EP0600233A1

EP0600233A1 - Durchführung, insbesondere für hohe Spannungen mit spezieller Elektrodenhalterung

Info

Publication number: EP0600233A1
Application number: EP93117563A
Authority: EP
Inventors: Peter Rost
Original assignee: Ritz Messwandler GmbH and Co KG
Current assignee: Ritz Messwandler GmbH and Co KG
Priority date: 1992-11-30
Filing date: 1993-10-29
Publication date: 1994-06-08
Also published as: US5548081A; CA2109852A1; DE4240118C1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Durchführung, insbesondere für hohe Spannungen, zur Verbindung eines mit Gas isolierten elektrischen Gerätes, wie Transformator, Drosselspule, Meßwandler, Kondensator oder einer Schaltanlage, mit einer in atmosphärischer Luft liegenden Anschlußstelle (5), wobei die Durchführung zur Steuerung des elektrischen Feldes zwischen einer mit hoher Spannung beaufschlagten Hochspannungselektrode (20) und einem auf Erdpotential liegenden Flansch eine oder mehrere rohrförmige Feldsteuerelektrode(n) (23,33) enthält und mit einem Überwurfisolator (6) versehen ist, der mit Gas gefüllt ist, wobei die Feldsteuerelektroden einseitig an ihrem erdpotentialseitigen Ende im annähernd potentialfreien Bereich mindestens eine Halterung (14,16) aufweisen. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Durchführung, insbesondere für hohe Spannungen, zur Verbindung eines mit Gas isolierten elektrischen Gerätes, wie z.B. eines Transformators, einer Drosselspule, eines Meßwandlers, eines Kondensators oder einer Schaltanlage, mit einer in atmosphärischer Luft liegenden Anschlußstelle, mit mindestens einer rohrförmigen Feldsteuerelektrode innerhalb eines gasgefüllten Überwurfisolators.
Eine derartige Durchführung ist beispielsweise aus der DE-PS 36 16 243 bekannt. Bei dieser bekannten Durchführung umschließt ein aus mehreren Steuerelektroden bestehender zylindrischer Steuerkondensator einen zylindrischen Leiter. Der Kondensator ist mit seiner untersten Elektrode derart an einem Flansch befestigt, daß er in seinem Inneren eine erste Kammer bildet, die mit Schwefelhexafluorid (SF₆) unter hohem Druck als Isoliergas gefüllt ist. Außerhalb des Kondensators befindet sich eine zweite Kammer, die mit gleichem Gas unter niedrigem Druck gefüllt ist. Diese bekannte gasisolierte Durchführung besitzt daher einen explosionssicheren Aufbau, bei dem der aus Porzellan bestehende Überwurfisolator nicht unmittelbar mit dem hohen Druck beaufschlagt ist, solange die Dichtung zwischen den Elektroden des Kondensators und den die einzelnen Elektroden gegeneinander elektrisch isolierenden Lochscheiben dem Überdruck des Gases standhalten.
Die Steuerelektroden sind an beiden Enden durch ringförmige Abschlußelektroden gefaßt und mittels kegeliger Lochscheiben aus Gießharz jeweils direkt aufeinander befestigt, damit ein den Kriechweg verlängernder Konus entsteht und durch die vorhandenen Potentialunterschiede keine Kriechentladungen entstehen.
Nachteilig an der bekannten Durchführung ist, daß zur Vermeidung von Kriechentladungen komplizierte Halterungen der Steuerelektroden notwendig sind. Da der Abstand zwischen Hochspannungselektrode und Steuerelektrode durch Isoliermaterialien überbrückt wird, liegen im mit hoher Feldstärke belasteten Raum der Durchführung nicht mehr die Gesetzmäßigkeiten für eine reine Gasisolierung vor und es sind verhältnismäßig große Abstände zwischen den Elektroden erforderlich.
In der DE 28 00 208 wird ein "Keramischer Hüllisolator mit Druckgasfüllung, insbesondere für elektrische Anlagen und Geräte" beschrieben. Dieser Hüllisolator weist in seinem Inneren eine die Druckgasfüllung im wesentlichen enthaltende gasdurchlässige Hülle auf, durch die bei einem Bersten der Porzellanhülle Schäden in der Umgebung vermieden werden sollen. Der Hüllisolator ist gasdicht an einer Platte befestigt und umschließt eine ebenfalls dort befestigte Steuerelektrode, durch die ein Leiterstab in ein Gehäuse unterhalb der Platte eintritt. Der Leiterstab tritt ferner am oberen Ende des Hüllisolators durch eine weitere Platte ins Freie.
In der DE 11 98 888 ist eine "Hochspannungsdurchführung" offenbart, bei der ein Stromleiter durch einen mit gasförmigem oder flüssigem Isoliermittel gefüllten Isolierhohlkörper geführt und die Feldverteilung durch eine mit einer geerdeten Fassung leitend verbundene, den Durchführungsleiter im Isolierkörper ringförmig umgebende Elektrode beeinflußt ist. Der aus zwei Teilen bestehende Isolierhohlkörper ist, zusammen mit Metallrohren, mit der geerdeten Fassung verflanscht. An den Enden der Metallrohre befinden sich jeweils erste Ringelektroden, denen die mit dem Durchführungsleiter leitend verbundenen zweiten Ringelektroden gegenüberliegen. Durch die Anordnung dieser Ringelektrodenpaare und die Formgebung des Isolierhohlkörpers soll die Spannungsbeanspruchung in axialer Richtung günstig beeinflußt werden.
In der DE 37 40 86 wird ein "Elektrischer Durchführungsisolator" beschrieben, bei dem Elektroden als Metallbelegung auf Isolierkörpern ausgeführt sind. Weiterhin ist auch in der DE 22 05 035 das Aufbringen eines leitenden Belages auf die Oberfläche von zylindrischen Isolierteilen offenbart, um auf diese Weise Elektroden zu bilden.
In der DE 18 00 667 ist schließlich eine "Freiluft-Durchführung mit Druckgasfüllung für Höchstspannung" beschrieben, die einen mehrteiligen, keramischen Mantel mit Steuerelektroden aufweist, welche mittels zwischen benachbarten Teilen des Mantels (Hüllisolator) gasdicht eingeklemmten Ringscheiben gehaltert sind. Die Steuerelektroden sind dabei konzentrisch um einen rohrförmigen Leiter angeordnet.
Die geometrische Form und die Lage der Steuerelektroden ist so gewählt, daß die Potentialverteilung an der Oberfläche der Durchführung annähernd linear sein soll.
Nachteilig hierbei ist jedoch, daß die Ringscheiben bei dieser Anordnung nicht in einem feldarmen Bereich liegen, so daß keine reine Gasisolation im hochbeanspruchten Bereich vorliegt. Da die Ringscheiben ferner mit (metallischen) Schrauben, welche zur Befestigung der Mantelteile aneinander dienen, verbunden sind, wird das Potential der entsprechenden Steuerelektrode auf das der Isolator-Oberfläche gezogen, so daß diese einer erhöhten Beanspruchung ausgesetzt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Durchführung der eingangs genannten Art anzugeben, die auch bei geringen Abmessungen eine wesentlich verbesserte Betriebssicherheit, insbesondere Durchschlagsfestigkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird bei einer Durchführung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die mindestens eine Feldsteuerelektrode durch leitende Abschnitte auf einem dem potentialführenden Bereich der Durchführung zugewandten Ende von mindestens einem Isolierrohr gebildet ist und das mindestens ein Isolierrohr koaxial um mindestens einen Durchführungsleiter angeordnet ist und durch mindestens eine Halterung an seinem erdpotentialseitigen Ende außerhalb des mit hoher Feldstärke belasteten Bereichs einseitig gehalten wird.
Hierdurch ist eine Durchführung verwirklicht, die den Gesetzen der Gasisolierung entspricht und deshalb besonders betriebssicher ist. Ein besonderer Vorteil dieser Lösung besteht darin, daß bei Temperaturschwankungen die Feldsteuerelektroden ihre Länge frei ändern können, ohne daß es zu mechanischen Spannungen oder zu Reibungseffekten zwischen den Elektroden kommt. Dadurch, daß die Halterungen im annähernd potentialfreien Bereich angeordnet sind, besteht keine Gefahr von Kriechentladungen.
Die Halterungen der Isolierrohre sind jeweils vorzugsweise durch eine Isolierscheibe gebildet. Jede Halterung kann dabei durch zwei voneinander beabstandete, einzelne Halter gebildet sein.
Wenn die Halterungen als flache Scheiben aus Isoliermaterial ausgebildet sind und vorzugsweise einige Öffnungen aufweisen, ergibt dies eine fertigungstechnisch günstige Form, die Material und damit Kosten spart. Die Öffnungen ermöglichen eine Trocknung und Imprägnierung im Raum zwischen den Isolierscheiben.
Die Isolierrohre sind vorzugsweise mit den Halterungen an einem den Durchführungsleiter koaxial umgebenden Tragerohr gehaltert.
Dadurch, daß die Isolierrohre mittels der Halterungen auf dem zentral angeordneten Tragerohr gehaltert sind, lassen sich die Steuerelektroden besonders lagegenau befestigen. Alternativ können auch die konzentrischen Isolierrohre durch Abstandsringe aufeinander befestigt sein, was jedoch grundsätzlich größere Lagetoleranzen ergibt, da sich Fertigungstoleranzen aufaddieren.
Eine günstige Bauweise ergibt sich, wenn die Isolierrohre länger als die Steuerelektroden ausgebildet sind, und vorzugsweise das Isolierrohr mit dem größeren Durchmesser (erstes Isolierrohr) länger ist als das Rohr mit dem kleineren Durchmesser (zweites Isolierrohr).
Dadurch, daß an den Halterungen jeweils ein konischer, an dem Tragrohr fixierter Befestigungsring vorgesehen ist, der in eine entsprechende Öffnung der jeweiligen Halterung eingreift, wird eine Fixierung der Isolierrohre in Axialrichtung bewirkt, wobei sich die Steuerelektroden sehr einfach montieren lassen.
Der Abstand der Äquipotentiallinien läßt sich günstig beeinflussen, wenn die Steuerelektroden mit einem wulstförmigen Ende versehen sind.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Konstruktion machen sich besonders deutlich bemerkbar, wenn die maximale Betriebsspannung 250 kV oder mehr beträgt.
Die Feldsteuerelektrode dient vorzugsweise als Zwischenpotential-Steuerelektrode.
Weitere vorteilhafte Anwendungen und Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen 11 bis 14 beschrieben.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Einzelheiten den Zeichnungen zu entnehmen sind. Die Zeichnungen zeigen im einzelnen:

Fig. 1: eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Durchführung in einer teilweise angeschnittenen Gehäuseansicht eines Stromwandlers für Hochspannung mit einer Steuerelektrode;
Fig. 2: eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Durchführung in einer teilweise angeschnittenen Gehäuseansicht eines Stromwandlers mit zwei Steuerelektroden;
Fig. 3: eine Darstellung des unteren Abschnittes einer dritten Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 4: eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Durchführung.

In Figur 1 bezeichnet 1 einen Meßwandler, dessen oberer Gehäusekopf 2 mit Deckel 3 als Aluminiumgußgehäuse ausgeführt ist und der im Betrieb das Potential eines Stromleiters 4 aufweist.
Der Stromleiter 4 wird im Inneren des Gehäusekopfes 2 vom Kern des Meßwandlers 1 umschlossen, dessen Kernabschirmung mit 11 gekennzeichnet ist. Von der Spule des Meßwandlers 1 wird eine stromführende Verbindung mittels der erfindungsgemäßen Durchführung zu einer in atmosphärischer Luft liegenden Außenstelle, d.h. zu einem Abschlußkasten 5 geschaffen, der an einem auf Erdpotential liegenden Sockel 9 montiert ist. Der Potentialunterschied zwischen dem Gehäusekopf 2 und dem auf Erdpotential liegenden Sockel 9 wird von einem Überwurfisolator 6 überbrückt, der somit zusammen mit dem Gehäusekopf 2, dem Gehäusedeckel 3 und dem Sockel 9 einen gasdichten Raum bildet, der vorteilhaft mit Schwefelhexafluorid (SF₆) als Isoliergas gefüllt ist und zur Erhöhung der Isolationswirkung auch unter Druck stehen kann.
Der Gehäusekopf 2 ist nach unten in den Bereich des Überwurfisolators 6 mit einer Hochspannungselektrode 20 weitergeführt, deren wulstförmiges Ende mit 22 bezeichnet ist. Konzentrisch zu der Hochspannungselektrode 20 ist eine erste Feldsteuerelektrode 23 angeordnet, deren oberes Ende mit 21 und deren unteres Ende mit 24 gekennzeichnet ist. Die Enden 21, 24 sind ebenfalls wulstförmig ausgeführt, um lokale Feldstärkeerhöhungen zu vermeiden.
Die erste Feldsteuerelektrode 23 ist als leitende Schicht auf einem aus Isoliermaterial bestehenden ersten Isolierrohr 25 ausgebildet, das nur an seinem unteren Ende von zwei ersten Isolierscheiben 14,14' auf einem den Durchführungsleiter umgebenden Tragerohr 7 im annähernd potentialfreien Raum einseitig gehaltert ist. Durch den Abstand der beiden ersten Isolierscheiben 14,14' ergibt sich eine mechanisch große Einspannlänge, die eine entsprechend robuste Halterung des ersten Isolierrohres 25 ergibt. Die ersten Isolierscheiben 14,14' sind fest mit dem ersten Isolierrohr 25 verbunden. Axial sind diese Isolierscheiben auf dem Tragerohr 7 durch konische Befestigungsringe 12 festgelegt, die in entsprechende Ausnehmungen der ersten Isolierscheiben 14,14' eingreifen. Erdpotentialseitig ist das Tragerohr 7 am Sockel 9 durch ein Befestigungsteil 8 fixiert. Somit ist die das erste Isolierrohr 25 teilweise umhüllende erste Feldsteuerelektrode 23 am unteren Ende mittels der ersten Isolierscheiben 14,14' auf dem Tragerohr 7 befestigt. Auch bei wechselnden Temperaturen kann deshalb das erste Isolierrohr 25 sich frei nach oben ausdehnen. Die Positionierung der ersten Feldsteuerelektrode 23 erfolgt somit außerhalb des mit hoher Feldstärke belasteten Bereichs an der Hochspannungselektrode 20. Für diesen Bereich mit besonders hohen Feldstärken liegt somit eine reine Gasisolation vor.
In den ersten Isolierscheiben 14,14' sind Öffnungen 15 vorgesehen, die eine leichtere Trocknung und Imprägnierung des Raumes zwischen den Isolierscheiben ermöglichen.
In Figur 2 sind gleichartige Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im Unterschied zu der Ausführung gemäß Figur 1 weist der Hochspannungsmeßwandler gemäß Figur 2 eine zweite Feldsteuerelektrode 33 auf, deren oberes Ende die Bezugsziffer 31 trägt, während das untere Ende mit Bezugsziffer 34 bezeichnet ist. Die zweite Feldsteuerelektrode 33 ist als metallisch leitende Schicht auf ein zweites Isolierrohr 35 aufgebracht. Das zweite Isolierrohr 35 ist wie das erste Isolierrohr 25, auf dem Tragerohr 7 mittels zweiter Isolierscheiben 16,16' an seinem unteren Ende befestigt. Da die untere zweite Isolierscheibe 16' der weiter innen liegenden zweiten Feldsteuerelektrode 33 und die obere erste Isolierscheibe 14 der weiter außen liegenden ersten Feldsteuerelektrode 23 direkt aneinanderstoßen, erfolgt die axiale Fixierung beider Isolierrohre durch nur zwei konische Befestigungsringe 12.
Im dargestellten Fall sind die Isolierrohre 25, 35 teleskopartig ineinandergesteckt, so daß das erste Isolierrohr 25 für die erste Feldsteuerelektrode 23 mit dem größeren Durchmesser länger ausgebildet ist als das zweite Isolierrohr 35 für die zweite Feldsteuerelektrode 33 mit dem kleineren Durchmesser.
Bei der in Figur 3 gezeigten dritten Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich das innere zweite Isolierrohr 35 in Axialrichtung bis zum unteren Ende des ersten Isolierrohres 25. In diesem Fall dienen die ersten Isolierscheiben 14, 14' als gemeinsame Halterungen für beide Isolierrohre, wobei die konischen Befestigungsringe 12 wiederum zur axialen Festlegung der Isolierscheiben dienen.
Selbstverständlich können auch weitere Steuerelektroden vorgesehen werden. Durch Erhöhung der Anzahl der Steuerelektroden kann der Durchmesser und die Länge des Überwurfisolators, der vorzugsweise aus glasfaserverstärktem Kunststoff gefertigt ist, weiter verringert werden, bzw. bei gleichbleibenden Abmessungen können Durchführungen für höhere Spannungsbereiche verwirklicht werden.
Figur 4 zeigt eine vierte Ausführungsform der Erfindung. Im Gegensatz zu den Ausführungen gemäß den Figuren 1-3, die jeweils Stromwandler darstellen, ist die Ausführung gemaß Figur 4 ein Spannungswandler. Auch bei dieser Ausführung ist ein Tragerohr 7 vorgesehen, welches einen Durchführungsleiter enthalten kann und von dem ersten Isolierrohr 25 umgeben ist. Auf dem dem potential führenden Bereich zugewandten Ende des Isolierrohres ist die Feldsteuerelektrode 23 aufgebracht, deren potentialseitiges Ende mit 21 und deren dem potential abgewandten Ende mit 24 bezeichnet ist. Das Isolierrohr ist ferner koaxial um das Tragerohr 7 angeordnet und wird durch Isolierscheiben 14, 14' (Halterung) an seinem erdpotentialseitigen Ende an dem Tragerohr 7 gehalten. Zur axialen Fixierung der Isolierscheiben dienen wiederum zwei Befestigungsringe 12. Auch bei dieser Ausführungsform ist die Hochspannungselektrode 20 koaxial zu der Feldsteuerelektrode 23 angeordnet. Das erdpotentialseitige Ende der Durchführung ist mit dem Sockel 9 abgeschlossen.
Auch bei dieser Ausführungsform können wiederum mehrere Isolierrohre mit Feldsteuerelektroden konzentrisch angeordnet sein, so wie des in Figur 2 dargestellt ist.
Die erfindungsgemäßen Bauformen weisen für Spannungsbereiche über 250 kV, vorzugsweise über 400 kV, besonders große Vorteile gegenüber den bekannten Durchführungen auf. Durch die erfindungsgemäße Konstruktion wird eine Durchführung mit einer Gasisolierung geschaffen, die die Nachteile der Mischisolierung vermeidet, insbesondere die Gefahr von Kriechentladungen an Abstandsisolatoren. Die Betriebssicherheit dieser Durchführung ist also vorteilhaft erhöht.
Die Beschreibung der Erfindung erfolgte mit Bezug auf die in den Figuren dargestellten Stromwandler. Die Erfindung ist in entsprechender Weise jedoch auch bei Spannungswandlern anwendbar.

BEZUGSZEICHENLISTE

1: Meßwandler
2: Gehäusekopf
3: Gehäusedeckel
4: Stromleiter
5: Anschlußkasten
6: Überwurfisolator
7: Tragerohr
8: Befestigungsteil
9: Sockel
10
11: Kernabschirmung
12: Befestigungsringe
13
14,14': erste Isolierscheiben
15: Öffnungen
16,16': zweite Isolierscheiben
17
18
19
20: Hochspannungselektrode
21: Ende der ersten Feldsteuerelektrode
22: Ende der Hochspannungselektrode
23: erste Feldsteuerelektrode
24: Ende der ersten Feldsteuerelektrode
25: erstes Isolierrohr
26
27
28
29
30
31: Ende der zweiten Feldsteuerelektrode
32
33: zweite Feldsteuerelektrode
34: Ende der zweiten Feldsteuerelektrode
35: zweites Isolierrohr

Claims

Durchführung zur Verbindung eines mit Gas isolierten elektrischen Gerätes mit einer in atmosphärischer Luft liegenden Anschlußstelle, mit mindestens einer rohrförmigen Feldsteuerelektrode innerhalb eines gasgefüllten Überwurfisolators, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Feldsteuerelektrode (23, 33) durch leitende Abschnitte auf einem dem potentialführenden Bereich der Durchführung zugewandten Ende (21,31) von mindestens einem Isolierrohr (25,35) gebildet ist und das mindestens eine Isolierrohr (25,35) koaxial um mindestens einen Durchführungsleiter angeordnet ist und durch mindestens eine Halterung (14,16) an seinem erdpotentialseitigen Ende (24,34) außerhalb des mit hoher Feldstärke belasteten Bereichs einseitig gehalten wird.
Durchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen (14,16) der Isolierrohre jeweils durch eine Isolierscheibe gebildet sind.
Durchführung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Halterung (14,16) durch zwei voneinander beabstandete einzelne Halter (14,14',16,16') gebildet ist.
Durchführung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen (14,16) als flache Scheiben aus Isoliermaterial ausgebildet sind und Öffnungen (15) aufweisen.
Durchführung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierrohre (25,35) mit den Halterungen (14,16) an einem den Durchführungsleiter koaxial umgebenden Tragerohr (7) gehaltert sind.
Durchführung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierrohre (25, 35) länger als die Feldsteuerelektroden (23, 33) ausgebildet sind.
Durchführung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Isolierrohr (25) einen größeren Durchmesser aufweist und länger ist als das zweite Isolierrohr (35).
Durchführung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den Halterungen (14, 16) jeweils ein konischer an dem Tragerohr (7) fixierter Befestigungsring (12) vorgesehen ist, der in eine entsprechende Öffnung (15) der jeweiligen Halterung eingreift und eine Fixierung der Isolierrohre (25,35) in Axialrichtung bewirkt.
Durchführung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldsteuerelektroden (23, 33) ein jeweils wulstförmiges Ende (24,34) aufweisen.
Durchführung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Betriebsspannung 250 kV oder mehr beträgt.
Durchführung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Gas Schwefelhexafluorid (SF₆), oder andere Gase mit ähnlichen Isoliereigenschaften vorgesehen sind.
Durchführung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas unter erhöhtem Druck steht.
Durchführung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldsteuerelektroden (23,33) auf den Isolierrohren (25,35) durch eine Metallisierung ausgebildet sind.
Verwendung der Durchführung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche bei Strom-, Spannungs- oder Kombiwandlern.