DE2219774B2 - Koaxiales Hochspannungsleiterteil - Google Patents

Description

Die Übertragung großer elektrischer Leistunger, erfolgt mit hohen Spannungen mittels Freileitungen oder Kabel, wobei die Kabelübertragungen in Zukunft immer größere Bedeutung erlangen werden.

Für die Isolierung von elektrischen Kabeln ode: anderen Hochspannungsleiterteilen, wie Kabelendverschlüsse. Kondensatordurchführungen od. dg!., sind verschiedene Prinzipien bekanntgeworden. Bl-: öl- oder masseimprägnierten Hochspannungsleitertei-

len wird eine Papierband-Isolierung in vielen Lagen um den Hochspannungsleiter gewickelt. Die hierbei entstehenden Zwiri.elräume bzw. Fugen werden mit Öl oder einem anderen flüssigen oder zähflüssigen Tränkmittel vollständig ausgefüllt. Auch Isolierungen mit Kunsttoffolien-Bänderii und einem gasförmigen Isoliermittel unter höherem Druck sind bekannt (DT-AS 1 020 075).

Neuerdings sind auch sogenannte Rohrgaskabe! bekanntgeworden, bei denen ein vorzugsweise rohrförmiger Hochspannungsleiter von einem geerdeten Metallrohr relativ großen Durchmessers umgeben ist. Der Hochspannungsleiter ist durch Isolatoren in dem Metallrohr abgestützt. Als Isolierung dient ein unter Druck (einige bar) stehendes Gas, vorzugsweise Schwefelhexafluorid. Die »Rohrkabel« weisen gegenüber konventionellen Kabeln insbesondere den Vorteil einer niedrigen Dielektrizitätskonstante auf, die eine wesentlich geringere Kapazität und damit eine geringere Ladeleistung des Kabels bedingt. Ferner sind die dielektrischen Verluste vergleichsweise niedrig und die thermischen Eigenschaften gut. Nachteilig an den »Rohrkabeln« ist jedoch die vergleichsweise geringe elektrische Festigkeit des Isoliergases, was große Rohrdurchmesser bedingt.

Zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit einer Hochspannungsdurchführung ist es durch die DT-AS 1 158 598 bekanntgeworden, deren mit Kondensatoreinlagen versehenen und mit einem Gießharzmantel umgebenen Papierwickel mit Schwefelhexafluorid zu imprägnieren. Zur Aufnahme von auf Grund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Gießharzmantel und dem starren Durchführungsbolzen bedingter Dehnungsunteischiede ist eine elastische Membran vorgesehen, die

So den Gießharzmantel mit dem spannungsführenden Durchführungsbolzen verbindet und gleichzeitig zur Einführung des Schwefelhexafluorids verwendet wird.

Schließlich ist eine Kondensatordurchführung mit einem starr ausgebildeten Durchführungsleiter und einem diesen konzentrisch umgebenden Wickelkörper bekannt. Der aus lagenweise aufgebrachten Isolierstoffbahnen hergestellte Wickelkörper ist in

axialer Richtung vollständig unterteilt, wobei der durch die Unterteilung entstandene Zwischenraum mit einem isolierenden Medium, wie Öl oder eine plastische Ausgußmasse, ausgefüllt ist (DT-Gbrn 1 71S 616), _s

nie Erfindung betrifft ein koaxiales Hochspannungsleiterteil, wie Kabel, Kabelendverschluß, Kondensatordurchführung od. dgl., mit einem starr oder annähernd starr ausgebildeten Innenleiter und mit einer Isolierung aus lagenweise aufgebrachten, in Buhnen gewickelten und unter Bildung von Fugen a\,al aneinandergesetzten Isolierstoffwickeln, deren Fugen bzw. Spalten zwischen den einzelnen Bahnen niit einen, isolierenden Medium ausgefüllt bzw. imprägniert sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartige koaxiale Hochspannungsleiterteile so auszubilden, daß man einerseits eine hohe elektrische Festigkeit erhält, die vergleichbar der von öl- oder masc'imprägnierten Hochspannungskabeln oder ähnli- -i-·. rir-Mi koaxialen Leiteranordnungen ist. und daß andrerseits die Dielektrizitätskonstante und die dielekroühen Verluste wesentlich herabgesetzt werden. .Meichzeitig soll der Aufwand für die Herstellung (K- rartiger Hochspannungsleiterteile im Vergleich zu l'L'kannien Ausführungen verringert werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch L'.'löst, daß die Isolierstoffbahnen aus Kunststoffolien bestehen und mit Isoliergas imprägniert sind, daß mindestens ein Ende des Hochspannungsleiterteiles einen Anschlußflansch aufweist und mittels eines oder mehrerer Feststoffisolierteile(s) gasdicht abgeschlossen ist. und daß die Feststoffisolierteile zusammen mit den entsprechenden Anschlußflanschen einen Aufnahmeraum für ein unter Druck stehendes elastisches, hochspannungsfestes Dichtungselement oder für einen flüssigen oder gasförmigen Fugenisolierstoff bilden.

Unter in Bahnen gewickelte Isolierstoffschichten sind Her und im folgenden Isolierstoffwickel zu verstehen, deren Wickelbreite gleich der Bahnbreite der verwendeten Kunststoffolie ist. Die Verwendung breiter Wickelbahnen mit einer \Vic';elbreite von beispielsweise einem Meter und mehr bietet Vorteile in verschiedener Hinsicht. Günstig ist zunächst, daß ein aus Isolierstoffbahnen hergestellter Isolierstoffwickel ein lockereres Gefüge aufweist als ein aus Isolierstoffbändern hergestellter Wickel. Dadurch erhält man einen vergleichsweise hohen Isoliergasanteil im Wickel und damit eine gute Imprägnierung bei gleichzeitig niedriger Dielektrizitätskonstante und geringen dielektrischen Verlusten. Der Imprägnierungseffekt kann noch dadurch verbessert werden, drß man die einzelnen Isolierstoffbuhnen mit einer gewissen Prägung versieht, wodurch sich günstige Strömungswege für das Imprägniergas ergeben. Die elektrische Festigkeit ist wesentlich höher als bei reinen Gasisolierungen. Wie Versuche ergeben haben, kann die Bctriebsfeldstärke je nach Art der verwendeten Kunststoffolie bzw. des Isoliergases 20 kV/cm und mehr betragen. Bei reinen Gasisolierungen beträgt dieser Wert etwa 10 bis 12 kV/cm. Damit kann die Tsolierwandstärke gegenüber reinen Gasisolierungen um 50° 0 und mehr verringert werden. Hinzu kommt ein nicht unbedeutender fertigungstechnischer Vor- f>5 teil, der dadurch bedingt ist, daß ein Wickel aus breiten Isolierstoffbahnen rationeller hergestellt werden kann als ein solcher aus schmalen Isolierstoffbändem. Von Vorteil ist es auch, daß sich die Erfindung nicht nur für die Anwendung hoher und höchster Spannungen, sondern auch für hohe bis extrem hohe Ströme eignet, weil durch die starre Ausbildung des Innenleiters dessen Querschnitt keine engen Grenzen gesetzt sind, wie dies beispielsweise bei konventionellen, flexiblen Kabeln der Fall ist. Durch die axiale Aneinanderreihung mehrerer Isolierstoffwickel können große Längeneinheiten hergestellt werden, Jie praktisch nur durch die verfügbaren Transportmittel begrenzt sind. Aber auch bei kleineren Längeneinheiten lassen sich durch mechanische und elektrische Verbindung mehrerer Hochspannungsleiterteile beliebig große Übertragungslängen erzielen.

Nachfolgend wird die Erfindung an Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung näher erläutert.

F i g. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine aus mehreren lösbaren Hochspannungsleiterteilen zusammengesetzte Hochspannungsverbindung;

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch eiren Teil eip.es koaxialen Hochspa'inungsleiterteiles (Koaxialkabel) mit senkrechten F'-.jen zwischen den einzelnen Wickeln aus Isolierstoffbabnen:

Fig. 3 zeigt im Querschnitt eine andere Ausführung einer Kuppelstelle für zwei Teile einer Hochspannungsverbindung.

Die koaxiale Hochspannungsübertragungsverbindung gemäß F i g. 1 setzt sich aus einem Endverschluß 1. einem koaxialen Kabel 2 und einem Endabschluß 3 zusammen. Das Koaxialkabel 2 kann aus mehreren miteinander mechanisch und elektrisch verbindbaren Koaxialkabelteilen zusammengesetzt sein, um eine Kabelstrecke gewünschter Länge zu erzielen. Der Innenieiter4 des Koaxialkabels 2 ist als starres Metallrohr, vorzugsweise aus Aluminium, ausgeführt und an den Stoßstellen 5 und 6 mit den Leiterrohren bzw. Leiterteilen 7 und 8 des benachbarten Endverschlusses 1 bzw. Endabschlusses 3 widerstandsarm, lösbar verbunden. D?r Außenmantel 9 des Kabelabschnittes 2 ist über Flansche 10 und 11 mit entsprechenden Flanschen 12 und 13 des Endverschlusses 1 bzw. Endabschlusses3 verbunden, vorzugsweise verschraubt. Die Isolierung des Koaxialkabels 2 besteht aus mehreren mit gasförmigem Isolierstoff imprägnierten, aus Kunststoffolienbahnen hergestellten Wickeln 14 a. 14/>. 14 c. die axial aneinandergesetzt sind. Die einzelnen Lagen der Isolierstoffwickel 14 α bis 14 c sind in axialer Richtung gegeneinander versetzt, so daß die Fugen 15 zwischen den Isolierstoffwickeln 14« bis 14 c schräg verlaufen. In gleicher Weise ist auch die Isolierung des Endverschlusses 1 aufgebaut. Auch der Isolierstoffwickel 16 ist aus axial gegeneinander versetzten Kunststoffolienbahnen gewickelt, so daß schräge Fugen bzw. stirnseitige Wickeloberflächen 17, 18 entstehen. Die Bahnbreite der Kunststoffolie entspricht der Wickelbreite eines Wickels. Bei größeren Längen des Endvrschlusscs 1 können, wie bei dem Koaxialkabel 2. auch mehrere Isolierstoffwickel axial ancinandergesetzt sein. Das Koaxialkabel 2 ist durch konische Gießharzttile 19. 20 an seinen beiden Enden gasdicht abgeschlossen. Der gasdichte Abschluß des Endverschlusses 1 ist durch ein konisches Gießharzteil 21 line einen vorzugsweise ebenfalls aus Gießharz bestehenden Überwurf 22 bewirkt. Der nicht vom Isolierstoffwickel lfi eingenommene freie Raum 23 und die Ringräume bzw. Spalte zwischen den einzelnen Wickcllaeen sind mit einem inerten oder elek-

tronegativen Isoliergas, vorzugsweise Schwefelhexafluorid, mit einem Druck von einem oder mehreren bar gefüllt. Desgleichen sind die zwischen den einzelnen Wickellagen befindlichen Ringräume und Fugen des Koaxialkabels 2 mit inertem bzw. elektroncgcitivem Gas gefüllt. Um die Imprägnierung der Folienbahnen zu erleichtern, ist es vorteilhaft, wenn die Rohrleiter 4 bzw. 7 mit Bohtungen zum Zuführen des Imprägniergases versehen sind. Der kompakte Leiter 8 des Endabschlusses 3 ist durch einen Gießharzteil 24 von dem auf Erdpotential befindlichen umlaufenden Flanschstück 13 isoliert.

Wie F i g. 2 zeigt, können die einzelnen Bahnen der Isolierstoffwickel 14 α bis 14 c (in F i g. 2 sind nur zwei Isolierstoffwickel 14 α und 14 b dargestellt) auch ohne axiale Verschiebung gewickelt sein, so daß sich gerade, zur Achse des Innenleiters 4 senkrecht verlaufende Fugen 31 ergeben. In dem Ringraum zwischen den Isolierstoffwickeln 14 a, 146, dem Innenleiter4 und dem Außenleiter 9 ist ein elastisches Dichtungselement 32, vorzugsweise aus Silikonkautschuk, angeordnet, das unter hohem Druck steht und durch die Teile 4,9, 14 a und 14 b gegen Wegfließen allseitig gesichert ist. Durch einen hohen Preßdruck auf das elastische Dichtungselement 32 von mehr als 10 kp/cm² erhält man eine hohe elektrische Festigkeit der Fuge 31.

Zur elektrischen Abdichtung der Stoßstellen bzw. Fugen 5 und 6 zwischen den Hochspannungsleiterteilen 1 bis 3 sind ringscheibenförmige, elastische Dichtungselemente 25, 26 in von den Flanschen 11, 12, den Gießharzabschlußteilen 20, 21 und den Innenleitern 4 und 7 gebildeten ringförmigen Aussparungen vorgesehen, die ein Wegfließen der Dichtungseiemente 25, 26 beim Festziehen der Schraubverbindungen verhindern. Die Dichtungselemente 25, 26 können vorzugsweise aus Silikonkautschuk bestehen. Wichtig ist, daß die Dichtlingselemente 25, 26 ständig unter einem hohen Anpreßclruck, vorzugsweise zwischen 10 und 100 kp/cm-, gehalten werden, solange die Teile 1 bis 3 an Spannung liegen.

Fig. 3 zeigt eine andere vorteilhafte Losung des Fugenproblems bei beispielsweise zwei miteinander verbundenen Koaxialkabelteilen. Hier sind die die Koaxialkabelteile abschließenden, aus Gießharz bestehenden Isolierteile 27, 28 mit nach außen vorspringenden Isolierschirmen 29, 30 verschen, die

ίο kammartig ineinandergreifen. Die so gebildete Fuge ist mit flüssigem oder gasförmigem Isolierstoff gefüllt.

Nach der Montage können die Gasräume benachbarter Hochspannungsleiterteile und gegebenenfalls

»5 auch die der Isolierfugen miteinander verbunden werden. Zwischen den einzelnen Isolierstoffwickeln können insbesondere bei längeren Leitereinheiten dem Verlauf der Fugen angepaßte Gießharzteile vorgesehen sein. Als Kunststoffolien für die Isolierstoffwickel haben sich vorzugsweise Polyäthylen, Polypropylen, Polystyrol, Polykarbonat und Polytetrafluorethylen gut bewährt. Zur Imprägnierung können alle bekannten inerten und/oder elektronegativen Gase verwendet werden, vorzugsweise Stickstoff und Schwefelhexafluorid.

Bei Verwendung eines Mehrphasensystems können die einzelnen Phasen der Hochspannungsleitcrteilc von einem gemeinsamen, mit einem Isoliergas gefüllten, geerdeten Außenmantel umgeben sein.

Besonders vorteilhaft ist es, daß die einzelnen Hochspannungsleiterteile als Einheiten gebrauchsfertig, d. h. mit der Gasfüllung bzw. -imprägnierung transportiert werden können, so daß am Einsatzorl lediglich die elastischen Fugendichtungen angebracht

und mittels der flanschförmigen Abschlüsse der Hochspannungsleiterteile durch Verspannen, beispielsweise Verschraubcn, unter Druck gesetzt werden müssen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

1. Patentansprüche:

   I, Koaxiales Hochspannungsleiterteil, wie Kabel, Kabelendverschluß, Kondensatordurchführung od. dgl., mit einem starr oder annähernd starr ausgebildeten Innenleiter und mit einer Isolierung aus lagenweise aufgebrachten, in Bahnen gewickelten und unter Bildung von Fugen axial aneinandergesetzten Isolierstoffwickeln, deren Fugen bzw. Spalten zwischen den einzelnen Bahnen mit einem isolierenden Medium ausgefüllt bzw. imprägniert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierstoffbahnen aus Kunststoffolien bestehen und mit Isoliergas imprägniert sind, daß mindestens ein Ende des Hochspannungsleiterteiles einen Anschlußflansch (10, 11 bzw. 12 bzw. 13) aufweist und mittels eines oder mehrerer Fesistoffisolicrteile(s) (19, 20 bzw. 2], 12 bzw. 24) gasdicht abgeschlossen ist, und daß Jie Feststoffisolierteile (19. 20 bzw. 21, 22 bzw. 24) zusammen mit den entsprechenden Anschlußflanschen (10, 11 bzw. 12 bzw. 13) einen Aufnahmeraum für ein unter Druck stehendes elastisches, hochspannungsfestes Dichtungselement (25. 26) oder für einen flüssigen oder gasförmigen Fugenisolierstoff bilden.
2. 2. Hochspannungsleiterteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Bahnen der Isolierstoffwickel (14 α, 14 b, 14 c) in axialer Richtung gegeneinander versetzt sind, so daß die Fugen (15) zwischen ^en Isolierstoffwikkeln (14 a, 14 b, 14 c) schräg verlaufen.
3. 3. Hochspannungsleiterteil .lach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Hochspannungsleiterteile mit Feststoffisolierteilen (19, 20 bzw. 21, 22 bzw. 24) aus Gießharz abgeschlossen sind.
4. 4. Hochspannungsleiterteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr der Hochspannungsleiterteüe über deren Anschlußflansche (10, 11 bzw. 12 bzw. 13) mechanisch und elektrisch lösbar miteinander verbindbar sind.
5. 5. Hochspannungsleiterteil nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr der koaxialen Hochspannungsleiterteile über deren Anschlußflansche (10, 11 bzw. 12 bzw. 13) je mittels eines unter Druck stehenden und gegen Wegfließen allseitig gesicherten Dichtungselementes (25, 26) aus Silikonkautschuk elektrisch miteinander verbindbar sind.
6. 6. Hochspannungsleiterteil nach Anspruch I oder 3. dadurch gekennzeichnet, daß die FeststofT-isolierteile (27, 28) mit nach außen vorspringenden Isolierschirmen (29, 30) versehen sind, wobei die Isolierschirme (29, 30) zweier benachbarter Hochspannungsleiterteile kammartig ineinandergreifen und die so gebildeten Fugen mit flüssigem oder gasförmigem Isolierstoff gefüllt sind.
7. 7. Hochspannungsleiterteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenleiter (4,7) als Rohrleiter ausgebildet und mit Bohrungen zum Zuführen von Imprägniergas versehen ist.
8. 8. Hochspannungsleiterteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Isolierstoffwickel (14«, 14 6, 14 c) durch unter Druck stehende elastische, gegen Wegfließen allseitig gesicherte Dichtungselemente (32), vorzugsweise aus Silikonkautschuk, voneinander getrennt sind.
9. 9. Hochspannungsleiterteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei seiner Verwendung in einem Mehrphasensystem die einzelnen Phasen der Hochspannungsleiterteile von einem gemeinsamen, mit einem Isoliergas gefüllten, geerdeten Außenmantel umgeben sind.