DE3317827A1

DE3317827A1 - Gasisolierte hochspannungsdurchfuehrung

Info

Publication number: DE3317827A1
Application number: DE3317827A
Authority: DE
Inventors: Shuzou Takahashi; Hiroaki Yokohama Kanagawa Toda
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1982-05-19
Filing date: 1983-05-17
Publication date: 1983-11-24
Also published as: JPS58176325U; CH660253A5; US4523052A; JPH0130744Y2; DE3317827C2

Description

patentanwälte f.w. hemmerich -'oeattmulcer -*d. grosse · f. pollmeier 73 9

Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha, 72 Horikawacho, Saiwai-ku, Kawasaki~shi, Kanagawa-ken (Japan)

G a si so 1i e r te H och spann u η g sdυrc hführung

Gegenstand dieser Erfindung ist ganz allgemein eine gasisolierte Hochspannungsdurchführung mit einem Kondensatorsystem, die bei Hochspannungsanlagen verwendet wird . Gegenstand der Erfindung ist insbesondere aber eine gasisolierte Hochspannungsdurchführung, die aus einem mit einem isolierenden Medium gefüllten Isolierrohr, aus einem elektrischen Zentralleiter, derim dem Isolierrohr zentral angeordnet ist, und aus einem mit dem Zentralleiter verbundenen Kondensator besteht, welcher das Innere des Isolierrohres unterteiIt.

GasisoTierte Hochspannungsdurchführungen, bei denen das Gas SF 6 (Schwefel hexafluoridgas) Anwendung findet, werden heutzutage bei Hochspannungsanlagen der unterschiedlichsten Ausführungen verwendet. Es steht zu erwarten, daß solche gasisolierte Hochspannungsdurchführungen auch in der Energieübertragung mit sehr hochen Spannungen (UVH-übertragung) Anwendung finden werden. Bei UVH-Spannungen oder Höchstspannungen wird die Steuerung und Regelung des elektrischen Feldes jedoch zu einem wichtigen Problem. Aus diesem Grunde sind auch die gasisolierten Hochspannungsdurchführungen der Spannungskegel ausführung (stress-cone type) aufgekommen. In solchen Hochspannungsdurchführungen wird das elektrische Feld dadurch abgeschwächt, daß dem Zentralleiter der Hochspannungsdurchführung ein Kondensatorsystem zugeordnet wird. Vom Kondensatorsystem wird der

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Innenraum der Hochspannungsdurchführung in einen Hochdruckbereich und in einen Niederdruckbereich unterteilt, was wiederum zur Folge hat, daß der hohe Gas-Innendruek nicht direkt auf das äußere Isolierrohr einwirken kann.

Fig, 1 zeigt nun die Konstruktion und den Aufbau einer'herkömmlichen Hochspannungsdurchführung der Spannungskegel ausführung (g).-In der Mitte des Isolierrohres _a ist ein zentraler elektrischer Leiter fc^ angeordnet. Auf diesen zentral angeordneten elektrischen Leiter _b_ und konzentrisch zu i>hm angeordnet ist ein Kondensatorsystem £ aufgesetzt, das eine stufenartige und zylindrische Form hat. Das System c bewirkt innerhalb der Hochspannungsdurchführung eine Abschwächung des elektrischen Feldes und unterteilt zudem auch noch das Gas in. einen innerhalb des Systemes c_ gelegenen Hochdruckbereich und in einen zwischen dem System _c und dem Isolierrohr a_ gelegenen Niederdruckbereich.

Ein oben auf das Isolierrohr _a aufgesetztes Kühlgehäuse e_ steht mit dem zentral angeordneten elektrischen Leiter _b derart in Verbindung, daß die in der Hochspannungsdurchführung erzeugte Wärme abgeführt werden kann. Am oberen Ende des Isolier ro tires a angebracht ist auch ein Abschirmungsring f_ für das Abschwächen des elektrischen Feldes im oberen Bereiche der Hochspannungsdurchführung. Die in der zuvor bschriebenen Weise konstruierte Hochspannungsurchführung wird so geliefert, daß sie mit den Schrauben j_ an einem Rohrflansch h angeschraubt und befestigt werden kann. In der zuvor

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angeführten Konstruktion ist der Abschnitt, der den zentral angeordneten elektrischen Leiter _b und das Kondensatorsystem £ miteinander verbindet und der vom zentral angeordneten elektrischen Leiter b_ spitz hervorsteht, notwendigerweise recht groß. Wegen der Konzentration des elektrischen Feldes, so wie dieses mit Fig. 2 wiedergegeben ist, und wegen des damit verbundenen Risikos des Durchschiagens der Isolation muß das Isolierrohr _a notwendigerweise derart konstruiert und ausgeführt sein, daß es eine beträchtliche Größe hat.

Die Erfindung stellt sich somit die Aufgabe, eine gasisolierte Hochspannungsdurchführung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der das elektrische Feld in dem Bereich, wo der zentrale angeordnete elektrische Leiter und das Kondensatorsystem miteinerander verbunden sind, das elektrische Feld derart abgeschwächt werden kann, das die gasisolierte Hochspannungsdurchführung auch hohe Spannungen aushalten und diesen widerstehen kann.

Die Erfindung löst die ihr gestellte Aufgabe dadurch, daß sie eine gasisolierte Hochspannungsdurchführung vorsieht, deren zentral angeordneter elektrischer Leiter in einem Zwischenbereich eine Verengung (A,B) aufweist, mit welcher dann das Kondensatorssystem (4) verbunden ist, und daß weiterhin an der Verengung eine Abschirmungsvorrichtung (6) vorgesehen und vorhanden ist, mit deren Hilfe im Bereich der Verengung das elektrische Feld eine Abschwächung erfahren wird.

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Gegenstand der Erfindung ist somit eine elektrische Hochspannungsdurchführung mit einem zentral angeordneten elektrischen Leiter (2), der aus den beiden aufeinander ausgerichteten und miteinander verbundenen Teilen (2a, 2b) besteht und der in einem Zwischenbereich eine Verengung aufweist, die von den verengten Enden (A, B) der vorerwähnten beiden Teile (2a, 2b) gebildet ist. Die Teile (2a, 2b) sind über die Flanschen (3a, 3b) miteinander verbunden. Am unteren Flansch ist auch noch der aus einem Stück bestehende Kondensator (4) befestigt. Der elektrische Leiter (2) und das Kondensatorsystem (4) sind im Inneren eines äußeren Isolierrohres (1) angeordnet und untergebracht, dessen Innenraum wiederum von dem Kondensatorsystem (4) unterteilt wird. Ein Abschirmungssystem (6), das am oberen Flansch (3a) befestigt ist, schwächt die Konzentration des elektrischen Feldes an der Abstufung zwischen diesem Flansch und dem oberen Teil (2) des elektrischen Leiters ab.

Die Erfindung wird nachtehend nun anhand des in Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles (der in Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele) näher erläutert. Die Zeichnung zeigt i η : -

Fig, I Einen Längsschnitt durch den Aufbau einer gasisolierten Hochspannungsdurchführung herkömmlicher Art.

Fig. 2 Den Zwischenabschnitt des zentral angeordneten elektrischen Leiters aus Fig. 1 in vergrößerter Darstellung.

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Fig. 3 Einen Längsschnitt durch den Aufbau einer

gas isolier te η Hochspannungsdurchführung dieser Erfindung.

Fig. 4 Den Zwischenabschnitt des zentral angeordneten elektrischen Leiters aus Fig. 3 in vergrößerter Darstellung.

Fig. 5 Eine skizzenhafte Darstellung des elektrischen Feldes im Bereich des mit Fig. 4 wiedergegebenen Zwischenabschnittes des zentral angeordneten elektrischen Leiters.

Fig. 6 Einen Längsschnitt durch den Aufbau einer geänderten und modifizierten gas isolierten Hochspannungsdurchführung dieser Erfindung.

Fig. 7 Einen Längsschnitt mit Darstellung von Alternativausführungen der gas isolierten Hochspannungsdurchführung dieser Erfindung.

Nachstehend soll nun anhand von Fig. 3 bis Fig. 7 - gleiche und ähnliche Konstruktionselemente und Teile sind auch mit den gleichen Hinweiszahlen gekennzeichnet - und ganz besonders anhand von Fig. ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer gasisolierten Hochspannungsdurchführung dieser Erfindung beschrieben und erläutert werden. Diese gasisolierte Hochspannungsdurchführung weist einen zentral angeordneten elektrischen Leiter 2 auf, der aus einem oberen Leiterabschnitt 2a und aus einem unteren Leiterabschnitt 2b besteht, der auf den oberen Leiterabschnitt 2a ausgerichtet ist.

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gehörende verengte Zwischenabschnitt ist gebildet

,, aus den Verenqunqsabschni tten A und B, die ihrerseits

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gehören. Die Leiterabschnitte 2a und 2b des zentral angeordneten'elektri sehen 'Leiters 2 sind in der Mit-., te des Isolierrohres 1 unter Verwendung der jeweils zutreffenden Flanschen 3a und 3b verbunden, die jeweils an die Enden der Leiterabschnitte 2a und 2b angeschweißt sind. Ein aus einem Stück bestehendes und integrales Kondensatorsystem 4 ist zwischen dem unteren Flansch 3b, der zum Leiterabschnitt 2bdes zentral angeordneten elektrischen Leiters 2 gehört, und einem Befestigungsflansch 5 derart angeordnet und befestigt, daß von ihm der Innenraum der gasisolierten Hochspannungsdurchführung in einem Hochdruckbereich und in einem Niederdruckbereich unterteilt wird unddaß von ihm innerhalb der Hochspannungsdurchführung das elektrische Feld abgeschwächt wird. Das aus einem Stück bestehende Kondensatorsystem 4 ist in Kegelstumpfform ausgeführt und unterscheidet sich darin auch von dem bisher bekannten Kondensatorsystem konventioneller Ausführung, das aus einer Aufreihung von mehrereren zylindrischen Kondensatoren besteht.

Am oberen Flansch 3a befestigt ist eine Abschirmung

6, die die Konzentration des durch den Stufenunter- I

schied in den Durchmessers des oberen Flansches 3a j

und des zentral angeordneten elektrischen Leiters 2 erzeugt wird, abzuschwächen hat. Die derar.t konstruierteHochspannungsdurchführung 7 wird auf den Rohrflansch 8 mittels der Schrauben 9 aufgeschraubt und an diesem Rohrflansch 8 befestigt und kann dann gebrauchsfertig ausgeliefert werden. Mit der Hinweis-

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zahl 10 gekennzeichnet ist ein Kühlkasten oder Kühlgehäuse, wohingegen die Hinweiszahl 11 für einen Abschirmungsring steht. ■

In· Fig. 4 ist der Verengungsabschnitt des zentral .angeordneten elektrischen Leiters 2 in einem größe-. ren Maßstab dargestellt. Damit die Druckdifferenz zwischen dem Inneren des aus einem Stück bestehenden Kondensatorsystemes 4 und dem Raum, der von dem Isolier rohr 1 und "von dem Kondensatorsystem 4 und dem Leiterabschnitt 2a des zentral angeordneten elektrischen Leiters begrenzt ist, gewahrt bleibt, sind zwischen den Flanschen 3a.und 3b sowie zwischen dem Flansch 3b und einer Aufnahmevorrichtung 16 für das Kondensatorsystem 4 die O-Ringe 12 und 12 angeordnet und eingesetzt. Die zum Halten des Kondensatorsystemes 4 bestimmte Halterung 16 ist mit dem unteren Flansch 3b verbunden, während die Abschirmungsvorrichtung 6 unter Verwendung der jeweils zutreffenden Schrauben 13 und 14 am oberen Flansch 3a befestigt ist.

Wir die mit Fig. 4 dargestellte Konstruktion und Ausführung gewählt, bei der die Flanschen dem Verengungsabschnitt, d.h. den einen kleineren Durchmesser aufweisenden und zum zentral angeordneten elektrischen Leiter 2 gehörenden Leiterabschnitten 2a und 2b -und das sind die Abschnitte A und B, zugeordnet sind und an denen das Kondensatorsystem 4 befestigt ist, dann kann das Kondensatorsystem 4 derart ausgeführt sein, daß es gegenüber dem ursprünglichen zentralen elektrischen Leiter einen stark geänderten Durchmesser erhält. Der Durchmesser

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des Isolierrohres 1 wird nach oben hin kleiner, was wiederum bedeutet, daß mit dieser Methode der Abstand zwischen dem Kondensator und dem Isolierrohr 1 größer gemacht werden kann als dies bei der konventionellen Ausführung der Fall ist. Dieses bringt aber auch den Vorteil mit sich» daß auch die Isolationsstrecke oder die Überschlagsstrecke größer gemacht werden kann. Hinzu kommt noch, daß für das Kondensatorsystem 4 sowie für die oberen und unteren flanschen 3a und 3b, welche Vorsprünge aus den zentral angeordneten Leiterabschnitten 2a und 2b sind, gegenüber der konventionellen Ausführung die Durchmesser kleiner gewählt werden können. Darüber hinaus kann dadurch, daß das Abschirmungssys-tem 6 vorgesehen ist, entsprechend der mit Fig. 5 gegebenen Darstellung an der Abstufung des oberen Flansches 3a zum' oberen Leiterabschnitt 2a des zentral angeordneten elektrischen Leiters eine Abschwächung der Konzentration des elektrischen Feldes bewirkt und herbeigeführt werden. Bei der in Fig. 1 wiedergegebenen Ausführung konventioneller Art hatte das Kondensatorsystem £ eine mehrstufige und aneinandergereihte Ausführungsform, wodurch wiederum eine komplexe Verteilung des elektrischen Feldes j_ in der mit Fig. 2 dargestellten Form herbeigeführt und verursacht wurde. Demgegenüber zeigt,

wie dies aus Fig. 5 zu erkennen ist, bei der Ausführung der Erfindung das elektrische Feld 15 innerhalb des aus einem Stück bestehenden Kondensators 4 ;

ein glatteres Flußverhalten, dies gilt auch für das elektrische Feld, das von dem Abschirmungssystem 6 am Anschlußbereich erzeugt wird.

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Der zum zentral angeordneten elektrischen Leiter gehörende Verengungsabschnitt bewirkt, daß Wärme im Verengungsbereich erzeugt und freigesetzt wird. Weil aber die-oberen Fl ansehen 3a und die unteren Flanschen 3b wie Kühlrippen wirken, wird von diesen Flan schen die Wärme auch in angemessener Weise abgeleitet und abgeführt. Weil das Isolierrohr einer Höchst spannungsdurchführung beispielsweise eine Länge von 10 m oder eine größere Länge haben kann, muß auch der zentral angeordnete elektrische Leiter derart ausgelegt sein, daß er eine gewisse Festigkeit hat. Was dies betrifft, so ist im Bereich der Verengung des zentral angeordneten elektrischen Leiters 2 die Festigkeit irgendwie geschwächt, was jedoch die alterung am Zwischenpunkt des zentralen elektrischen Leiters, der durch das Kondensatorsystem 4 gegeben ist in genügender Weise kompensiert wird, so daß die Hochspannungsdurchführung erdbebenfest und schwingungssicher ist.

Fig. 6 zeigt nun ein anderes und bevorzugtes Ausführungsbeispiel des zentral angeordneten elektrischen Leiters. Wie zu erkennen ist, ist der verengte obere Leiterabschnitt 2a aus Fig. 4 ersetzt worden von einem zentral angeordneten Leiterabschnitt 22a, der keine Verengung aufweist und mit dem oberen Flansch 3a verbunden ist, wobei in diesem Falle die Verengung des zentral angeordneten elektrischen Leiters nur durch den Abschnitt B des Leiterabschnittes 2b gegeben ist. Die Verwendung eines zentral angeordneten elektrischen Leiters in direkter und gerader Führung, d.h. des Leiters 22a, erleichtert die Herstellung, weil der Veren-

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gungsbereich A des zentral angeordneten Leiterabschnittes 2a - dargestellt in Fig. 3, Fig. 4 und Fig. 5 - wegfallt. Darüber hinaus ist auch die mechanisch Festigkeit des zentral angeordneten elektrischen Leiters größer als jene des mit Fig. 3, Fig. 4 und Fig. 5 dargestellten zentral angeordneten elektrischen Leiters 2,

Mit Fig. 7 dargestellt ist auch noch eine weitere alternative und bevorzugte Ausführung einer gasisolierten Hochspannungsdurchf iihrung . Gezeigt wird in Fig. 7ein System zum Ableiten der Wärme, das bei alle den mit Fig. 3 oder mit Fig.. 6 gezeigten Ausführungsbeispielen Anwendung finden kann. Zum Ableiten der in den Verengungsabschnitten A und B der zentral angeordneten Leiterabschnitte 2a und 2b des zentral angeordneten elektrischen Leiters 2 ist unter Verwendung von dafür geeigneten Halteelementen 30a innerhalb des zentral angeordneten elektrischen Leiters 2 ein Zirkulationsrohr 30 montiert. Das untere Ende dieses Rohres 30 ist zum Inneren . des Leiterabschnittes 2b in der Höhe der Halterung 8 geöffnet, wohingegen das obere Ende dieses Rohres 30 mit seiner öffnung in das Kühlgehäuse 10 geöffnet ist.

D.as im zentralen elektrischen Leiter 2 erwärmte Gas, insbesondere aber das im Verengungsabschnitt des zentral angeordneten elektrischen Leiters 2 erwärmte Gas, strömt i η der mit Pfeilen gekennz2ichneten Weise durch den vom Zirkulationsrohr und vom dem zentral angeordneten elektrischen Leiter vorgegebenen

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Raum in das Kühlungsge häuse. oder in den Kühlungskasten 10. Nach dem Abkühlen wird das Gas in die
Nachbarschaft der Rohrhaiterung 8 durch das Zirkulationsrohr 30 geführt.

Damit kann unter Anwendung dieser Erfindung für
UVH-Systeme (Systeme,die mit Höchstspannungen arbeiten) eine gasisolierte Hochspannungsdurchführung geschaffen werden, die in der Lage ist, in dem Bereich, in welchem das Kondensatorsystem und der
zentral angeordnete elektrische Leiter miteinander verbunden sind, die Konzentration des elektrischen Feldes abzuschwächen, was wiederum bedeutet, daß
eine gasisoTierte Hochspannungsdurchführung geschaffen worden ist, die auch sehr hohe Spannungen aushalten und widerstehen kann.

Es dürfte klar sein, daß anhand der gegebenen Beschreibungen an der Erfindung viele Modifikationen und Änderungen vorgenommen werden können.Es sollte deshalb auch klar sein, daß innerhalb des durch
die beiliegenden Patentansprüche vorgegebenen Rahmens die Erfindung auch anders als beschrieben
praktiziert und realisiert werden kann.

Claims

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05. Mai 1983 gr.us. ^{73 966}

Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha, 7 2 Horikawacho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa-ken (Japan)

Patentansprüche

Gasisolierter Durchführungsisolator bestehend aus einem mit einem Isolierrr.edium gefüllten Isolierrohr, aus einem innerhalb des Isolierrohres zentral angeordneten elektrischen Hauptleiter und einem mit diesem verbundenen und das Innere des Isolierrohres unterteilenden Kondensatorsystem/

dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptleiter (2) einen mittleren Verengungsbereich (A, B) aufweist, mit dem das Kondensatorsystem (4) verbunden ist und daß im Verengungsbereich eine Abschirmung (6) vorgesehen ist, welche elektrische Felder an der Verengung abschwächt.

Gasisolierter Durchführungsisolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptleiter (2) aus zwei miteinander verbundenen Leitern (2a, 2b) besteht, von denen mindestens einer (2b) zur Bildung des Verengungsbereiches an seinem Ende eine Verengung aufweist.

Gasisolierter Durchführungsisolator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (2a, 2b) im Bereich der Verengung durch Flansche (3a, 3b) miteinander verbunden sind, die an den Enden einer Halterung befestigt si.nd, welche auch die Abschirmung (6) haltert.

PATENTANWÄLTE F.W. HEMMERICH · GERD MÜLLER · D. GROSSE - F. POLLMEIER

4. Gasisolierter Durchführungsisolator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensatorsystem (4) integriert ist und in Form eines Kegelstumpfes ausgeführt ist.

5. Gasisolierter Durchführungsisolator nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensatorsystem (4) an einem der Flansche (3a, 3b) befestigt ist.

6. Gasisolierter Durchführungsisolator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Hauptleiters (2) das Rohr (30) eines Kühlkreises angeordnet ist, welches zur Kühlung des Hauptleiters (2) von Kühlmedium durchflossen wird.