DE2355481A1 - ELECTRIC HIGH VOLTAGE DEVICE WITH DISC-SHAPED INSULATING BODY - Google Patents
ELECTRIC HIGH VOLTAGE DEVICE WITH DISC-SHAPED INSULATING BODYInfo
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Description
Westinghouse . -91S5A81 -2 NOV 1973Westinghouse. -91S5A81 -2 NOV 1973
Electric Corporation - *°°QHO ' *. n-υν. i»/jElectric Corporation - * °° QHO '*. n-υν. i »/ j
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Mein Zeichen: VPA 72/8365 Et/ShoMy reference: VPA 72/8365 Et / Sho
Elektrische Hochspannungseinrichtung mit scheibenförmigen Isolierkörpern ·High voltage electrical device with disc-shaped Insulating bodies
Für diese Anmeldung wird die Priorität der entsprechenden USA-Anmeldung Serial No. 306 492 vom 14.11.1972 beansprucht,For this application the priority of the corresponding USA application serial no. 306 492 from November 14, 1972 claimed,
Die Erfindung befaßt sich mit einer elektrischen Hochspannungseinrichtung mit durch einen scheibenförmigen Isolierkörper koaxial im Abstand voneinander gehaltenen Elektroden, zwischen denen sich ein Fluid als Isoliermittel befindet.The invention is concerned with high voltage electrical equipment with electrodes held coaxially at a distance from one another by a disk-shaped insulating body, between which there is a fluid as an isolating agent.
Hochspannungseinrichtungen dieser Art finden insbesondere Anwendung im Rahmen von elektrischen Energieverteilungssystemen, die eine beispielsweise durch ein Gas oder eine Flüssigkeit isolierte Übertragungsleitung aufweisen, bei denen ein rohrförmiger Leiter im Inneren eines geerdeten, zumeist rohrförmigen Metallgehäuses angeordnet ist. Unter einem Fluid sind in.diesem Zusammenhang alle von dem festen Aggregatzu-'stand .Verschiedenen Isolierstoff mittel zu verstehen /und /zwar."· *■' insbesondere Gase, die bei einem verhältnismäßig niedrigen Druck eine hohe dielektrische Festigkeit aufweisen,'wie Schwefelhexafluorid, oder andere geeignete Gase sowie Isolieröl oder ein Vakuum.High-voltage devices of this type are used in particular in the context of electrical power distribution systems which have a transmission line which is insulated, for example, by a gas or a liquid, in which a tubular conductor is arranged inside a grounded, mostly tubular metal housing. A fluid are in.diesem context to understand all of the solid-Aggregatzu'stand .various insulating medium and / /zwar."· * ■ 'in particular gases, which have a high dielectric strength at a relatively low pressure,' such as sulfur hexafluoride , or other suitable gases such as insulating oil or a vacuum.
Elektrische Energieverteilungssysteme dieser Art, die gegenüber herkömmlichen, durch Luft von atmosphärischem Druck isolierten Systemen wesentlich verringerte Abmessungen aufweisen, sind beispielsweise in den US-Patentschriften 3 378 731, 3 391 243, 3 448 202, 3 324 272, 3 371 911, 3 345 450 und · 3 348 001 beschrieben.Electrical power distribution systems of this type which are insulated from conventional ones by means of air from atmospheric pressure Systems have significantly reduced dimensions, are for example in US Patents 3,378,731, 3,391,243, 3,448,202, 3,324,272, 3,371,911, 3,345,450, and 3,348,001.
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Ein für die Betriebssicherheit, und Leistungsfähigkeit von Hochspannungseinrichtungen der vorliegenden Art wesentlicher Faktor sind die Eigenschaften der Isolierkörper, die dazu dienen, die spannungführenden Leiter konzentrisch in dem sie umgebenden geerdeten Metallgehäuse zu halten. Eine vollständige, kaum zu vermeidende Gefahrenquelle für die Betriebssicherheit bilden Verunreinigungen in der Gestalt von Staub und Metallteilchen, da sie einen Überschlag an der Oberfläche der Isolierkörper auslösen können. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Isolierkörper so auszubilden, daß ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber den genannten schädlichen Einflüssen erhöht wird.One for the operational safety and efficiency of High-voltage devices of the present type are an essential factor in the properties of the insulating body that is used for this serve to keep the live conductors concentrically in the surrounding earthed metal housing. A complete, Impurities in the form of dust are a source of danger that can hardly be avoided for operational safety and metal particles, as they can trigger a flashover on the surface of the insulating body. The invention lies in the The object is to train the insulating body so that its resistance to the harmful influences mentioned is increased.
Die Erfindung sieht hierzu vor, daß der Isolierkörper mit wenigstens einem ringförmigen und koaxial angeordneten, das elektrische Feld beeinflussenden Belag versehen ist. Ein solcher Belag verhindert die Fortentwicklung von elektrischen Vorentladungen, die sich, beispielsweise ausgelöst durch ein freibewegliches leitendes Teilchen, an der Oberfläche des Isolierkörpers bilden. Dadurch kann verhindert werden, daß die Entladungen die gesamte Oberfläche des Isolators zwischen den Elektroden, d. h. zwischen dem äußeren Metallgehäuse und dem, inneren spanngfuhrenden Leiter, überschlagen.The invention provides for this purpose that the insulating body with at least one annular and coaxially arranged, the is provided with an electrical field influencing coating. Such a covering prevents the further development of electrical ones Pre-discharges, triggered for example by a freely moving conductive particle, on the surface of the Form insulating body. This can prevent the discharges from spreading across the entire surface of the insulator the electrodes, d. H. between the outer metal housing and the inner tension-leading conductor, overturn.
Es" empfiehlt sicH,' jeweils zwei fcönzentri'scne Beläge auf den -'''■■ Isolatoren vorzusehen, wobei es zweckmäßig ist, den einen Belag am äußeren Umfang und den anderen Belag am inneren Umfang des Isolierkörpers anzuordnen.It "recommends to provide two concentric linings on each of the - '''■■ insulators, whereby it is advisable to arrange one of the linings on the outer circumference and the other on the inner circumference of the insulator.
Die erwähnten Beläge können aus einem elektrisch leitenden Material bestehen, und zwar kommen hierfür sowohl Ringe aus einem geeigneten Metall als auch durch leitende Zusatzstoffe leitfähig gemachte Kunststoffe in Betracht. Andererseits können die Beläge auch durch ein aufgestrichenes leitfähiges Mittel gebildet sein, z. B. eine durch Zusatz von Metallteilchen leitend gemachte Anstrichfarbe.The above-mentioned coverings can consist of an electrically conductive material, and both rings can be used for this purpose a suitable metal as well as plastics made conductive by conductive additives. On the other hand you can the coverings can also be formed by a painted conductive agent, e.g. B. one by adding metal particles conductive paint.
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Gute Ergebnisse sind auch durch Beläge erzielbar, die aus einem Material mit hoher Dielektrizitätskonstante bestehen. Diese sind insbesondere dann von guter Wirksamkeit, wenn der Isolierkörper, auf den sie aufgebracht oder aufgegossen sind, aus einem Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante besteht. Als Grundsubstanz kann in beiden Fällen ein Epoxidharz benutzt werden.Good results can also be achieved with coverings made of a material with a high dielectric constant. These are particularly effective when the insulating body on which they are applied or cast consists of a material with a low dielectric constant. An epoxy resin can be used as the basic substance in both cases to be used.
Die Erfindung ist auch in Verbindung mit Isolierkörpern vorteilhaft anwendbar, die eine gewellte Oberfläche besitzen.The invention is also advantageous in connection with insulating bodies applicable, which have a corrugated surface.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention is described below with reference to the figures illustrated embodiments explained in more detail.
Die Fig. 1 zeigt einen Teil der gasisolierten Hochspannungs- ■ Übertragungsleitung zusammen mit einem Endverschluß.Fig. 1 shows part of the gas-insulated high-voltage ■ Transmission line together with a termination.
Die Fig. 2 ist ein Schnitt durch eine unterirdisch verlegte dreiphasige, gasisolierte Hochspannungs-Übertragungsleitung.Fig. 2 is a section through an underground three-phase, gas-insulated high-voltage transmission line.
Die Fig. 3 zeigt einen handelsüblichen Abschnitt einer gasisolierten Übertragungsleitung.Fig. 3 shows a commercial section of a gas-insulated Transmission line.
Die Fig. 4 ist ein Schnitt eines dem Stand der Technik angehörenden " Scheibenisolators für Übertragungsleitungeh der vor-':' liegenden Art.Figs. 4 is a sectional view of a prior art belonging to "slice insulator for Übertragungsleitungeh the pre- ':' lying Art.
Die Fig. 5 zeigt einen Schnitt eines Isolators nach der Erfindung mit metallischen Steuerringen.Fig. 5 shows a section of an isolator according to the invention with metallic control rings.
Die Fig. 6 zeigt einen nach der Erfindung gestalteten Scheibenisolator mit gewellter Oberfläche.6 shows a disk insulator designed according to the invention with a corrugated surface.
In den Figuren 7 und 8 sind Scheibenisolatoren mit mehreren Steuerringen dargestellt.In Figures 7 and 8 are disk insulators with several Control rings shown.
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Die Figuren 9 und 10 zeigen einen Scheibenisolator mit aufgemalten leitenden Ringen, wobei die Fig.110 ein Schnitt im wesentlichen entlang der Linie X-X in Fig. 9 ist.FIGS. 9 and 10 show a disk insulator with painted conductive rings, FIG. 1 10 being a section essentially along the line XX in FIG.
Die Figuren 11 und 12 zeigen einen anderen Isolator mit Ringen aus einem leitenden Epoxidharz, wobei die Fig. 12 ein1Schnitt im wesentlichen entlang der Linie XII-XII in Fig. 1 ist.Figures 11 and 12 show another insulator with rings of a conductive epoxy resin, FIG. 12 is a 1-sectional view taken substantially along the line XII-XII in Fig. 1.
Die Figuren 13 und 14 veranschaulichen eine Konstruktion, bei der Ringe aus einem Material mit verhältnismäßig hoher Dielektrizitätskonstante an einem Scheibenisolator angebracht sind, der aus einem Material mit verhältnismäßig niedriger Dielektrizitätskonstante besteht.Figures 13 and 14 illustrate a construction in which rings are made of a material having a relatively high dielectric constant are attached to a disk insulator made of a material with a relatively low dielectric constant consists.
Das gasisolierte Hochspannungssystem 1 in Fig. 1 besitzt eine äußere geerdete metallische Umhüllung in der Gestalt eines Rohres 2. Eine Abschlußdurchführung 3 an dem Ende des Rohres dient zum Anschluß nicht gezeigter Geräte oder Anlagen über einen Leiter 5. Wie schematisch in der Fig. 2 veranschaulicht ist, können bei unterirdischen Verteilungssystemen drei solche Metallrohre 2 benutzt werden, die Hochspannungsleiter 7 enthalten. The gas-insulated high-voltage system 1 in FIG. 1 has an outer, grounded metallic casing in the form of a Tube 2. A termination 3 at the end of the tube is used to connect devices or systems not shown via a conductor 5. As illustrated schematically in FIG there can be three of these in the case of underground distribution systems Metal pipes 2 are used which contain high-voltage conductors 7.
Die Fig. 3 veranschaulicht Abschnitte 9 gasisolierter metall-'gekapselter Systeme, von'denen jeder einen Hochspannungsleiter · 7 umfaßt, der in einem geerdeten Metallgehäuse in der Gestalt eines Rohres 2 untergebracht ist, das ein Gas enthält, das bei einem verhältnismäßig niedrigen Druck eine hohe dielektrische Festigkeit besitzt. Hierfür ist beispielsweise Schwefelhexafluorid bei einem Druck von 1,5 Bar geeignet. Es können jedoch auch andere fluidische Isoliermittel, ζ. B. andere elektronegative Gase, sowie Öl, Druckluft oder ein Vakuum benutzt werden.3 illustrates sections 9 of gas-insulated metal-encapsulated Systems, each of which has a high-voltage conductor 7 comprises, which is housed in a grounded metal housing in the form of a tube 2 containing a gas which is at has a high dielectric strength at a relatively low pressure. For example, sulfur hexafluoride is used for this purpose suitable at a pressure of 1.5 bar. However, other fluidic isolating means, ζ. B. other electronegatives Gases such as oil, compressed air or a vacuum can be used.
Der Systemabschnitt 9 kann an beiden Enden mit Tulpenkontakten 4 versehen sein, so daß viele Systemabschnitte 9 in Reihe miteinander verbunden werden können. Die äußeren Rohre 2 können miteinander verschweißt sein, wie dies bei 8 gezeigt ist.The system section 9 can be provided with tulip contacts 4 at both ends, so that many system sections 9 in series can be connected to each other. The outer tubes 2 can be welded together, as shown at 8.
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Die Fig. 4 veranschaulicht eine bisher übliche Konstruktion eines Isolators, die typisch für druckgasisolierte Überträgungssysteme 1 ist. Es sind Abschirmelektroden 15 und 16 vorhanden, um die Spannungsverteilung an der Innen- und der Außenfläche des Scheibenisolators 11 zu verbessern und um die Wahrscheinlichkeit der Entstehung von elektrischen Vorentladungen, insbesondere von Stromfadenentladungen, zu verringern. Jedoch verhindern diese Elektroden nicht die Ausbreitung solcher Vorentladungen über die ganze Oberfläche 11a des Scheibenisolators 11, nachdem sie erst einmal z. B. durch ein freibewegliches leitendes Teilchen gezündet worden sind.Fig. 4 illustrates a conventional construction an isolator, which is typical for compressed gas-insulated transmission systems 1 is. There are shielding electrodes 15 and 16 to the voltage distribution on the inside and the To improve the outer surface of the disk insulator 11 and to reduce the likelihood of the occurrence of electrical pre-discharges, especially of current filament discharges. However, these electrodes do not prevent them from spreading Pre-discharges over the entire surface 11a of the disk insulator 11, after you have once z. B. have been ignited by a freely movable conductive particle.
Die Fig. 5 veranschaulicht die Anordnung leitender Ringe 13 und 14, die am äußeren bzw. inneren Umfang des Scheibenisolators 11 nahe der äußeren Elektrode (Rohr 2) und der inneren Elektrode (Leiter 7) angeordnet sind.· Wenn ein an den Elektroden 2 bzw. 7 gezündeter'Stromfaden die leitenden Ringe 13 oder 14 erreicht, wird die Feldstärke an der Spitze der Entladung auf einen von dem Durchmesser des Ringes abhängenden Wert reduziert, und falls dieser unter dem kritischen Wert für die Ausbreitung des Stromfadens liegt, endet die Entladung an den Ringen 13 bzw. 14. Die Ringe verhindern somit einen vollständigen Isolatorüberschlag, wenn ein Teilchen an der Oberfläche 11a eine Entladung gezündet hat. Es ist jedoch bekannt, daß in einem druckgasisolierten' System "1" ständige· Vorentladungen aufgrund freibeweglicher leitender Teilchen wegen der Entwirkung von Entladungsprodukten auf den Scheibenisolator nicht geduldet werden können. Vielmehr benötigt man zusätzliche Mittel, z. B. eine Teilchenfalle nach,der US-Patentschrift 3 515 939, falls die vorhandenen Teilchen nicht von einer Art sind, daß sie im Laufe der Entladung zerstört werden. In Verbindung mit solchen Teilchenfallen hat die Erfindung die vorteilhafte Wirkung, das Übertragungssystem 1 zu schützen, bis die schädlichen Teilchen durch die Teilchenfalle entfernt sind. · ·5 illustrates the arrangement of conductive rings 13 and 14, the outer or inner circumference of the disk insulator 11 near the outer electrode (tube 2) and the inner Electrode (conductor 7) 14 is reached, the field strength at the tip of the discharge to a value that depends on the diameter of the ring reduced, and if this is below the critical value for the propagation of the current filament, the discharge ends at the Rings 13 and 14, respectively. The rings thus prevent a complete flashover of the insulator if a particle is on the surface 11a has ignited a discharge. It is known, however, that in a compressed gas-insulated system "1" there are constant pre-discharges not due to freely moving conductive particles because of the effect of discharge products on the pane insulator can be tolerated. Rather, you need additional funds, such. B. a particle trap according to the US patent 3,515,939 if the particles present are not of a type that they are destroyed in the course of the discharge. In connection with such particle traps, the invention has the advantageous effect of protecting the transmission system 1 to the harmful particles are removed by the particle trap. · ·
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Bei einigen bekannten Bauformen von Scheibenisolatoren sind Wellungen 18 zur Verbesserung der Überschlagscharakteristik vorgesehen. Diese Wellungen können sich"auch als günstig zur Verbesserung der gemäß der Erfindung vorgesehenen Ringe 13 und 14 erweisen. In Fig. 6 ist veranschaulicht, wie die RingeIn some known designs of disk insulators are Corrugations 18 provided to improve the rollover characteristics. These corrugations can "also prove to be favorable for Prove improvement of the provided according to the invention rings 13 and 14. In Fig. 6 it is illustrated how the rings
13 und 14 auf einem gewellten Scheibenisolator 20 angeordnet werden können.13 and 14 can be arranged on a corrugated disk insulator 20.
Nach der vorliegenden Erfindung sind die Metallringe 13 undAccording to the present invention, the metal rings 13 and
14 nahe dem einen oder beiden Elektroden 2 und 7 mit dem Scheibenisolator 11 verkittet oder verklebt oder an ihn angegossen. Es können auch mehrere im Abstand voneinander angeordnete Ringe vorgesehen sein, um die Spannungsverteilung an dem Scheibenisolator 11 zu steuern, wie dies in den Figuren 7 und 8 veranschaulicht ist. Ferner können Streifen aus leitender Farbe oder ringförmige Abschnitte aus einem leitfähig gemachten Epoxidharz vorgesehen sein. Unter Umständen können diese Anordnungen weniger wirksam als metallische Ringe sein, da sie das elektrische Feld in der Ausbreitungsrichtung von Vorentladungen nicht so stark verringern.14 near the one or both electrodes 2 and 7 with the Disk insulator 11 cemented or glued or cast onto him. There can also be several spaced apart Rings can be provided to control the stress distribution on the disk insulator 11, as shown in the figures 7 and 8 is illustrated. Furthermore, strips of conductive paint or annular sections of a conductive paint can be used made epoxy resin may be provided. Under certain circumstances, these arrangements may be less effective than metallic rings, since they do not reduce the electric field so much in the direction of propagation of pre-discharges.
Die Figuren 9 und 10 veranschaulichen einen Scheibenisolator 25, auf dessen Oberfläche·28 Ringe 26 und 27 aus einem streichfähigen leitenden Mittel aufgemalt sind. Die Ringe 26 und-27 können auf die'Oberfläche-28 in ähnlichen- Konfigura-' ' tionen aufgemalt sein, wie sie zuvor für die metallischen Ringe 13, 14; 18, 19, 20 und 21 angegeben worden sind. Das streichfähige leitende Mittel kann z. B. eine Silikon-Silber-Masse sein, wie sie im Handel erhältlich ist. Auch eine silberhaltige Epoxidmasse wäre für den vorliegenden Zweck geeignet. Das Aufmalen der Ringe stellt eine wenig aufwendige Methode zur Erlangung einer Schutzwirkung für den Scheibenisolator dar.Figures 9 and 10 illustrate a disk insulator 25, on the surface of which 28 rings 26 and 27 of a paintable conductive agents are painted on. The rings 26 and 27 can be applied to the surface 28 in a similar configuration be painted on as previously for the metallic rings 13, 14; 18, 19, 20 and 21 have been specified. That Spreadable conductive agents can e.g. B. a silicone-silver mass as it is commercially available. A silver-containing epoxy compound would also be suitable for the present purpose. The painting of the rings is an inexpensive method to achieve a protective effect for the disk insulator represent.
In den Figuren 11 und 12 ist ein anderer Seheibenisolator 30 ,gezeigt, der Ringe 31 und 32 aus einem leitenden harzartigen Material, z. B. einem Epoxidharz, besitzt. Anstelle metalli-In FIGS. 11 and 12 there is another disk insulator 30 , shown, the rings 31 and 32 made of a conductive resinous material, e.g. B. an epoxy resin. Instead of metallic
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scher Ringe können auch metallgefüllte Epoxidharzringe vorgesehen sein, die auf die Oberfläche 35 des aus einem Epoxidharz bestehenden Scheibenisolators 30 aufgegossen sind.metal-filled epoxy resin rings can also be provided which are cast onto the surface 35 of the disk insulator 30 made of an epoxy resin.
Bei einer weiteren abgewandelten Konstruktion nach den Figuren 13 und 14 werden Beläge 41 und 42 aus einem Epoxidharz mit hoher Dielektrizitätskonstante benutzt j> die auf die Oberfläche des ebenfalls aus einem.Epoxidharz bestehenden Scheibenisolators 45 aufgegossen sind. Das Material des Scheibenisolators weist hierbei eine relativ geringe Dielektrizitätskonstante auf. Obwohl die Beläge dieser Art etwas weniger wirksam als Metallringe sind, könnten sie für einige Anwendungsfälle bevorzugt werden.In a further modified construction according to FIGS. 13 and 14, coverings 41 and 42 are made of an epoxy resin with high dielectric constant uses j> that on the surface of the disk insulator 45, which also consists of an epoxy resin, are cast on. The material of the disc insulator has a relatively low dielectric constant. Although the toppings of this type are a little less Are effective as metal rings, they could be for some use cases to be favoured.
10 Ansprüche10 claims
14 Figuren .14 figures.
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