DE2311030C3 - Hochspannungsleiterteil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Hochspannungsleiterteil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein bekanntes, als Hochspannungsdurchführung dienendes Hochspannungsleiterteil dieser Art (US-PS ,₅ 20 69 417) weist einen abgedichteten Hohlraum auf, der eine Schicht aus durch Glühen porös gemachtem, ölgetränkten Sand enthält. Das Öl füllt sowohl die Poren der Sandkörner als auch die Zwischenräume zwischen ihnen aus. Außer dieser Öl-Sand-Gemischschicht enthält dieser Hohlraum zum Ausgleich von temperaturabhängigen Volumenänderungen des Öls noch eine weitere Schicht aus nicht getränktem trockenem Sand und eine Schicht aus Abdichtfasern. Diese Isolierung bezweckt, die mechanische Festigkeit der Hochspannungsdurchführung unter variierenden Temperaturen ohne Beeinträchtigung aufrechtzuerhalten.

Eine Verbesserung der elektrischen Durchschlagsfestigkeit ist damit nicht verbunden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Hochspannungsleiterteil der genannten Art mit verbesserter elektrischer Durchschlagsfestigkeit zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Indem man erste Druckmittel vorsieht, um das strömungsfähige Isoliermittel unter Druck zu halten, der größer als der Atmosphärendruck ist und zweite Druckmittel vorsieht, um die feinzerteilten Partikeln des festen Isoliermaterials aneinander anzudrücken, lassen sich sehr hohe elektrische Durchschlagsfestigkeiten erreichen.

Es ist zwar ein Hohlisolator (CH-PS 2 18 744) bekannt, welcher eine Ölfüllung hat, innerhalb der Füllkörper aus festem Isolierstoff angeordnet sind. Diese Füllkörper haben jedoch nur die Aufgabe, die ölfüllung zu vermindern, um im Falle einer Entzündung die Auswirkung der Schäden durch das brennende öl kleiner zu halten. Diese Füllkörper sind nur lose eingefüllt und sammeln sich je nach Lage des Hohlisolators aufgrund der Schwerkraft in bestimmten Hohlraumbereichen an. Eine Erhöhung der elektrischen Durchschlagsfestigkeit, wie sie durch die Erfindung erreicht wird, ist nicht gegeben.

Es ist ferner ein Hochspannungsdruckkabel (DT-OS 15 15 715) bekannt, bei welchem der elektrische Leiter durch einen ihn umfassenden massiven Körper aus Kunststoff isoliert ist, der in einem Druckraum angeordnet ist, in welchem sich ein gasförmiges oder flüssiges Druckmittel unter Druck befindet, um die Hohlräume des massiven Kunststoffkörpers unter Herausdrücken des in ihnen befindlichen Gases in den Leiter zu beseitigen. Das Druckmittel dient nur dem Komprimieren der massiven Isolation.

Es ist auch ein Gasdruckkabel (DT-OS 19 60661) bekannt, bei welchem der elektrische Leiter von einer Papier-Öl-Isolierung umfaßt ist, die von einem Außenmantel aus Polyurethan umhüllt ist. Die Gasdruckfüllung dient dem Verhindern von die elektrische 'cfpctjaUgit herabsetzenden Hohlräume·*. Es

sind keine fein verteilten Partikeln eines festen Isoliermaterials vorhanden, die durch ein gesondertes Druckmittel aneinander angedrückt werden

Es ist ferner ein elektrisches Kabel bekannt (US-PS 28 00 524), welches zwecks Feuerfestigkeit eine temperaturfeste Isolation aufweist, welche unter anderem mit Siliconharz getränkte Glasfasern enthalten kann. Dieses Kabel ist also nur im Hinblick auf die gewünschte Feuerbeständigkeit ausgebildet.

Bei einer bekannten Hochspannungsdurchführung ι ο (CH-PS 3 90 342) dient als Isolierung ein mit einem unter Überdruck gehaltenen halogenhaltigen Gas oder Gasgemisch durchtränkter Papierwickel. Das Gas kann Schwefelhexafluorid oder ein Stickstoff enthaltendes Gasgemisch sein. Diese Isolation bezweckt nur ein Kabel geringen Gewichtes, das keine thermischen Ausdehnungsprobleme aufwirft und bei welchem die Feldverteilung im Dielektrikum mittels Kondensatoreinlagen gesteuert werden kann.

Bei einer anderen bekannten elektrischen Durchführung (DTPS 5 59 241) ist ein Hohlraum mit öl oder einer vergießbaren Masse ausgefüllt, wobei zur Verminderung der Hystereseverluste im Falle von Hochfrequenzströmen in das öl oder den aus vergieBbarer Masse· bestehenden Isolierstoff eine Metallhülse als Hülle für eine besondere Schicht hoher elektrischer Festigkeit dient. Es sind keine mit dem öl durchtränkten feinverteilten Partikeln vorhanden.

Durch die DT-AS 11 98 888 ist eine Isolatoranordnung bekannt, deren Gehäuse aus einem Epoxidharz oder aus einem Glasfasermaterial besteht, wobei das Gehäuse mit einem dielektrischen Gas oder einer dielektrischen Flüssigkeit gefüllt ist. Es sind ebenfalls keine feinverteilten Partikeln aus festem Isoliermaterial vorhanden.

Durch die DTPS 4 06 683 ist ein Durchführungsisolator für niedrige Spannungen bekannt, welcher in einem Gehäuse geschichteten, pulverförmigen Isolierstoff enthält, wobei die Zwischenräume des Isolierstoffes mit einem im heißen Zustand flüssig eingefüllten Bindemittel ausgefüllt sind, das nach dem Einfüllen infolge Abkühlung erstarrt ist. Nach erfolgter Herstellung ist kein flüssiges Isoliermittel vorhanden.

Durch die US-PS 33 24 232 ist ferner ein Kabel bekannt, dessen Hohlräume mit Bornitritpulver gefüllt sind, das als alleiniger isolierstoff dient.

In den Unteranr;prüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen beschrieben.

In Unteranspruch 2 sind bevorzugte Materialien für das feinzerteilte Isoliermaterial beschrieben. Dabei können zweckmäßig als festes Isoliermaterial Quarz, geschmolzene Kieselerde (Siliziumdioxyd) oder Glimmer für Anwendungsfälle vorgesehen sein, ciie eine niedrige absolute Dielektrizitätskonstante der Isolierung erforderlich macht. Glas oder Porzellan sind zweckmäßig für solche Anwendungsfälle, die eine höhere absolute Dielektrizitätskonstante der Isolierung erlauben.

Das strömungsfähige Isoliermittel kann entweder flüssig oder gasförmig sein. Gemäß Unteranspruch 3 f,₀ können als flüssiges Isoliermittel vorteilhaft niederviskoses Mineralöl, Fluorkohlenstofföl (Fluorocarbonöl, Fluorcarbonöl) oder Siliconöl und als gasförmige Isoliermittel vorteilhaft Stickstoff und Schwefelhexafluorid vorgesehen sein.

Das elektrische Hochspannungsleiterteil kann einen einzigen Leiter aufweisen oder es kann gemäß ünteranspruch 4 mindestens zwei leitende Glieder haben, die im Abstand voneinander sich befinden, wobei der Raum zwischen ihnen mit Partikeln aus festem Isoliermaterial und Isoliermittel gefüllt ist.

Das Hochspannungsleiterteil kann z. B. ein Kabel, eine Höchstspannungsdurchführung oder -einführung, eine gerade Verbindung, eine Endverbindung, eine Sperrmuffe, ein dichtender Endverschluß, eine metallverkleidete Höchstspannungsstrom- oder -sammelschiene, ein Höchstspannungsstromtransformator usw. sein.

Eine vorteilhafte Ausführungsform eines Kabels ist in Unteranspruch 5 beschrieben. Dabei kann zweckmäßig das zweite Druckmittel gemäß Unteranspruch 6 oder gemäß Unteranspruch 7 getroffen sein.

Eine vorteilhafte Ausbildung des Hochspannungsleiterteils als Höchstspannungsdurchführung oder -einführung kann gemäß Unteranspruch 8 getroffen sein.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, wobei es sich verstehi, daß sie in zahlreichen weiteren Ausführungsformen verwirklicht werden kann.

In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch ein Höchstspannungskabel,

Fig. 2 einen Querschnitt durch ein weiteres Höchstspannungskabel,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Höchstspannungsdurchführung oder -einführung.

Das in Fig. 1 dargestellte Kabel hat einen hohlen verseilten, d. h. vielsträngigen, aus mehreren Drähten bestehenden Leiter 1, wobei der durch seinen hohlen Innenraum gebildete Kanal 2 mit durch nicht dargestellte erste Druckmittel unter Druck stehendem Mineralöl gefüllt ist. Es versteht sich, daß dieses Mineralöl aus dem Kanal 2 durch den verseilten Leiter 1 hindurchdringen kann. Geeignetes leitendes oder halbleitendes Filterpapier, beispielsweise Kohlepapierband, ist um den Leiter 1 herumgewunden, um eine Schicht 3 zu bilden, welche als eine Membran wirkt, die den Durchgang des Mineralöls durch sie hindurch erlaubt. Eine konzentrische, undurchlässige Membran 4 umfaßt die Schicht 3 aus Kohlepapierband im Abstand, wobei der Raum zwischen der Membran 4 und der Schicht 3 mit einer Isolation 5 gefüllt ist, welche Partikeln aus festem Isoliermaterial in dem Mineralöl aufweist. Die Membran

4 wird von einer weiteren undurchlässigen Membran 6 im Abstand umfaßt, und der Raum zwischen den Membranen 4 und 6 ist gefüllt mit einem unter Druck stehenden Fluidum 7, so daß ein die Membran 4 belastendes zweites Druckmittel vorhanden ist.

Da die Membran 3 für das Mineralöl durchlässig ist, übt das in dem Kanal 2 befindliche Mineralöl einen Druck auf die Isolierung 5 aus, der als Druck P\ bezeichnet sei. Der Druck des Fluidums 7 in dem Raum zwischen den Membranen 4 und 6 wirkt auf die Isolierung 5 mit einem Druck ein, der als P 7 bezeichnet sei, so daß der auf die Isolierung 5 einwirkende Differenzdruck gleich P2 bis Pi ist. Es entsteht so ein Zwischenpartikeldruck, d. h. die Partikeln der Isolierung

5 werden durch den auf der flexiblen Membran 4 lastenden, resultierenden Druck aneinander und an die auf d^m Leiter 1 aufliegende Membran 3 angedrückt.

Das Kabel kann hergestellt werden, indem ein geeignetes, befeuchtetes, pulverisiertes, festes Isoliermaterial in den Zwischenraum zwischen die Schicht 3 und die Membran 4 extrudiert wird und Mineralöl wird dann unter Druck in den Kanal 2 eingespeist und dringt dann durch die Schicht 3 in rla«;

isolierende Material ein, um so die Isolierung 5 zu bilden.

Das in F i g. 2 dargestellte Kabel ist ähnlich dem nach Pig. 1 und nur die Unterschiede werden nachfolgend erklärt. Bei diesem Kabel ist die undurchlässige Membran 6 und das in dem Raum oder der Leitung 7 unter Druck stehende Fluidum weggelassen und an seiner Stelle ist ein Metallband unter Spannung spiralförmig um die Membran 4 herumgewunden, wie es bei 8 dargestellt ist. Diese Schicht aus Metallband 8 übt eine einwärts gerichtete radiale Kraft auf die undurchlässige Membran 4 aus und hat denselben Effekt wie das unter dem Druck Pi stehende Fluidum 7 in dem in F i g. 1 dargestellten Kabel.

Die in F i g. 3 dargestellte Höchstspannungsdurchführung oder -einführung hat einen zentralen metallischen Leiter 10, welcher an einem hohen Potential Hegt. Der Leiter 10 ist von einem hohlen Zylinder 11 aus Isoliermaterial im Abstand umfaßt. An jedem Ende des Zylinders 11 ist, wie dargestellt, eine Endplatte 12 axial verschiebbar vorgesehen und diese Platten 12 können vorzugsweise aus isolierendem Material bestehen. An den inneren öffnungen und den äußeren Umfangskanten der Endplatten 12 sind Dichtungen 13 vorgesehen, welche an dem mittigen Leiter 10 und dem Zylinder 11 anliegen. Jedes Ende des Leiters 10 ist mit einem Gewinde versehen und aufgeschraubte Muttern 14 dienen dazu, um Federglieder 15 gegen die Endplatten 12 anzudrücken, so daß diese im Raum 27 befindlichen Partikeln aus festem Isolationsmaterial aneinander andrücken. An den Innenseiten der Endplatten 12 ist je ein Sprühschutz (Koronaschirm) 16 vorgesehen, welche den zentralen Leiter 10 im Abstand umfassen und jeweils an der betreffenden Endplatte 12 anliegen. Der Sprühschutz 16 an jedem Ende dieser Durchführung ist mittels eines Leiters 17 mit dem zentralen Leiter 10 verbunden. Ein geerdeter Sprühschutz (Koronaschirm) 18 umfaßt den mittigen Bereich des Leiters 10 im Abstand und hat die Form eines ringförmigen Hohlkörpers aus Blech, der einen engen mittleren zylindrischen Bereich 19 hat, an dessen beiden Enden je ein nach auswärts sich erweiternder Bereich 20 anschließt. An jedem Ende der sich nach auswärts erweiternden Bereiche 20 schließt ein weiterer zylindrischer Bereich 21 an, wobei die äußeren Enden der zylindrischen Bereiche 21 nach auswärts und rückwärts gebogen sind, wie es bei 22 dargestellt ist und diese Bereiche 22 sind zylindrisch und erstrecken sich über die Bereiche 21 und 20 im Abstand von diesen. Die Enden der Bereiche 22 sind mit dem Hohlzylinder 11 mittels je einer undurchlässigen Dichtung oder Membran 2< verbunden. Der Ringraum 25, welcher umschlossen is: von dem Koronaschirm 18, den ringförmigen Dichtun gen 24 und dem sich zwischen den Dichtungen 2A erstreckenden Bereich des Zylinders 11 ist mit untei Druck stehendem öl gefüllt und enthält ölexpansions elemente 26. Der Raum 27 zwischen dem zentralen Leite: 10 und dem Hohlzylinder 11 außerhalb des Raumes 25 ist mit den Partikien aus festem Isoliermaterial und öl

,ο gefüllt, so daß auch der Raum zwischen dem Koronaschirm 18 und dem zentralen Leiter 10 mit öl und Partikeln des festen Isoliermaterials gefüllt ist. Ein Filter 28 erstreckt sich durch eine der Dichtungen 24 hindurch und ist durchlässig für öl aber nicht für die Partikeln des festen Isoliermaterials, so daß sich der Öldruck im Raum 25 auch auf das öl in dem Raum 27 auswirkt. Der zentrale Leiter 10 liegt an der Hochspannung, wogegen der Koronaschirm geerdet ist und die Isolierung wurde als sehr zufriedenstellend arbeitend befunden.

In allen drei Ausführungsbeispielen besteht die Isolierung aus Partikeln aus festem Isoliermaterial ir einem strömungsfähigen Isoliermittel, welches Entladungen unterdrückt, und es wurde gefunden, daß die« ausgezeichnet arbeitet. Es ist glaubhaft, daß der Grunc für das zufriedenstellende Arbeiten der Isolierung vor der Tatsache sich herleitet, daß das Isoliermittel effektiv als dünner Film vorliegt und wenn ein fluidumförmige« Isoliermittel in der Form eines dünnen Filmes vorliegt ist seine spezifische elektrische Durchschlagfestigkeil (Widerstandsfestigkeit) vergrößert.

Geeignete strömungsfähige Isoliermittel sind ζ. Β niederviskoses Mineralöl, Fluorkohlenstofföl (Fluorcar bonöl), Silikonöl, Stickstoff und Schwefelhexafluorid Geeignete feste Isoliermaterialien sind z. B. Kieselerde (Siliziumdioxyd), Glimmer, Glas und Porzellan, welch« anorganische Materialien sind, und Polyäthylen, Poly propylen, P.T.F.E, PVC und Kohlenwasserstoffe (bei spielsweise Zucker), welche organische Werkstoffe sind Die Partikelgröße des festen Isoliermaterials, sein« Verdichtung und Porösität beeinflussen seine Chrakteri stiken.

Die Aufrechterhaltung von Zwischenpartikeldrucl hat den Zweck, um Partikelbewegung und Sedimenta tion zu verhindern, um so den dünnen Filmzustand de: entladungsunterdrückenden Isoliermittels sicherzustel len.

Die Partikeln des festen Isoliermaterials könnet irgendwelche Gestalten haben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Hochspannungsleiterteil, wie Kabel, Höchstspannungsdurchführung oder -einführung od. dgl. mit einem um den Leiter angeordneten aus feinverteilten Partikeln bestehenden festen Isoliermaterial, das mit strömungsfähigem Isoliermittel getränkt ist, dadurch gekennzeichnet, daß erste Druckmittel vorgesehen sind, um das strömungsfähige Isoliermittel über Atmosphärendruck zu halten und daß zweite Druckmittel vorgesehen sind, um die Partikeln des festen Isoliermaterials aneinander anzudrücken.

2. Hochspannungsleiterteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das feste Isoliermaterial aus Quarz, geschmolzener Kieselerde (Siliziumdioxyd), Glimmer, Glas oder Porzellan besteht.

3. !-lochspannungsleiterteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das strömungsfähige Isoliermittel ein niederviskoses Mineralöl, Fluorkohlenstofföl, Silikonöl, Stickstoff oder Schwefelhexafluorid ist.

4. Hochspannungsleiterteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei leitende Glieder im Abstand voneinander vorgesehen sind, und daß der Raum zwischen diesen Gliedern mit Isoliermittel und Isoliermaterial gefüllt ist.

5. Hochspannungsleiterteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es bei seiner Ausbildung als Kabel einen hohlen, verseilten Leiter (1) aufweist, welcher mit unter Druck oberhalb Atmosphärendruck stehendem strömungsfähigen Isoliermittel gefüllt wird, daß eine permeable Membran (3) den Leiter (I) umgibt, daß eine undurchlässige Membran (4) die permeable Membran (3) umfaßt, daß der Raum zwischen der permeablen und der undurchlässigen Membran (3 und 4) Partikeln des festen isoliermaterial enthält und das strömungsfähige Isoliermittel durch die permeable Membran (3) hindurchgehen kann, und daß die zweiten Druckmittel die undurchlässige Membran (4) umgeben.

6. Hochspannungsleiterteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Druckmittel eine undurchlässige Membran (6) aufweisen, welche die andere undurchlässige Membran (4) umgibt und der Raum (7) zwischen den undurchlässigen Membranen mit unter Druck stehendem Fluidum gefüllt ist.

7. Hochspannungsleiterteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Druckmittel Metallband (8) aufweisen, welches um die impermeable Membran (4) unter Spannung gewunden ist.

8. Hochspannungsleiterteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es bei seiner Ausbildung als Höchstspannungsdurchführung oder -einführung einen Leiter (10) aufweis«, der von einem Gehäuse (II) umgeben ist, daß ein Sprühschutz oder Koronaschirm (18) aus Blech, welcher den mittleren Teil des Leiters (10) umgibt, vorgesehen und am Gehäuse (11) angeordent ist, um einen Raum (25) zu schaffen, welcher mit unter Druck oberhalb Atmosphärendruck stehendem strömungsfähigen Isoliermittel gefüllt ist, und daß der restliche Bereich (27) des Innenraumes des Gehäuses (11) ebenfalls mit diesem unter Druck oberhalb Atmosphärendruck stehendem stromun^fahi^en !soüermitte! und zusätzlich mit Partikeln des festen Isoliermaterials gefüllt ist, wobei zwischen dem Raum (27) und dem restlichen Bereich (25) des Gehäuseinnenraumes (U) ein für das Isoliermittel jedoch nicht für die Partikeln au» festem Isoliermaterial durchlässiger Durchlaß (28) vorgesehen ist.