DE967110C - Kondensatorkoerper fuer Muffen und Endverschluesse elektrischer Kabel sowie fuer Durchfuehrungen fuer Hochspannungsgeraete - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 3. OKTOBER 1957

G 3888 VIII dl2i c

(Großbritannien)

Die Erfindung bezieht sich auf röhren- oder hülsenartige Körper, welche für die Isolation von elektrischen Leitern bei hoher Spannung dienen, und zwar einer Gattung, welche üblicherweise als Kondensatortype bezeichnet wird. Solche Kondensatorkörper bestehen aus Schichtwerkstoff, gewöhnlich Papier, welches um den Leiter oder um ein Rohr, durch welches der Leiter hindurchführt, gewickelt wird, wobei das Material beim Aufwickeln in Abständen zwischen den Windungen dünne stromleitende Schichten, beispielsweise Metallfolien, in solchen Abmessungen zwischengefügt erhält, daß sie ungefähr einer ganzen Windung des Schichtwerkstoffes entsprechen. Bei solchen Körpern wird durch die Verwendung von in bestimmter Weise bemessenen und angeordneten stromleitenden Schichten die Feldverteilung im Dielektrikum des Kondensatorkörpers und auf dem benachbarten dielektrischen Werkstoff in vielen Fällen eingeregelt und beherrscht. Solche Kondensatorkörper werden als Teile von Kabelendverschlüssen und Kabelmuffen sowie als Durchführungen für Hochspannungsgeräte benutzt.

Die stromleitenden Schichten können in der verschiedensten Weise innerhalb des dielektrischen Werkstoffs vorgesehen werden. Sie können beispielsweise, in Achslängsrichtung des Rohres betrachtet, überlappende Serien bilden, die sich über

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die gesamte Länge des Röhrenkörpers erstrecken. Die Serie kann kontinuierlich von der Außenseite zur Innenseite des Dielektrikums oder vom inneren Teil nach außen hin über die gesamte Länge des Körpers verlaufen, oder sie kann über den einen Teil der Länge nach innen und über einen anderen Teil der Länge nach außen verlaufen. Die letzterwähnte Anordnung hat den Vorteil, daß eine Beherrschung der Feldverteilung über eine beträchtliehe Länge möglich ist, ohne daß ein Rohr von sehr starkem Außendurchmesser Anwendung finden muß. Bei höheren Spannungen kann der Aufbau noch über die beiden vorerwähnten Ausführungsformen hinausgehen, beispielsweise können die stromleitenden Schichten an dem einen Ende in der Nähe der Innenfläche beginnen, von dort bis in die Nachbarschaft der Außenfläche des Körpers verlaufen, um dann wieder sich der Innenfläche zu nähern und schließlich wieder nach außen zu verlaufen.

Es ist festgestellt worden, daß bei solchen Kondensatorkörpern die Kanten der dünnen stromleitenden Schichten eine Konzentration des elektrischen Feldes hervorrufen, welche als Störungsfaktor für die gewünschte Feldverteilung anzusprechen ist, da durch sie lokale hohe Stoßspannungen hervorgerufen werden, was eine zufriedenstellende Herstellung der Körper der vorgenannten Art für sehr hohe Spannungen schwierig macht. Infolgedessen ist es, um sicher zu gehen, notwendig, die radiale dielektrische Beanspruchung auf einem solchen geringen Wert zu halten, daß die Herstellung solcher Körper für sehr hohe Spannungen, z. B. 132 kV und darüber, nicht unbequem schwierig und kostspielig wird. Bei der Erfindung kommt ein verbesserter Isolationsaufbau zur Anwendung, welcher praktisch brauchbare Ausführungsformen derartiger Körper auch für sehr hohe Spannungen ermöglicht.

Bei diesem verbesserten Aufbau wird der Kondensatorkörper (im nachfolgenden der Einfachheit halber »Körper« genannt) in einer Umhüllung eingeschlossen, in welcher er Gas unter Druck ausgesetzt ist, wodurch der dielektrische Werkstoff mindestens in den Gebieten in der Nähe der Kanten der stromleitenden Schichten verstärkt und auf diesem verstärkten Wert gehalten wird.

Bei einer der erfindungsgemäßen Verbesserungsformen wird nichts unternommen, um die Räume, welche zwischen benachbarten Windungen des Schichtwerkstoffs an den Kanten der zwischengefügten stromleitenden Schichten vorhanden sind, mit festem, flüssigem oder halbflüssigem Werkstoff zu füllen. Diese Räume sind im Gegenteil von solchen Werkstoffen möglichst frei gehalten und mit Gas unter einem Druck gefüllt, der wesentlich höher als der Atmosphärendruck ist. Die Hülse ist aus dielektrischem Schichtwerkstoff gebildet, welcher kein Gas enthält und nicht gasdurchlässig ist. Das kann z. B. vollgetränktes Papier sein. Die Tränkung oder der sonstige Arbeitsvorgang, der notwendig ist, um dem Schichtwerkstoff die erforderlichen Werkstoffeigenschaften zu geben, wird vorgenommen, bevor der Werkstoff aufgewickelt und zum Körper geformt wird.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der Körper in Öl (oder einem anderen flüssigen Dielektrikum mit ausreichender Viskosität) getränkt und darin eingebettet, und zwar in einem Behälter, in dessen oberem Teil sich ein Raum befindet, der mit Gas unter Druck gefüllt ist. Dieses Gas wirkt auf das öl ein und bildet dadurch ein elastisches Kissen, mit welchem der Druck auf das Dielektrikum auf einem Wert gehalten wird, der wesentlich oberhalb des Atmosphärendrucks liegt und sich innerhalb eines begrenzten Veränderungsbereiches über den gesamten Bereich der möglichen und praktisch auftretenden Arbeitsbedingungen hält.

Der verbesserte Körper kann dort verwendet werden, wo er bereits als brauchbar bekannt ist oder auch anderswo, beispielsweise zum Umhüllen des freigelegten, abgemantelten Dielektrikums am Ende eines Hochspannungskabels oder an der gleichen Stelle in einer Kabelverbindung zwischen zwei Kabelenden oder schließlich als Isolatordurchlaß für einen Leiter, der durch eine Abschlußwand eines Gerätes hindurchführt.

Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand von zwei Ausführungsbeispielen in der Anwendung bei Kabelendverschlüssen für Hochspannungskabel (geeignet für 132 kV) dargestellt, und zwar zeigt Fig. ι einen Längsschnitt durch einen Kabelendverschluß für ein gasgefülltes Kabel,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Mittelteil eines Kabelendverschlusses eines mit vollgetränktem Papier isolierten Kabels. Bei diesem Kabelendverschluß ist der äußere Teil, der die gleiche Ausbildung wie in Fig. 1 hat, weggelassen worden.

Bei der Kabelgattung, auf welche sich Fig. 1 bezieht, besteht das Dielektrikum aus vorgetränktem Papier, wobei keine freie Kabel- oder Vergußmasse in den Räumen zwischen den Papierlagen und den Papierschichten vorhanden ist. Diese Räume sind mit Gas unter Druck gefüllt, welches also als Teil eines zusammengesetzten Dielektrikums anzusprechen ist.

Ein Kabelendverschluß für ein solches Kabel besteht aus zwei gleichachsigen Kammern, die von der inneren, aus Metall bestehenden Grundplatte 1, dem inneren und dem äußeren Isolatorrohr 2 und 3 aus Porzellan und den inneren und äußeren Klemmenkappen 4 und 5 gebildet werden. Die innere Kammer ist an ihrem unteren Ende durch eine sich nach unten erstreckende Muffe 6 begrenzt, die an der Grundplatte 1 befestigt ist. Diese ist mit dem Innenmantel 7 des Kabels, wie bei 8 gezeigt, innerhalb der Gaszuführungsmuffe 9 über eine Abdichtung befestigt. Die Muffe wird am unteren Ende durch den Vergußbecher 10 abgeschlossen, welcher auch (in nicht dargestellter Weise) den Raum zwischen dem inneren und dem äußeren Mantel des Kabels verschließt. Oberhalb des Endes des inneren Kabelmantels 7 ist über eine kurze Länge die Abschirmung auf dem Kabeldielektrikum, wie bei π gezeigt, und oberhalb dieses Punktes das aus

getränktem Papier bestehende Dielektrikum 12 des Kabels freigelegt. Dieses Dielektrikum ist ein kurzes Stück am oberen Ende des Leiters 13 entfernt. Der Leiter sitzt dabei mit seinem Ende in einer Hülse 14, welche mit einer Brücke 15 verbunden ist, die einen Teil des Ringes 16 bildet, welcher am oberen Ende des inneren Isolators 2 befestigt ist und die innere Kappe 4 trägt. Auf diese Weise ist eine Verbindung von der Kabelader 13 zur Kappe 4 hergestellt, wobei der Klemmbolzen 17 an dieser Kappe sitzt und durch die äußere Kappe 5 hindurchragt.

Der Kondensatorkörper wird auf einem mit Kunstharz getränkten Papier- oder Papprohr 18 aufgebracht und besteht aus einer Wicklung getränkten Papiers 19, zwischen deren Windungen stromleitende Schichten (Metallfolien) 20 liegen. Diese Schichten beginnen, wie Fig. 1 zeigt, am oberen Ende in der Nähe der Außenfläche des Körpers und sind voneinander mit Abstand, und zwar sowohl radial als auch in Längsrichtung angeordnet, so daß sie eine Serie bilden, welche, in Richtung von oben nach unten entlang dem Körper verlaufend, zuerst sich dem Rohr 18 nähern und dann nach außen hin verlaufen, so daß sich sowohl die ersten wie auch die letzten Schichten in der Nähe der Außenfläche des Körpers befinden. Die erste Schicht ist mittels des Leiters 21 mit der Hülse 14 verbunden und hat infolgedessen das Potential der Kabelader. Die letzte Schicht ist in später beschriebener Weise mit der Abschirmung 11 und dem Kabelmantel 7 verbunden und hat infolgedessen das Potential dieser Teile, welches gewöhnlich das Erdpotential ist. Dieser Aufbau des Körpers ermöglicht eine im wesentlichen gleichförmige Feldverteilung in Längsrichtung vom oberen zum unteren Ende des abgemantelten Teils des Dielektrikums 12 hin, das sich innerhalb des Raumes befindet, welcher von den stromleitenden Schichten 20 abgedeckt ist.

Das Rohr 18 sitzt verhältnismäßig dicht auf dem Kabeldielektrikum 12 und ist, wie in der Zeichnung dargestellt, so angeordnet, daß das obere Ende mit der Kante des Kabeldielektrikums dort bündig ist, wo es weggeschnitten wurde, um den Leiter 13 freizulegen. Über dem Ende des Kabeldielektrikums und dem oberen Ende des Körpers ist eine Wicklung 22 aus getränktem Seidenband vorgesehen, welche diese Teile abschließt und den Leiter von der umgebenden Vergußmasse trennt, mit welcher die innere Kammer bis zu der mit 23 bezeichneten Höhe gefüllt ist. Eine ähnliche Füllung der äußeren Kammer findet bis zur Höhe des oberen Endes des Isolators 3 statt.

Am unteren Ende des Körpers erstreckt sich das Rohr 18 über das Ende der letzten in der Serie der stromleitenden Schichten 20 hinaus, wobei das Dielektrikum 19 sich von der Außenseite zur Innenseite des Körpers hin an ihrem Ende verjüngt. Über diesem sich verjüngenden, zugespitzten Teil des Endes des Dielektrikums 19 und über dem benachbarten freigelegten Dielektrikum des Kabels wird ein Isolationskörper aus dielektrischem Werkstoff aufgebracht, der aus besonders straff aufgebrachten Windungen aus getränktem Seidenband besteht. Über diesem in dieser Weise hergestellten Isolationskörper wird eine Schicht 28 aus stromleitendem Band aufgebracht, welche am unteren Ende eine Verbindung mit dem Kabelmantel 7 hat und als stromführende Deckschicht anzusprechen ist, wie sie gewöhnlich bei solchen konischen Isolationspuffern Anwendung findet. Das stromleitende Band 28 hat am Punkt 24 mit dem Ende der stromleitenden Schicht 20 des Körpers Kontakt.

Mittels der Rohrleitung 50, den Gaszuführungsmuffen 9 und den Löchern 51 im inneren Kabelmantel 7 kann das Gas unter hohem Druck in das Kabel eingefüllt werden, so daß alle Räume zwischen den Windungen und den Schichten des Papiers mit Gas unter einem Druck gefüllt sind, der erheblich größer als der atmosphärische Druck sein kann. Der Druck kann z. B. 14 kg/cm² sein. Dieses Hochdruckgas gelangt vom unteren Teil des abgemantelten Dielektrikums in die Zwischenräume des aufgebrachten Isolationskörpers aus dielekirischem Werkstoff 26 und von dort in die Räume zwischen den Papierschichten 19, aus denen der Kondensatorkörper aufgebaut ist. In ähnlicher Weise gelangt am oberen Ende des abgemantelten Kabeldielektrikums das Gas in die Zwischenräume der Wicklung 22 und von dort zwischen die Papierschichten 19 der Hülse.

Die Isolationskörper aus dielektrischem Werkstoff 22 und 26 an den beiden Enden des Kondensatorkörpers sind für das Hochdruckgas durchlässig, aber undurchlässig für die Kabel- oder Vergußmasse. Von der Oberfläche des Leiters 13 am oberen Ende des Kabels führt nach oben ein Rohr 52, welches durch die Wicklung 22 hindurchführt und von dort hinauf in die Kappe 4 oberhalb der Höhenmarke 23 für die Vergußmasse. In dieser Weise ist das gesamte Innere der Innenkammer unter einen gleichförmigen Druck gesetzt.

Das in Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel ist ähnlich dem vorbeschriebenen, unterscheidet sich aber in manchen Einzelheiten. Da das Kabel kein gasgefülltes Kabel ist, ist keine Gaszuführungsmuffe für die Zufuhr des Gases zum Kabel vorgesehen. Der Kondensatorkörper 18, 19, 20 ist vollgetränkt mit öl oder mit Kabel- oder Vergußmasse, durch welches die Räume, die den Kanten der Metallfolie 20 zwischen den Papierschichten 19 benachbart sind, völlig ausgefüllt werden sollen. Das obere Ende dieses Körpers und das des Kabeldielektrikums sind nicht verschlossen; sie sind in Berührung mit Isolationsmaterial, mit welchem die Innenkammer bis zur Höhe 23 gefüllt ist. Dieses Isoliermaterial ist ein öl oder eine Kabel- oder Vergußmasse mit wesentlich niedrigerer Viskosität als derjenigen bei der Ausführungsform nach Fig. 1, so daß es ohne weiteres Flüssigkeitsdruck zum Körper übermitteln kann und einfließt, um alle Räume auszufüllen, welche zwischen den Papierwindungen vorhanden sind. Der Raum oberhalb der Höhe 23 wird mit Gas unter Druck gefüllt, welches durch die Rohrleitung 53 mit dem Ventil 54 in den

unteren Teil der Kammer eintreten muß und nach oben zum freien Raum hin fließt.

Der Druck des Gases, welches bei den Ausführungsbeispielen der Erfindung zur Anwendung kommen kann, ist wesentlich größer als der Atmosphärendruck, beispielsweise 3,5 kg/cm² oder höher. Der genaue Wert hängt in vielen Fällen von der Art des Verbrauchers ab, welcher versorgt werden soll. Manche Gase sind geeignet einschließlich Stickstoff, Dichlorodifluor-Methan und Schwefel-Hexafluorid sowie Mischungen dieser Stoffe.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Kondensatorkörper aus aufeinandergeschichteten dielektrischen Schichten und dünnen, zwischen ihnen in Abständen angeordneten stromleitenden Schichten für Muffen und Endverschlüsse elektrischer Kabel sowie für Durchführungen für Hochspannungsgeräte, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Räume zwischen den dielektrischen Schichten an den Kanten der stromleitenden Schichten unter einem Gasdruck gehalten werden, der wesentlich größer ist als der Atmosphärendruck.
2. 2. Kondensatorkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus dielektrischem Werkstoff besteht, der im wesentlichen für Gas undurchlässig ist, und daß die Räume zwischen den Schichten dieses Werkstoffes mindestens an den Kanten der stromleitenden Schichten Gas enthalten, das unter einem wesentlich höheren Druck als dem Atmosphärendruck steht.
3. 3. Kondensatorkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus übereinandergeschichteten getränkten Papierschichten ohne freies Tränkmittel in den Räumen zwischen den Schichten hergestellt ist und daß diese Räume mit Gas unter einem Druck, der wesentlich größer ist als der Atmosphärendruck, gefüllt sind.
4. 4. Kondensatorkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er in einem gasdichten Gehäuse eingeschlossen und dort in einem flüssigen Isolierwerkstoff eingebettet ist, auf welchen unter einem Druck, der wesentlich höher ist als der Atmosphärendruck, Gas einwirkt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   ©70S 702/49 9.57