DE2347927C3

DE2347927C3 - Ringförmige Steuerelektrode für einen im wesentlichen trichterförmigen Stützisolator einer gekapselten, gasisolierten Hochspannungsrohrleitung

Info

Publication number: DE2347927C3
Application number: DE2347927A
Authority: DE
Inventors: Werner 8520 Erlangen Lehmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-09-24
Filing date: 1973-09-24
Publication date: 1981-07-16
Also published as: DE2347927B2; FR2245059A1; CS195685B2; IT1022200B; NO742899L; CH567784A5; GB1462966A; NL7410302A; SE7411927L; NL180057C; ZA745780B; CA1006592A; SE393491B; DE2347927A1; SU542485A3; JPS5059785A; US3898368A; FR2245059B1; NL180057B; DD114184A5

Description

J /

und der

konstruieren läßt, indem man für feste Werte von * die jeweils korrespondierenden Werte in ein rechtwinkliges Koordinatensystem mit den Koordinatenachsen f>(x)und ft^zeichnei.

4. Steuerelektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie im Querschnitt pilzförmig " ausgebildet ist und daß der Übergang zwischen spiralförmiger Außenwand (44) des Pilzdaches (47) und den Seilen (45) des Sockels (46), die zueinander parallel sind und annähernd im rechten Winkel auf ilcrti Innenleiler (I) Mehen, über Krci^bnytMi (48) *** erfolgt.

Du· I rfmiliing he/iehf sich .nif mn- ι ιιιμίιirmiju-Steuerelektrode zur llccinflussimf! des I cldlimcnver l.iiilVs im Hereich der Hefeslitriinusslelle eines im wc sentlichen trichterförmigen Stfu/isolators am Innenleiter einer gekapselten, gasiwlierien Hnchspannungsrcihrleiiung, die in den Stützisolator eingelassen ist und am Innenleiter anliegt.

Gekapselte, gasisolierte Rohrleitungen bestehen üblicherweise aus einem spanoungs- und stromführenden Innenleiter, der über besondere Stiiizelt.mente an der Hülle der gekapselten Rohrleitung abgestüt/. wird. Die Slützisolatoren sind unter anderem zur Schaffung möglichst großer Kriechstrecken bei den kompakten Abmessungen der Rohrleitung nicht auf dem kürzesten Weg zwischen Innen- und Außenleiter gelegt. Ks hat sich vielmehr als vorteilhaft erwiesen, diese Stützisolaforen 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 Innenleiler und geerdeter Hülle sorgen sollen.

Bisher wurden an der Verbindungsstelle zwischen Stützisolator und Innenleiter Drehkörper mit symmetrischen Querschnittsflächen als Steuerelektroden ähnlich denen der F i g. 1 und 2 eingebaut, wie insbesondere aus Fig. I der DE-OS 21 57 101, Fig. 1 der CH-PS 3 87 116 und der Fig. 3 der DK-OS Ib 15 039 hervorgeht. Diese Stützisolatoren waren bei den vorkommenden Übertragungsspannungen von 110 und 22OkV ausreichend, und sie erfüllten die ihnen gestellte Aufgabe.

Mit zunehmender Höhe der Übertragungsspannungen kann jedoch bei den bekannten symmetrischen Steuerelektroden in trichterförmigen Stützisolatorcn eine Zusammendrängung von elektrischen Feldlinien und damit eine Erhöhung der Spannungsbelastung des Stützisolators auf der Hälfte der Steuerelektrode auftreten, die den Bcfestigungsstellen des Stützisolator am Außenleiter zugewandt ist. Auf Grund 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 aushallen könnte. Bei bekannten Steuerelektroden treten jedoch bei höheren Übertragungsspannungen, etwa ab 380 kV, Spannungsbelastungen im Stützisolator auf, die die als zulässig erachteten maximalen Belastungswcrte noch überschreiten.

Es besteht die Aufgabe, eine Steuerelektrode der eingangs beschriebenen Art zu finden, die keine /11 hohen Spannungsbcanspruchungen des Stützisolator erzeugt.

Diese Aufgabe wird crfindiingsgcmäß dadurch gelöst, daß die .Steuerelektrode in einem Querschnitt, dessen F.bene durch die Längsachse des Innenleiicrs verläuft, unsymmetrisch zur Mitlclscnkrcchicii ihrer am lnnenleitcr aufliegenden Grurulsciic ist, derart, daß alle /ur Mitlelsenkrechien parallelen Strecken /wischen dem Innenleiler und der dem Kapselungsrohr zugewandten Außenwand der Steuerelektrode auf der Hälfte, auf deren Seile sich der Trichter am Innenleiler offnel. kür/er sind uls die zur Mitielu'iikreihten ;i<|iiidisl;iiili-n Strecken ,ml der .linieren Hälfte iipul daß die konvrxc Aiillenu.ind vim der im Quer silinill breiteren zur si hiiuleieii ll.illie. ^cgehenen-I.ills his ,nil die 111 beiden l.<iii)!sru liliin^cn des Leiters hebenden K.iiidheien he der Anllcim.ind. einen kirn limnerlich zunehmenden K11 imiid:im>;st.i<Iiiis ,inlweisl Mil der Abfhii-Ιιιιημ der Nlciieielekmidc .nif der I IaIfU-. nut deien Seile sich der leichter .1111 liiiienleiler

win! erreicht, i|,ilt die hei symmetrischen Steuerelektrode!) auftretende starke /usauiniendrangung von Äc|iiipotentialliiuen ;inf dieser Hälfte verringert wird. Dadurch wird die hohe .Spannungsbeanspriicluing pro Längeneinheit des Suit/isolators verringert, und es können sugar bei gmlten llberiragiingsspannuiigen (beispielsweise über 180 kV) zufriedenstellende Werte der Spaimungsbelasiiing des Stüizisolators erreicht werden I)a aulterdem die konvexe Außenwand von der im Querschnitt breiteren /u der schmaleren llüICte einen kiiiitimiierliL'h ansteigenden Krümmungsradius aufweist, werden scharfe Kanten und damit SpitzenentladiiriL'seffekle vermieden. Cileichzeitig wird ein weitgehend homogener l'eldverlauf im Stützisolator er/ielt. ohne l'oteniialsprünge /u erzeugen.

Die Außenwand der Steuerelektrode kann im Querschnitt einer logarithniischen Spirale folgen, deren Radius sich in Polarkoordinaten nach der Gleichung r = a e*f berechnet (mit α und k konstant). In einer anderen Ausführungsform kann die Außenwand der Steuerelektrode im Querschnitt einer Sici-Spirale folgen, die sich aus der Integralcosinuskurve

und der Inlejiral.siiniskurve

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konstruieren läßt, indem man für feste Werte von χ die jeweils korrespondierenden Werte in ein rechtwinkliges Koordinatensystem mit den Koordinatenachsen f\(x) und k(x) zeichnet. Eine solche Sici-Spirale ist in Jahnke— Emde — Lösch, »Tafeln höherer Funktionen«, 7. Aufl., 1966, B. G. Teubner Verlagsgesellschaft, Stuttgart, auf S. 2t gezeichnet. Insbesondere die zweite Form der Steuerelektrode hat sich in verschiedenen Berechnungsversuchen unter Verwendung eines Elektronenrechners als sehr vorteilhaft erwiesen. Aus gießtechnischen Gründen ist es dabei vorteilhaft, wenn die Steuerelektrode im Querschnitt pilzförmig ausgebildet ist und wenn der Übergang zwischen spiralförmiger Außenwand des Pilzdaches und den Seiten des Sockels, die zueinander parallel sind und annähernd im rechten Winkel auf dem Innenleiier stehen, über Kreisbögen erfolgt. Diese in symmetrischer Ausführung an sieh bekannte Form ist für die Herstellung des um die Steuerelektrode angeordneten trichterförmigen Isolators besonders vorteilhaft.

Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft an Hand der Fig. I bis 4 erläutert. Es zeigt

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

Fig,2 einen Ausschnitt aus Fig. j, in dem schematisch die zu grolle /.usammendrängiing von Aquipotentiallinien im Stützisolator gezeigt ist,

Fig. i ein idealisiertes Aiisführiingsbeispiel einer erfindiingsgemäßen .Steuerelektrode und den dazugehörigen Verlauf von Äiimpcitcntiallinicn im Stützisolator,

Fig. 4 ein tatsächliches Aiisführiingsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sleue-elektrode.

In F i g. I ist ein Ausschnitt aus einem bekannten.

gekapselten, gasisoliert-¹Ii Rohrleiter gezeigt. Dabei ist ein trichterförmiger Stützisolator I zu sehen, über den der Innenleiter I in der Hülle 2 abgestützt ist. Zur Steuerung des Feldabbaus zwischen spannungs- und stromführendem Innenleiter I und geerdeter Hölle 2 ist an der Befestigungsstelle des Stützisolators 3 auf dem Innenleiter 1 eine Steuerelektrode 4 im Stützisolator 5 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 I 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 ausgebi/det und in ihrem Querschnitt zur Mittelsenkrechten 41 ihrer Grundlinie symmetrisch. Die Aufgabe der Steuerelektrode 4 ist es, das elektrische Feld zwischen Innev.'eiter und Hülle möglichst gleichmäßig abzubauen, ohne daß Spitzenentladungseffekte auftreten. Die Außenhülle ist daher unter Vermeidung schal fer Kanten mit einer stetig ineinander übergehenden Krümmung versehen. In der Fi g. 2 sind vier Äq'üpotentiallinien 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 Äquipotemiallinien 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 dein Stützisolator 3 schnell wieder parallel zum Innenleiter 1. Unerwünscht bei großen Betriebsspannungen ist jedoch die Zusammendrängung der Äquipotentiallinien 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 expotentiell zu. Es ist deutlich zu erkennen, wie die in F i g. 2 dargestellte Zusammendrängung der Äquipotentiallinien 5 bei gleichen Außenabmessungen des Isolators stark verringert ist. Auch an der ansteigenden flanke des Stülzjv>lators, in F ig.3 links, ist die Zusammendrängung der Äquipotentiallinicn 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 Peil der F i g. J eine Verstärkung des Stützisolator erzielt, ohne dessen Außenab'iiessunge.n zu vergrößern. Dies wurde möglich durch den geringeren Plat/I>edaif der Steuerelektrode.

I i g. 4 zeigt ein praktisches Ausfuhrurigsbeispid einer erfindiingsgeiiiaßeu Steuerelektrode. Aus ^ieH-lechnischeti 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 Innenlciler 1. aber fest mit der Steuerelektrode 4 verbunden ist, und bei der die um die Steuerelektrode 4 hcrumragcnden Finden 31 des Stützisolator* noch genügende Festigkeit aufweisen, um alle Belastungen während des Betriebes einer Kohl leitung aus/uhalten. F.s entstand somit eine im Querschnitt gesehen pilzförmige Steuerelektrode 4. bei der der übergang zwischen spiralförmiger Außenwand 44 des l'il/daches 47 und den Seiten 45 des Sockels 46. die zueinander parallel sind und im rechten Winkel auf dem Inncnlciler I stehen, übri Kreisbögen 48 erfolgt, die. wie die Seilen 45. die Waiulbereichc der Außenwand 44 bilden An I land der gestrichelten Linien 49 ist dabei zu erkennen, dall der l'il/ se konstruiert wird, chili die Außenwand seines Daehes iihnlieh wie bei der idcali sieilen Sicuci clckiiodc dei Γ i ^. J einer Sici-Spiralc folgt. Alle /in Befestigung <lei Steuerelektrode auf dem Iniienleitei notwendigen Details werden hier weggelassen. d:i sie /in l'.rliiiiierung der I rfindung unwesentlich siiul

I liei/ti .1 Mliill /ei

Claims

Patentansprüche:

1. Ringförmige Steuerelektrode zur Beeinflussung des Feldliiiienverlaiifes im Bereich der Be- > fesiigungsstelle eines im wesentlichen trichterförmigen Slut/isolators am Innerlicher einer gekapselten, gasisolierten Hochspanriungsrohrleitung, die in den .Stützisolator eingelassen ist und am Innenleiter anliegt, dadurch g e k e η η - ιο /. e i c h η e t, daß die Steuerelektrode (4) in einem Querschnitt, dessen Ebene durch die Längsachse des Innenleiters (I) verlauft, unsymmetrisch zur Mittelsenkrecluen (4i) ihrer am Innenleiter (1) aufliegenden Grundseite (42) ist, derart, daß alle zur Mittelsenkrecluen (41) parallelen Sirecken (43) zwischen dem Innenleiter (I) und der dem Kapseluiigsrohr (2) zugekehrten Außenwand (44) der Steuerelektrode (4) auf der Hälfte, auf deren Seite sich der Trichter am Innenleiter öffnet, kürzer sind jo als die zur Mitlelsenkrechten (41) äquidistanten Strecken (4.3) auf der anderen Hälfte und daß die konvexe Außenwand (44) von der im Querschnitt breiteren zur schmaleren Hälfte, gegebenenfalls bis auf die in beiden Längsrichtungen des Leiters 2s liegenden Randbereiche (45, 48) der Außenwand (44), einen kontinuierlich zunehmenden Krümmungsradius aufweist.

2. Steuerelektrode nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Außenwand (44) im \o Querschnitt einer logarithmischen Spirale folgt, deren Radius sich in ?olarki>vrdinalen nach der Gleichung r = α e^l<r berechnet (mit a und k konstant).

3. Steuerelektrode nach Anspruch 1, dadurch JS gekennzeichnet, daß ihre Außenwand (44) im Querschnitt einer Sici-Spiralc folgt, die sich aus der Integralcosinuskurve