DE2347927A1

DE2347927A1 - Steuerelektrode im stuetzisolator einer gekapselten, gasisolierten rohrleitung

Info

Publication number: DE2347927A1
Application number: DE19732347927
Authority: DE
Inventors: Rolf Duerschner; Werner Lehmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-09-24
Filing date: 1973-09-24
Publication date: 1975-04-24
Also published as: GB1462966A; SE7411927L; NL180057B; NL180057C; SU542485A3; IT1022200B; CA1006592A; SE393491B; NL7410302A; ZA745780B; JPS5059785A; DE2347927B2; DE2347927C3; US3898368A; CS195685B2; DD114184A5; JPS5421550B2; FR2245059A1; NO742899L; CH567784A5

Description

Steuerelektrode in einem Stützisolator einer gekapselten, gasisolierten Rohrleitung

Die Erfindung betrifft eine Steuerelektrode, die an der am Innenleiter anliegenden Seite eines im wesentlichen trichterförmigen Isolators zwischen Innen- und Außenleiter einer gekapselten, gasisolierten Rohrleitung angebracht ist.

Gekapselte, gasisolierte Rohrleitungen bestehen üblicherweise aus einem spannungs- und stromführenden Innenleiter, der über besondere Stützelemente an der Hülle der gekapselten Rohrleitung abgestützt wird. Die Stützisolatoren sind unter anderem zur Schaffung möglichst großer Kriechstrecken bei den kompakten Abmessungen der Rohrleitung nicht auf dem kürzesten Weg zwischen Innen- und Außenleiter gelegt. Es hat sich vielmehr als vorteilhaft erwiesen, diese Stützisolatoren als trichterförmige Rotationskörper um die Leiterachse auszuführen. An den Befestigungsstellen des Stützisolators werden sowohl am Innenleiter als auch an der Hülle der Rohrleitung gesonderte Steuerelektroden vorgesehen, die für einen möglichst gleichmäßigen Potentialabbau zwischen Innenleiter und geerdeter Hülle sorgen sollen.

Bisher wurden an der Verbindungsstelle zwischen Stützisolator und Innenleiter Drehkörper mit symmetrischen ^uerschnittsflächen als Steuerelektroden ähnlich denen der Pig. 1 und 2 eingebaut. Diese Stützisolatoren waren bei den vorkommenden Übertragungsspannungen von 110 kV und 220 kV ausreichend, und sie erfüllten die ihnen gestellte Aufgabe. Mit zunehmender Höhe der Übertragungsspannungen tritt jedoch bei bisher

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bekannten symmetrischen Steuerelektroden in trichterförmigen Stützisolatoren eine Zusammendrängung von elektrischen Feldlinien und damit eine Erhöhung der Spannungsbelastung des Stützisolators auf der Hälfte der Steuerelektrode auf, die den Befestigungsstellen des Stützisolators am Außenleiter zugewandt ist. Aufgrund von Erfahrungswerten über die Alterung des Stützisolators wird es als vorteilhaft angesehen, ihn nicht mit hohen Spannungen zu belasten, obgleich er-im neuen Zustand weitaus höhere Dauerbelastungen aushalten könnte. Bei bekannten Steuerelektroden treten jedoch bei höheren Übertragungsspannungen, etwa ab 380 kV, Spannungsbelastungen im Stützisolator auf, die die als zulässig erachteten maximalen Belastungswerte noch überschreiten.

Es besteht die Aufgabe, eine Steuerelektrode für den trichterförmigen Isolator einer gekapselten, gasisolierten Rohrleitung zu finden, die keine zu hohen Spannungsbeanspruchungen des Stützisolators erzeugt.

Die Aufgabe wird bei einer Steuerelektrode der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sie in ihrem Querschnitt unsymmetrisch zur Mittelsenkrechten ihrer am . Innenleiter aufliegenden G-rundseite ist, so daß alle zur Mittelsenkrechten äquidistanten, parallelen Strecken zwischen Innenleiter und der Leiterhülle zugekehrten Außenwand der Steuerelektrode auf der Hälfte, die den Befestigungsstellen des Stützisolators am Außenleiter zugewandt ist, kürzer sind als auf der anderen Hälfte. Mit der Abflachung der Steuerelektrode auf der Hälfte, die den Befestigungsstellen des Stützisolators am Außenleiter zugewandt ist, wird erreicht, daß die bei symmetrischen Steuerelektroden auftretende starke Zusammendrängung von Äquipotentiallinien auf dieser Hälfte verringert wird. Dadurch wird die hohe Spannungsbeanspruchunf pro Längeneinheit des Stützisolators verringert, und es können sogar bei großen Ubertragungsspannungen (beispielsweise über 380 kV) zufriedenstellende Werte der Spannungabelastung des Stützisolators erreicht werden.

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Es ist vorteilhaft, wenn die zur Seitenhalbierenden der Steuerelektrode äquidistanten, parallelen Strecken auf der im Querschnitt schmaleren Hälfte mit zunehmendem Abstand von der Mittelsenkrechten kürzer werden. Dabei ist es vorteilhaft, wenn ihre Außenwand von der im Querschnitt breiteren zu der schmaleren Hälfte einen kontinuierlich ansteigenden Krümmungsradius aufweist. Diese Gestaltung der Steuerelektrode ist einesteils vorteilhaft zur Vermeidung von Spitzenentladungseffekten, bei denen keinerlei scharfe Kanten auftreten dürfen. Gleichzeitig wird ein weitgehend homogener Feldverlauf im Stützisolator erzielt, ohne Potentialsprünge zu erzeugen.

Die Außenwand der Steuerelektrode kann im Querschnitt einer logarithmisohen Spirale folgen, deren Radius sich in Polar-

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koordinaten nach der Gleichung r = ae berechnet (mit a und k konstant). In einer anderen Ausführungsform kann die Außenwand der Steuerelektrode im Querschnitt einer Sici-Spirale folgen, die sich aus der Integralcosinuskurve f (x)· = / £2|— (it und der Integralsinuskurve

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konstruieren läßt, indem man für feste Werte von χ die jeweils korrespondierenden Werte in ein rechtwinkliges Koordinatenryntem mit den Koordinatenachsen f-i(x) und fp(x) zeichnet. Eine solche Sici-Spirale ist in Jahnke-Emde-Lösch "Tafeln höherer Funktionen", 7. Auflage, 1966, B.G. Teubner Verlagsgesellschaft, Stuttgart auf Seite ?1 gezeichnet. Insbesondere die zweite Form der Steuerelektrode- hat sich in verschiedenen Berechnungsversuchen unter Verwendung eines Elektronenrechners als sehr vorteilhaft erwiesen. Aus ρießtechnischen Gründen ist ^s dabei vorteilhaft, wenn die Steuerelektrode im Querschnitt pilzförmig fumgebildet ist und wenn der Übergang zwischen npiralföraifei Außenwand des Pilzdaches und den Seiten des Sockels, dir zueinander parallel 3iii'l und annähernd im rechten Winke 1 ^u* dem Innenleiter stehen, über Kreisbögen erfolgt. Di··.'¹ Form ist für die Her^tf 1 lung des um die .Steuerelektrode .· i'f:e ordneten trichtert nim\ gen Isolators besonder» vorteil·. 509817/0(1?.'. "

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Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand der Fig. 1 bis 4 erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine gekapselte, gasisolierte Rohrleitung im Schnitt mit einer Steuerelektrode entsprechend dem Stand der Technik.

Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1, in dem schematisch die zu große Zusammendrängung von Äquipotentiallinien im Stützisolator gezeigt ist.

Fig. 3 ein idealisiertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steuerelektrode und den dazugehörigen Verlauf von Äquipotentiallinien im Stützisolator.

Fig. 4 ein tatsächliches Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steuerelektrode.

In Fig. 1 ist ein Ausschnitt aus einem bekannten, gekapselten, gasisolierten Rohrleiter gezeigt. Dabei ist ein trichterförmiger Stützisolator 3 zu sehen, über den der Innenleiter 1 in der Hülle 2 abgestützt ist. Zur Steuerung des Feldabbaus zwischen spannungs- und stromführendem Innenleiter 1 und geerdeter Hülle 2 ist an der Befestigungsstelle des Stützisolators 3 auf dem Innenleiter 1 eine Steuerelektrode 4 im Stützisolator 3 -angebracht. Ähnliche Steuerelektroden sind an der Befestigungsstelle am Außenleiter vorgesehen, sie sind jedoch hier zur Erläuterung unwesentlich und deshalb nicht dargestellt. Diese Steuerelektrode 4 ist elektrisch leitend mit dem Innenleiter 1 verbunden. Sie ist selbst aus elektrisch leitendem Material und besitzt somit an ihrer Außenwand dasselbe Potential wie der Innenleiter.

Aus Fig. 2 ist ebenso wie aus Fig. 1 ein bekannter Aufbau einer Steuerelektrode zu erkennen. Diese Steuerelektrode ist ringförmig ausgebildet und in ihrem Querschnitt zur Mittelsenkrechten 41 ihrer Grundlinie symmetrisch. Die Aufgabe der Steuerelektrode 4 ist es, das elektrische Feld zwischen Innenleiter und Hülle möglichst gleichmäßig abzubauen, ohne daß .

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Spitzenentladungseffekte auftreten. Die Außenhülle ist daher unter Vermeidung scharfer Kanten mit einer stetig ineinander übergehenden Krümmung versehen. In der Fig. 2 sind vier Äquipotentiallinien 5 gezeichnet. Ihr Verlauf ist etwas übertrieben dargestellt, um die Problemstellung zu verdeutlichen. Bedingt durch die Anordnung der Steuerelektrode und die Form des Stützisolators heben sich diese Aquipotentiallinien an der Vorderseite des Stützisolators (in Fig. 2 links) vom Innenleiter 1 ab, erfahren eine Brechung beim Übergang in den Stützisolator, schnüren sich an der in Fig. 2 rechten Hälfte der Steuerelektrode etwas ein und verlaufen nach einer erneuten Brechung beim Austritt aus dem Stützisolator 3 schnell wieder parallel zum Innenleiter 1. Unerwünscht bei großen Betriebsspannungen ist jedoch die Zusammendrängung der Aquipotentiallinien innerhalb des Stützisolators oberhalb der rechten Hälfte der gezeigten Steuerelektrode in Fig. 2. Hierdurch treten Spannungsbelastungen des Stützisolators auf, die dieser rein rechnerisch zwar auch über Dauer aushalten kann, die jedoch bei Anwendung der eingangs erwähnten empirisch ermittelten Sicherheitsbeiwerte zu hoch liegen.

Fig. 3 zeigt ein idealisiertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steuerelektrode 4. Hierbei wurde eine Form der Außenwand gewählt, die in ihrem Querschnitt einer Sici-Spirale folgt. Bei dieser Spirale nimmt der Krümmungsradius von der breiteren Hälfte (in Fig. 3 links) zu der schmaleren Hälfte hin exponentiell zu. Es ist deutlich zu erkennen, wie die in Fig. 2 dargestellte Zusammendrängung der Aquipotentiallinien 5 bei gleichen Außenabmessungen des Isolators stark verringert ist. Auch an der ansteigenden Kante des Stützisolators, in Fig. 3 links, ist die Zusammendrängung der Aquipotentiallinien geringer als bei den bisher bekannten Steuerelektroden, was auch hier in einer geringeren Spannungsbeanspruchung des Isoliergases resultiert. Zusätzlich wurde durch die geringere Ausdehnung der Steuerelektrode im rechten Teil der Fig. 3 eine Verstärkung des Stützisolators erzielt,

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ohne dessen Außenabmessungen zu vergrößern. Dies wurde möglich durch den geringeren Platzbedarf der Steuerelektrode.

Fig. 4 zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steuerelektrode. Aus gießtechnischen Überlegungen über die Herstellung des Isolators, und aus elektrischen und mechanischen Überlegungen über den Betrieb einer gekapselten, gasisolierten Rohrleitung resultierte diese Form, bei der der Stützisolator 3 nicht mit dem Innenleiter 1 aber fest mit der Steuerelektrode 4 verbunden ist, und bei der die um die Steuerelektrode 4 herumragenden Enden 31 des Stützisolators noch genügende Festigkeit aufweisen, um alle Belastungen während des Betriebes einer Rohrleitung auszuhalten. Es entstand somit eine im Querschnitt gesehen pilzförmige Steuerelektrode 4, bei der der Übergang zwischen spiralförmiger Außenwand 44 des Pilzdaches 47 und den Seiten 45 des Sockels 46, die zueinander parallel sind und im rechten Winkel auf dem Innenleiter 1 stehen, über Kreisbögen 48 erfolgt. Anhand der gestrichelten Linien 49 ist dabei zu erkennen, daß der Pilz so konstruiert wird, daß die Außenwand seines Daches ähnlich wie bei der idealisierten Steuerelektrode der Fig. 3 einer Sici-Spirale folgt. Alle zur Befestigung der Steuerelektrode auf dem Innenleiter notwendigen Details werden hier weggelassen, da sie zur Erläuterung der Erfindung unwesentlich sind.

6 Patentansprüche
4 Figuren

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Claims

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Patentansprüche

teuerelektrode, die an der am Innenleiter anliegenden ~-*' Seite eines im wesentlichen trichterförmigen Isolators zwischen Innenleiter und Hülle einer gekapselten, gasisolierten Rohrleitung angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie in ihrem Querschnitt unsymmetrisch zur Mittelsenkrechten (41) ihrer am Innenleiter (1) aufliegenden Grundseite (42) ist, so daß alle zur Mittelsenkrechten äquidistanten, parallelen Strecken (43) zwischen Innenleiter (1) und der der Leiterhülle zugekehrten Außenwand (44) der Steuerelektrode (4) auf der Hälfte, die den Befestigungsstellen des Stützisolators (3) an der Leiterhülle (2) zugewandt ist, kürzer sind als auf der anderen Hälfte.
2. Steuerelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Seitenhalbierenden (41) äquidistanten, parallelen Strecken (43) auf der im Querschnitt schmaleren Hälfto mit zunehmendem Abstand von der Mittelsenkrechten kürzer werden.
3. Steuerelektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ihre der Leiterhülle zugekehrte Außenwand von der im Querschnitt breiteren zu der schmaleren Hälfte wenigstens teilweise einen kontinuierlich ansteigenden Krümmungsradius aufweist.
4. Steuerelektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Außenwand (44) im Querschnitt einer logarithmischen Spirale folgt, deren Radius sich in Polarkoordinaten nach der Gleichung r = ae berechnet (mit a und k konstant).
5. Steuerelel trode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Außenwand (44) im Querschnitt einer Sici-Spirale

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folgt, die sich aus der Integralcosinuskurve f-(x) -J ^f— dt und der Integralsinuskurve

konstruieren läßt, indem man für feste Werte von χ die jeweils korrespondierenden Werte in ein rechtwinkliges Koordinatensystem mit den Koordinatenachsen f^(x) und fp(x) zeichnet.
6. Steuerelektrode nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß sie im Querschnitt pilzfö'rmig ausgebildet ist und daß der Übergang zwischen spiralförmiger Außenwand (44) des Pilzdaches (47) und den Seiten (45) des Sockels (46), die zueinander parallel sind und annähernd im rechten Winkel auf dem Innenleiter (1) stehen, über Kreisbögen (48) erfolgt .

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