DE2157388B2 - Isolierstutzer fur Rohrgaskabel - Google Patents

Description

D'.e Erfindung betrifft einen lsolierstiit/er für Rohrgaskabel mit Gasisolicrung zur isolierenden Abstützung des Innenleiters gegen den rohrförmigen Außenleiter.

Es ist bereits eine Hochspannungsschaltanlage mit druckgasisoliertem Schaltgerät in Kesselbauweise zur Anordnung innerhalb eines aus Teilslüeken bestehenden vollisolierten Sammelschiencnzuges mit vollisolierten Ableitungen bekannt (DT-AS 12 30 115), wobei die Stromleiter in Isolierkörper. /. B. Gießharz, eingebettet sind. Die Stromleiter sind in Zwischenlkinschstücke und einem Schaltgerätekessel eingebracht. Zur Spannungssteuerung sind Metalleinlagen in den tellerförmigen Isolierkörpern vorgesehen. Die Isolierkörper sind einstückig aufgebaut und bestehen aus !estern Isolierstoff.

Diese bekannten Isolierkörper sind nicht frei von Hohlräumen und Inhomogenitäten iindeiinier.er Größe. Rissen oder Spalten. Derartige Hohlräume, die im allgemeinen von außen nicht sichtbar oder erkennbar und oft wegen ihrer Feinheit oder Form auch mit anderen Prüfmethoden, wie Ultraschall- oder Röntgenstrahlung oder lonisierungsmessung, nicht oder nur schwer nachweisbar sind, führen bei Betrieb des Kabais zum Glimmen und in absehbarer Zeit /um Durchschlag. Außerdem sind bei einstückigen Isolierkörpern /u schädlichen Entladungen Anlaß gebende Verzerrungen des elektrischen Feldes mit Sicherheit nicht /u vermeiden, weil bei der Herstellung der Isolierkörper der Einschluß leitfühiger oder nicht leitfiihiger Fremdkörper mit unterschiedlicher Dielektrizitätskonstante oder Inhomogenitäten des Materials infolge ungenügender Durchmischung der Komponenten auftreten können. Diese unerwünschten Hohlräume bilden sich insbesondere während der Abkühlung nach dem Gießen im erstarrenden Harz und auch bei thermischen Beanspruchungen während des Betriebes des Kabels infolge schwer beherrschbarer innerer Spannungen, die vorzugsweise an den gegen Verschiebungen nicht nur ungenügend festlegbaren Metalleinlagen auftreten.

Ferner ist eine Hochspannungsisolation für Wandler bekannt (DT-AS Il 13 485). wobei die den Hochspunnungsleiter umgebende Lagenisolation aus einem Papierwickel besieht, dessen als aufgelockerter Wickel ausgebildeter unterer Bereich als verzahnte Übergangsstelle wechselseitig mit Isolierflüssigkeit (Öl) imprägniert und mit Gießharz als härtbarem Kunststoff ausgegossen ist und dessen oberer Bereich die Isolierflüssigkeit aufnimmt. Der obere Bereich enthält spannungssteuernde axial verschoben angeordnete Kondensatoreinlagen, durch die eine axiale Spannungssteuerung bewirkt wird.

Diese bekannte Ausführung der Hochspannungsisolation erfordert in den geometrischen Abmessungen recht groß und starr ausgebildete Wickelkörper, deren Herstellung infoige der axial auf dem Leiter verschobenen Anordnung der Kondensatorbeläge wegen der notwendigen Exaktheit vorwiegend nur in Handarbeit mit entsprechend großem wirtschaftlichen Aufwand erfolgen kann. Weiterhin kann bei der bekannten Ausführung auf Grund des verwendeten ölgetränkten Papierwickels eine definierte und örtlich unveränderte Festlegung von Leiter und Außenrohr nur schwer durchgeführt werden.

Weiterhin ist eine metallgekapscltc gasisolierte Hochspannungsleitung bekannt (DT-OS 19 34 812). bei der zwischen dem Außenrohr und dem Leiter scheibenförmig ausgebildete lsolierstützer angeordnet sind, deren Dicke vom Außenrand zum zentralen Teil hin zunehmen. Dabei bestehen diese lsolierstützer aus kompaktem Material, die keine spannungssteuernden Einlagen haben.

Neben den entsprechenden Nachteilen der vorbeschriebcnen Ausführungsbeispiele sind diese letztgenannten lsolierstützer insofern nachteilhaft, weil mit dem Einsatz größerer Gießharzmassen auch die Gefahr von Lunkerbildung stark ansteigt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen

Isolierschüt/er der eingangs genannten An zu schallen. der einfach und pra/ise hergestellt und bequem rtiontiert werden kann und keine Hohlräume und/oder Inhomogenitäten undelinierter Grolle mil weist und bei dem durch Feldsteuerung keine Cilinim- und/oder Glcitentladungen im Innern und mil seiner Oberfläche auftreten.

Erfindungsgemäü wird diese Aul gäbe dadurch gelost. daß der Isolierstüt/er aus dünnen isolierenden Folien oder Bandern als Wickelkörper ausgebildet ist. in dem leitende oder halbleilende kon/entnsche Kondensaioreinlagen radial übereinanderliegend angeordnet sind und mit zunehmendem Abstand der Kondensatoreinlagen vom innenleiier die Achsrichtung des Rohrgaskabels gemessene Breite der Kondensatoreinlagen und die Dicke des Wickelkörpers mit zunehmendem Abstand vom Innenleiter abnehmen.

Durch den Aufbau aus auleinandergew ickelten Folien oder Bändern können Hohlräume Undefinierter Grolle nicht entstehen. Ein zufällig in der f ulic oder dein Band enthaltenes Loch ergibt einen ungefährlichen Hohlraum, weil er nicht dicker als die I olie bzw. das Band selbst ist. Die gasgefüllten /wischenräume zwischen aufeinanderfolgenden Lagen der fest aulgew ickelten Folie oder dem Band sind ebenfalls zu dünn, als dall es darin zum Glimmen kommen konnte. Sie stehen außerdem an ihren Rändern in Verbindung mit (.lern äußeren Gasraum, so daß das Druckgas eindringen und sich der gleiche Liberdruck einstellen kann, wodurch die Isolierfähigkeit erhöht wird. Außerdem wird durch die besondere Formgebung des Isolierkörpers die l'oteniialverieilung in seinem Innern auch ohne Kondensaioreinlagen verbessert und die Gleilüberschlagsfesiigkeii erhöht. Für die Steuerung des elektrischen leides im Isolierkörper und an seiner Oberfläche wird von ucr kapazitiven Steuerungsmogliehkeit durch Reihenschaltung einer Anzahl von Kondensatoren Gebrauch gemacht. Die Spannungsabfälle an den einzelnen Kondensatoren sind dabei umgekehrt proportional zu ihrer Kapazität. Durch die in die Isolierkörpericklung eingebauten Kondcnsatoreinlagen. die aus Metallfolie!! oder metallisierten oder sonstwie leitend oder halbleitend gemachten Isolierfolien bestehen, wird eine Anzahl koaxialer Zylinderkondensatoren gebildet, durch die eine günstige weil Spannungs- bzw. Feldverteilung herbeigeführt wird. Durch diese ebenfalls, zur Erfindung gehörende Steuerung wird die naturgemäß hohe Feldstärke am Inncnleitcr zur Verminderung der Gefahr von Glimmentladungen auf einen kleineren Wert herabgesetzt und dafür die niedrige Feldstärke am Außenrohr etwas erhöht. Die Stärke der Abnahme der Feldstärke in radialer Richtung zum Außenrohr wird dadurch ebenfalls abgeschwächt, d. h„ die Feldverteilung wird gleichmäßiger gestaltet. Zu diesem Zweck sind die Kapazitäten zwischen den Kondensatoreinlagen in Richtung vom Innenleiier zum Rohr zunehmend z.u verkleinern, so daß besonders außen die jeweiligen Spannungsabfälle an ihnen größer weiden.

Die Anstrebimg der gleichmäßigen Feldverteilung ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erlindung dadurch unterstützt, daß zum Aufbau des Wickelkörpers Folien aus verschiedenem Material mit unterschiedlicher Dielektrizitätskonstante verwendet sind. derart,daß im Bereich dci Innenleiters, vorzugsweise im ersten Drittel des Abslandes /wischen Innen- und Außenleiter, das Material mit der größeren Dielektrizitätskonstante verwendet ist.

Zur Erhöhung der mechanischen Festigkeil des als Wickelkörper ausgebildeten hoiierstützers und um einen Gaseintritl zwischen die Lagen der aufgewickelten Folie zu ermöglichen, werden die Rollen oder Bänder des Wickelkörper einseitig oder beidseitig mit Aufrauhungen oder Prägungen, vorzugsweise mit zur Achse schräg verlaufenden Rillen, versehen.

Line weitere Aulbaumöglichkeit zur Erreichung des gleichen Zwecks besteht darin, daß im Wickelkörper Zwischenlagen aus porösen vliesförmigcn Folien angeordnet sind, die aus Kunststol! oder Galsfasern bestehen.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung weiden an Hand der Zeichnungen in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt

F' 1 g. I einen Schnitt durch die Achse des Kabels mit eingebrachtem Isolierstützer.

1" i g. 2 ein anderes Auslührungsbeispiel eines Isolierstütz.ers.

F i g. 3 die Anordnung von Kugellagern.

f-'ig. 4 eine «euere Ar! für die Anordnung von Kugellagern und

F 1 g. 5 Kurven des Feldstärkev erlautes.

Nach F ig 1 und 2 wird der Innenleiter 1 des Kabels durch den Isolierstützer zentral im Aiil.lenrohr 2 des Kabeis gehalten.

Der Isolierstützer besieht aus einem metallischen oüci isolierenden Rohrstück 3. dem darauf aus !olien oder Bändern gewickelten Isolierkörper 4, in den zur Steuerung des elektrischen Feldes in Abständen metallische oder halbleitende Kondensatoreinlagen 5 eingewickelt sind, und dem äußeren metallischen oder isolierenden Fassungsring 6. Als Kondensatoreinlagen 5 werden beispielsweise Aluminiumlolien solcher Breite ν ei wendel, daß ihr Absland von der Oberfläche des Isolierkörpers wenige Millimeter beträgt, sie können aber auch bis an die Oberfläche reichen. Der radiale Absland der Einlagen untereinander beträgt ebenlalls einige Millimeter. Die Dicke des Isolierkörpers nach der Fig. 1 nimmt von innen nach außen gleichmäßig, nach der F i g. 2 ungleichmäßig ab. Der Isolierstützer sitzt mit dem Rohrsiück 3 auf dem Innenleiter 1 und kann, falls das Rohrsiück Ϊ metallisch ist, dort in gängiger Weise. z. B. durch versenkte Schrauben, festgelegt weiden. Zur Erleichterung der Montage auf dem Innenleiier t können gemäß F i g. 3 auf der Innenseile des Rohrsiükkes I kleine Kugellager 7 angeordnet sein. Besieht das Rohrsiück gemäß F ig. 4 aus Isolierstoff 8. wird das Kugellager 10 zweckmäßig in einer im Rohrstück eingebetteten Metallhülse 9 angeordnet. In analoger Weise können in dem metallischen oder isolierenden äußeren Fassungsring Kugellager angeordnet sein, falls der Leiter mit aufmontierten lsolierstützern in das Außenrohr eingezogen werden soll.

In Fig. 5 sind Kurven des Feldslärkeverlaufs schematisch wiedergegeben. Bei einem Koaxialkabel, wie es das Rohrgaskabel darstellt, findet der Feldstärkeabfall in der gasförmigen Isolierung vom Leiter /um Außenrohr bekanntlich nach der Funktion

r·

Mn-?-

statt.

Darm bedeutet

/:' Feldstärke in kV/mm im Punkt v.
η Radius des Innenlciters.

η Radius des Außenrohres,

r» Radius an einem Punkt χ zwischen η und n.

Die Feldstärke ist an der Lederoberfläche (i\ = n) am größten und sie nimmt zum Mantel hin (R\ — Ri) \m s umgekehrten Verhältnis zum Radius ab. Gemäß Kurve 1 ist sie beispielsweise bei einem Radienverhältnis von 1 : 3 am Mantel ein Drittel so groß wie am Leiter. Diese natürliche Fcldstärkcverteilung nach der angegebenen Formel gilt, wie schon beschrieben, auch im inneren eines breiten kompakten scheibenförmigen Isolicrstützers mit parallelen Seitenflächen. Sie ändert sich auch nicht, wenn mehr oder weniger Kondensatorcinlagcn. sofern sie alle die gleiche Breite haben, eingebaut sind. Gemäß der Erfindung wird die Breite der Einlagen und die Dicke des Isolierkörpers in radialer Richtung von innen nach außen gleichmäßig nach F i g. 1 oder ungleichmäßig nach Fig. 2 verringert. Dadurch kann der Fcldstärkcvcrlaui etwa in den schraffierten Bereich 2 verschoben werden, d. h.. die Feldstärke bei η an der Leiteroberfläche wird wesentlich verringert, und in den äußeren Teilen wird sie angehoben. Die elektrische Beanspruchung des Isolierkörpers, die ohne diese Maßnahme sehr ungleichmäßig innen und außen war. wird, wie aus dem Kurvcnvcrlauf ersichtlich, gleichmäßiger.

Patentschutz, wird nur begehrt jeweils für die Gesamtheit der Merkmale eines jeden Anspruches, also einschließlich seiner Rückbczichung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. lsolierstützer für Rohrguskabel mit Gasisolierung zur isolierenden Abstützung des Innenleiiers gegen den rohrförmigen Außenleiter, dadurch gekennzeichnet, daß der lsolierstützer aus dünnen isolierenden Folien oder Bündeln als Wickelkörper (4) ausgebildet ist. in dem leitende oder halbleitende konzentrische Kondensatoreinlagen (5) radial übereinanderliegend angeordnet sind, und daß mit zunehmendem Abstand der Kondensatoreinlagen (5) vom Innenleiter (1) die in Achsrichtung des Rohrgaskabels gemessene Breite der Kondensatoreinlagen (5) und die Dicke des Wickelkörper«; 4 mit zunehmendem Abstund vom Innenleiter(l)abnehmen.

2. Isoliersiützer nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufbau des Wickelkörpers (4) Folien aus verschiedenem Material mit unterschiedlicher Dielektrizitätskonstante verwendet sind, derart, daß im Bereich des Innenleiiers (1) vorzugsweise im ersten Drittel des Abslandes zwischen Innen-(I) und Außenleiter (2), das Material mit der größeren Dielektrizitätskonstante vcrwendet ist.

3. lsolierstützer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Folien oder Bänder des Wickelkörpers (4) einseitig oder beidseitig mit Aufrauhungen oder P^rägungen. vorzugsweise mit zur Achse schräg verlaufenden Rillen, versehen sind.

4. lsolierstützer nach den Ansprüchen 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß im Wickelkörper (4) Zwischenlagen aus porösen vliesförmigen Folien angeordnet sind, die aus Kunststoff- oder Glasfasern bestehen.

5. lsolierstützer nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im inneren Durchmesser des Wickelkörpers 4 ein metallisches oder ein isolierendes Rohrstück (3) mit innerer Metallisierung angeordnet ist und/oder daß am äußeren Durchmesser des Wickelkörpers (4) ein metallischer oder ein isolierender Ring (6) mit äußerer Metallisierung angeordnet ist.

6. lsolierstützer nach den Ansprüchen 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß auf dem äußeren Ring (6) und/oder im inneren Rohrstück (3) des Wickelkörpers (4) Laufrollen oder Kugellager (7. 10) angeordnet sind.

7. lsolierstützer nach den Ansprüchen 1 bis b. dadurch gekennzeichnet, daß als Folie oder Band hochisolierende Kunststoffe aus beispielsweise Polyäthylen, Polypropylen, Polykarbonai, Polytetrafluoräthylen, Polysulfonsäure, Silikonkautschuk, Polyethylenterephthalat oder Polyester verwendet sind.