Durchführung für hohe Gleichspannungen Bei Kraftübertragungsanlagen,
die mit hoher Gleichspannung arbeiten, wendet man Spannungen in der Größenordnung
von mehreren ioo kV an. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für derartig hohe
Gleichspannungen eine Stromdurchführung zu schaffen, welche wirtschaftlich tragbare
Abmessungen besitzt. Bei Wechselspannungen dieser Größenordnung verwendet man meist
sogenannte Kondensatordurchführungen, bei denen durch kapazitive Aufteilung der
Spannung innerhalb des Isoliermaterials dafür gesorgt ist, daß die für das Isoliermaterial
zulässige Feldstärke nicht überschritten wird. Diese Maßnahme ist für Gleichspannungen
unwirksam, und es tritt deshalb nach dem- Leiter hin eine starke Zunahme der elektrischen
Feldstärke in dem Dielektrikum auf, wodurch die Abmessungen der Durchführung gegenüber
einer Wechselstromdurchführung für die gleiche Spannung stark vergrößert werden.
Bei rotationssymmetrischer Ausbildung der Durchführung, z. B. in der Weise, daß
der Innenleiter von einem Porzellanrohr oder zwei Porzellanüberwürfen umschlossen
wird und der Zwischenraum zwischen dem Porzellan und dem Leiter mit einer isolierenden
Flüssigkeit gefüllt ist, bildet jedes Stück der Durchführung zwischen zwei benachbarten
Querschnitten einen Zylinderkondensator, und man kann nunmehr mit Hilfe bekannter
Beziehungen bei gegebener Spannung und gegebenem Innendurchmesser des
Porzellanrohres
den Außendurchmesser des Leiters so festlegen, daß die Feldstärke an der Oberfläche
des Leiters einen bestimmten Wert bei gegebener Spannung nicht überschreitet. Bezeichnet
man mit E.", diese zulässige Feldstärke an der Leiteroberfläche, mit U die Gesamtspannung,
mit r; den Leiterradius und r" den Innenradius des Porzellanrohres, so gilt die
Beziehung
Diese Beziehung zwischen r" und yi ist in Fig. i für ein bestimmtes Verhältnis
kurvenmäßig dargestellt. Man erkennt, daß für kleine Werte von ri die zugehörigen
Werte von y" groß sind und mit größer werdendem yi rasch bis zu einem Minimum abnehmen,
um dann wiederum schwach anzusteigen. Der geringste Materialaufwand für die Herstellung
der Durchführung ergibt sich bei gegebener Spannung und gegebener maximaler Feldstärke
an der Leiteroberfläche dann, wenn r" ein Minimum wird. Aus der obigen Gleichung
läßt sich errechnen, daß dieses Minimum für r" erreicht wird, wenn der Leiterradius
die Bedingung
erfüllt. Hierfür ergibt sich für den Innenradius des Porzellanrohres, also für den
Außenradius des Dielektrikums der Wert r" = e - ri (e = 2,71...
Basis der nat. Log.). Auf Grund dieser Überlegung schlägt die Erfindung nun vor,
den Außenradius r, des Leiters und den Innenradius r, des Porzellanrohres nach den
Enden der Durchführung hin entsprechend der Abnahme des auf das Dielektrikum zwischen
Porzellanrohr und Leiter entfallenden Spannungsanteiles ai kleiner werdend so zu
bemessen, daß bei einer höchstzulässigen Feldstärke £,nax in dem Dielektrikum über
die ganze Länge die Beziehungen
und rd = e - y; gelten.Implementation for high DC voltages In power transmission systems that work with high DC voltages, voltages in the order of magnitude of several 100 kV are used. The invention is based on the object of creating a power feedthrough for such high DC voltages which has economically viable dimensions. In the case of alternating voltages of this magnitude, so-called capacitor bushings are usually used, in which the capacitive division of the voltage within the insulating material ensures that the field strength permissible for the insulating material is not exceeded. This measure is ineffective for direct voltages, and there is therefore a strong increase in the electric field strength in the dielectric after the conductor, which greatly increases the dimensions of the bushing compared to an alternating current bushing for the same voltage. With a rotationally symmetrical design of the implementation, for. B. in such a way that the inner conductor is enclosed by a porcelain tube or two porcelain throws and the space between the porcelain and the conductor is filled with an insulating liquid, each piece of the implementation between two adjacent cross-sections forms a cylinder capacitor, and you can now with With the help of known relationships for a given voltage and a given inside diameter of the porcelain tube, determine the outside diameter of the conductor so that the field strength on the surface of the conductor does not exceed a certain value at a given voltage. If one denotes this permissible field strength on the conductor surface with E. ", the total voltage with U, the conductor radius with r and r" the inner radius of the porcelain tube, then the relationship applies This relationship between r "and yi is in Fig. I for a certain ratio shown as a curve. It can be seen that for small values of ri the associated values of y ″ are large and decrease rapidly to a minimum with increasing yi, only to then increase slightly again maximum field strength at the conductor surface when r "becomes a minimum. From the above equation it can be calculated that this minimum for r "is reached if the conductor radius meets the condition Fulfills. This results in the value r "= e - ri (e = 2.71 ... basis of the natural log.) For the inner radius of the porcelain tube, that is to say for the outer radius of the dielectric. On the basis of this consideration, the invention now proposes the outer radius r, of the conductor and the inner radius r, of the porcelain tube towards the ends of the bushing according to the decrease in the voltage portion ai attributable to the dielectric between the porcelain tube and the conductor, so that with a maximum field strength £, nax in the dielectric relationships along the entire length and rd = e - y; are valid.
Man erhält für den Aufbau der Durchführung den geringsten Materialaufwand,
was sich nicht nur hinsichtlich der Kosten für die Durchführung, sondern auch hinsichtlich
ihres Gewichtes und damit für ihre Befestigung günstig auswirkt.You get the least amount of material for the construction of the bushing,
which is not only in terms of the cost of implementation, but also in terms of
their weight and thus has a favorable effect on their attachment.
Den Innenleiter wird man zweckmäßig als Hohlkörper ausbilden. Das
hat neben einer weiteren Gewichtsersparnis den Vorteil, daß man den hohlen Leiter
als Ausdehnungsgefäß für die als Dielektrikum verwendete Isolierflüssigkeit verwenden
kann. Da das Minimum der in Fig. i dargestellten Kurve verhältnismäßig flach verläuft
und insbesondere ein zu großer Wert des Leiterradius ri keine nennenswerte Vergrößerung
des Radius r" über den günstigsten Wert hinaus zur Folge hat, wird es im allgemeinen
genügen, wenn man den Innenleiter aus einem zylindrischen Mittelstück und zwei sich
nach beiden Seiten anschließenden kegelförmigen Stücken zusammensetzt. Dadurch wird
die Herstellung des hohlen Innenleiters sehr erleichtert.The inner conductor will expediently be designed as a hollow body. That
has the advantage, in addition to a further weight saving, that one uses the hollow conductor
Use as an expansion tank for the insulating liquid used as the dielectric
can. Since the minimum of the curve shown in Fig. I is relatively flat
and, in particular, if the value of the conductor radius ri is too large, there is no appreciable increase
of the radius r "results in more than the most favorable value, it will generally be
suffice if you have the inner conductor from a cylindrical center piece and two
on both sides adjoining conical pieces composed. This will
the production of the hollow inner conductor is made much easier.
In Fig. 2 der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt. Mit i und i' sind zwei Porzellanüberwürfe bezeichnet, die mittels der
geteilten Druckringe 5 unter Zwischenfügung von Dichtungsringen q. beiderseits gegen
die Wandung 3, durch welche der Leiter hindurchgeführt werden soll, gepreßt werden.
Der Leiter selbst ist als Hohlkörper :z bezeichnet, der aus einem zylindrischen
Mittelstück und zwei kegelförmigen Teilen zusammengesetzt ist. Die Porzellanüberwürfe
sind oben und unten durch Kappen flüssigkeitsdicht verschlossen. In diesen Kappen
ist auch der Leiter 2 flüssigkeitsdicht befestigt. Außerdem ist der Hohlraum des
Leiters 2 oben und unten abgeschlossen. Der Zwischenraum zwischen dem Leiter 2 und
den Porzellanüberwürfen i ist mit einer isolierenden Flüssigkeit, wie z. B. Transformatoröl
usw., angefüllt. Der Außendurchmesser des mit der isolierenden Flüssigkeit erfüllten
Raumes nimmt durch entsprechende Einziehung der Porzellanüberwürfe i und i' nach
den Enden der Durchführung hin ebenfalls ab, wobei überall der Außendurchmesser
des Flüssigkeitsraumes zu dem Außendurchmesser des Leiters angenähert in dem Verhältnis
-ea- steht.In Fig. 2 of the drawing is an embodiment of the invention
shown. With i and i 'two porcelain covers are referred to, which by means of the
divided pressure rings 5 with the interposition of sealing rings q. both sides against
the wall 3, through which the conductor is to be passed, are pressed.
The conductor itself is referred to as a hollow body: z, which consists of a cylindrical
Middle piece and two conical parts is composed. The porcelain throws
are sealed liquid-tight with caps at the top and bottom. In these caps
the conductor 2 is also attached in a liquid-tight manner. In addition, the cavity of the
Ladder 2 completed above and below. The space between the conductor 2 and
the porcelain throws i is coated with an insulating liquid, such as. B. Transformer Oil
etc., filled. The outer diameter of the one filled with the insulating liquid
The space takes up by the corresponding retraction of the porcelain covers i and i '
the ends of the bushing also down, the outer diameter everywhere
of the liquid space to the outer diameter of the conductor approximated in the ratio
-ea- stands.
An dem unteren Ende steht der Innenraum des hohlen Leiters 2 mit dem
Flüssigkeitsraum durch eine oder mehrere kleine Bohrungen in Verbindung. Dadurch
dringt beim Einfüllen der Isolierflüssigkeit diese auch in den Leiterhohlraum und
drückt die darin befindliche Luft zusammen. Es entsteht mithin über dem Spiegel
? der Isolierflüssigkeit in dem Leiterhohlraum ein Luftpolster, welches eine Ausdehnung
oder Verminderung des Gesamtvolumens der Isolierflüssigkeit beispielsweise infolge
von Temperaturschwankungen zuläßt, ohne daß in dem Zwischenraum zwischen Porzellanüberwurf
und Leiter Luftblasen entstehen oder für die Porzellanüberwürfe die Gefahr des Zerspringens
hervorgerufen wird.At the lower end is the interior of the hollow conductor 2 with the
Fluid space through one or more small holes in connection. Through this
When the insulating liquid is filled in, it also penetrates into the conductor cavity and
compresses the air inside. It is created above the mirror
? the insulating liquid in the conductor cavity an air cushion, which an expansion
or a reduction in the total volume of the insulating liquid, for example as a result
of temperature fluctuations, without being in the space between the porcelain cover
and conductors air bubbles arise or the risk of cracking for the porcelain covers
is caused.