DE3616243A1 - Durchfuehrung, insbesondere fuer hohe spannungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Durchführung die insbesondere für hohe Spannungen zur Verbindung eines mit einem inerten Gas unter hohen Druck isolierten elektrischen Gerätes, wie Transformator, Drosselspule, Meßwandler, Kondensator oder einer Schaltanlage. Diese Durchführung besteht aus einem Hochspannungsleiter und aus einem freiluftfesten Überwurf­ isolator, in dessen Inneren das Feld steuernde Elektroden angeordnet sind. Vorzugsweise wird der lnnenraum der Durch­ führung mit einem inerten Gas, beispielsweise Schwefel­ hexafluorid (SF₆), niedrigen Druckes gefüllt.

Mit einer solchen Durchführung wird eine elektrische, also stromführende Verbindung, zwischen einem elektrischen Gerät, beispielsweise einem Transformator, einer Drosselspule, einem Meßwandler, einem Kondensator oder auch die Verbindung aus einer Schaltanlage nach einer in atmospärischer Luft liegen­ den Anschlußstelle, beispielsweise einer Freileitung, oder im Falle eines Prüftransformators die Verbindung einer hohen Spannung zu einem Prüfobjekt hergestellt.

All die vorgenannten Geräte und Einrichtungen sind dabei mit einem inerten Gas mit hohem Druck isoliert.

Da der Überwurfisolator, insbesondere bei Verwendung im Freien, vorzugsweise ein mit Rippen versehener Porzellan­ körper ist, der bei ansonsten hoher Qualität den Nachteil einer geringen Berstdruckfestigkeit hat,wird der Gas­ innendruck möglichst niedrig gehalten, was wegen der sowieso nur geringen elektrischen Festigkeit der außen zur Einwirkung gelangenden atmosphärischen Luft ausreichend ist.

Aus der DE-A 26 27 653 ist eine Freiluft-Hochspannungs­ durchführung für gasisolierte elektrische Anlagen bekannt, die mit einem zentralen elektrischen Leiterstab und einem gegenüber Witterungseinflüssen schützenden äußeren Hüll- Isolator versehen ist. Die Trennung zwischen dem hohen Druck des Gases in dem angeschlossenen elektrischen Gerät und dem erwünschten niedrigen Druck des Gases innerhalb des Hüllisolators erfolgt durch einen parallel zum äuße­ ren Hüllisolator angeordneten zweiten Hüllisolator, der koaxial zu dem äußeren Hüllisolator angeordnet ist und aus einem druckfesten Verbundwerkstoff, beispielsweise glas­ faserverstärktem Kunstharz besteht. Damit sind die Pro­ bleme der Abdichtung des äußeren Hüllisolators und die Probleme der begrenzten Berstfestigkeit zwar gelöst; dies wird aber durch einen erheblichen Aufwand für teuere Werk­ zeuge und für eine aufwendige Technologie zur Herstellung eines zweiten Hüllisolators aus einem Verbundwerkstoff erkauft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Durch­ führung der eingangs erwähnten Art so zu verbessern, daß innerhalb einer isolierenden Außenumhüllung eine Anordnung vorgesehen ist, die bei geringem Material- und kleinem Raumbedarf auch bei Anwendung von zwei oder mehr Elektroden mit Sicherheit verhindert, daß der hohe Gasdruck auf die empfindliche isolierende Außenhülle einwirkt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnen­ den Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Mit der erfindungsgemäßen Verbesserung der Durchführung wird gewährleistet, daß der oder die Dichtungsring(e) durch den höheren Gasdruck belastet und eine selbstdichten­ de Verbindung zwischen zwei benachbarten Elektroden er­ zielt wird. Dabei bilden die Elektroden bzw. deren metalli­ sche Hülsen und die Lochscheiben einen Druckgasmantel, so daß gegenüber der bekannten Ausführung ein zweiter Hüll­ isolator, insbesondere in der Form einer Dichtglocke, mit der Gefahr einer unzulässigen Druckentlastung der Dichtung zwischen den Hochdruck- und Niederdruckräumen entfallen kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und werden anhand von Aus­ führungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 die schematische Anordnung von druckdichten Verbindungen zwischen den Elektroden eines Hochspannungs-Preßgaskondensators.

Fig. 2 die konstruktive Ausbildung der druckdichten Verbindung zweier Elektroden zur Bildung zweier Druckräume bei einer Anordnung gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 eine Abwandlung der konstruktiven Ausbildung der druckdichten Verbindung zweier Elektroden zur Bildung zweier Druckräume.

In Fig. 1 ist bei einem Hochspannungs-Preßgaskondensator mit 1 ein metallischer Flansch bezeichnet, der mit dem Druckgefäß 2 dieses Hochspannungs-Preßgaskondensators druck­ dicht verbunden ist. An dem Flansch 1 ist über eine Ring­ dichtung 3 ein als Porzellanisolator ausgebildeter Über­ wurfisolator 4 angeordnet und über Spannschrauben 5 in üblicher Weise befestigt.

Zentral durch den Flansch 1 und dem Überwurfisolator 4 erstreckt sich ein Hochspannungsleiter 6. Das Druckgefäß 2 ist an einem mit Rädern versehenen Gestell angeordnet.

Das obere Ende des Überwurfisolators 4 ist durch eine Deckplatte 7 abgeschlossen, durch die der Hochspannungs­ leiter 6 hindurchgeführt und gleichzeitig gehaltert ist. Die Deckplatte 7 trägt einen zentral angeordneten Zylinder 8 mit Armen 9, an denen einander gegenüberliegende Hoch­ spannungsabschirmelektroden 10, 11 angeordnet sind.

In der Öffnung des Flansches 1 sind Elektroden 12, 13 mit ringförmigen Abschlußelektroden 12 a, 13 a koaxial zum Hochspannungsleiter 6 angeordnet. Dabei ist die äußere Elektrode 12 an einem Ring 14 angebracht, der unter Zwi­ schenschaltung einer Dichtung am Flansch 1 befestigt ist. Am oberen Ende sind die Elektroden 12, 13, die beispiels­ weise aus Aluminiumrohren verschiedener Länge bestehen, durch metallische Ringe 16 gefaßt und durch Abstandshal­ ter 18 auf einen vorbestimmten Abstand gehalten. Zur Trennung in zwei Gasräume verschiedenen Druckes sind zwischen den Ringen 16 Lochscheiben 19 gasdicht ange­ ordnet.

Die Ausbildung der Fassung der Elektroden 12, 13, der zu­ geordneten Abstandshalter 18 und der Lochscheiben 19 er­ gibt sich gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aus Fig. 2. Diese zeigt eine Ausführungsform der Erfindung mit zwei koaxialen Elektroden 12, 13 unterschiedlicher Länge. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf eine Ausführungsform mit zwei Elektroden beschränkt. Je nach Spannungshöhe können auch drei oder mehr Elektroden vorge­ sehen sein.

Wie die Fig. 2 zeigt, sind die Elektrode 12, die an dem auf Erdpotential liegenden Flansch isoliert befestigt ist und die Elektrode 13 endseitig jeweils mit einem me­ tallischen Ring 16 versehen. Diese Ringe sind T-förmig ge­ staltet, zur Elektrode hin gerundet und bilden jeweils eine Schulter 16 a für die zur Bildung eines Druckgas­ mantels dienenden, aus Gießharz bestehenden Lochscheiben 19. Dadurch daß diese Lochscheiben 19 die Form eines Kegel­ stumpfmantels haben, entsteht ein den Kriechweg verlängern­ der Konus. Am inneren und äußeren Rand sind die Lochschei­ ben 19 gekröpft. Der abgekröpfte Rand liegt jeweils unter Zwischenschaltung eines als Flachdichtung ausgebildeten Dichtungsringes 17 a, 17 b an den Schultern 16 a der me­ tallischen Ringe 16 an und werden durch die Differenz des geräteseitigen hohen Druckes und des niedrigen Druckes des Isoliergases im Inneren des Überwurfisolators 4 an die Dichtungsringe 17 a, 17 b gepreßt.

Zur Halterung vor Inbetriebnahme der Durchführung und während des Transports derselben werden die Lochscheiben 19 jeweils durch eine als Ringelektrode 20 dienende Halterung an den Dichtring 17 a bzw. 17 b angedrückt. Die­ se Ringelektroden 20 bilden auf der Geräteseite einen Wulst mit großem Radius und sie sind jeweils mit einer Nut 20 a versehen, die über den Mittelschenkel des Rings 16 mit dem T-förmigen Querschnitt greift und mittels Imbusschrauben 20 b dort gehalten ist.

Es ist günstig, an den Stirnflächen der Abkröpfungen der Lochscheiben 19 Metallhülsen 19 c, 19 d anzugießen.

Zur Distanzierung der Elektroden 12, 13 im Niederdruckraum des Überwurfisolators 4 dienen als Gießharzringe ausge­ bildete Abstandshalter 18, die am Umfang versetzte Durch­ brüche 18 a oder entsprechende Bohrungen aufweisen. Die Abstandshalter 18 sind als konusförmig gekröpfte Lochschei­ ben ausgebildet, sind in endseitig an den Steuerelektroden 12, 13 angeordneten Metallringen 21 gelagert und über ring­ förmige Elektroden 22 mittels Imbusschrauben 23 an den Metallringen 21 fixiert. Mit der Fläche des Innenrandes und zwar bevorzugt mit einer Metallhülse 18 b liegt der Abstandshalter 18 an der nächstkleineren Elektrode 13 mit Spiel an, so daß die Elektrode 13 an dem Innenrand 18 b gleiten kann.

Bei der in Fig. 3 dargestellten druckdichten Verbindung sind in Abwandlung des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 2 zwischen den benachbarten Elektroden 12, 13 als gasdichte Verbindung jeweils zwei Lochscheiben 19 a, 19 b in Richtung der Elektroden 12, 13 übereinander angeordnet. Die äußere Elektrode 12 ist endseitig durch einen metallischen Ring 16 gefaßt, der eine Schulter 16 a aufweist. Die dem metalli­ schen Ring 16 gegenüberliegende Stelle der weiter innen liegenden Elektrode 13 ist durch einen metallischen Ring 24 unterteilt, der eine Schulter 24 a besitzt. Die beiden über­ einander angeordneten Lochscheiben 19 a, 19 b sind zumindest an den Seiten, an denen sie übereinander zu liegen kommen, abgekantet und bilden einerseits mit einer umlaufenden Aus­ nehmung 24 b an der Außenseite des metallischen Ringes 24 und andererseits mit einer umlaufenden Ausnehmung 16 b an der Innenseite des metallischen Ringes 16 einen Hohlraum. Dieser Hohlraum wird jeweils mit einem Dichtring 17 a bzw. 17 b ausgefüllt, der als O-Dichtring ausgebildet ist. Die mechanische Härte dieser O-Dichtringe wird den auf ihnen einwirkenden Druckverhältnissen angepaßt.

In ähnlicher Weise wird zwischen der Elektrode 13 und einer eventuellen weiteren Elektrode durch Anordnung von metalli­ schen Ringen und von Lochscheiben ein druckdichter Mantel hergestellt.

Es ist günstig, die isolierenden Lochscheiben 19 a, 19 b innen und außen in Metallhülsen 19 c, 19 d zu fassen. Eine einfache Herstellung der Ausnehmungen 16 b, 24 b in den metallischen Ringen 16, 24 läßt sich durch eine rinnenförmi­ ge Ausbildung erreichen. Dabei ergibt sich durch einfaches Abkanten der Metallhülsen 19 c, 19 d ein rautenförmiger oder quadratischer Querschnitt für den Hohlraum bzw. für die Ausnehmungen 16 b, 24 b zur Unterbringung der Dicht­ ringe 17 a, 17 b.

Als Anschlagsbegrenzung der Lochscheiben 19 a, 19 b nach oben dienen vorzugsweise die Schultern 16 a bzw. 24 a an der Niederdruckseite der metallischen Ringe 16, 24.

Um die Lochscheiben 19 a, 19 b zu fixieren, solange noch kein ausreichender Gasüberdruck auf sie einwirkt, sowie zu deren Sicherung während des Transportes sind die metalli­ schen Ringe 24 auf der Hochdruckseite mit umlaufenden Aus­ nehmungen 24 c für einen Sprengring 24 d oder für ein anderes mechanisches Verbindungsglied versehen.

Es ist günstig, den oder die Spalte zwischen den Lochschei­ ben 19 a, 19 b und den metallischen Ringen 16, 24 bei der Montage dieser Teile mit einer Paste aus Vaseline, der Titan­ dioxyd ("Rutil") beigemischt ist, auszufüllen, um die Spalte dielektrisch kurzzuschließen. Grundsätzlich kann aber auch das verwendete Isoliergas für eine ausreichende dielektrische Festigkeit genügen, insbesondere wenn die isolierenden Lochscheiben 19 a, 19 b zur Erzielung einer verlängerten Kriechstrecke jeweils auf der einen Seite mit umlaufenden Rippen 26 und auf der Gegenseite mit Ringnuten 25 versehen sind.

Die Erfindung ermöglicht die Verwendung einer beliebig großen Anzahl von Steuerelektroden, wobei durch fein­ stufige Steuerung des elektrischen Feldes sehr kleine Durchmesser für die Außenhülle bei gringem Material­ aufwand erzielbar sind. Der Hochspannungsleiter 6 und die Elektroden 12, 13 können durch Isoliergas mit frei wählbarem Druck, beispielsweise mit einem Druck von etwa 2,5 bar im Hochdruckbereich gegeneinander isoliert wer­ den. Hiergegen wir der Porzellanisolator 6 zweckmäßiger­ weise mit Isoliergas von Atmosphärendruck oder mit leichtem Überdruck von etwa 0,5 bar beaufschlagt.

Die an den Elektroden 12, 13 angebrachten unteren Elektro­ den stellen bekannte Abschlußelektroden 12 a, 13 a zur Feldvergleichmäßigung dar. Sie können mit den Steuer­ elektroden 12, 13 mechanisch durch Stifte 12 b, 13 b verbunden oder auch verklebt sein. Die Metallhülsen 19 c, 19 d sind mit den Lochscheiben 19 a, 19 b ebenfalls verklebt oder vorzugsweise vergossen.

Die Erfindung kann bei allen Arten von gasisolierten Durchführungen, insbesondere bei hohen bis höchsten Spannungsebenen angewendet werden, auch wenn sie auf solche Anwendungen nicht beschränkt ist.

Claims (13)

1. Durchführung, insbesondere für hohe Spannungen, zur Verbindung eines mit einem inerten Gas unter hohem Druck isolierten elektrischen Gerätes, wie Transformator, Drossel­ spule, Meßwandler, Kondensator oder einer Schaltanlage, be­ stehend aus Trennern, Leistungsschaltern, Verbindungen und Sammelschienen, mit einer in atmosphärischer Luft liegenden Anschlußstelle, wobei die Durchführung zur Steuerung des elektrischen Feldes zwischen dem mit hoher Spannung beauf­ schlagten Hochspannungsleiter und dem auf Erdpotential liegen­ den Flansch eine oder mehrere rohrförmige Elektroden ent­ hält und mit einem Überwurfisolator versehen ist, der mit einem inerten Gas niedrigen Druckes gefüllt ist, um den Berstdruck des Überwurfisolators möglichst niedrig zu halten, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem auf Erdpotential liegenden Flansch (1) und der oder den Elektrode(n) (12, 13) und dem Hochspannungsleiter (6) isolierende Lochscheiben (18 bzw. 18 a, 18 b) angeordnet sind, die den geräteseitigen hohen Gasdruck von dem niedrigen Gasdruck im Inneren des Überwurfisolators (4) trennen und gegenseitig dichten und die Elektrode(n) (12, 13) im vorbestimmten radialen Abstand halten.

2. Durchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den geräteseitigen Enden der rohrförmigen Elektro­ den (12, 13) schmale metallische Ringe (16) vorgesehen sind, die Ausnehmungen, vorzugsweise Ausdrehungen, zur Auf­ nahme einer Dichtung (17 a, 17 b) besitzen, gegen die die isolierenden Lochscheiben (18 bzw. 18 a, 18 b) durch die Differenz des geräteseitigen hohen Druckes und des niedri­ gen Druckes im Inneren des Überwurfisolators (4) gepreßt werden.

3. Durchführung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lochscheiben (18) zur Verfestigung der Durchführungsanordnung im nicht eingebauten Zustand und während des Transportes mechanisch gegen die Dichtungen (17 a, 17 b) gepreßt werden.

4. Durchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Ringe (16) auf der Durchführungsinnenseite gerundet sind und auf der Geräteseite selbst oder in der Ausführung eines getrennten Ringes Wülste mit großen Radien besitzen.

5. Durchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen (17 a, 17 b) als Flach- oder O-Ringe ausgebildet sind.

6. Durchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochscheiben (18) aus Gießharz bestehen und an ihren Rändern Ankröpfungen be­ sitzen, so daß ein den Kriechweg verlängernder Konus ent­ steht.

7. Durchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vornahme der Dichtung (17 a, 17 b) mittels eines O-Ringes ein zusätzlicher Ring mit einer entsprechenden Ausnehmung, vorzugsweise Ausdrehung verwendet wird, so daß der O-Ring zumindest teilweise ge­ gen eine zylindrische Fläche gedrückt wird.

8. Durchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den Stirnflächen der An­ kröpfungen der Lochscheiben (18) Metallringe (19 c) angegossen sind.

9. Durchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß im Inneren des Überwurfisolators (4) zur radialen Distanzierung des oder der rohrförmigen Elektrode(n) (12, 13) an den den Lochscheiben (18) gegen­ überliegenden Enden der Elektroden (12, 13) schmale me­ tallische Ringe (21) vorgesehen sind und in diesem ein als Lochscheibe ausgebildeter konischer Abstandhalter (18) befestigt ist, der mit der Fläche (18 b) des Lochdurch­ messers an der im Durchmesser nächstkleineren Elektrode (13) anliegt, wobei diese Elektrode (13) auf der Fläche (18 b) gleiten kann.

10. Durchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei benachbarten Elektroden (12, 13) zwei Lochscheiben (18 a, 18 b) in Richtung der Elektroden (12, 13) übereinander angeordnet sind, die in deren horizontaler Trennebene mit den je­ weiligen Ringen (16, 24) Ausnehmungen (16 b, 24 b) für die Dichtungsringe (17 a, 17 b) bilden.

11. Durchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Ringe (16, 24) jeweils mit einer Schulter (16 a, 24 a) als Anschlag für die Lochscheiben (18) versehen sind.

12. Durchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Ringe (16, 24) auf der Hochdruckseite mit einer umlaufenden Ausnehmung (24 c) für ein Halteelement (24 d) zur mechanischen Vor­ fixierung der Lochscheiben (19) versehen sind.

13. Durchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochscheiben (18) Ober­ flächen mit verlängerter Kriechstrecke, insbesondere um­ laufende Rippen (26) auf der einen Seite und umlaufende Ringnuten (25) auf der gegenüberliegenden Seite aufweisen.