DE2239133C3

DE2239133C3 - Druckgasisoliertes Hochspannungskabel

Info

Publication number: DE2239133C3
Application number: DE2239133A
Authority: DE
Inventors: Wladimir Ilitsch Lewitow; Andrej Grigorewitsch Ljapin; Oleg Wasilewitsch Schtscherbina
Original assignee: Gosudarstwenny Nautschno-Issledowatelskij Energetitscheskij Institut Imeni Gm Krschischanowskowo Moskau
Current assignee: Gosudarstwenny Nautschno-Issledowatelskij Energetitscheskij Institut Imeni Gm Krschischanowskowo Moskau
Priority date: 1972-07-25
Filing date: 1972-08-09
Publication date: 1976-01-08
Also published as: DE2239133B2; SE377979B; CH551076A; GB1395221A; DE2239133A1

Description

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein druckgasgefülltes Hochspannungs-Koaxialkabel zu

schaffen, bei dem die Überschlagsspannung am Stützisolator bis auf den Wert der Druckgasdurchschlags-40 spannung erhöht ist. Dabei soll diese Gleichheit der elektrischen Festigkeiten in einem weiten Bereich der Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Drücke gelten.

druckgasisoliertes Hochspannungskabel mit den Ausgehend von einem druckgasisolierten Hochstromführenden Leiter gegenüber der koaxialen spannungskabel der eingangs beschriebenen Art, wird Metallhülle zentrierenden ringförmigen Stützisolier- 45 zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß vorgeelementen und mit in Ringnuten derselben eingebau- schlagen, daß die Ringnuten der ringförmigen Stützten Elektroden, die in elektrischem Kontakt mit isolierelemente im Querschnitt etwa halbkreisförmig wengstens dem stromführenden Leiter stehen. Ein mit einem Radius r ausgeführt sind, der 0,2 bis 0,25 solches Kabel ist aus der deutschen Offenlegungs- des Abstandes zwischen dem stromführenden Leiter schrift 19 34 812 bekannt. 50 und der koaxial angeordneten Metallhülle des Kabels

Druckgasisolierte Hochspannungskabel mit Metall- beträgt, und daß die Erzeugende der Seitenfläche der hülle sind gegenüber Hochspannungsfreileitungen ringförmigen Stützisolierelemente derart gewählt ist, oder auch Kabeln mit ölfüllungs- oder Ölpapier- daß sie mit einer elektrischen Feldlinie zusammenisolation vorteilhaft bezüglich der Übertragungsfähig- fällt.

keit auf Grund eines großen möglichen Leiterquer- 55 Es ist dabei zweckmäßig, daß die Seitenfläche der Schnitts und der guten Wärmeleitfähigkeit des Druck- ringförmigen Stützisolierelemente mit einer Erzeugengases, der geringen dielektrischen Verluste, des den ausgeführt ist, deren Gleichung im rechtwinkpiaktisch völligen Fehlens von Koronaverlusten, der !igen Koordinatensystem (X, Y) mit Anfang im Unempiimllichkeii gegenüber Witterungseinflüssen, Mittelpunkt des Querschnittshalbkreises der erwähnder I'reiheil von I-unkstörungen, der hohen kritischen ^6o ten Ringnut die Form
Kabelliinge aut CJrund geringer spezifischer Kapazität, der Möglichkeit der Isolierung auch gegenüber ν = r(l 82 — 0 72 e~''³ *') — A J'¹*'
höchsten Spannungen sowie der einfachen Konstruk- '

tion und Montage. hat, wobei der Koeffizient A gleich 0,005 für ein

Problematisch ist bei den betrachteten Kabeln die ⁶5 Hochspannungskabel mit Schirmelektroden sowohl

ÜlxMsdilagslesiigkeit der Stützisolator. seitens des stromführenden Leiters als auch seitens

Aus der Zeitschrift ETZ-A, Bd. 92 (1971), H. 12, der Metallhülle und gleich 0 für ein Hochspannungs-

*» TM. ist es bekannt, daß die Feldverteilung auf der kabel mit Schirmelektroden nur seitens des strom-

Isolatoroberfläche durch Maßnahmen der Form- in dem Stützisolierelement verändert das elektrische

führenden Leiters ist. Feld innerhalb des Kabels, wodurch längs der FeId-

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Be- kraftlinien in der Nähe der Elektroden das Potential-

schreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der gefälle derart verteilt ist, daß es in jedem beliebigen

Zeichnungen weiter erläutert. Es i.eigt 5 Punkt der Kraftlinie niedriger als an der Oberfläche

F i g. 1 das Hochspannungskabel gemäß der Erfin- des stromführenden Leiters im Raum zwischen den

dung im Längsschnitt, Stützisolierelementen ist.

F i g. 2 das Hochspannungkabel gemäß dei Erfin- Hierbei wird an den Kraftlinienstellen in der Nähe

dung mit einer Ringnut sowohl seitens des strom- des stromführenden Leiters 1 und der Metallhülle 2

führenden Leiters als auch seitens der Metallhülle, io das elektrische Feld stark gegenüber den gleichen

F i g. 3 eine andere Ausführungsvariante des Hoch- Stellen im Raum zwischen den Stützisolierelementen spannungskabels gemäß der Erfindung, bei der die abgeschwächt, während im mittleren Teil der Kraft-Ringnuten nur seitens des stromführenden Leiters linie das Feld etwas verstärkt wird,
ausgeführt sind, Dadurch wird erreicht, daß das elektrische Feld

F i g. 4 eine weitere Ausführungsvariante des Hoch- 15 längs der erwähnten Kraftlinien ausgeglichen wird,

epannungskabels gemäß der Erfindung mit nur einer Die gleiche Verteilung des Potentialgefälles findet an

Ringnut seitens des stromführenden Leiters. der Oberfläche des Stützisolierelementes 3 statt, des-

Das Hochspannungskabels gemäß der Erfindung sen Erzeugende mit einer der erwähnten Kraftlinien

enthält einen stromführenden Leiter 1 (Fig. 1) und zusammenfällt. Davon ausgehend ist auch die Seiten-

eine koaxial zum erwähnten stromführenden Leiter 1 20 fläche des Stützisolierelementes bestimmt,

angeordnete Metallhülle 2. Der Radius r (F i g. 1) der Ringnuten 4 wird zweck-

Der stromführende Leiter 1 wird innerhalb der mäßigerweise im Bereich 0,2 bis 0,25 vom Abstand

Metallhülle 2 mittels ringförmiger Stützisolierele- zwischen dem stromführenden Leiter 1 und der Me-

mente 3, die beisipelsweise aus Porzellan, Epoxyd- tallhülle 2 gewählt. Dann hat die Seitenfläche des

kompoundmasse, Keramik u. dgl. ausgeführt sind, 25 Stützisolierelementes 3 eine Erzeugende, deren Glei-

befestigt. chung im rechtwinkligen Koordinatensystem (X, Y)

An den Kontaktflächen der Stützisolierelemente 3, mit Anfang im Mittelpunkt des Querschnittshalb-

die an der Oberfläche des stromführenden Leiters 1 kreises der Ringnut die Form
und der Metallhülle 2 anliegen, sind Ringnuten 4

von halbrundem Querschnitt ausgeführt, in welche 30 y = Ml 82 — 0 72 e"''³^ — A e''²^)
Schirmelektroden 5 eingebaut sind, die einen elektrischen Kontakt jeweils mit dem stromführenden hat. Hierbei ist A = 0,005.

Leiter 1 und der Metallhülle 2 haben. Die Schirm- In diesem Falle nimmt die Formel folgende Form

elektroden 5 werden entweder durch Füllen der Nu- an:

ten 4 mit Metall oder durch Überdecken derselben 35 _x

mit einer leitenden Schicht, beispielsweise durch Auf- y = /-(l 82 — 0 72 e""¹'³^ — 0 005 e''²^)

dampfen, oder auch durch Unterbringen von ent- ' '

sprechend dem Profil der Nuten 4 ausgepreßten Me- Bei den Ausführungen, wo das Verhältnis von

tallhohlringen ausgeführt. Innendurchmesser der Metallhülle zum Durchmesser

Der Raum zwischen dem stromführenden Leiter 1 40 des stromführenden Leiters größer als 3 ist, ist es und der Metallhülle 2 wird mit Druckgas 6, beispiels- zulässig, die Schirmelektroden nur seitens des stromweise mit Stickstoff bzw. Schwefelhexafluorid (SF₀), führenden Leiters (Fig. 3,4) anzuordnen.Die Seitengefüllt, fläche des Stützisclierelementes 3 (Fi g. 3, 4) hat eine

In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel Erzeugende, deren Gleichung im rechtwinkligen Kodes Kabels sind bei dem Stützisolierelenient 3 je zwei 45 ordinatensystem (X, Y) mit Anfang im Mittelpunkt Schirmelektroden 5 für jede Kontaktfläche seitens des Querschnittshalbkreises der Ringnut in Form
des stromführenden Leiters 1 und der Metallhülle 2

vorgesehen, jedoch ist die Ausführung mit je einer y = ru 82 —0 72

Schirmelektrode 5 für jede Kontaktfläche möglich '

(s. F i g. 2). 50 hat. Aus der Formel ist ersichtlich, daß A=O ist.

In diesem Falle sind die eingebauten Elektroden Bei den oben beschriebenen Kabelausfülirungen ist

als hohle Metallringe nach dem Querschnitt der praktisch ein Zusammenfallen der Uberschlagspan-

Nut 4 ausgeführt, während der freie Raum mit jeder nung der ringförmigen Stützisolierelemente mit der

beliebigen Kompoundmasse 7 gefüllt ist. Durchschlagspannung des Druckgases im Bereich bis

Die Anwendung von eingebauten Schirmelektroden 55 21 at erreicht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

gebung verbessert werden kann, wobei als beste Aus-Patentansprüche: führung eine solche empfohlen wird, bei der die elektrische Beanspruchung des Isolators über seine

1. Druckgasisoliertes Hochspannungskabel mit ganze Länge konstant ist. Konkret werden dabei den stromführenden Leiter gegenüber der ko- 5 Trichterformen oder die auch aus der genannten axialen Metallhülle zentrierenden ringförmigen deutschen Offenlegungsschrift 19 34 312 bekannten Stützisolierelementen und mit in Ringnuten der- Konusformen vorgeschlagen, bei denen die Isolatorseiben eingebauten Elektroden, die in elektrischem scheiben mit einer verbreiterten Nabe am Innenleiter Kontakt mit wenigstens dem stromführenden Lei- anliegen.

ter stehen, dadurch gekennzeichnet, daß io Soweit bei den bekannten Stutzisolatoren Schirm-

die Ringnuten (4) der ringförmigen Stützisolier- elektroden verwendet werden, so wird deren Form

elemente (3) im Querschnitt etwa halbkreisförmig auf Grund von Überlegungen, betreffend die Form

mit einem Radius r ausgeführt sind, der 0,2 bis 0,25 des Isolators, gewählt. Es soll durch die Schirmelek-

des Abstandes zwischen dem stromführenden Lei- troden der Spalt zwischen dem Metall des Leiters

ter (1) und der koaxial angeordneten Metallhülle 15 und der Oberfläche des Dielektrikums des Isolators

(2) des Kabels beträgt, und daß die Erzeugende der kurzgeschlossen werden, um überhöhte Feldstärken Seitenfläche der ringförmigen Stützisolierelemente zu vermeiden, die zu einer Ionisierung des im Spalt

(3) derart gewählt ist, daß sie mit einer elektri- eingeschlossenen Gases und dadurch zu Teilentladunschen Feldlinie zusammenfällt. gen führen.

2. Hochspannungskabel nach Anspruch 1, da- 20 Die bekannten Ausbildungen führen jedoch zu durch gekennzeichnet, daß die Seitenfläche der Verzerrungen des elektrischen Feldes durch die Stützringförmigen Stützisolierelemente (3) mit einer isolatoren, zur Verstärkung des Potentialgefälles in Erzeugenden ausgeführt ist, deren Gleichung im der Nähe des Leiters und der Hülle und zum Aufrechtwinkligen Koordinatensystem (X, Y) mit treten einer beträchtlichen Normalkomponente, der Anfang im Mittelpunkt des Querschnittshalbkrei- 25 Feldspannung auf der Oberfläche des Stützisolators, ses der erwähnten Ringnut (4) die Form was eine Senkung der Überschlagsspannung zur

Folge hat, die schon bei Drücken von 5 bis 6 at um

ν = r(l 82 — O72e~^1>3^) — Λ e'²^ mindestens 15 bis 20% niedriger als die Durch-

^y ' ' ' Schlagsspannung des umgebenden Gases liegt.

hat, wobei der Koeffizient A gleich 0,005 für ein 30 Dies bedeutet, daß das Stützelement hinsichtlich Hochspannungskabei mit Schirmelektroden (5) der dielektrischen Festigkeit die schwächste Stelle sowohl seitens des stromführenden Leiters (1) als bleibt. Wenn der Gasdruck weiter erhöht werden auch seitens der Metallhülle (2) und gleich 0 für soll, was z. B. bei der Verwendung von Stickstoff ein Hochspannungskabel mit Schirmelektroden oder Luft zweckmäßig ist, so ergibt sich eine weitere (S) nur seitens des stromführenden Leiters (1) ist. 35 Senkung der dieleklrischen Festigkeit des Kabels.