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Durch£Whrung für Hochspannungsgeräte Die Erfindung bezieht sich auf
eine Durchführung für Hochspannungsgeräte, insbesondere für Meßwandler, mit einem
mindestens einen elektrischen Leiter aufnehmenden inneren Isolierteil und einem
dieses Isolierteil umgebenden äußeren Isolierteil, wobei das äußere Isolierteil
auf das innere Isolierteil aufgeschoben ist, das sich in Richtung seiner Achse stufenweise
verjüngt.
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Bei einer bekannten Durchführung dieser Art (DU-OS 1 638 635) ist
das innere Isolierteil von einem Schlagweitenteil gebildet, das sich stufenweise
in Richtung seiner Achse verengt; auf den Stufen des Schlagweitenteiles sind zur
kapazitiven Steuerung leitende Beläge aufgebracht. Das äußere Isolierteil der bekannten
Durchführung ist von einem StUtzerisolator gebildet. Der Raum innerhalb des Stützerisolators
ist mit Isolieröl gefüllt.
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Diese bekannte Durchführung benötigt innerhalb des Stützerisolators
eine verhältnismäßig große Isolierölmenge, so daß zur Ausnahme temporaturbedinCter
Volutnenänderungen des Isolieröls ein verhältnismäßig großer Ausdehnungskörper benötigt
wird. Dies alles führt dazu, daß der Aufwand für die Durchführung verhältnismäßig
groß ist.
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Eine andere bekannte Papierwickelkondensator-Durchführung für höhere
Spannungen (DL-PS 8939) besteht aus zwei übereinander gestülpten Teilen, von denen
der eine auf elektrische Festigkeit in dem Dielektrikum des Innenraumes des Apparates
gestaltet ist, der mit der bekannten Durchführung versehen ist, wahrend der andere
Teil so ausgebildet ist, daß er den ffberwurf der Durchführung steuert. Mit dieser
bekannten Papierwickelkondensator-Durchführung lassen sich Durchführungen bis zu
den höchsten Spannungen erstellen, weil eine Grenze durch die Breite der verwendeten
Papierbahnen praktisch nicht mehr gegeben ist, jedoch ist die Herstellung der bekannten
DurchSührung verhältnismäßig aufwendig, da die Durchführung zu ihrer Vervollständigung
in einen Isolator untergebracht wird, der mit Öl gefüllt ist.
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Bei einer anderen bekannten Eondensator-Durchfrihrung (1-GM 1 718
616) ist der konzentrische Wickelkörper in axialer Richtung ebenfalls vollständig
unterteilt, und der durch die Unterteilung entstandene Zwischenraum ist mit einem
isolierenden Medium ausgefüllt. Auch diese Durchführung ist verhältnismäßig aufwendig,
da sie zur Vervollständigung mit einem Isolator umgeben wird, der als Behälter für
die Isolierflüssigkeit dient.
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Es ist auch eine Kondensator-Durchführung bekannt (DD-PS 453 130),
bei der die Durchführung aus zwei Wickelkondensatoren zusammengesetzt ist. Nachteilig
ist diese Durchführung vor allem insofern, als sie an der Stoßstelle zwischen den
beiden Kondensatorwickeln verhältnismäßig aufwendig gestaltet ist.
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Ferner ist eine Kondensator-Durchführung bekannt (DU-OS 1 804 113),
die aus einer Innendurchführung und einer zu dieser konzentrisch angeordneten Außendurchfährung
besteht.
Durch die Innendurchführung wird die volle Potentialdifferenz weitgehend in radialer
Richtung gesteuert, während durch die Außendurchführung die Potentialdifferenz sowohl
in radialer als auch in axialer Richtung gesteuert wird. Die Innen- und Außendurchführung
besitzen eine gemeinsame leitende Schicht. Die Durchführung enthält ferner als Isolierflüssigkeit
ein Isolieröl, das nach außen durch einen Stützisolator angeschlossen wird. Auch
diese Durchführung ist daher verhältnismäßig aufwendig.
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Besondere Rerstellungsschwierigkeiten bereitet auch eine andere bekannte
elektrische Durchführung (DU-OS 2 050 232), die aus einem einen Durchführungsbolzen
umgebenden Isoliermantel und einem den Isoliermantel mindestens teilweise umfassenden,
witterungsbeständigen Gehäuse besteht. Der Isoliermantel enthält nämlich Kondensatorbeläge,
die vor dem Umgießen des Durchfuhrungsbolzens in einem verhältnismäßig aufwendigen
HerstellungsprozeB in ihrer Lage fixiert werden müssen.
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Den gleichen Nachteil weist eine andere bekannte Kondensatordurchführung
aus Kunststoff (DT-GM 1 793 348) auf, bei deren Rerstellung im Deckel und Boden
der Gießform konzentrische Nuten vorgesehen sind, in die Kondensatorbeläge bildende,
leitende Rohre mit ihren Enden eingebracht sind.
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Dadurch werden bei der bekannten Eondensator-Durchfuhrung die einzelnen
Beläge innerhalb der Gießhar3durchfiibrung in ihrer lage fixiert. Zwar kann die
Gießform der bekannten Durchführung so aufgebaut sein, daß ihr Deckel und Boden
Isolatorteile aufnehmen, jedoch ist dann besonders die Gefahr gegeben, daß die leitenden
Rohre beim Vergießen ihre Lage zueinander ändern; es ist nämlich aufwendig und daher
nicht vorteilhaft, Fixierungsnuten in den Isolatorteilen vorzusehen.
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Verhältnismäßig aufwendig ist auch die Herstellung einer anderen bekannten
elektrischen Durchführungsanordnung (CH-PS 433 473), bei der die Anordnung der Kondensatorbeläge
im Abstand und koaxial zum Leiter im Inneren einer Form mittels nachträglich entfernbarer
Tragelemente erfolgt.
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Es bedarf dazu zweier Formteile, auf deren unteren Teil, deren Raum
sich verjüngt und so geformt ist, daß die axialen Abstände der Kondensatorschichten
eingehalten werden, die Kondensatorschichten aufgesetzt werden. Der obere Teil der
Gießform, der sich ebenfalls verjüngt, ist auf den unteren Teil aufgesetzt, wobei
durch eine entsprechende Innenkontur des oberen Formteils dafür gesorgt ist, daß
die Kondensatorschichten auch an ihrem oberen Ende die richtige Lage annehmen. Bevor
das Binbringen der Kondensatorschichten erfolgt, ist die Form mit einem Innenüberzug
versehen, der sich nach der Trennung der Form von der Durchführung nach dem Gießen
und Aushärten abhebt und als eine Außenschicht fest verklebt mit dem Gießharzgußstück
verbleibt.
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Es ist ferner bei einem Meßwandler bekannt (CH-PS 279 344), die Durchführung
zwischen der Hochspannungs- und der Niederspannungsseite aus zwei konzentrisch angeordneten
Isolierteilen herzustellen. Der innere Isolierteil ist aus einem Papierwickelkondensator
gebildet, während der äußere Isolierteil aus einem Umguß des inneren Isolierteiles
mit Gießharz besteht. Die bekannte Durchführung ist für eine vollständige Ausführung
in Gießharz ungeeignet, da dann die leitenden Beläge im inneren Isolierteil vor
dem Gießen in einer vorbestimmten Lage zueinander gehalten werden müßten, was nur
mit einem recht beträchtlichen Arbeitsaufwand möglich ist.
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Schließlich ist ein Stützerkopfstromwandler bekannt (OE-AS A 9772/69),
dessen zwischen Hochspannungs- und Niederspannungsseite liegende Durchführung aus
einem äußeren
Stützerisolator besteht, der einen kegelig nach unten
auslaufenden Gießharzkörper aufnimmt, der in seinem oberen Teil. die im Kopfgehäuse
angeordneten aktiven Wandlerteile aufnimmt. An den Gießharzkörper schließt sich
zur Niederspannungsseite hin ein Kondensatorwickel an,.der von einer Isolierflüssigkeit
umgeben ist. Die Isolierflüssigkeit ist nach außen von dem Stützerisolator abgeschlossen.
Auch diese bekannte Durchführung ist verhältnismäßig aufwendig und führt dazu, daß
die Herstellungskosten eines mit einer solchen Durchführung ausgerüsteten Stromwandlers
verhältnismäßig hoch sind.
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Es besteht daher Bedarf an einer Durchführung für Hochspannungsgeräte,
die sich verhältnismäßig einfach und damit kostengünstig herstellen läßt. Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Durchführung mit diesen Eigenschaften
vorzuschlagen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Durchftihrung der eingangs beschriebenen
Art mit einem inneren und einem äußeren Isolierteil geeignet, bei der erfindungsgemäß
das äußere Isolierteil eine sich in Richtung seiner Achse entsprechend den Stufen
des inneren Isolierteils vergrößernde kegelstumpfartige'Öffnung aufweist und bei
der im Bereich der zwischen den aufeinandergeschobenen Isolierteilen befindlichen
Trennfuge auf die Stufen leitende Beläge aufgebracht sind.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Durchführung ist darin zu sehen,
daß sie aus nur zwei Isolierteilen besteht, die für sich getrennt herstellbar sind
und die infolge einer entsprechenden Formgebung derart zusammengefügt werden können,
daß zwischen ihnen nur eine verhältnismäßig kleine Trennfuge verbleibt. Im Bereich
dieser Trennfuge kann ein
flüssiges, gasförmiges oder festes Isoliermittel
eingebracht werden, wobei jedoch die Menge des Isoliermitteis verhältnismäßig gering
ist, da nur der Raum der verhältnismäßig kleinen Trennfugo ausgefüllt zu werden
braucht.
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Insbesondere bei der Verwelldung von gasförmigen oder flüssigen Isoliermitteln
ergibt sich dadurch der Vorteil, daß ein zur Aufnahme von Ausdehnungen des Isoliermittels
vorhandener Ausdehnungskörper verhältnismäßig klein ausgeführt werden kann, wodurch
der gesamte Raumbedarf der erfindungsgemäßen Durchführung bzw. ein mit dieser Durchführung
versehenes Gerät, insbesondere ein Meßwandler, verhältnismäßig klein wird. Bei Verwendung
eines gasförmigen Isoliermittels kann auf einen Ausdehnungskörper unter Umständen
ganz verzichtet werden.
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Es ist zwar bereits eine Kondensatordurchführung bekannt (DD-AS 1
807 278), bei der ein Gießharzkörper als Tragkörper für die Kondensatorbeläge in
axialer Richtung stufenförmig aufeinanderfolgende Umfangsbereiche mit den gondensatorbelägen
aufweist, jedoch sind die Zwischenräume zwischen den sich überdeckenden Kondensatorbelägen
in einem zusätzlichen Verfahrensschritt mit Isoliermaterial ausgefüllt, vorzugsweise
mit Gießharz vergossen. Der fertiggestellte Tragkörper'ist in einem Stützisolator
untergebracht. Auch diese bekannte Durchführung ist daher verhältnismäßig aufwendig.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Durchführung
ergibt sich dann, wenn die leitenden Beläge auf den Stufen derart angeordnet sind,
daß zwischen die Trennfuge begrenzenden, einander gegenüberliegenden Bereichen der
Isolierteile kein Potentialunterschied oder ein nur geringer Potentialunterschied
vorhanden ist. Vorzugsweise sind die zylindrischen Mantelflächen der Stufen Jedes
Isolierteiles mit leitenden Belägen versehen und jeweils einander gegenüberliegende
Beläge sind galvanisch
miteinander verbunden. Dies hat den Vorteil,
daß weite Bereiche der Trennfuge keinen Potentialunterschied aufweisen, so daß schon
aus diesem Grunde das Auftreten von Teilentladungen im Bereich der Trennfuge ausgeschlossen
ist. Die leitenden Beläge dienen dabei gleichzeitig auch noch zur kapazitiven Steuerung
der erfindungsgemäßen Durchfuhrung, so daß sie in zweifacher Hinsicht ausgenutzt
werden.
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Es ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, daßauf den Stufen beider
Isolierteile der erfindungsgemäßen Durchführung leitende Beläge aufgebracht sind.
Dies gilt beispielsweise für eine als vorteilhaft angesehene Ausführung der erfindungsgemäßen
Durchführung, bei der das innere oder äußere Isolierteil mehrere umlaufende, nutartige
Ausnehmungen aufweist, die innerhalb des von den zylindrischen Mantelflächen der
Stufen umschlossenen Raumes neben diesen Mantelflächen verlaufen; bei dieserAusführung
ist auf die zylindrischen Mantelflächen und auf die Oberfläche der Ausnehmungen
jeweils ein leitender Belag aufgebracht ist.
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Die Trennfuge ist auch bei dieser Ausbildung potentialfrei oder nahezu
potentialfrei.
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Bei der eben erläuterten Ausfüiirungsform der erfindungsgemäßen Durchführung
erscheint es besonders vorteilhaft, wenn jeweils der leitende Belag auf der Oberfläche
einer Ausnehmung mit dem leitenden Belag auf jeweils derjenigen benachbarten zylindrischen
Mantelfläche verbunden ist, sich in axialer Richtung an die jeweilige Ausnehmung
anschließt; dadurch wird die Spannungssteuerung der Durchführung verbessert.
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Wie oben bereits kurz erwähnt; wurde, ist die erfindungsgemäße Durchführung
besonders gut zum Aufbau eines Meßwandler geeignet, bei dem das innere Isolierteil
aktive Wandlerteile aufnimmt. In diesem Falle können sich nämlich die auf den
Stufen
des inneren Isolierteils befindlichen leitenden Beläge in das Innere dieses Isolierteils
fortsetzen.
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Zwischen den Fortsetzungen der leitenden Beläge im inneren Isolierteil
und den auf den zylindrischen Mantelflächen aufgebrachten Leitbelägen werden dann
nämlich Sondensatoren gebildet, welche die Spannungssteuerung günstig beeinflussen.
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Während das äußere Isolierteil der erfindungsgemäßen Durchführung
im allgemeinen aus Gießharz hergestellt sein wird, für Preiluftanwendung der Durchführung
z . B. aus einem cycloaliphatischen Harz, kann das innere Isolierteil der erfindungsgemäßen
Durchführung in unterschiedlicher Weise ausgeführt sein. Beispielsweise kann das
innere Isolierteil ebenfalls aus Gießharz bestehen.
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Vorteilhaft kann es aber auch sein, wenn das innere Isolierteil aus
einer Öl-Papierisolation besteht; dies gilt insbesondere dann, wenn das innere Isolierteil
eingebettete leitende Beläge aufweisen soll.
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Die Trennfuge ist bei der erfindungsgemäßen Durchführung in vorteilhafter
Weise mit einem Isoliermittel gefüllt, um die elektrische Festigkeit zu erhöhen
und ein Eindringen von Feuchtigkeit zu verhindern. Ist dieses Isoliermittel flüssig
oder gasförmig, dann ist die Trennfuge an ihren äußeren Enden mit einem Dichtungsring
verschlossen, um ein Entweichen des Isoliermittels nach außen zu verhindern.
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Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur 1 einAusführungsbeispiel
der erfindungsgeniäen Durchviihrung am Beispiel eines Meßwandlers erläutert, wobei
im Bereich der Trennfuge jedes Isolierteil der Durchführung mit leitenden Belägen
versehen ist. Das Ausführungsbeispiel nach Figur 2 stellt eine abgewandelte Aus
führungs form der Durchführung nach Figur 1 dar,
Betrachtet man
zunächst die Figur 1, dann erkennt man eine Durchführung 1, die aus einem inneren
Isolierteil 2 und einem äußeren Isolierteil 3 besteht. Das innere Isolierteil 2
geht an seinem hochspannungsseitigen Ende in eine Hochspannungsisolation 4 für aktive
Wandlerteile eines Meßwandlers über; die in der Figur 1 dargestellte Durchführung
stellt demzufolge eine zwischen dem Hochspannungsteil und dem Niederspannungsteil
eines Meßwandlers liegende Durchführung dar.
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Innerhalb der Hochspannungsisolation 4 ist'ein Fenster 5 vorgesehen,
durch das der nicht dargestellte Primärleiter des Meßwandlers hindurchgeführt werden
kann. Innerhalb einer in der Hochspannungsisolation 4 verlaufenden Schale 6 ist
ein der besseren Übersichtlichkeit halber nicht gezeigtes Sekundärsystem des Wandlers
mit Eisenkern und Sekundärwicklung untergebracht. Die Hochspannungsisolation 4 ist
im Bereich der aktiven Teile außen mit einem leitenden Belag 9 versehen, der im
Bereich des ueberganges der Hochspannungsisolation 4 in die Durchführung 1 in einer
Ringelektrode 10 ausläuft. Die ebenfalls nicht gezeigten Sekundärausleitungen des
Meßwandlers sind in einem geerdeten Rohr 7 zu einem Sockelteil 8 auf Niederspannungspotential
geführt. Auf diesem Sockelteil 8 ruht die Durchführung 1 mit den aktiven Wandlerelementen.
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Das innere Isolierteil 2 verjüngt sich im dargestellten Ausführungsbeispiel
in Richtung seiner Achse 11 in seinem Durchmesser von der Hochspannungs- zur Niederspannungsseite
hin stufenweise. Auf die einzelnen Stufen sind leitende Beläge 12, 13, 14 und 15
aufgebracht. Die leitenden Beläge 12 bis 15 können sich - wie dargestellt - in der
Hochspannungsisolation 4 fortsetzen. Es werden dann von den Belägen 12 bis 15 und
ihren Fortsetzungen innerhalb des Isolierteils 2
Kondensatoren
16, 17 und 18 gebildet, die in der Pigur 1 in ihrem elektrischen Ersatzbild dargestellt
sind.
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Das äußere Isolierteil 3, das bei einer Ereiluftausführung zweckmäßigerweise
mit mehreren Rippen 19 bzw. 20 versehen ist, weist eine Ausnehmung 21 auf, die sich
entlang seiner Achse und damit in Richtung der Achse 11 der gesamten Durchführung
1 stufenweise entsprechend den Stufen des inneren Isolierteils 2 erweitert; das
äußere Isolierteil 3 besitzt somit eine Innenkontur, die etwa der Außenkontur des
inneren Isolierteiles 2 entspricht. Inneres Isolierteil 2 und äußeres Isolierteil
3 können daher ineinandergesteckt werden, ohne daß ein großer Zwischenraum zwischen
den beiden Isolierteilen 2 und 3 entsteht.
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Um zu verhindern, daß in der Trennfuge in Bereichen 22, 23, 24 und
25 zwischen dem inneren Isolierteil 2 und dem äußeren Isolierteil 3 Teilentladungen
auftreten, ist auf den zylindrischen Mantelflächen des äußeren Isolierteils 3 ebenfalls
jeweils ein Leitbelag 26, 27, 28 und 29 aufgebracht, der an mindestens einem Rande
zur Vermeidung von Feldkonzentration Abrundungen 30, 31, 32 und 33 aufweist.
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Die leitenden Beläge 12 bis 15 des inneren Isolierteils 2 und die
äußeren Beläge 26 bis 29 des äußeren Isolierteils 3 sind durch jeweils eine Kontaktfeder
34, 35, 36 und 37 miteinander galvanisch verbunden, so daß innerhalb der Brenn fuge
Potentialunterschiede nicht vorhanden sind.
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Um in jedem Falle das Auftreten von Teilentladungen innerhalb der
Trennfuge zwischen den Isolierteilen 2 und 3 auszuschließen und wn das Eindringen
von Feuchtigkeit zu verhindern, kann die Trennfuge mit einem Isoliermittel gefüllt
sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Trennfuge 22 bis 25 mit einem
flüssigen oder gasförmigen
Isoliermittel gefüllt. Um zu verhindern,
daß das Isoliermittel aus der Trennfuge entweicht, ist an ihrem äußeren Ende ein
Dichtungsring 38 vorgesehen. Auch im Bereich der Einführung der Ausleitungen der
Sekundärwicklung in ein Gehäuse 39 des Sockelteils 8 ist ein Dichtungsring 40 vorgesehen.
Innerhalb des Gehäuses 39 ist auch ein Kanal 41 vorhanden, über den ein im Gehäuse
39 untergebrachter-Ausdehnungskörper 42 mit dem Isoliermittel in der Trennfuge 22
bis 25 in Verbindung steht.
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Das in der Figur 2 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Durchführung entspricht weitgehend dem nach Figur 1, so daß in der Figur 2 nur die
Abweichungen von der Ausführung nach Figur 1 herausgestellt sind; im folgenden soll
daher auch nur auf die Abweichungen besonders eingegangen werden, wobei hinsichtlich
der Bezugszeichen für entsprechende Teile der Durchführung nach Figur 2 die gleichen
Bezugszeichen wie bei der Durchführung nach Figur 1 verwendet werden.
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Die Durchführung nach Figur 2 besteht wiederum aus einem inneren Isolierteil
2 und aus einem äußeren Isolierteil 3.
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Das innere Isolierteil 2 geht wiederum in eine Hochspannungsisolation
4 über, die mit einem leitenden Belag 9 versehen ist.
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Das innere Isolierteil 2 weist im Bereich jeder Stufe eine umlaufende,
nutartige Ausnehmung 50, 51 und 52 auf, die innerhalb des von den zylindrischen
Mantelflächen 53, 54 und 55 umschlossenen Raumes neben diesen Mantelflächen 53 bis
55 verläuft. Auf die Mantelflächen 53 bis 55 sind leitende Beläge 56, 57, 58 und
59 aufgebracht. Außerdem ist auf der Oberfläche jeder Ausnehmung 50 bis 52 jeweils
ein leitender Belag 60, 61 und 62 vorhanden. Die leitenden Beläge
56
und 60, 57 und 61 bzw. 58 und 62 sorgen jeweils dafür, daß der Raum im Bereich der
Trennfuge teilweise potentialfrei bleibt, so daß in der Trennfuge Teilentladungen
nicht auftreten können. Außerdem wird durch die leitenden Beläge eine Spannungssteuerung
hervorgerufen.
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Die leitenden Beläge 60, 61 und 62 gehen jeweils in die Beläge 57,
58 und 59 über.
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Mit der Erfindung wird eine Durchführung für Hochspannungsgeräte,
insbesondere für Meßwandler, vorgeschlagen, die erheblich kostengünstiger als bekannte
Durchführungen herstellbar ist.
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2 Pigzen 14 Patentansprüche