DE60037588T2

DE60037588T2 - Steuerung des elektrischen feldes bei gleichspannung

Info

Publication number: DE60037588T2
Application number: DE60037588T
Authority: DE
Inventors: Lars Palmqvist; Jörgen Svahn
Original assignee: ABB AB
Current assignee: ABB AB
Priority date: 1999-05-28
Filing date: 2000-05-23
Publication date: 2009-01-08
Anticipated expiration: 2020-05-24
Also published as: SE514209C2; ATE382200T1; SE9901987L; WO2000074191A1; DE60037588D1; EP1188209B1; EP1188209A1; ES2298143T3; AU758673B2; SE9901987D0; AU5261000A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern eines elektrischen Feldes beispielsweise an einer Verbindung, einem Abschluss oder einem Anschlussstück eines Hochspannungskabels für Gleichspannung.
Bei einer herkömmlichen Feldsteuerung einer Gleichspannung wird lediglich eine Widerstand-Feldsteuerung verwendet. Die elektrische Spannung zwischen dem stromführenden Teil und der Masse wird mit der Hilfe eines Materials mit einem geeigneten Widerstand verteilt. Der Nachteil dieser bekannten Feldsteuerung besteht darin, dass bei schnellen Spannungsvariationen das Widerstandsmaterial nicht die Zeit hat das Feld zu steuern, was zu hohen Belastungen in dem Material führt.
Die GB 2 111 769 zeigt eine Vorrichtung zum Steuern eines elektrischen Feldes für einen Abschluss oder ein Anschlussstück eines abgeschirmten Hochspannungskabels. Die elektrische Feldsteuerungs-Vorrichtung umfasst eine innerste Belastungs- bzw. Stressübergangsschicht (stress grading layer), die zumindest teilweise eine Widerstandseigenschaft aufweist und sich von dem freigelegten Leiter erstreckt, um den oder jede Kabelabschirmung zu überlappen, eine äußere leitende Schicht, die die Stressübergangsschicht an der Überlappung mit dem oder jeder Kabelabschirmung elektrisch kontaktiert, und eine Isolierschicht, die die Stressübergangsschicht und die leitende Schicht in dem Bereich zwischen der Überlappung und dem freiliegenden Leiter trennt. Es ist eine Anzahl von unterschiedlichen Konfigurationen der Stressübergangsschicht, der Isolierschicht und der leitenden Schicht offenbart, wobei angegeben wird, das die Stressübergangsschicht, die leitende Schicht und die Isolierschicht vorteilhafter Weise über deren Längen eine durchgehend uniforme Dicke aufweisen. In einer Ausführungsform bildet die Isolierschicht einen Stresskonus, der eine uniforme minimale Dicke aufweist, wo sie die Kabelabschirmung überlagert, eine maximale Dicke, wo sie den freiliegenden Leiter überlagert und dazwischen eine sich verjüngende Dicke.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin die Steuerung des elektrischen Feldes bei Gleichspannung zu verbessern, um das Risiko von sich aufbauenden schädlichen Ladungen und bei schnellen Änderungen der Spannung auftretenden hohen Belastungen zu verringern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Kombination einer Widerstands-Feldsteuerung, die mindestens eine Widerstandsschicht umfasst, die entlang des Kabels angeordnet ist und welche an einem Ende (dem ersten Ende) mit einem inneren stromführenden Leiter des Kabels elektrisch verbunden ist und an dessen anderen Ende (dem zweiten Ende) mit der Massenpotential elektrisch verbunden ist, und wobei die geometrische Feldsteuerung einen Stresskonus umfasst, der sich mit zunehmendem Durchmesser von einer Position zwischen dem zweiten Ende der Widerstandsschicht und einem Ende der leitenden Schicht des Gleichstrom-Kabels und sich zumindest teilweise in Richtung auf das erste Ende der Widerstandsschicht erstreckt.
Durch Kombinieren der Widerstandsfeld-Vorrichtung mit einer geometrischen Feld-Vorrichtung wird eine Doppelsteuerung des elektrischen Feldes bei sowohl konstanter Gleichspannung als auch bei variierender Spannung erhalten. Die Spannungsvariationen können während einer Verbindung und Trennung oder bei ähnlichen Impulsbelastungen auftreten.
Gemäß des Standes der Technik wird der Isolierschirm des Kabels entfernt bevor ein Abschluss, eine Verbindung, ein Anschlussstück oder dergleichen Kabelvorrichtung angebracht wird. Die Belastung des elektrischen Feldes ist in dem Bereich am höchsten, an dem das Kabel gegenüber einem elektrischen Ausfall einen geringeren Widerstand als in anderen Bereichen aufweist. Ein derartiger Bereich ist folglich, der an dem der Isolierschirm des Kabels mechanisch entfernt wurde.
Es gibt Gründe anzunehmen, dass die Probleme, die den Betriebsmodus der Installation, in Kombination mit der Gleichspannung gefährden, unter anderem durch den Aufbau von Raumladungen in jenen Grenzschichten bewirkt werden, die zwischen der Isolierung und den Zubehörteilen vorkommen. Um diese Probleme zu lösen, wurden Kabelvorrichtungen des Standes der Technik kompliziert und waren von unzuverlässiger Gestaltung, da sie nicht nur die durch Gleichspannung bewirkten elektrischen Belastungen, sondern ebenfalls die vorübergehend möglicherweise auftretenden Überspannungen mit hoher Spannung, zu handhaben hatten. Die Kabelvorrichtungen des Standes der Technik waren teuer und schlossen ebenfalls eine lange Lieferungszeit ein, da sie in situ an die geometrischen und elektrischen Belastungen des Kabels angepasste werden mussten.
Durch die vorliegende Erfindung wird die Kabelvorrichtung einfach und zuverlässig sein, da sie mit den erforderlichen Komponenten zur Steuerung des Gleichspannungsfeldes und Steuerung der vorübergehenden Überspannungen mit hoher Spannung vorgefertigt sind.
Die Erfindung wird jetzt ausführlicher unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben werden, worin:
1 eine schematische Querschnittansicht einer Kabelverbindung zeigt,
2 eine schematische Querschnittansicht eines Kabelabschlusses zeigt, und
3 eine schematische Querschnittansicht eines Kabelanschlussstücks zeigt.
In den Zeichnungen zeigt 1 eine Kabelverbindung 1 und ein Kabel 2, mit einem inneren Leiter 3, und einer äußeren leitenden Schicht 4 und einer Isolierung 5. Die Verbindung 1 nimmt eine Widerstandsschicht 7, eine Isolierschicht 8, eine äußere leitende Schicht 9 und eine Leitfläche 10 auf. Die Grenzfläche in Richtung einer Buchse (nicht gezeigt) kann ebenfalls mit einer Feld-Steuerungs-Widerstandsschicht 6 bereitgestellt sein.
Die äußere leitende Schicht 9 liegt in der Form eines Stresskonus 11 zur geometrischen Feldsteuerung vor. Die Widerstandsschicht 7 erstreckt sich durch die Verbindung 1 entlang des Kabels 2. Die innere Leitfläche 10 ist mit dem inneren stromführenden Leiter 3 des Kabels 2 und mit einem ersten Ende 12 der Widerstandsschicht 7 elektrisch verbunden. An einem zweiten Ende 13 liegt die Widerstandsschicht 7, beispielsweise über die äußere leitende Schicht 4 des Kabels 2 mit dem Massepotential elektrisch verbunden vor. In ähnlicher Weise ist der Stresskonus 11 mit dem Massepotential elektrisch verbunden und erstreckt sich mit zunehmendem Durchmesser von einem Bereich in der Nähe des vorstehend erwähnten zweiten Endes 13 zumindest teilweise in Richtung des vorstehend erwähnten ersten Endes 12 der Widerstandsschicht 7. Die innere begrenzte Oberfläche 14 des Stresskonus bildet mit der Widerstandsschicht 7 einen Winkel von ungefähr 5–30°.
2 zeigt einen Kabelabschluss 15 und ein Kabel 16 mit einem inneren Leiter 17, einer äußeren leitenden Schicht 18 und einer Isolation 19. Der Abschluss 15 zeigt eine Widerstandsschicht 21 und eine äußere leitende Schicht 22. Die äußere leitende Schicht 22 ist, wie ein Stresskonus 23, zur geometrischen Feldsteuerung ausgebildet. Ein erstes Ende 24 der Widerstandsschicht 21 ist mit dem inneren stromführenden Teil 17 des Kabels 16 elektrisch verbunden. An einem zweiten Ende 25 ist die Widerstandsschicht 21 mit Massepotential elektrisch verbunden und steht mit der äußeren leitenden Schicht 18 des Kabels 16 in Kontakt.
In ähnlicher Weise ist der Stresskonus 23 mit Massenpotential verbunden und erstreckt sich mit zunehmendem Durchmesser von dem vorstehend erwähnten zweiten Ende 25 zumindest teilweise in Richtung des vorstehend erwähnten ersten Endes 24. Die innere begrenzende Oberfläche 26 des Stresskonus bildet mit der Widerstandsschicht 21 einen Winkel von ungefähr 5–30°.
3 zeigt ein Kabelanschlussstück 27, das einen Verbindungsbereich 28 für das entsprechende Kabel (nicht gezeigt) umfasst. Jeder Verbindungsbereich 28 zeigt eine Widerstandsschicht Feldsteuerung 29, eine Isolierschicht 30 und eine äußere leitende Schicht 31. Die äußere leitende Schicht 31 ist als ein Stresskonus 32 zur geometrischen Feldsteuerung ausgebildet. An einem Ende des Verbindungsbereiches 28, das heißt normaler Weise in dem Zentrum des Anschlussstücks 27 ist eine innere Leitfläche 33 mit der Widerstandsschicht 29 und einem inneren stromführenden Leiter des Kabels (nicht gezeigt) elektrisch verbunden, und an dem anderen Ende des Verbindungsbereichs 28 ist die Widerstandsschicht 29 mit Massepotential elektrisch verbunden. Die Leitfläche 33 zeigt an deren Endbereichen eine Dicke, die bei Spannungsvariationen mit dem Stresskonus 32 kooperiert. Der Stresskonus 32 erstreckt sich mit zunehmendem Durchmesser von dem zweiten Ende der Wider standsschicht, die dem Massepotential am nächsten liegt, zumindest teilweise in Richtung des vorstehend erwähnten ersten Endes der Widerstandsschicht, die dem stromführenden Leiter am nächsten liegt. Die innere begrenzende Oberfläche 36 des Stresskonus 32 bildet mit der Widerstandsschicht 29 einen Winkel von ungefähr 5–30°.
Das Anschlussstück 27 ist geeigneter Weise zylindrisch, obwohl andere geometrische Formen ausführbar sind, und die hauptsächlich aus EPDM-Gummi, jedoch ebenfalls aus anderen Kunststoffen oder Elastomeren hergestellt werden können.

Claims

Vorgefertigte Gleichstrom-Feldsteuerungs-Vorrichtung für ein Hochspannungs-Gleichstrom-Kabel (2, 16), welches einen inneren stromführenden Leiter (3, 17), eine Isolierung (5, 19) und eine äußere leitende Schicht (4) aufweist, die so angeordnet ist, dass sie mit einem Ende entfernt von einem Ende der Isolierung endet, so dass sie einen Bereich entlang des Kabels bildet, in dem die Isolierung freiliegt, wobei die Feldsteuerungsvorrichtung eine Kombination aus Widerstands-Feldsteuerung und geometrischer Feldsteuerung umfasst, wobei die Widerstands-Feldsteuerung mindestens eine Widerstandsschicht (7, 21, 29) umfasst, die entlang des Kabels (2, 16) so angeordnet ist, dass sie sich entlang der leitenden Schicht erstreckt und über das eine Ende der leitenden Schicht hinaus, wobei die Widerstandsschicht an einem ersten Ende (12, 24) elektrisch mit dem Leiter (3, 17) verbunden ist und an einem zweiten Ende (13, 25) elektrisch mit dem Massepotential über die äußere leitende Schicht (4) verbunden ist, und wobei die geometrische Feldsteuerung einen Stresskonus (11, 23, 32) umfasst, der eine äußere leitende Schicht (9, 22) umfasst, wobei der Stresskonus an dem zweiten Ende (13, 25) der Widerstandsschicht (7, 21, 29) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stresskonus (11, 23, 32) sich mit zunehmendem Durchmesser von einer Position zwischen dem zweiten Ende (13, 25) der Widerstandsschicht (7, 21, 29) und dem einen Ende der leitenden Schicht (4, 18) des Gleichstromkabels (2, 16) erstreckt, und zumindest teilweise in Richtung des ersten Endes (12, 24) der Widerstandsschicht (7, 21, 29).
Vorgefertigte Gleichstromfeldsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innere begrenzende Oberfläche (14, 26, 36) des Stresskonus (11, 23, 32) einen Winkel von etwa 5–30° mit der Widerstandsschicht (7, 21, 29) bildet.