettet ist, welcher mlndestane an einer Stalle mit dem Erdleiter galvanisch verbunden 1st.

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Eine besonders vorteilhafte Lösung ergibt sich dadurch, dass der in—

die ganze Wandung jedes Mantelrohres eingebettete Belag aus zwei gügcnsinnig aufgewickelten» zwischen den Windungen und Lagen elektrisch isolierten Metallbändurn besteht, welche einen gegenüber dom parallel

geführten Erdleiter hohen chemischen Widerstand aufweisen, wobei beide

Motallbänder an beiden Enden jedes Mantelrohres mit dem Erdleiter galvanisch verbunden sind.

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In folgenden sind anhand der beigelegten Zeichnungen Ausführungaboispiele der Erfindung erlSutert. Es zeigen: " ■ Fig. 1 einen Teil einer Phase aus cinor gekapselten gasisolierten .

Hochspannungsleitung im Längsschnitt,

Fig. 2 einen Längsschnitt einer Phase aus einer gekapselten Hochv Spannungsleitung mit gegensinnig aufgewickelten hochohmigen

Metallbändern als Belag, Flg. 3 einen Längsschnitt eines LSngselamentes mit zwei überlappten Belägen.

Die eine Phase der Hochspannungsleitung in Fig. 1 ist aus Längselement en 1 zusammengesetzt. Jedes Lsngsclement 1 hat in der Mitte einen für dio Stromführung vorgesehenen zylindrischen inneren Leiter 2, der von einem aus Isolierstoff bestehenden Mantelrohr 3 umgeben ist. Die Hohlräume innerhalb des Mantelrohres 3 sind mit einem Isoliergas, z. B, mit SFg gefüllt. Die inneren Leiter 2 der einzelnen LängaelemcntR sind übGr Steckar 4 und Kontakt 5 miteinander elektrisch leitend verbunden. Die Anschlusstelle der inneren Loiter 2 dient auch als Dchnungselemont und nimmt den Längsausdehnungsunterschiüd zwischen dem Leiter

und dem Mantelrohr 3 auf. 109811/1283

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Der innere Leiter 2 ist im Mantelrohr 3 mittels scheibenförmiger Isolierabstützungen 6 befestigt. Die Isolierabstützungen 6 sind aus Giessharz
hergestellt undhhaben zur Steuerung des elektrischen Feldes eine innere Metallelektrode 7. Die Isolierabstützungen 6 sind im Mantelrohr 3 eingeklebt. Die Klebverbindung verhindert ein Glimmen am äusseren Rand der
scheibenförmigen Isolierabstützung 6 durch Ausfüllen des Spaltes zwischen der Isolierabstützung B und dem Mantelrohr 3.

Parallel neben dem Mantelrohr 3 ist der gemeinsame Erdleitor 8 für alle drei Phasen angeordnet.

In die Wandungen der Mantelrohre 3 sind Beläge aus elektrisch leitendem Material eingebettet. Die Beläge 9 sind vom Isolierstoff der Mantelrohre 3 umschlossen und an einer Stelle 10 mit dem Erdleiter θ mittels
Rohrschellen 11 galvanisch verbunden. Die Beläge 9 können beispielsweise aus einem Messinggeflecht oder aus einem aufgewickelten Kupferband
hergestellt und an den beiden Enden an den Abschlusselektroden 12 angelötet sein. Die Abschlusselektroden 12 sorgen dafür, dass die elektrische Feldstärke an den Enden der Beläge 9 unterhalb der zulässigen Grenze bleibt.

Dadurch, dass die Beläge 9 der einzelnen Längselemento 1 voneinander und gegen Erde isoliert sind und nur an einer Stelle 10 mit dem Erdleiter 8 galvanisch verbunden sind, kann bei Betriebsfrequenz kein unerwünschter Strom in ihnen fliesson. Bei raschen'Ausgleichsvorgängen kann zwischen
den benachbarten Abschlusselektroden 12 eine gewisse Spannungsdifferenz auftreten, die jedoch durch die Isolation gehalten wird.

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Die Mantelrohre 3 werden nach dem Zusammenstecken der Längselemente 1 aussen an der Anschlusstelle mit einer Bandage 13 aus harzgetränktem Glasgewebe umwickelt, wobei an der Oberfläche der Bandage 13 noch ein Erdbelag 14 angebracht wird. Die ganze Bandage 13 wird darauf mit einer zweiteiligen Verschalung umgeben und mit einem flüssigen Harz ä

ausgegossen. Nach der Härtung des Harzes wird die Verschalung entfernt. So entsteht ein gasdichter Verschluss der Stosstelle zwischen zwei Mantelrohren 3.

Die in Fig. 2 dargestellte Phase einer Hochspannungsleitung mit den inneren Leitern 2, Mantelrohren 3 und Isolierabstützungen 6 zeigt eine Ausführungsvariante.

Die Verbindung der Mantelrohre 3 erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel mittels Schrauben 15 mit denen die angegossenen Flanschen IB % mit der Dichtung 17 zusammengespannt werden. Die Schrauben 15 werden durch eine elektrische Verbindung geerdet.

Der Belag im Mantelrohr 3 besteht aus zwei gegensinnig aufgewickelten zwischen den Windungen und Lagen isolierten Metallbändern 18 und 19. Die Metallbänder 18 und 19 haben einen gegenüber dem parallel angeordneten Erdleiter 8 hohen ohm'sehen Widerstand. Die Metallbänder 18 und 19 sind an den beiden Enden in die ringförmigen Abschlusselektroden 20 eingefäset und somit parallel geschaltet. Die ringförmigen Abachlussolektroden 20 zweier zusammengesetzter Mantelrohre 3 sind miteinender durch die Schrauben 21 elektrisch leitend verbunden.

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AIIq Beläge einer ganzen Phase werden dadurch in Reihe geschaltet. Die Metallbänder 18, 19 sind bei jeder Anschlussteile 22 mit dem Erdleiter θ galvanisch verbunden.

Die Induktivität der Anordnung in Fig. 2 ist bei gleichmässiger Stromverteilung gleich wie bei einem vollen Rohr. In den beiden parallelgeschalteten, gegensinnig gewickelten Metallbändern 18, 19 erhält man gleich.grosse Ströme. Bei langsam veränderlichen Strömen sorgt dafür der gleiche Widerstandswert der beiden Metallbänder 18, 19, bei raschen Stromänderungen wird durch die Induktivitäten eine gleichmassige Stromverteilung erzwungen.

Fliesst vom Leiter 2 ein Verschiebungsstrom zum inneren Metallband 19, so verteilt sich dieser ebenfalls auf beide Metallbänder IB, 19, da

3 5 die Kopplungskapazitäten zwischen den Lagen um einen Faktor 10 ....10 grosser sind als die Kapazitäten zwischen dem Leiter 2 und dem inneren Metallband 19. Die durch den Verschiebungsstrom in der Lagenisolation verursachten Spannungsabfälle bleiben dadurch sehr klein.

Eine besonders günstige Lösung erhält man mit Metallbändern 18, 19 aus eloxierter Aluminiumfolie. Dio eloxierte Schicht dient in diesem Fall als Isolation zwischen den Windungen und den Lagen. Eine extrem dünne eloxierte Schicht von 1 - 4 um- hat dabei ein ausreichendes Isoliarvermögsn und Kann alle auftratenden Spannungen halten. Mit einer aolchen Isolation hat man einarssits eine extrem hohe Kopplungskapazität zwischen dan Lagen. Anderseits können in einem weiten Bereich

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vor dem Auftreten eines Durchschlages starke Leckströme durch die eloxierte Schicht durchfliessen. Diese Leckströme können Werte.von

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mehr als 10 A/m erreichen, ohne das Isoliervermögen zu zerstören.

Die auftretenden Spannungsdifferenzen zwischen den Lagen werden durch diese Leckströme ausgeglichen. Die beiden Lagen können deshalb bei Verwendung derartiger eloxierter Aluminiumbänder unmittelbar übereinander gewickelt werden.

Die Mantelrohre 3 können in radialer Richtung auch aus zwei verschiedenen Isoliermaterialien hergestellt sein. Eine vorteilhafte Ausführung besteht darin, dass man die innere Schicht des Mantelrohres aus einem Thermoplast anfertigt und dass die Beläge auf diese Schicht angebracht werden. Aussen wird eine aus Glasharz bestehende Schicht mit den Flanschen aufgetragen. Diese Lösung ist aus wirtschaftlichen und technischen Gründen vorteilhaft. Die innere Thermoplastschicht ist die dichtungs- und gasfeste Schicht. Thermoplasten wie z. B. Hart-PVC oder Polypropylen eignen sich besonders bei Verwendung von SF_e, weil sie

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gegenüber den Zerfallsprodukten des SF _ Isoliergases widerstandsfähig sind. Die Beläge übernehmen die elektrostatische Abschirmung. Die äussere, aus Glasharz bestehende Schicht verfestigt das Mantelrohr 3 und hält die auftretenden mechanischen Kräfte. . ■ ·

In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsvariante eines Längselementes dargestellt. Der innere, den Stecker 4 tragende Leiter 2 ist mittels mit einer inneren Metallelektrode 7 versehehenen Isolierabstützungen im Mantelrohr 3 befestigt. Das Mantelrohr ist für eine Schraubverbindung zwischen dan Längselementen mit Flanschen 16 verschen.

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In die Wandung des Mantelrohres 3 sind zwei einander teilweise überlappende, aber voneinander isolierte Beläge 23 und 24 eingebettet« Die Beläge 23, 24 sind an den Flanschseiten des Längselementes mit den die Erdverbindung 25 tragenden AbschlusseleKtroden 20 elektrisch leitend verbunden. Die Beläge 23, 24 können aus Messinggeflecht oder aus aufgewickelten blanken Kupferbändern hergestellt sein.

Bei betriebsfrequenten Strömen kann im Mantelrohr 3 durch die galvanische Unterbrechungsstelle des Belages nur ein kleiner Verschiebungsstrom fliessen. Die Belastbarkeit der Hochspannungsleitung wird durch diesen Strom nur unwesentlich herabgesetzt. Bei raschen Ausgleichsvorgängen werden dagegen durch die Kapazität zwischen den überlappten Beläge 23 und 24 starke Ströme fliessen. Diese Ströme können die Spannung zwischen den beiden Belägen 23, 24 vermindern. Die Kapazität kann durch Wahl der Länge der Ueberlappung der Beläge 23, 24 so gewählt werden, dass die Spannungsdifferenz zwischen den Belägen 23, 24 in allen Fällen so klein bleibt, dass keine Isolationsbeschädigungen auftreten können.

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Claims

P a t e η t a η s ρ r ü c he:

V^tj/Grekapselte gasisolierte Hochspattnungsleitung für dreiphasige Wechselstrom-Energieübertragung, zusammengesetzt in jeder Phase aus mehreren Längselementen mit je einem inneren Leiter der von je einem aus Isolierstoff bestehenden mit ; Isoliergas gefüllten Mantelrohr umgeben und mittels Isolierabstützungen darin befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu den Längselementen (1) auf die ganze Länge ' | der Hochspannungsleitung ein Erdleiter (8) angeordnet ist und in die ganze Wandung jedes Mantelrohres(3) mindestens -ein mit Isolierstoff umschlossener Belag (9; 23,24) aus elek- j trisch leitendem Material eingebettet ist, welcher mindestens j an einer Stelle (10; 20) mit dem Erdleiter (8) galvanisch ver- ^! bunden ist.
2. Gekapselte gasisolierte Hochspannungsleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der in die ganze ' Wandung jedes Mantelrohres (3) eingebettete Belag (9) aus zwei gegensinnig aufgewickelten, zwischen den Windungen und Lagen elektrisch isolierten iletallbändern (18, 19) besteht/ welche einen gegenüber dem parallel geführten Erdleiter (8) hohen Γ " ohm¹sehen Widerstand aufweisen, wobei beide Metallbänder an ■ beiden Enden jedes Mantelrohres (3) mit dem Erdleiter (8) galvanisch verbunden sind. ^:
3. Gekapselte gasisolierte Hochspannungsleitung nach , Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die ganze Wandung jedes Mantelrohres (3) zug. mit Isolierstoff umschlossene ein- , ander mindestens teilweise überlappende Beläge (23,24) aus ; elektrisch leitendem Material eingebettet sind, wobei beide ■ ; ■■ Beläge an einer Stelle (20) mit dem Erdleiter galvanisch verbunden sind.

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