DE2316138C2 - Gekapselte, gasisolierte Hochspannungsleitung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine gekapselte, fasisolierte Hochspannungsleitung mit rohrförmiger Kapselung und mindestens einem mittels Isolierstoffkörpern gegenüber der Kapselung zentrisch abgestützten elektrischen Leiter, der in einer zylindrischen Hüllfläihe eingeschlossene, achsparallele Bereiche unterschiedlicher .Stromtragfähigkeit aufweist, wobei die itromführenden Bereiche größter Stromdichte benachbart /ur 1 lüllfläche und diametral gegenüberliegen.

Eine derartige Hochspannungsleitung ist aus der DE-OS 20 16 957 bekannt. Bei dieser^ bekannten Hochspannungsleitung besteht der* elektrische Leiter aus Doppel·¹ oder Dreifachprofilen, die durch stegförrnige Brücken miteinander Verbunden sind. Diese Profile weisen aber in sich einen Querschnitt von angenähert gleicher Wandstärke auf, so daß sich der Strom gleichmäßig über den gesamten Querschnitt der Profile verteilt, abgesehen von den stegförmigen Brückenteilen, die sich im Innern befinden und nur geringe Ströme führen werden. Diese besondere Leiterform wurde bei der bekannten Anordnung gewählt, weil die mittleren Stege in einfacher und billiger Weise zur Befestigung der Stützisolatoren im feldfreien Raum verwendet werden können. Durch den Aufbau der bekannten Leiter ergeben sich ungleichmäßige Abstände zur metallischen Kapselung. Außerdem ist das elektrische Feld stark unhomogen ausgebildet Daraus ergibt sich,

IQ daß bei Auftreten eines Störlichtbogens der Lichtbogenfußpunkt von vornherein nur an bestimmten Leiterbereichen ansetzen wird, nämlich an denen, die den geringsten Abstand zur geerdeten Kapselung aufweisen. Dieser Störlichtbogen wird dann infolge

'υ seines Eigenfeldes zu einer Bewegung in Längsrichtung des Leiters beschleunigt, verlagert sich aber nicht innerhalb des Leiterquerschnitts.

Ferner ist in der DE-OS 20 48 989 beschrieben, daß innerhalb einer Kapselung einer Hochspannungsleitung eine ins Innere der Kapselung hineinragende Erdschiene vorgesehen ist, die als axial verlaufender lichtbogenresistenter Bereich der Kapselung anzusehen ist. Bei der bekannten Hochspannungsleitung besteht die rohrförmige Kapselung jedoch aus Metall, das mit einem inneren Korrosionsschutzüberzug versehen ist. Der Erdleiter dient zur elektrischen Entlastung des durch den Überzug gegebenen Spaltes zwischen der Innenseite der Metallkapselung und den Scheibenisolatoren, die den elektrischen Leiter tragen. Außerdem ist der Erdleiter an der untersten Stelle der Kapselung angeordnet und formsteif ausgebildet, damit er den Korrosionsschutzüberzug von dem Gewicht der Isolatoren und des Leiters entlastet, so daß an ihm keine Beschädigungen auftreten können.

Bei gekapselten, gasisolierten Hochspannungsleitungen können infolge unvermeidbarer innerer oder äußerer Störungseinflüsse sich während des Betriebes Durchschläge ergeben, für welche die Kapselung entsprechend dimensioniert sein muß, um diese vor der Zerstörung zu schützen. Entstehen.le Störlichtbögen werden im allgemeinen unter der Einwirkung von Stromkräften längs der Kapselungsachse bewegt, wobei die Wanderungsgeschwindigkeiten stromabhängig, ζ. Β. zwischen 5 und 30 m/sec schwanken. Bei ungünstigen Verhältnissen jedoch verharrt der Lichtbogen an einer Stelle, die als Sollbrennstelle im Zuge der Kapselung ungeeignet ist, was dort zu Beschädigungen führen kann. Deshalb hat man bereits besonders ausgebildete Sollbrennstellen, insbesondere an den die Kapselung in einzelne Kapselungsabschnitte unterteilenden gasdichten Schottstellen. vorgesehen. Derartige Sollbrennstellen sind aus der US-PS 24 69 445 und der DE-OS 20 59 330 bekannt. Diese verlaufen gleichmäßig entlang des gesamten Umfangs. z. B. in Form in das Innere der Kapselung hineinragender Rippen oder Ringe. An diesen Stellen soll der wandernde Lichtbogen zum Stehen kommen und dort ohne Schaden einer Beschädigung der Kapselung und des Leiters brennen können, bis die Anlage abgeschaltet wird.

Ein älterer Vorschlag (DEOS 22 02 401) sieht in einer aus Kunststoff bestehenden Kapselung einer gasisolier ten Hochspannungsleitung, in die ein leitender Schirm eingebettet ist, in axialer Richtung verlaufende Erdleiter vor, die den Lichtbögenstrom auch für längere Zeit führen können, Diese bilden somit eine Leitschiene für den Störlichtbogen zum Schutz der Kapselung und des Schirmes, an welcher der Stöflichtbögen entlang wandern kann, bis er zu einer Sollbrennslelle gelangt.

Per Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einer gekapselten, gasisolierten Hochspannungsleitung der eingangs beschriebenen Art, den Aufwand hinsichtlich der Lichtbogenbeständigkeit der Kapselung gering zu halten und die Wanderungsgeschwindigkeit eines entstandenen Störlichtbogens zu steigern.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Leiter eine kreisförmige Außenkontur mit einer geschlossenen leitenden Oberfläche aufweist und daß die Kapselung mindestens an den den Leiterbereich größter Stromdichte nächstgelegenen Stellen lichtbogenresistent ausgebildet ist.

Bei einem derartigen Leiter mit einer kreisförmigen Außenkontur mit einer geschlossenen leitenden Oberfläche sind die Abstände zwischen der Leiteroberfläche und der Kapselung längs des gesamten Leiterumfanges überall gleich. Außerdem bildet iich das elektrische Feld homogen aus. Dies ergibt, daß die Fußpunkte eines eventuell auftretenden Störlichtbogens zunächst über den gesamten Umfang der leitenden Außenkontur des Leiters in statistischer Verteilung ansetzen. Dann jedoch bewirkt die ungleichmäßige Verteilung der gut und weniger gut leitenden Bereiche innerhalb des Leiters, daß die Störlichtbogenfußpunkte sirh auf der Leiteroberfläche in Umfangsrichtung verlagern und zu einem der beiden diametral gegenüberliegenden Bereiche der größten Stromdichte übertreten. Der andere Fußpunkt des Lichtbogens liegt dann aus den gleichen Gründen stets an der nächstgelegenen Stelle der Kapselung, die besonders lichtbogenresistent ausgebildet ist.

Aufgrund seines Eigenfeldes wird der Störlichtbogen, wie dargelegt, zu einer Bewegung in Längsrichtung des Leiters veranlaßt. Da wegen der besonderen Ausbildung des Leiters die Stromfadendichte am Fußpunkt des Störlichtbogens größer ist als bei einem Leiter mit gleichmäßiger Stromverteilung, erhält der Störlichtbogen eine entsprechend größere Beschleunigung in Wanderungsrichtung. Dadurch kann der Aufwand hinsichtlich der Lichtbogenbeständigkeit bei den gegenüberliegenoen Kapselungsbereichen klein gehalten werden, da durch die erzielte Beschleunigung die thermische Belastung der dem Störlichtbcgen ausgesetzten Flächenbereiche sinkt.

Es ist vorteilhaft, wenn die Kapselung auf der den Leiterbereichen größter Stromdichte zugewandten Seite eine in den Kapselungsinnenraum vorspringende achsparallele Elektrode aus lichtbogenresistentem Material aufweist, da dann der auf der Kapselung liegende Lichtbogenfußpunkt eindeutig festgelegt ist. Weiterhin empfiehlt es sich, bei unterteilung der Kapselung in mehrere, gasdicht geschottete Teilabschnitte im Bereich der Schottstellen den Leiter und/oder die Elektroden als Sollbrennstelle für Störlichtbögen auszubilden.

Da der Störlichtbogen nur in bestimmten, besonders lichtbogenresistent ausgeführten Bereichen der Kapselung verläuft, kann diese aus mit leitenden Stoffen versehenem Kunststoff bestehen. Derartige an sich bekannte Kapselungen können in vielen Fällen einfacher und wirtschaftlicher hergestellt werden als Metallkapselungen= Man kann die Kapselung aber auch in an sich bekannter Weise aus einem Leichtmetall, z. B. Aluminium, öder aus dessen Legierungen anfertigen, da an die Lichtbogenresistenz der Kapselung keine erhöhten Anforderungen gestellt werden,

Die ungleichmäßige Stromverteilung über den Leiterquerschnitt kann durch eine rotationsurisymmetrische Verteilung des leitetiüen Materials innerhalb der Außenkontur oder durch eine Zusammensetzung derart, daß der Leiter Bereiche aus leitenden Stoffen, welche die diametral gegenüberliegenden Bereiche größter Stromdichte bilden, und Bereiche aus halbleitenden Stoffen enthält, erzielt werden.

Im folgenden ist die Erfindung noch anhand der in den Fig. I bis 6 der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben.

Die Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Querschnitt einer gekapselten, gasisolierten Hochspannungsleitung.

In den Fig.2 bis 5 sind verschiedene Leiterquerschnitte schematisch dargestellt

Die F i g. 6 zeigt schematisch eine bis zur Symmetrieachse reichende Abwicklung der Mantelfläche des in Fig. 2 dargestellten elektrischen Leiters und die bei auftretenden Störlichtbogen entstehende Stromverteilung.

Die in Fig. 1 dargestellte Hochspannungsleitung weist ein? Kapselung 1 auf. in deren Innenraum 2 sich als gasförmiges Isoliermittel Schw- \;lhexafluorid unter einem Druck "on beispielsweise 2bir befindet. Im Innenraum 2 der Kapselung 1 sind in regelmäßigen Abständen Isolierstoffkörper 3 vorgesehen, die beispielsweise scheibenförmig oder hohlkegelförmig ausgebildet sein können und einen elektrischen Leiter 4 gegenüber der Kapselung 1 abstützen. Bei dem in F i g. 1 dargestellten Ausführ ingsbeispiel besteht der Leiter 4 aus einem Hohlzylinder 4a, der an seiner Innenseite mit zwei in Achsrichtung parallel verlaufenden massiven Leiterstücken 4b verstärkt und elektrisch leitend verbunden ist. Auf diese Weise erhält der Leiter achsparallele Bereiche unterschiedlicher Stromtragfahigkeit. An den diesen Bereichen nächstgelegenen Stellen ist die Kapselung durch vorspringende Elektroden 5 lichtbogenresistent ausgebildet. Anstelle der jn den Innenraum 2 der Kapselung 1 vorspringenden Elektroden 5 kann auch ein Belag aus lichtbogenresi stentem Material vorgesehen werden.

Die in den Innenraum vorspringend angeordneten Elektroden 5 verzerren das rotationssvmmetrische elektrische Feld so. daß zwischen den Leiterbereichen größter Stromdichte und der Kapselung I die elektrische Feldliniendichte erhöht im.

Ein Durchschlag wird daher be»<or/ug[ in diesen Bereichen erfolgen.

Eine sich bei sehr hohen Stromstärken etwa einstellende Tendenz eines seitlichen Ausweichen* des Lichtbogens kann durch im Kapselungsinnenraum 2 angeordnete, aus Isolierstoff bestehende Hartgasauskleidung 6 verringert werden, die bei Annäherung eines Lichtbogens gasförmige Stoffe abgeben und so den Lichtbogen zurücktreiben.

Anstelle der in F i g. 1 dargestellten AusFührungsform des elektrischen Leiters 4 können auch die in den F i g. 2 bis 5 schematich dargestellten l.eitcrquerschnitte Verwendung finden.

In Fig. 2 ist ein elektrischer Leiter 4, beispielsweise aus Kupfer, mit einem rotationsunsymmetrischeji Querschnitt dargestellt, dessen Stellen höchster Stromdichte durch eine Querschnimanhätifung erzeugt sind.

Der irr Fig.3 dargestellte Leiierquerschni't besteht im wesentlichen aus zwei Stoffen, Dur Leiter 4 ist doppeNT-förmig ausgebildet und besteht im wesentlichen aus Kupfer. Er ist durch seitliche Gießharzkörper 4c zu einem Kreisquerschnitt vervollständigt. Das Gießharzmaterial der Körper 4g ist mit Graphitstaub oder Ruß als leitendem Zusatz versetzt, um dem

Kunststoffmaterial halbleitende Eigenschaften zu geben. Auf diese Weise ist im Bereich des Leiters 4 das elektrische Feld unverzerrt.

Auch bei dem in F i g. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel des elektrischen Leiters 4 sind zwei Stoffe angewendet. Die Bereiche hoher Stromdichte 4d sind aus einem Kupfermaterial gefertigt, während die übrigen Bereiche 4e aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder Messing bestehen können.

Das in Fig.5 dargestellte Ausführungsbeispiel eines elektrischen Leiters 4 zeigt zwei hohlzylindrische Leiterleile Af, die aus Kupfer gefertigt sind und mit einem durch elektrisch leitende Zusätze versetzten Gießharzwerkslöff Ag zu einem Leiter mit kreisförmiger Querschnittskontür zusammengefaßt sind.

Bei der in Fig.6 dargestellten Abwicklung des elektrischen Leiters 4 wird von der Annahme ausgegangen, daß die elektrische Energie von der Seite 7 des elektrischen Leiters axial eingespeist wird. Ein Lichtbogen innerhalb der nicht weiter dargestellten Kapselung ist mit seinem Lichtbogenfußpunkt 8 schematisch dargestellt. Unter der getroffenen Annahme ergibt sich das in den Flächen des Leiters 4 schematisch dargestellte Bild der Stromfadenverteilung. Die gestrichelt gezeichneten Stromfäden ergeben sich bei Leitern mit rotationssymmetrischen Querschnitt,

iod.h. mit gleichmäßig Verteilter Stromdichte. Die ausgezogenen Linien bezeichnen Linien, die sich durch Anwendung der Erfindung ergeben. Der Fußpunkt 8 des Lichtbogens wird in Pfeilrichtung 9 getrieben. Durch die achsparallelen Bereiche 10 bis 13, die eine unterschiedll·

is ehe Stromdichte aufweisen, ergibt sich eine Bündelung der Stromfäden, die eine Beschleunigung des wandernden Lichtbogens bewirken.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Gekapselte, gasisolierte Hochspannungsleitung mit rohrförmiger Kapselung und mindestens einem mittels Isolierstoffkörpern gegenüber der Kapselung zentrisch abgestützten elektrischem Leiter, der in einer zylindrischen Hüllfläche eingeschlossene achsparallele Bereiche unterschiedlicher Stromtragfähigkeit aufweist, wobei die stromführenden Bereiche größter Stromdichte benachbart zur Hüllfläche und diametral gegenüberliegen, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (4) eine kreisförmige Außenkontur (4a) mit einer geschlossenen leitenden Oberfläche aufweist und daß die Kapselung (2) mindestens an den den Leiterbereichen (46, 4d, 4i) größter Stromdichte nächstgelegenen Stellen (5) Iichtbogenresistent ausgebildet ist

2. Hochspannungsleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapselung (2) an der den Leiterbereichen (10) größter Stromdichte zugewandten Serte eine in den Kapselungsinnenraum (2) vorspringende achsparallele Elektrode (5) aus Iichtbogenresistentem Material aufweist.

3. Hochspannungsleiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Unterteilung der Kapselung (2) in mehrere, gasdicht geschottete Teilabschnitte im Bereich (iar Schottstellen der Leiter (4) und/oder die Elektrode (5) als Sollbrennstelle für Störlichtbögen ausgebildet sind.

4. Hochspannungsleiter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapselung (2) in an sich bekannter Weise aus mit elektrisch leitenden Stoften versehenem K jnststo" besteht.

5. Hochspannungsleil°r nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch geke? ".zeichnet, daß die Kapselung (2) in an sich bekannter Weise aus Leichtmetall oder dessen Legierungen besteht.

6. Hochspannungsleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (4) Bereiche (4f) aus leitenden Stoffen, welche die diametral gegenüberliegenden Bereiche größter Stromdichte bilden, und Bereiche (4c,4g)aus halbleitenden Stoffen enthält

7. Hochspannungsleiter nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (4) eine rotationsunsymmetrische Verteilung des leitenden Materials (4b) innerhalb der Außenkonlur enthält (Fig. 2).