DE2757571A1

DE2757571A1 - HIGH-STRENGTH CURRENT CONDUCTOR ARRANGEMENT, IN PARTICULAR FOR HIGH-VOLTAGE BUSHINGS

Info

Publication number: DE2757571A1
Application number: DE19772757571
Authority: DE
Inventors: Helmut Frielingsdorf; Fritz Dr Ing Hammer; Wolfgang Dipl Phys Molt; Horst Stuermer
Original assignee: Felten and Guilleaume Carlswerk AG
Current assignee: Felten and Guilleaume Energietechnik AG
Priority date: 1977-12-23
Filing date: 1977-12-23
Publication date: 1979-07-05
Also published as: CH636221A5; JPS5487900A; FR2412917A1

Description

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Feiten 4 Gullleaume Carlswerk AG Köln, den 21.12.77Feiten 4 Gullleaume Carlswerk AG Cologne, December 21st, 1997

Schanzenstraße Fl 4420 Do/DuSchanzenstraße Fl 4420 Thu / Thu

5000 Köln 805000 Cologne 80

Hochbelastbare Stromleiteranordnung, insbesondere für Hochspann ungsdurchfUhrungenHeavy-duty conductor arrangement, especially for high-voltage feedthroughs

Beschreibung:Description:

Die Erfindung betrifft eine hochbelastbare Stromleiteranordnung, insbesondere für Hochspannungsdurchführungen, mit einer von einer leicht verdampfenden Flüssigkeit (Wärmetransportmittel) teilweise gefüllten rohrförmigen Anordnung.The invention relates to a heavy-duty current conductor arrangement, in particular for high-voltage bushings, with one of an easily evaporating liquid (heat transport medium) partially filled tubular arrangement.

Die Strombelastbarkeit eines elektrischen Leiters hängt von der Leitfähigkeit des Leiterwerkstoffas, von seinen Abmessungen, insbesondere von der Querschnlttsfläohe, und von der Wirksamkeit der Maßnahmen zur Ableitung der entstehenden Wärme ab. Die Verbesserung der Wärmeableitung kann bei vielen Anwendungen einen erheblichen Vorteil bringen. Beispielsweise werden die Kosten einer Hochspannungsdurchführung wesentlich bestimmt durch die Abmessungen des vorwiegend aus Porzellan bestehenden Isoliergehäuses. Seine Länge 1st im allgemeinen durch die Spannung bestimmt, die der Innenleiter führt. Sein Durchmesser ist abhängig von der Feldverteilung zwischen Innenleiter und Isoliergehäuse. Diese Feldverteilung wird daher im allgemeinen durch einen Kondensatorwickel gesteuert. Ein weiterer Faktor, der den Durchmesser des Isoliergehäuses und des Kondensatorwickels wesentlich beeinflußt, let der vom zu übertragen den Strom abhängige Durchmesser des Innenleiters. Da der Kondensatorwickel mit seiner oft großen Wandstärke die im Innenleiter ent stehende Stromwärme schlecht ableitet und meist auch temperaturempfindlich ist, muß der Innenleiter einer Durchführung meist reichlicher dimensioniert werden als eine entsprechende Freileitung.The current carrying capacity of an electrical conductor depends on the conductivity of the conductor material, in particular on its dimensions of the cross-sectional area, and of the effectiveness of the Measures to dissipate the heat generated. The improvement heat dissipation can be a significant benefit in many applications. For example, the cost of a High-voltage bushing largely determined by the dimensions of the insulating housing, which is mainly made of porcelain. His The length is generally determined by the voltage that the inner conductor carries. Its diameter depends on the field distribution between inner conductor and insulating housing. This field distribution is therefore generally controlled by a capacitor winding. A Another factor that has a significant influence on the diameter of the insulating housing and the capacitor winding, let the transferred from the current-dependent diameter of the inner conductor. Since the capacitor winding with its often large wall thickness entrains in the inner conductor dissipates standing current heat poorly and is usually also temperature-sensitive, the inner conductor of a bushing usually has to be more plentiful are dimensioned as a corresponding overhead line.

Bekannt ist nun das Prinzip des Wärmeleitrohres,eines mit einer leicht verdampfenden Flüssigkeit teilweise gefüllten Rohres mit einer im Rohrinneren angeordneten Kapillarstruktur, für die NutzungThe principle of the heat pipe is now known, one with a easily evaporating liquid partially filled tube with a capillary structure arranged inside the tube, for use

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der Sonnenenergie ("Wohnhaus mit Versuchsanlage für Nutzung von Sonnenenergie" von B. Dierich um H. Gehrke, elektrowärme international, Nov. 1975, S. A 275-277'). Diese bekannten Anwendungen des WärmeIeitrohres (heat pipe) geben aber keinen Hinweis für die Anwendung dieses Prinzips in elektrischen Leitern.of solar energy ("residential house with test facility for the use of solar energy" by B. Dierich and H. Gehrke, elektrowärme international, Nov. 1975, pp. A 275-277 '). These known uses of the heat pipe give no indication for the Application of this principle in electrical conductors.

Bekannt ist auch eine elektrische Durchführung, bei der ein üblichei' Innenleiter von einer mit einer leicht verdampfenden Flüssigkeit gefüllten Kammer umgeben ist, die eine gleichmäßige Wärmeverteilung entlang des Innenleiters erreichen soll (US-PS 3 627 899). Diese Anordnung hat den Nachteil, daß sie den Durchmesser des Innenleiters und damit den des Kondematorwickels und weiter des Isoliergehäuses noch weiter vergrößert und im Vergleich zum erzielten Nutzen sehr aufwendig ist. Der Nutzen ist gering, da keine Abführung der entstehenden Wärme vorgesehen ist.An electrical bushing is also known, in which a usualei ' Inner conductor is surrounded by a chamber filled with an easily evaporating liquid, which ensures even heat distribution should reach along the inner conductor (US-PS 3,627,899). This arrangement has the disadvantage that it reduces the diameter of the inner conductor and thus that of the capacitor winding and further of the insulating housing is even further enlarged and is very expensive compared to the benefit achieved. There is little benefit as there is no discharge the resulting heat is provided.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hochbelastbaren Stromleiter, insbesondere für Kondensatordurchführungen, mit möglichst geringem Durchmesser und damit geringen Kosten unter bestmöglicher Abführung der entstehenden Wärme zu schaffen.The invention is based on the object of providing a highly resilient current conductor, in particular for capacitor bushings, with as much as possible small diameter and thus low costs with the best possible dissipation of the heat generated.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Stromleiter als Wärmeleitrohr mit einer Kapillarstruktur ausgebildet ist, und daß er an einem Ende mit einer Einrichtung zur Wärmeabgabe versehen ist.According to the invention, this object is achieved in that the current conductor is designed as a heat conduction tube with a capillary structure, and that it is provided at one end with a device for dissipating heat is provided.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß es mit der beschriebenen Gestaltung möglich ist, beispielsweise die Strombelsatung einer Durchführung etwa zu verdoppeln, und den Durchmesser des Isoliergehäuses um etwa 25 % zu vermindern. Daraus ergibt sich eine entsprechende Verminderung der Kosten für die ,gesamte Durchführung.The advantages achieved by the invention are in particular that with the design described it is possible, for example, to approximately double the power supply of a bushing and to reduce the diameter of the insulating housing by approximately 25 %. This results in a corresponding reduction in the costs for the entire implementation.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 1 bis 11 beschrieben.Refinements of the invention are described in claims 1 to 11.

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AusfUhrungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:AusfUhrungsbeispiele the invention are shown in the drawing and are described in more detail below. Show it:

Fig. 1 eine Durchführung schematisch im Schnitt, Fig. 2 eine Durchführung im Teilschnitt.Fig. 1 shows a passage schematically in section, Fig. 2 shows a passage in partial section.

In Fig. 1 ist eine Durchführung mit als WärmeIeitrohr gestaltetem Innenleiter im Längsschnitt schernatisch dargestellt. Der rohrförmige Innenleiter 1 trägt an seinom freien Ende 2 eine Kühlrippenanordnung 3. Die Innenwand 4 des Innenleiters 1 ist mit längsverlaufenden Rillen 5 versehen, die in der Figur nur angedeutet sind. Im unteren Teil des Innenleiters 2 befindet sich eine leicht verdampfende Wärmetransportflüssigkoit 6. Hierfür kann Wasser, ein handelsübliches Kühlmittel oder eine andere geeignete Flüssigkeit gewählt werden. Der Innenleiter i ist an seiner Außenseite von einem Kondensatorwickel 7 umgeben, der für die gewünschte Verteilung des elektrischen Feldes :;orgt. Ein den Kondensatorwickel 7 umgebendes Isoliergehäuse, wie es für Freiluft-Anordnungen der Durchführung erforderlich wäre, ist in der Figur nicht gezeichnet. Der die Durchführung mit einer Wand verbindende Durch führuiij'.sflansch 9 liegt hier direkt auf der Außenseite des Kondennatorwickels 7. Der Anschluß der Stromleiter erfolgt an den Ariüchlußbolzen 8 und 8a.In Fig. 1 is a bushing designed as a heat conduction tube Inner conductor shown schematically in longitudinal section. The tubular Inner conductor 1 carries a cooling fin arrangement at its free end 2 3. The inner wall 4 of the inner conductor 1 is longitudinally extending Grooves 5 provided, which are only indicated in the figure. In the lower part of the inner conductor 2 there is an easily evaporating one Heat transport liquid 6. For this, water, a Commercially available coolant or another suitable liquid can be selected. The inner conductor i is on its outside of a capacitor winding 7 surrounded, for the desired distribution of the electric field:; orgt. On the capacitor winding 7 surrounding insulating housing, as it is for outdoor arrangements of the Implementation would be required is not shown in the figure. The leadthrough connecting the leadthrough with a wall 9 is here directly on the outside of the capacitor winding 7. The current conductors are connected to the locking bolt 8 and 8a.

Die Funktion eines WärmeIeitrohres (heat pipe) kann als bekannt vorausgesetzt werden und braucht hier nur kurz angedeutet zu werden. Die Wärmeleitflüssigkeit 6 verdampft an den erwärmten Stellen des Innenleiters 1 und entzieht dem Innenleiter 1 die dafür nötige Verdampfungswärme. Die verdampfte Wärmeflüssigkeit 6 kondensiert an den kühleren Stellen des Innenleiters 1, hier am freiliegenden Ende 2 und gibt dort die Verdampfungswärme wieder ab. In den Rillen 5 wird die kondensierte Flüssigkeit 6 durch Kapillarwirkung gesammelt und, vorwiegend durch die Einwirkung der Schwerkraft, wieder in den unteren Teil des Innenleiters 1 geleitet. Die im freiliegenden Teil 2 des Innenleiters 1 durch Kondensation abgegebene Wärme wird durch die KUhlplattenanordnung j5 an die umgebende Luft abgegeben. Durch diese Anordnung ist es möglich, den durch die Strombelastung gegebenen Querschnitt und damit denThe function of a heat pipe can be assumed to be known and only needs to be briefly indicated here. The heat transfer fluid 6 evaporates at the heated points of the Inner conductor 1 and withdraws the necessary heat of vaporization from the inner conductor 1. The evaporated thermal liquid 6 condenses at the cooler points of the inner conductor 1, here at the exposed end 2 and emits the heat of evaporation there again. In the grooves 5 the condensed liquid 6 is collected by capillary action and, mainly by the action of gravity, passed back into the lower part of the inner conductor 1. The heat given off by condensation in the exposed part 2 of the inner conductor 1 is passed through the cooling plate arrangement j5 to the surrounding Air released. This arrangement makes it possible to use the cross section given by the current load and thus the

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Durehmesser des Innenleiters 1 wesentlich zu verringern, ohne daß der Kondensatorwickel 7 eine unzulässig hohe Temperatur annimmt. Der verringerte Außendurchmesser des Innenleiters 1 erlaubt es, auch einen kleineren Kondensatorwiokel 7 zu benutzen, so daß auch eine kleinere Außenisolierung verwendet werden kann. Es ist ersichtlich, daß dadurch beträchtliche Konten gespart werden können.To reduce the diameter of the inner conductor 1 significantly without the capacitor winding 7 assumes an impermissibly high temperature. The reduced outer diameter of the inner conductor 1 allows also to use a smaller capacitor wiokel 7, so that a smaller outer insulation can be used. It can be seen that thereby considerable accounts can be saved.

In Fig. 2 ist eine ausgeführte Durchführung, teilweise im Längsschnitt dargestellt. Entsprechende Teile tragen die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1, Die dargestellte Durchführung in einer Länge von über 4 m ist für eine Betriebsspannung von 400 kV und einen Dauerstrom von 4000 A vorgesehen. Der Durchmesser des Befestigungsflansches 9 beträgt etwa 70 cm, der des für die Freiluftaus führung vorgesehenen Isolators 10 etwa 55 cm. Ohne die erfindungsgemäße Ausführung des Innenleiters 1 als Wärmeleitrohr könnten maximal 2000 A zugelassen werden. Eine Durchführung für 4000 A ohne Kühlung würde einen Isolator 10 von etwa 75 cm Durchmesser benötigen und entsprechende Kosten verursachen. Der untere Leiteranschluß 8a und der Befestigungsflansch 9 sind für die Verbindung mit SF^- gefüllten HöchstsDannungskabeln ausgelegt. Dementsprechend sind alle Hohlräume zwischen Innenleiter und dem Isolator 10 mit SFg gefüllt. Der Innenraum des Innenleiters 1 ist evakuiert, teilweise mit einem Kühlmittel, beispielsweise mit einem für diesen Zweck geeigneten Halogenderivat des Methan gefüllt, und dann hermetisch verschlossen. Die mechanische Verbindung zwischen Innenleiter 1 und dem Isoliergehäuse 10 erfolgt am oberen Ende über das mit dem Isoliergehäuse 10 verkittete Verbindungsstück 11. Mit ihm verschraubt ist die Kühlrippenanordnung 3 und der mehrteilige obere Leiteranschluß 8, der für den Anschluß von Bündelleitern, wie sie heute in Höchstspannungs-Leitungen zur Verminderung von Sprühverlusten üblich sind, ausgelegt ist. Diese Anordnung ist von einem leitenden und mit abgerundeten Außenkanten ausgeführten Schutzgehäuse 12 umgeben, um die bei den hohen Betriebsspannungen auftretenden Glimm- und Sprühsrscheinungen zu vermeiden. Das Schutzgehäuse 12 ist an seinem Iso-Lator-seitlgem Ende offen und hat zwischen den Leiteranschlüssen 8 3ffnungen, um den Luftstrom an den Kühlrippen 3 möglichst wenig zu behindern.In Fig. 2 is an executed implementation, partially in longitudinal section shown. Corresponding parts have the same reference numerals as in Fig. 1, the implementation shown in a Length of over 4 m is intended for an operating voltage of 400 kV and a continuous current of 4000 A. The diameter of the mounting flange 9 is about 70 cm, that of the insulator 10 provided for the Freiluftaus implementation is about 55 cm. Without the inventive Design of the inner conductor 1 as a heat conduction tube could be a maximum of 2000 A. An implementation for 4000 A without cooling would require an insulator 10 with a diameter of about 75 cm and cause corresponding costs. The lower Conductor connection 8a and the mounting flange 9 are for the connection designed with SF ^ -filled high voltage cables. Accordingly all cavities between the inner conductor and the insulator 10 are filled with SFg. The interior of the inner conductor 1 is evacuated, partially filled with a coolant, for example with a halogen derivative of methane suitable for this purpose, and then hermetically sealed. The mechanical connection between the inner conductor 1 and the insulating housing 10 takes place at the upper end the connecting piece 11 cemented to the insulating housing 10. The cooling fin arrangement 3 and the multi-part upper one are screwed to it Conductor connection 8, for the connection of bundle conductors, as they are common today in extra-high voltage lines to reduce spray losses are designed. This arrangement is surrounded by a conductive protective housing 12 designed with rounded outer edges the glow and spray appearances that occur with the high operating voltages to avoid. The protective housing 12 is on its Iso-Lator-Seitlgem Open at the end and has 3 openings between the conductor connections 8 in order to minimize the flow of air to the cooling fins 3 hinder.

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Claims

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Patent claims:

ί \\ Heavy-duty current conductor arrangement, in particular for high- ^ - ^ voltage bushings, with a tubular arrangement partially filled by an easily evaporating liquid (heat transport medium), characterized in that the current conductor (l) is designed as a heat conduction tube with a capillary structure and on one end (2) is provided with a device for emitting heat.

2. Conductor arrangement according to claim 1, characterized in that that the capillary structure is formed by longitudinal grooves (5) on the inner wall of the heat pipe is.

3. Conductor arrangement according to claim 1, characterized rejects that the capillary structure is designed as a wick or a wire mesh inside the heat pipe is.

4. Conductor arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the current conductor (l) is made of copper or aluminum.

5. conductor arrangement according to claim 4, characterized in that g e that the heat transport medium (6) behaves neutrally towards the wall material commercial refrigerant, for example one of the halogen derivatives of methane

ORIGINAL INSPECTED 909827/0165ORIGINAL INSPECTED 909827/0165

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6. conductor arrangement according to claim 5 »characterized in that that the heat transport medium (6) is an electrically non-conductive liquid in a chemically pure state is, and that it is with the current conductor made of copper

(1) is chemically pure water.

7. conductor arrangement according to one of claim 5 or 6, characterized in that the cooling device is an air cooler provided with cooling fins (3), which is surrounded by an open, metallic housing (12) with a rounded Edges is surrounded.

8. A conductor arrangement according to one of claims 5 or 6, characterized in that the cooling device is designed as a heat exchanger.

9. conductor arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that its longitudinal axis forms an angle of 0 to a maximum with the vertical.

10. High-voltage capacitor implementation according to one of the claims 1 to 9, characterized in that the housing (12) surrounding the cooling device with the Current conductor end (2) is electrically connected and on its side opposite the insulator (10) several Connection bolt (8) for connection with high-voltage bundle conductor ropes.

11. High-voltage capacitor bushing according to claim 10, characterized in that the housing (12) is open at its insulator-side end and that in the housing parts carrying the connecting bolts (8) the air flow leading openings are formed.

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