DE69212536T2 - Vorrichtung zum Schutz gegen Auswirkungen eines Überschlags für Kabelendverschluss - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schutz gegen die Auswirkungen eines Durchschlags für das Ende eines Hochspannungs- oder Höchstspannungskabels. Eine solche Vorrichtung bildet insbesondere ein äußeres oder inneres, unter dem Druck eines dielektrischen Gases stehendes Endstück für den Anschluß des Hochspannungskabels an eine Anlage wie z.B. einen Transformator oder eine Freiluft leitung. Sie betrifft insbesondere die Enden eines Kabels mit Kunststoffisolierung für eine Spannung von mehreren zehntausend Volt der Größenordnung z.B. 100 bis 400 kV, deren Entladeströme bei Fehlern mehrere zehntausend Ampere erreichen können.
• Eine solche Vorrichtung besitzt in bekannter Weise einen Isolator, der das Ende des Kabels umgibt und um dieses herum einen unter dem Druck eines dielektrischen Gases stehenden Raum definiert. Der Isolator wird an seinem oberen Ende dicht durch eine Metallkalotte verschlossen, durch die der Leiter des Kabels für seinen Anschluß an eine auf dieser Kalotte befestigte Klemme verläuft. An seinem unteren Ende ist der Isolator bezüglich des Kabels durch ein Metallteil verschlossen.
• Eine solche Schutzvorrichtung wird insbesondere in der Druckschrift FR-A-2 590 739 für ein Hochspannungskabel mit innerer Kunststoffisolierung beschrieben, dessen zentraler Leiter kurz vor der Verschlußkalotte des Isolators für seinen Anschluß an die Klemme abisoliert wird.
• Eine solche Vorrichtung wird ebenfalls in der Druck schrift US-A-4 123 619 für ein an ein Hochspannungskabel mit gasförmiger Isolierung gekoppeltes Endstück beschrieben. In dieser Endvorrichtung ist der Isolator um einen axialen Endleiter herum montiert. Er wird von einem metallischen Träger in Form eines mit einem Absatz versehenen Zylinders getragen, an dem auch die Struktur zur Kopplung an das Kabel und ein Korona-Ring befestigt sind. Dieser Ring erstreckt sich entlang und in der Nähe der inneren Oberfläche des rückwärtigen Teils des Isolators auf dem Träger, um dort das durch den Übergangsleiter erzeugte elektrische Feld zu vergleichmäßigen.
• Bei diesen Schutzvorrichtungen ist der unter dem Druck der dielektrischen Gase stehende Raum konzipiert, um einen Betriebsdruck in der Größenordnung von 8 bis 10 Bar auszuhalten und sein Volumen beträgt 50 Liter und mehr. Ein Kurzschluß aufgrund eines inneren Isolationsfehlers des Kabels und/oder übermäßiger Überspannungen kann das Schmelzen der metallischen und isolierenden Teile des Kabelendes, einen abrupten Überdruck des dielektrischen Gases, Entladeströme im dielektrischen Gas und die Explosion des Isolators bewirken, wobei Metallteile, Isolatorteile und alle Zerfallprodukte der benachbarten Materialien weit weg geschleudert werden können.
• Zum Schutz gegen die mögliche Explosion des Isolators wurde bisher in der Praxis die Wand des Raums jenseits der Basis des Isolators mit einer bei Überdruck platzenden Scheibe versehen, die das Entweichen des dielektrischen Gases sowie der Metallteile und aller durch das Gas mitgerissenen Zerfallsprodukte der benachbarten Materialien ins Freie ermöglicht. Man konnte jedoch manchmal nicht den Aufprall von Metallteilen auf die innere Oberfläche des Isolators vermeiden, was seine Beschädigung oder sein Zerbrechen bewirkte. Außerdem erfolgt das Ausblasen des Lichtbogens durch das dielektrische Gas nicht immer so schnell, wie es wünschenswert wäre.
• Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, eine wirksamere Schutzvorrichtung zu schaffen, um die Explosion des Isolators sowie den Aufprall von Metallteilen auf die Innenoberfläche des Isolators zu vermeiden, um solche Teile zu einer durch die erwähnte Scheibe freigesetzte Öffnung zu bringen und um die Blaszeit des Lichtbogens durch das dielektrische Gas zu verkürzen.
• Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist also eine Schutzvorrichtung gegen die Auswirkungen eines Durchschlags für ein Ende eines elektrischen Hochspannungs- oder Höchstspannungskabels, das einen zentralen Leiter, eine Kunststoffisolierung auf dem Leiter und eine halbleitende Abschirmung auf der Isolierung besitzt, die alle nacheinander entlang eines Teils des Endes dieses Kabels abisoliert werden, wobei die Vorrichtung einen Endisolator und ein mit dem Isolator gekoppeltes und mit einer Reißscheibe ausgestattetes metallisches Gehäuse aufweist, die um den Endbereich des Kabels montiert sind und um diesen Endbereich eine dichte Kammer bilden, die mit einem unter Druck stehenden dielektrischen Gas gefüllt ist und sich im Fall eines Durchschlags und eines daraus entstehenden Überdrucks des Gases über die Reißscheibe zur Umgebungsluft hin öffnet, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine drehsymmetrische metallische Manschette zum Schutz des Isolators enthält, die sich in der Kammer zwischen dem Isolator und dem Endbereich der abiso lierten halbleitenden Abschirmung erstreckt und mit ihrem ersten Ende mit dem metallischen Gehäuse gekoppelt ist und mit ihrem zweiten, entgegengesetzten Ende so nahe beim Kabel liegt, daß die Breite des Abschnitts der Kammer zwischen dem zweiten Ende der Manschette und dem Kabel deutlich geringer als die Breite zwischen diesem zweiten Ende der Manschette und der Innenoberfläche des Isolators ist.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt außerdem vorzugsweise mindestens eines der folgenden zusätzlichen Merkmale:
• - Die Manschette erstreckt sich mindestens entlang einer Durchschlagzone, die in der Kammer um einen rückwärtigen Teil eines Deflektors, der auf das Ende der abisolierten halbleitenden Abschirmung und auf einem angrenzenden Bereich der abisolierten Isolierung des Kabels montiert ist.
• - Das zweite Ende der Manschette bildet einen Ringwulst, der auf der Seite des Kabels konvex ist.
• - Die Manschette besteht vollständig aus Metall.
• - Die Manschette besteht aus Metall, das an seiner äußeren Oberfläche und seinem Ringwulst mit einem Verbundmaterial z.B. aus Mineralfasern und Harz bedeckt ist. Nachfolgend werden erfindungsgemäße Vorrichtungen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
• Figur 1 zeigt im Halbschnitt eine erfindungsgemäße Schutzvorrichtung, die auf ein Ende eines Hochspannungskabels mit innerer Kunststoffisolierung montiert ist.
• Figur 2 zeigt im Axialschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines der Manschettenelemente der Vorrichtung aus Figur 1.
• Gemäß Figur 1 besitzt das elektrische Kabel 1 einen zentralen Leiter 1A, eine innere Kunststoffisolierung 1B um den zentralen Leiter, eine halbleitende Abschirmung 1C um die Isolierung herum, eine Metallabschirmung 1D, die von einer Bleihülle oder einer Bebänderung oder aus Kupferdrähten auf der haibleitenden Abschirmung gebildet wird, und eine äußere isolierende Schutzhülle 1E. Die aufeinanderfolgenden Schichten auf dem zentralen Leiter werden auf verschiedene Längen entlang des Endes des mit der Schutzvorrichtung bestückten Kabels abisoliert. Ein Deflektor 2 ist auf das Ende der freigelegten Abschirmung 1C aufgeschoben und erstreckt sich jenseits davon auf die innere Isolierung.
• Die Vorrichtung zum Schutz gegen die Auswirkungen eines Durchschlags enthält einen Isolator 3 und ein metallisches Gehäuse 4, die aneinander gekoppelt sind und das Ende des Kabels umgeben. Der Isolator ist aus Porzellan, aus Glas oder aus einem Verbundmaterial wie z.B. Glasfasern und Epoxyharz. Er erstreckt sich vom Ende des Kabels bis leicht über den Deflektor hinaus. Er ist am Ende des Kabels in bekannter und nicht dargestellter Weise durch eine Metall kalotte verschlossen, durch die der freigelegte zentrale Leiter verläuft, um an eine Klemme oder ähnliches angeschlossen zu werden. Sein anderes Ende, die sog. Basis des Isolators, ist mit dem metallischen Gehäuse 4 über einen Träger 5 verbunden, der auf einem Flansch des Gehäuses befestigt ist. Das andere Ende des Gehäuses ist mit einem Träger 1F verbunden, der auf der äußeren Hülle 1E des Kabels oder in einer Variante auf der Abschirmung 1C befestigt ist.
• Das metallische Gehäuse und der Isolator definieren um das Ende des Kabels eine dichte Kammer 6, die mit dielek trischern Gas (z.B. Schwefelhexafluorid) gefüllt ist.
• Eine Reißscheibe 7, z.B. aus Nickel, bringt im Fall eines Durchschlags die Kammer 6 unter der Wirkung des Überdrucks des dielektrischen Gases auf Atmosphärendruck Außerhalb dieser Scheibe fängt bei einem Fehler der inneren Isolierung ein Gitter 8 ggf. metallische oder andere vom Ende des Kabels kommende Bruchstücke auf, die von den Durchschlagsund Entladeströmen durch das dielektrische Gas weggeschleudert und mitgenommen werden können. Eine Auffangwanne 9 gewährleistet einen zusätzlichen Schutz im Fall einer Zer störung des Gitters.
• Eine metallische Schutzrnanschette 10 von allgemein zylindrischen Form, die mit einem Kragen 11 am Träger 5 befestigt ist, umgibt das Ende des Kabels. Sie erstreckt sich zumindest bis über die Durchschlagzone D hinaus, die sich in Höhe des Endbereichs des Deflektors auf der halbleitenden Abschirmung befindet.
• Diese Manschette endet in einem Ringwulst 12 mit einer zum Deflektor gewandten konvexen Ausbuchtung. Die Manschette 10 definiert zwischen sich und dem Deflektor, insbesondere um die Durchschlagzone, einen ringförmigen Kanal 13, der die beim Durchschlag auftretende Druckwelle des dielektrischen Gases konzentriert und sie zum metallischen Gehäuse kanalisiert, um die Reißscheibe 7 sofort zu zerstören und die Kammer 6 auf Atmosphärendruck zu bringen. Dann entweicht das dielektrische Gas zur Außenatmosphäre im ringförmigen Kanal mit großer Geschwindigkeit, was ein sehr schnelles Ausbiasen des Durchschlags-Lichtbogens gewährleistet, und richtet die Spritzer von geschmolzenem Metall zur von der Reißscheibe freigesetzten Öffnung.
• Die Ringform des innen, aber nicht außen vorstehenden Rands der Manschette verhindert, daß die elektrischen Feldlinien außen gestört werden und ermöglicht es, innen einen Druckverlust der Druckwelle zum Isolator zu erzeugen. Die Manschette hat zudem einen ausreichenden Widerstand, um die zerstörenden Wirkungen der Entladungen größer Stärke begleitet von herumfliegenden Metallteilen auszuhalten.
• Figur 2 zeigt im Querschnitt eine gemischte Schutzmanschette mit dem Bezugszeichen 10. Sie hat einen metallischen Körper 14, der in diesem Beispiel mit einer Außenbeschichtung 15 aus Verbundmaterial Glasfaser-Epoxyharz versehen ist, die außerdem sein metallisches Ende 12 bedeckt. Diese Manschette ist wie die vollständig metallische Manschette der Figur 1 mit einem Kragen 11 zur Befestigung auf dem ringförmigen Träger 5 der Figur 1 versehen.
• Eine vollständig metallische oder eine gemischte Manschette gemäß der Erfindung, die um das Ende eines Hochspannungskabels in Höhe des unteren Bereichs des Deflektors des elektrischen Felds angeordnet ist, läßt den Isolator einem Kurzschlußstrom von 31500 Ampère bei 20000 Volt und für eine Dauer von 0,5 Sekunden widerstehen.

Claims (6)

1. Schutzvorrichtung gegen die Auswirkungen eines Durchschlags für ein Ende eines elektrischen Hochspannungs- oder Höchstspannungskabels (1), das einen zentralen Leiter, eine Kunststoffisolierung auf dem Leiter und eine halbleitende Abschirmung auf der Isolierung besitzt, die alle nachein ander entlang eines Teils des Endes dieses Kabels abisoliert werden, wobei die Vorrichtung einen Endisolator (3) und ein mit dem Isolator gekoppeltes und mit einer Reißscheibe (7) ausgestattetes metallischen Gehäuse (4) aufweist, die um den Endbereich des Kabels montiert sind und um diesen Endbereich eine dichte Kammer (6) bilden, die mit einem unter Druck stehenden dielektrischen Gas gefüllt ist und sich im Fall eines Durchschlags und eines daraus entstehenden Überdrucks des Gases über die Reißscheibe (7) zur Umgebungsluft hin öffnet, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine drehsymmetri sche metallische Manschette (10) zum Schutz des Isolators enthält, die sich in der Kammer (6) zwischen dem Isolator (3) und dem Endbereich der abisolierten halbleitenden Abschirmung erstreckt und mit ihrem ersten Ende mit dem metallischen Gehäuse gekoppelt ist und mit ihrem zweiten, ent gegengesetztes Ende (12) so nahe beim Kabel liegt, daß die Breite des Abschnitts der Kammer zwischen dem zweiten Ende der Manschette und dem Kabel deutlich geringer als die Breite zwischen diesem zweiten Ende der Manschette und der Innenoberfläche des Isolators ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Manschette (10) sich mindestens entlang einer Durchschlagszone (D) erstreckt, die in der Kammer um einen rückwärtigen Teil eines Deflektors (2), der auf das Ende der abisolierten halbleitenden Abschirmung und auf einem angrenzenden Bereich der freigelegten Isolierung des Kabels montiert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ende (12) der Manschette (10) einen Ringwulst (12) bildet, der auf der Seite des Kabels konvex ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Manschette (10) vollständig aus Metall besteht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Manschette (10) eine Beschichtung (15) auf ihrer Außenoberfläche besitzt, die aus einem Verbundmaterial mit Fasern und Harz bedeckt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (15) aus Verbundmaterial vollständig das zweite Ende (12) der Manschette (10) bedeckt.