DE2624325A1

DE2624325A1 - Through bushing joining ducts with dissimilar dielectrics - are contoured to give constant electric stress on both sides

Info

Publication number: DE2624325A1
Application number: DE19762624325
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Ing Fink; Wolfgang Dr Ing Hauschild; Georg Dr Ing Issel; Harry Dr Ing Jahn; Wolfgang Prof Dr Ing Mosch
Original assignee: Transformatoren und Roentgenwerk GmbH
Current assignee: Transformatoren und Roentgenwerk GmbH
Priority date: 1975-08-22
Filing date: 1976-05-31
Publication date: 1977-03-03
Also published as: DD122742A1

Abstract

The through bushing is typically for use in metal clad installations, e.g. for joining the HV terminals of an oil filled transformer with an SF6 insulated bus duct. The bushing comprises a disc designed to bolt between the mating flanges of the ducts, and has a central conducting bolt. The bolt passes through a central insulator typically of epoxy resin which is covered with a stress grading semiconducting layer. Sealing rings prevent the flow of oil to gas or vice versa. The contouring of the outer part of the disc is designed to give a constant electric stress along the surface, with the thickness determined by the mechanical pressure difference between gas and oil sides.

Description

Hochspannungsdurchführung Die Erfindung betrifft eine Hochspannungsdurchführung zur Verbindung von gekoppelten elektrischen Einrichtungen und/oder Apparaten, die einerseits mit flüssigen und andererseits mit gasförmigen Isoliermedien unterschiedlicher Dielektrizitätskonstante gefüllt sind.High-voltage bushing The invention relates to a high-voltage bushing for the connection of coupled electrical devices and / or apparatus that on the one hand with liquid and on the other hand with gaseous insulating media different Dielectric constant are filled.

Es ist bekannt, zur Verkleinerung der räumlichen Ausdehnungen elektrischer Einrichtungen und Apparate elektronegative Isoliergase, z.B. SFU, einzusetzen. Auch für die Übertragung elektrischer Energie sind bereits konkrete Ergebnisse auf der Basis von SF6-gefüllten ochspannungs leitungen vorhanden. Die SF6-Isoliertechnik gewinnt somit infolge der technischen Vorteile an BedeutUllg, Im gleichen Maße ist es auch notwendig, die direkte Verbindung von verschiedenartig isolierten elektrischen Einrichtungen, z.B. von SF6-isolierten Rohrgaskabeln oder Schaltanlagen mit ölisolierten Leistungstransformatoren vorzunehmen. Ebenfalls ergibt sich die technische Notwendigkeit, komplette SF6-ioslierte Geräte bei den Endprüfungen oder bei der Forschung SF6-Prüfgefäße direkt an die Hochspannungs-Prüftransformatoren anzuschließen.It is known to reduce the spatial dimensions of electrical Equipment and apparatus to use electronegative insulating gases, e.g. SFU. Even concrete results for the transmission of electrical energy are already available Based on SF6-filled high voltage lines available. The SF6 insulation technology thus gains in importance as a result of the technical advantages, to the same extent it also necessary the direct connection of variously insulated electrical Equipment, e.g. of SF6-insulated pipe gas cables or switchgear with oil-insulated Make power transformers. There is also the technical need Complete SF6-isolated devices for final tests or SF6 test vessels for research to be connected directly to the high-voltage test transformers.

Das allgemeine Problem bei der Erstellung von Isolieranordnungen mit einem nicht-festen Isoliertstoff ist die mechanische Befestigung des spannungsführenden Leiters.The general problem with creating isolation arrangements with a non-solid insulating material is the mechanical fastening of the live Head.

Mn meisten sind dabei die Grenzflächen zwischen den verschiedenen Isolierstoffen gefährdet. Es ist Vorsorge zu treffen, daß die höchste Feldstärke an der Grenzfläche des eingesetzten Feststoffes nicht größer als im Gasraum ist (ETZ-A,Bd. 82 (1971), H. 12, S, 733-739), des weiteren ist Bedingung, daß durch den Feststoff eine Unterteilung in einzelne voneinander getrennte Gasräume erfolgt. Dazu muß dieser den Leiter konzentrisch umgeben und radialsylmnetrisch ausgeführt werden (ECrZ-A Bd. 94 (1973) H. 7, SO 423-426), Solche Feststoffe sind für gasisolierte Leitungen in Scheibenform bekannt, d.h. sie sind dort einsetzbar, wo auf beiden Seiten das gleiche Isoliermedium verwendet wird und die mechanischen Beanspruchungen in Richtung des Leiters relativ gering sind.Most of them are the interfaces between the different Insulation materials endangered. It's precaution too hit that the highest Field strength at the interface of the solid used is not greater than in the gas space is (ETZ-A, Vol. 82 (1971), H. 12, S, 733-739), a further condition is that by the solids are divided into separate gas spaces. To do this, it must surround the conductor concentrically and be radially symmetrical (ECrZ-A Vol. 94 (1973) H. 7, SO 423-426), Such solids are for gas-insulated Disc-shaped cables are known, i.e. they can be used where on both Sides the same insulating medium is used and the mechanical stresses in the direction of the conductor are relatively small.

Es sind auch Durchführungen oder Abstandshalter für Mehrstoffdielektrika bekannt (DL-PS 97 100, DL-PS 103 765).There are also bushings or spacers for multi-substance dielectrics known (DL-PS 97 100, DL-PS 103 765).

Bei diesen finden sogenannte Trichterformen Anwendung.So-called funnel shapes are used for these.

Zur Vermeidung von Teilentladungen wurden bei einer solchen Durchführung Maßnahmen zur Verminderung hoher Feldstärken an den Grenzflächen und im Gasspalt zwischen Abstandshalter und Innenleiter durch Anordnung von mehreren besonders geformten Elektroden verwirklicht, Bei der anderen Durchführung soll eine günstige Feldstärkeverteilung in einem koaxialen Mehrstoffsystem erreicht werden. Als Isoliermedium wird auf der einen Seite eins mit geringer Dielektrizitätskonstante, SF6, und auf der anderen Seite eins mit höherer Dielektrizitätskonstante' also z.B Öl, eingesetzt. Durch Anwendung von unterschiedlichen Innenleiterdurehmessern (Elektroden) wird Jedoch nur eine Verbesserung der Feldverteilung im Zwickel zwischen Außenelektrode und Feststoff erreicht.To avoid partial discharges, such an implementation Measures to reduce high field strengths at the interfaces and in the gas gap between spacer and inner conductor by arranging several specially shaped Realized electrodes, the other implementation should have a favorable field strength distribution can be achieved in a coaxial multi-component system. The one side one with a low dielectric constant, SF6, and on the other Side one with a higher dielectric constant, e.g. oil, is used. By Use of different inner conductor diameter knives (electrodes) is, however only an improvement in the field distribution in the gusset between the outer electrode and Solid reached.

Bei der Anwendung von Isoliermedien, die untersohiedliche Dielektrizitätskonstanten haben, wird durch die bekannten Anordnungen nicht gewährleistet, daß der Feldgradient längs der Oberfläche möglichst konstant ist. Dieses führt dazu, daß es zu Uberschlägen an den Grenzflächen und zu Durchschlägen der Feststoffdurchführung kommen kann, was in jedem Fall einen aufwendigen Austausch zur Folge hat.When using insulating media, the different dielectric constants have, is not guaranteed by the known arrangements that the field gradient is as constant as possible along the surface. This leads to flashovers at the interfaces and breakdowns of the solid feedthrough can occur, What in any case results in a costly exchange.

Um dieses zu vermeiden, ist es notwendig, z.B. eine Steuerelektrode anzuordnen, die gewährleistet, daß der Durchschlag bei Spannungsüberbeanspruchung zuerst in der freien Gasstrecke erfolgt.To avoid this, it is necessary, e.g. a control electrode to be arranged, which ensures that the breakdown in the event of voltage overload first takes place in the free gas line.

Der Zweck der Erfindung liegt in der Schaffung der Möglichkeit eines direkten Anschlusses von elektrischen Einrichtungen und Apparaten untelanander, die mit Isoliermedien unterschiedlicher Dielektrizitätskonstante gefüllt sind.The purpose of the invention is to create the possibility of one direct connection of electrical equipment and devices among each other, which are filled with insulating media of different dielectric constants.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochspannungsdurchführung zu schaffen, die. in einem gekoppelten System auf der einen Seite mit flüssigen und auf der anderen Seite mit gasförmigen Isoliermedium in Verbindung steht. Dabei ist mithin Aufgabe, die elektrischen Feldverhältnisse im Bereich der Durchführung so zu gestalten, daß ein Uberschlag an oder ein Durchschlag in der Durch führung unterbunden wird, um eine bleibende Beschädigung auszuschließen.The invention is based on the object of a high-voltage bushing to create that. in a coupled system on the one hand with liquid and on the other hand is in communication with gaseous insulating medium. Included is therefore the task of determining the electrical field conditions in the area of the implementation to be designed so that a rollover or a breakdown in the implementation is prevented in order to exclude permanent damage.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Scheibe Anwendung findet, deren Konturen der beiderseitigen Grenzflächen in Abhängigkeit von Verhältnis der Dielektrizitätskonstanten des Materials der Scheibe zu der des flüssigen bzw gasförmigen Isoliermediums unterschiedlich sind.The object is achieved according to the invention in that a disc Is used, the contours of which are dependent on the mutual boundary surfaces of the ratio of the dielectric constant of the material of the disc to that of the liquid or gaseous insulating medium are different.

Bei der Anpassung der Konturen an das jeweilige Isoliermedium entsteht also eine Scheibe, deren Querschnitt unsymmetrisch ist. Als Dimensionierungsrichtlinie gilt, daß die Neigung der Kontur von der einer gedachten Längsgrenzfläche einer Koaxialanordnung um so mehr abweicht, je kleiner das Verhältnis der Dielektrizitätskonstanten des Materials der Scheibe zu der des jeweiligen Isoliermediums, also beispielsweise Gießharz zu Öl oder Gießharz zu SF6, ist.When the contours are adapted to the respective insulating medium that is, a disk whose cross-section is asymmetrical. As a sizing guideline it is true that the inclination of the contour differs from that of an imaginary longitudinal boundary surface of a The smaller the ratio of the dielectric constant, the more deviates the coaxial arrangement the material of the pane to that of the respective insulating medium, for example Cast resin to oil or cast resin to SF6.

Dabei ist die Neigung so zu wählen, daß ein möglichst konstanter Betrag der Feldstärke Iängs der beiden Grenzflächen innerhalb der Hochspannung 5 durchführung entsteht.The inclination is to be chosen so that an amount that is as constant as possible the field strength along the two interfaces within the high voltage 5 implementation arises.

Damit ist die größte Materialdicke der Hochspannungsdurchführung in axialer Richtung an der Berührungsstelle von Innenleiter und Hochspannungsdurchführung und nicht in Richtung zur Außenelektrode ab.This is the greatest material thickness of the high-voltage bushing in axial direction at the point of contact between the inner conductor and the high-voltage bushing and not in the direction of the outer electrode.

Zur Gewährleistung günstiger Feldverhältnisse an den Berührungsstellen der Elektroden, die von den Isoliermedien umgeben sind, mit der Scheibe ist diese mit einem radialsymetrisch angeordneten zumindest an seiner Oberfläche leitfähigen Kern versehen. Dieser wirkt als inerte Steuerelektrode und ist mit dem übrigen Teil der Hochspannungsdurchführung, unter gleichzeitiger Verwirklichung des hermetischen Abschlusses für die Isoliermedien dielektrisch dicht verbunden. Der äußere Durchmesser des Kerns ist geringer als der Nenndurchmesser der Elektrode ausgeführt.To ensure favorable field conditions at the contact points of the electrodes, which are surrounded by the insulating media, with the disk this is with a radially symmetrically arranged conductive at least on its surface Core provided. This acts as an inert control electrode and is with the rest of the part the high-voltage bushing, while at the same time realizing the hermetic one Termination for the insulating media dielectrically tightly connected. The outer diameter of the core is smaller than the nominal diameter of the electrode.

Es ist an sämtlichen Übergangsstellen von verschiedenen Elektrodendurchmessern oder gegebenenfalls auch an Stoßstellen von gleichen Durchmessern der Elektroden eine Abrundung vorzusehen, um günstigere Mikrofeldverteilungen zu erreichen.It is at all transition points of different electrode diameters or possibly also at joints with the same diameter of the electrodes to provide a rounding in order to achieve more favorable micro-field distributions.

Zum weiteren Schutz des Bereiches der Hochspannungsdurchführung gegen die Auswirkungen von bberschlägen an den Grenzflächen sowie von Durchschlägen im Feststoff ist es vorteilhaft, eine Reihenfolge gegebenenfalls möglicher Durchbruchstrecken festzulegen. Dabei wird bei Verwendung von SF6 und Öl als angrenzende Isoliermedien davon ausgegangen, daß ein eventueller Durchschlag in der reinen Gasstrecke den geringsten und in der Feststoffstrecke den größten Schaden anrichten wird. Deshalb hat die freie FS6-Strecke di geringste und die freie Ölstrecke, die Grenzfläche zwischen Hochspannungsdurchführung und SF6 bzw. Öl eine jeweils stufenweise höhere und die Strecke innerhalb der Hochspannungsdurchführung die größte Durchbruchsspannung. Die vorgesehene Durchschlagstelle im SF - Raum wird 6 dabei iiiit Hilfe einer zweckmäBigezweise auf den Innenleiter aufgebrachten Steuerelektrode fixiert.For further protection of the high-voltage bushing area against the effects of precipitations at the interfaces and of breakdowns in the Solid, it is advantageous to have a sequence of possibly possible breakthrough sections to be determined. When using SF6 and oil as adjacent insulating media assumed that a possible breakthrough in the pure gas line the will cause the least damage and the greatest damage in the solids section. That's why the free FS6 section has the smallest and the free oil section, the interface between the high-voltage bushing and SF6 or oil, an incrementally higher one and the section within the high-voltage bushing has the greatest breakdown voltage. The intended breakthrough point in the SF room is then 6 with the help of an expedient fixed on the inner conductor applied control electrode.

Durch Verwendung einer solchen Hochspannungsdurchführung werden beträchtliche Raumeinsparungen erzielt. Bei Vor-Ort-Prüfungen ist eine solche Durchführung gegebenenfalls Grundvoraussetzung, Die erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles und einer Zeichnung näher erläutert werden.By using such a high-voltage bushing, considerable Space savings achieved. Such an implementation may be required for on-site inspections Basic requirement, the invention will be based on an exemplary embodiment and a drawing are explained in more detail.

Die Zeichnung zeigt eine Hochspannungsdurchführung und die Anschlußteile der beiden zu verbindenden elektrischen ein richtungen im Schnitt. Als zu verbindende elektrische Einrichtungen kann zum Beispiel ein ölisolierter Transformator, dessen llochspannungspol in der Zeichnung als rohrförmige Elektrode 1 dargestellt ist und eine SF6-isolierte Energievesorgungsanlage mit einer Elektrode 1 zu in Frage kommen. Die Elektrode 1 wird von einer Außenelektrode 2 umgeben, die eine hermetisch dichte Kapselung für ein flüssiges Isoliermedium, Öl 3 und ein gasförmiges Isoliermedium, Schwefelhexafluid (SF6)4 bildet. Die gegenseitige Trennung der beiden Isoliermedien erfolgt durch eine Hochspannungsdurchführung 5. Die elektrische Verbindung der Elektroden 1 und 1t wird durch eine gegenseitige Verschraubung gewährleistet. Dazu ist in der Elektrode 1 eine Gewindebohrung und an der Elektrode 1' ein Bolzen mit einem Gewindestück 6 vorgesehen. Die Dimensionierung des Bolzens muß so erfolgen, daß er entsprechend dem Strom einen ausreichenden Durchmesser hat. Gleichzeitig muß er jedoch auch die ausreichende mechanische Befestigung der Elektroden 1, 1' mit dem aus Gießharz bestehenden Isolierteil der Hochspannungsdurchführung und einen hermetisch dichten Abschluß, welcher durch Dichtringe 7 ermöglicht ist, gewährleisten. Die Befestigung der Hochspannungsdurchführung 5 an der Außenelektrode 2 erfolgt ebenfalls mittels in der Zeichnung angedeuteter Verschraubungen 8. Zur Gewährleistung eines dichten Abschlusses ist ebenfalls ein Dichtungselement, z.B. eine Rundgummidichtung 9 die in einer Nut liegt, vorhanden.The drawing shows a high-voltage bushing and the connecting parts of the two electrical devices to be connected in section. As to be connected electrical equipment, for example, an oil-insulated transformer, whose llochspannungspol is shown in the drawing as a tubular electrode 1 and an SF6-insulated energy supply system with an electrode 1 can be considered. The electrode 1 is surrounded by an outer electrode 2 which is hermetically sealed Encapsulation for a liquid insulating medium, oil 3 and a gaseous insulating medium, Forms sulfur hexafluid (SF6) 4. The mutual separation of the two insulating media takes place through a high-voltage bushing 5. The electrical connection of the electrodes 1 and 1t are guaranteed by a mutual screw connection. This is in the Electrode 1 has a threaded hole and a bolt with a threaded piece on electrode 1 ' 6 provided. The dimensioning of the bolt must be made so that it is accordingly the flow has a sufficient diameter. At the same time, however, he must also do the sufficient mechanical fastening of the electrodes 1, 1 'with the one made of casting resin Insulating part of the high-voltage bushing and a hermetically sealed seal, which is made possible by sealing rings 7, ensure. The fastening of the high-voltage bushing 5 on the outer electrode 2 is also carried out by means of what is indicated in the drawing Screw connections 8. To ensure a tight seal, a Sealing element, e.g. a round rubber seal 9 which lies in a groove, is present.

Mochspannungsdurchführung 5 besitzt in ihrer Mitte einen Kern 10, der aus ltechnologisch und physikalischen Gründen vorteilhafterweise auch aus Gießharz besteht und an seinem äußeren Umfang mit einer leitfähigen Schicht, die als innere Steuerelektrode 11 wirkt, versehen ist. Bei der Herstellung der Hochspannungsdurchführung wird zunächst der Kern 10 gegossen, auf diesem dann eine Schicht leitfähiges Material aufgebracht, z.B. im Metallspritzverfahren und danach wird dieser Kern 10 in eine Form eingesetzt und mit Gießharz zu der in der Zeichnung gezeigten Form gegossen. High voltage bushing 5 has a core 10 in its center, which, for technical and physical reasons, is advantageously also made of cast resin consists and on its outer circumference with a conductive layer, which is called the inner Control electrode 11 acts, is provided. When making the high-voltage bushing the core 10 is first cast, then a layer of conductive material is poured onto it applied, e.g. in the metal spraying process and then this core 10 is in a Form inserted and poured with resin to the shape shown in the drawing.

Die Dicke der Scheibe an der Einspannstelle mit der Außenelektrode 2 richtet sich nach der mechanischen Belastung, also Druck- und Zugbelastung durch die Elektroden 1, 1 und nach dem Druck des SP6-Gases.The thickness of the disk at the point of clamping with the outer electrode 2 is based on the mechanical load, i.e. compressive and tensile loads the electrodes 1, 1 and after the pressure of the SP6 gas.

Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß die inerte Steuerelektrode 11 im Durchmesser geringer als die Elektroden 1 und 1' ist und letztere an den Berührungsstellen 12 mit der Hochspannungsdurchführung 5 abgerundet sind. Dadurch wird die, zur Gewährleistung der durch die Konturen erzielten Feldsteuerung, notwendige elektrische 1tlastung an diesrfl technologisch bedingt störanfälligen Stellen erreicht.From the drawing it can be seen that the inert control electrode 11 is smaller in diameter than the electrodes 1 and 1 'and the latter at the contact points 12 are rounded off with the high-voltage bushing 5. This will make the, guarantee the field control achieved by the contours, necessary electrical load Reached at these points that are prone to failure due to technological reasons.

Die Konturen der Grenzflächen 13 und 14 sind unterschiedlich und entsprechend dem Verhältnis der Dielektrizitätskonstanten ausgebildet. Die Grenzflächen 13, an der das Verhältnis der Dielektrizitätslronstanten etwa 5 zu 2,2 beträgt, ist wesentlich mehr gekrümmt als die andere Grenzfläche 14, wo das Verhältnis zwischen der Dielektrizitätskonstante der Gießharzscheibe und der des Isoliergases SF6 etwa 5 zu 1 ist. Durch diese Formgebung ist eine optimale Anpassung an die dielektrischen Verhältnisse gegeben, so daß an der Grenzfläche innerhalb des Gießharzes Eres = f (r) = konstant ist. Zur weiteren Koordination der Durchbruchs spannungen ist zB. eine Ringelelektrode 15 auf die Elektrode 1 im SF6-Gasraum aufgebracht. Dadurch ist leicht erreichbar, daß bei Uberschreitung eines vorgebbaren Spannungswertes ein Durchschlag der SF6-Isolierstrecke erfolgt bei gleichzeitiger Vermeidung eines Uberschlages an der Hochspannungsdurchführung. Diese Lösung ist nur prinzipiell angedeutet und in derin der Zeichnung gezeigten Ausführung nur bedingt anwendbar. Werden größere Leistungen kurzgeschlossen, so sind besondere Maßnahmen zur Vermeidung einer Beschädigung der Außenelektrode 2 vorzunehmen.The contours of the interfaces 13 and 14 are different and corresponding the ratio of the dielectric constant. The interfaces 13, at that the ratio of the dielectric constant is about 5 to 2.2 is essential more curved than the other interface 14 where the ratio between the dielectric constant of the cast resin disc and that of the insulating gas SF6 is about 5 to 1. Through this shape an optimal adaptation to the dielectric conditions is given, so that on the interface within the casting resin Eres = f (r) = is constant. To further Coordination of the breakdown voltages is for example. a ring electrode 15 on the Electrode 1 applied in the SF6 gas space. This makes it easy to achieve that when exceeded a predeterminable voltage value Breakdown of the SF6 insulating section takes place while avoiding a flashover at the high-voltage bushing. This solution is only indicated in principle and shown in the drawing Execution can only be used to a limited extent. If larger powers are short-circuited, so are special measures to avoid damage to the outer electrode 2 to undertake.

Vorteilhaft ist, daß die ochspannungsdurchfuhrung in ihrer gezeigten Form für einen großen Spannungsbereich angewendet werden kann.It is advantageous that the voltage feedthrough in its shown Shape can be applied to a wide range of voltages.

Claims

1High-voltage cable duct for connecting encapsulated electrical Facilities and / or apparatus, on the one hand with liquid and on the other hand filled with gaseous insulating media of different dielectric constants are, characterized in that a disc is used whose contours of the two-sided interfaces as a function of the ratio of the dielectric constants The material of the pane differs from that of the liquid or gaseous insulating medium are such that the inclination of the contour differs from that of an imaginary longitudinal boundary surface A coaxial arrangement deviates the more, the smaller the ratio of the dielectric constant of the material of the disc to that of the respective insulating medium, so that a possible constant magnitude of the field strength along the two interfaces within the material the disc is created.

2. High-voltage bushing according to claim 1, characterized in that that the disc has a radially symmetrical, at least conductive on its surface Has core as the inner control electrode, which is dielectrically tightly connected to it and its outer diameter is less than the nominal diameter of the electrode is in the two insulating media and there are thin electrodes at the joints taper to the diameter of the core and / or are rounded.

3. High-voltage bushing according to claim 1, characterized. that electrodes are provided or

the inner or outer conductor is designed so that in the area of Gas insulation the breakdown voltage is smaller than that in the liquid and this Breakdown voltage smaller than the breakdown voltage at the interfaces of the High-voltage bushing and this in turn is smaller than the breakdown voltage the disc is L e r s e i t e