DE60024399T2

DE60024399T2 - Durchführungsisolator mit Halbkapazitätsgradienten und mit Isoliergasfüllung, wie SF6

Info

Publication number: DE60024399T2
Application number: DE60024399T
Authority: DE
Inventors: Giorgio Villa; Giancarlo Villa
Original assignee: Passoni e Villa Fabbrica Isolatori e Condensatori SpA
Current assignee: Passoni e Villa SpA
Priority date: 1999-11-26
Filing date: 2000-04-11
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2020-04-12
Also published as: EP1103988A2; ITMI992481A0; DE60024399D1; IT1313854B1; EP1103988A3; ITMI992481A1; EP1103988B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Durchführungsisolator mit einem Halbkapazitätsggradienten des Typs mit einer isolierenden Füllung eines Gases, wie beispielsweise Schwefelhexafluorid (SF₆).
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, einen Durchführungsisolator mit einem Halbkapazitätsgradienten bereitzustellen, der eine Aussetzung an Luft eines Hochspannungsleiters ermöglicht, der im Stande ist, Strom in der Verbindung zwischen einer Freileitung und einer elektrischen Vorrichtung zu tragen, wie beispielsweise ein Schalter, ein gasisoliertes System (GIS), eine gasisolierte Leitung (GIL) und ähnliches, die Gas unter Druck aufweisen.
Stand der Technik
Der jetzige Stand der Technik umfaßt drei Systeme zur Schaffung eines Durchführungsisolators mit einem Gradienten vom Typ wie nachfolgend genannt:

1 – Ein Durchführungsisolator mit Gradienten, der mit einem Gas, im wesentlichen SF₆, gefüllt ist, mit einer befestigten Elektrode oder Elektroden zur verbesserten Verteilung des radialen und longitudinalen elektrischen Gradienten (1). Dieses System wird normalerweise für Spannungen verwendet, die nicht sehr hoch sind, dies heißt bis zu 220 kV, und es ist sicherlich das Sparsamste, aber es erlaubt keine ideale Verteilung des elektrischen Felds sowohl in der radialen Richtung als auch in der longitudinalen Richtung. Wenn gewünscht ist, daß es für Spannungen größer als 220 kV verwendet wird, werden die Dimensionen sowohl hinsichtlich der Länge als auch des Durchmessers sehr groß und, unter Beachtung, der mechanischen Beanspruchungen, die sich hieraus ableiten, werden die involvierten Kosten sehr hoch.
2 – Isolatoren mit einem isolierenden Kapazitätskörper des Typs mit Harz-imprägniertem Papier (2). In diesem Fall ist die Verteilung des elektrischen Feldes viel besser, da es durch eine diskrete Anzahl von Platten oder Folien gesichert ist, die während des Windens des isolierenden Körpers eingebracht wurden. Während sie von kleineren Dimensionen sind, nutzen sie nicht die hohen Isolationseigenschaften des Schwefelhexafluorids aus, aber sie verwenden die Technologie, die normalerweise bei verschiedenen Arten von Durchführung mit Gradienten zum Einsatz kommt, die in Verbindung mit Vorrichtungen, die mit Öl gefüllt sind, oder in Wanddurchführungen verwendet werden. Der Nachteil dieses Systems liegt in den hohen Kosten und dem überhöhten Gewicht der Anordnung.
3 – Durchführungsisolator mit Kapazitätsgradienten vom Typ mit imprägniertem Kunststoff-Filmen (2).

In diesem Fall sind dieselben Vorteile und Nachteile wie oben beschrieben umfaßt. Unter Berücksichtigung der begrenzten Dimensionen der Spulen des Kunststoff-Films, muß der Betrieb des Wickelns des isolierenden Körpers nicht kontinuierlich mit einem einzelnen Blatt eines Films, aber durch Mittel von Bändern ausgeführt werden, mit einem System ähnlich zu dem, das in Kabeln verwendet wird. Ein negativer Aspekt ist auch mit dem größeren Schwierigkeitsgrad hinsichtlich des Einführens der Folien oder Platten und der longitudinalen Imprägnierung des Gases in den isolierenden Körpern von Dimensionen, die einige Meter in der Länge umfassen, verbunden.
Desweiteren offenbart US 3,467,938 Kondensatordurchführungen von dem Typ, die durch Aufwickeln von Schichten elektrischer Isolierung bereitgestellt werden, und ein Verfahren zum Befestigen von elektrischen Leitungen an den leitenden Kondensatorelementen und Führen der Leitungen zu dem Äußeren der Isolierung ohne nachfolgendes Schneiden der Isolierung. In diesem System nach dem Stand der Technik ist die Kondensatordurchführung, die Schichten von isolierenden Material umfaßt, um einen zentralen Leiter gewunden. Leitfähige Kondensatorelemente oder Folien sind zwischen Schichten der Isolierung an geeigneten bestimmten, radial beabstandeten Intervallen überall in dem Aufbau der Schichten des elektrisch isolierenden Materials angeordnet. Ein Leiter ist an den Leiterfolien oder Kondensatorelementen befestigt, wenn sie in Position zwischen den Schichten der elektrischen Isolierung angeordnet werden. Der Leiter wird zwischen den Schichten der Isolierung gewunden und wird entlang der Isolierung mit einer leichten Verschiebung bei jeder Windung des Leiters geführt und wird außerhalb der letzten Windung der elektrischen Isolierung ausgeführt, wo der Leiter mit einem geeigneten Anschluß verbunden sein kann. Während dieses System nach dem Stand der Technik das Problem löst, eine Verbindung zu dem Äußeren der Isolation bereitzustellen, wo es mit einem geeigneten Anschluß verbunden sein kann, wird die Spule in diesem System auf einer Drehbank gewunden, eine Tatsache, die mögliche Fehler verursacht, wie ungewünschte Unrundeffekte in der Rundheit auf der Drehbank gefertigten Spule.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Hauptaspekt der vorliegenden Erfindung ist die Reduzierung der Kosten der Vorrichtung für Spannungen gleich oder größer als 220 kV bis zu dem maximalen Ausmaß.
Der isolierende Abstand zwischen dem zentralen Leiter und dem Flansch ist in zwei Teile unterteilt. Der erste Teil wird durch das isolierende Gas gebildet und der zweite Teil, der näher an dem Flansch ist, wird durch einen isolierenden Kapazitätskörper von reduzierten Dimensionen gebildet mit (i) einer Isolierung aus Kunststoffmaterial, üblicherweise Polypropylen, imprägniert mit SF₆, oder (ii) einer Isolierung aus Harz-imprägnierten Papier. Die Dimensionen der Isolierung ermöglichen, während sie durch die Breite des isolierenden Blatts begrenzt sind, eine gute Verteilung des elektrischen Feldes um den Flansch und entlang eines guten Teils des äußeren Isolators. Die Verteilung des elektrischen Feld relativ zu dem oberen Teil wird durch die Ausdehnung des Rohres gewährleistet, an dem der isolierende Kapazitätskörper gewickelt ist und welches als eine Verteilungselektrode arbeitet. Die Verteilungselektrode und die obere Elektrode, an dem Potential des Kopfes 3 und der oberen Platte 2, ermöglichen eine gute longitudinale Verteilung auch in dem oberen Bereich des Porzellan und in dem angrenzenden Bereich des Kopfes der Durchführung mit dem Gradienten.
Das elektrische Feld, einschließlich des radialen Feldes, wird gleichmäßig unter Beachtung der Kapazität der zwei isolierenden Mittel verteilt, die mit den entsprechenden dielektischen Konstanten berechnet sind. Die Gradienten sind in den Grenzen enthalten, die durch die zwei Arten von Dielektrikum ermöglicht werden.
Die Vorteile dieses Systems liegen in der Verwendung eines isolierenden Kapazitätskörpers von reduzierten Dimensionen und Gewicht, der fortlaufend mit dem Vorteil einer einfacheren Einführung der Platten oder Folien gewickelt werden kann, und mit der Option, in Falle eines Kunststoff-Films, der Imprägnierung, welches durch die reduzierte longitudinale Dimensionen ermöglicht wird.
Der weitere große Vorteil ist der, daß das Gas, welches den Leiter umgibt, auch als ein Träger zur Weitergabe von Hitze agiert, die durch den Strom erzeugt wird, der in dem Leiter fließt.
Diese Vorteile offenbaren sich selbst in einer wesentlichen Kostenreduktion.
Die Durchführung mit einem Halbleiterkapazitätsgradienten nach der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf zwei Ausführungsbeispiele beschrieben, die in 3 dargestellt sind.
Wie in 3 dargestellt, wird die Durchführung durch einen Leiter 1 gebildet, der in dem oberen Teil an einer Platte 2 befestigt ist, und in dem unteren Teil ist es mittels eines beweglichen Kontaktes 4 an der befestigten Elektrode 5 der gasioslierten Sammelleitungsführung 6 befestigt. Die Durchführung enthält auch einen isolierenden Kapazitätskörper 7, der durch ein Wickeln eines isolierenden Material gebildet ist, im wesentlichen ein Kunststoff-Film oder ein Harz-imprägniertes Papier, in den leitende oder halbleitende Folien 8 als Anker eingeführt sind, gewickelt an einem Rohr 9, welches hinsichtlich des isolierenden Körpers in der Weise ausgedehnt ist, um als eine Elektrode zu arbeiten, die geeignet mit Endringen 10 abgeschirmt ist. Der isolierende Kapazitätskörper 7 wird innerhalb eines Flansches 11 getragen, welcher hinsichtlich des äußeren Porzellans 12 durch einen geklebten Ansatz 13 befestigt ist und an einem isolierenden Rohr 14 aus glasfaserverstärktem Harz befestigt ist, das in dem Inneren des Porzellans 12 angeordnet ist, um einen Wärmestoß, der durch einen möglichen internen Kurzschluß verursacht wird, zu verhindern. Die Anordnung ist mit isolierendem Gas unter Druck geführt, üblicherweise SF₆. Die Kapazität, umfassend den Leiter 1 und die Elektrode 6 als Platten oder Folien sowie das Gas als Dielektrikum, ist in Kaskadenbeziehung mit der Kapazität des isolierenden Kapazitätkörpers angeordnet und stabilisiert somit die Verteilung der Spannung, die geeignet unter Berücksichtigung der entsprechenden Dielektrizitätskonstanten berechnet ist.
Um desweiteren die Verteilung des elektrischen Feldes in dem Bereich um die Anschlußelektrode 16 zu verbessern, ist eine Elektrode 15 mit der Platte 2 und somit mit der vollen Spannung verbunden.
Zusätzlich können weitere Zwischenelektroden 17 bereitgestellt sein, die in 3 mit einer gestrichelten Linie dargestellt sind, welche insbesondere für sehr hohe Spannungen, also höher als 500 kV, verwendet werden.
Als eine weitere Alternative, anstatt des äußeren Porzellans 12, würde es auch möglich sein, einen zylindrischen isolierenden Behälter zu verwenden, welcher mit Lamellen aus einem Polymermaterial wie Silikon, EPDM oder anderem ausgestattet sein kann oder nicht ausgestattet sein kann.
Bei beiden Ausführungsbeispielen wird auch ein Kapazitätsabgriff 18 bereitgestellt, welcher neben der Überprüfung der Kapazität und des tgδ der Durchführung, mit geeigneter kapazitiver Abstimmung als ein Abgriff zum Messen der Spannung und/oder zum Antrieb der Elemente zum Schutz der Hochspannungsleitung verwendet werden kann.

Claims

Durchführung mit einem Halbkapazitätsgradienten, mit: einem Leiter (1), der in dem oberen Teil an einer Platte (2) des Kopfes (3) und in dem unteren Teil mittels eines beweglichen Kontaktes (4) an der befestigten Elektrode (5) der gas-isolierten Sammelleitungsführung (6) befestigt ist; einem äußeren Porzellangehäuse (12); einem isolierenden Kapazitätskörper (7), der durch eine Windung eines isolierenden Materials, im allgemeinen ein Kunststoff-Film oder ein harzimprägniertes Papier, gebildet ist, in dem die leitenden Folien oder die halbleitenden Folien als Anker (8) eingefügt sind; gekennzeichnet durch ein Rohr (9), das hinsichtlich des isolierenden Kapazitätskörpers (7) in einer Weise ausgedehnt ist, um als eine Elektrode zu arbeiten, die mit Endringen (10) geeignet abgeschirmt ist, wobei der isolierende Kapazitätskörper (7) durch den Flansch (11) getragen wird, der hinsichtlich des äußeren Porzellangehäuses (12) mittels eines geklebten Ansatzes (13) befestigt ist; und ein glasfaserverstärktes Harzrohr (14), das in dem Inneren des Porzellans (12) angeordnet ist, wobei die Anordnung mit isolierendem Gas unter Druck gefüllt ist, im allgemeinen SF₆, und wobei die Kapazität mit dem Leiter (1) und der Elektrode (9) als Folien und dem Gas als Dielektrikum sich in Kaskadenbeziehung mit der Kapazität des isolierenden Kapazitätskörpers (7) befindet und somit die Verteilung der Spannung stabilisiert, die unter Berücksichtigung auch der entsprechenden dielektrischen Konstanten geeignet berechnet ist.
Durchführung mit Halbkapazitätsgradienten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode (15) zur Verteilung des elektrischen Felds in dem Bereich um die Anschlußelektrode (16) mit der Platte (2) und somit mit der vollen Spannung verbunden ist.
Durchführung mit Halbkapazitätsgradienten nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Rohres, eingereicht mit Erwiderung vom 25. März 2005, mindestens eine weitere Zwischenelektrode (17) bereitgestellt ist, die insbesondere für sehr hohe Spannungen, das sind Spannungen höher als 550 kV, verwendet wird.
Durchführung mit Halbkapazitätsgradienten nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kapazitätsabgriff (18) bereitgestellt ist, der, neben der Steuerung der Kapazität und des tgδ der Gradientendurchführung, mit geeigneter kapazitiver Abstimmung als ein Abgriff zum Messen der Spannung und/oder zum Antrieb der Elemente zum Schutz vor der Hochspannungsleitung verwendet werden kann.
Durchführung mit Halbkapazitätsgradienten nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der isolierende Kapazitätskörper (7) an dem Rohr (9) gewickelt ist und an dem glasfaserverstärkten Harzrohr (14) befestigt ist, wobei der äußere Anker (8) wahlweise mit dem Flansch (11) verbunden ist.
Durchführung mit Halbkapazitätsgradienten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß anstatt des externen Porzellangehäuses (12) ein zylindrischer isolierender Behälter verwendet wird, der mit Lamellen aus einem Polymermaterial wie Silikon, EPDM oder anderen ausgestattet sein kann oder nicht ausgestattet sein kann.