EP1515806A1 - Durchf hrung f r elektrische hochspannung durch eine wa nd, die einen umgebungsbereich von einem prozessbereich trennt - Google Patents

Durchf hrung f r elektrische hochspannung durch eine wa nd, die einen umgebungsbereich von einem prozessbereich trennt

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EP1515806A1
EP1515806A1 EP03725015A EP03725015A EP1515806A1 EP 1515806 A1 EP1515806 A1 EP 1515806A1 EP 03725015 A EP03725015 A EP 03725015A EP 03725015 A EP03725015 A EP 03725015A EP 1515806 A1 EP1515806 A1 EP 1515806A1
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EP
European Patent Office
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cylinder
truncated cone
voltage bushing
process area
voltage
Prior art date
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EP03725015A
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English (en)
French (fr)
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EP1515806B1 (de
Inventor
Andrei Bologa
Thomas WÄSCHER
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Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Original Assignee
Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
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Publication date
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Publication of EP1515806B1 publication Critical patent/EP1515806B1/de
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    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/34—Constructional details or accessories or operation thereof
    • B03C3/66—Applications of electricity supply techniques
    • B03C3/70—Applications of electricity supply techniques insulating in electric separators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/34—Constructional details or accessories or operation thereof
    • B03C3/86—Electrode-carrying means

Definitions

  • Feed-through for electrical high voltage through a wall that separates an environmental area from a process area :
  • the invention relates to a bushing for high electrical voltage through a wall, which separates a surrounding area from a process area.
  • the process area has at least one atmosphere in its entrance area which is contaminated / contaminated with liquid droplets (aerosols) and / or soot / dust particles and is therefore kept separate from the environment.
  • Such devices are electrostatic precipitators or electrostatic wet cleaners. They are used to remove such contaminants from air / gases. The precipitation process is accomplished by electrostatically charging and collecting the charged particles on grounded electrodes. For this, high-voltage electrical must be conducted from a source in the area to corresponding high-voltage equipment in the process area.
  • electrostatic precipitators and electrostatically reinforced wet cleaners remove particles from flue gas.
  • Many facilities have been developed in recent years in which a reduction in size has been accompanied by an increase in long-term stability. High-voltage bushings are often led through the wall or attached to an extension.
  • An electrostatic high voltage shield can be used to prevent particle deposition on the insulator (see WO 00/30755).
  • the conductive sheath is connected to the same high voltage source as the discharge electrode, so that the high electric field is generated in the area between the sheath and the nearby grounded surface of the housing. Accordingly, the charged droplets or in the gas Particles precipitated on the grounded surface and not on the high voltage insulator.
  • the insulator is warmed because condensation can cause a reduction in the high voltage at the electrical connection.
  • An electrostatic heater is connected to the insulator to keep it at 10 ° C or more higher than the surrounding gas temperature. Also to avoid steam condensation, a few degrees C are usually sufficient.
  • the insulator is also heated by injecting dry, warm cleaning gas into the shield surrounding the insulator (US Pat. No. 6,156,098 or WO 00/47326). Movement of air flow around the isolator is used to keep the isolator on its surface free of moisture and dust and helps to keep the isolator clean and generally free from flashovers.
  • air is supplied with a blower or other air pressure-generating means, air cooling and controlled heating as well as cleaning in connection with air conditioning are provided in the failure device to a certain extent.
  • the self-cleaning venturi isolator for an electrostatic failure is described in US 5,421,863.
  • the insulator is made of a dielectric material, into which an arc / flashover can be very difficult to burn.
  • the effect of directing the air flow through a venturi nozzle is used to protect the surface of the insulator from the deposition of contaminants from flue gas.
  • the effectiveness of gas cleaning depends on the reliability of the high-voltage device.
  • Good electrical high-voltage insulator materials which are available in a wide variety, and geometries suitable for the environment and the process area, and in particular made therefrom, are of crucial importance.
  • the high voltage insulator is exposed to the charged / uncharged particles suspended in the gas as well as to any condensable vapor that may be present.
  • the accumulation of condensed material on the insulator affects its insulation property. Therefore, the insulator must be kept free from deposits of impurities and the resulting flashover.
  • the cleaning intervals must also be extended. In addition, the cost of manufacturing while maintaining or even improving the insulation properties must be reduced.
  • the task is solved in principle by a high-voltage implementation with the features of claim 1. It consists of a dielectric, high-voltage-resistant and creep-resistant material, such as glass or PTFE (polytetrafluoroethylene) or glazed ceramic, which on the one hand has good casting (glass) or good formability (ceramic) and on the other hand can be machined (PTFE) in its source material (s) is.
  • a dielectric, high-voltage-resistant and creep-resistant material such as glass or PTFE (polytetrafluoroethylene) or glazed ceramic, which on the one hand has good casting (glass) or good formability (ceramic) and on the other hand can be machined (PTFE) in its source material (s) is.
  • the body of the high-voltage bushing consists of two coaxially connected basic geometric structures: a cylinder and a truncated cone.
  • the cylinder merges into the truncated cone with a smaller end surface on its one end facing the process area. This face of the cylinder and the frustum of the cone are completely exposed in the process area, the free face of the cylinder is exposed to the environment.
  • the outer radius of the cylinder is larger than that of this smaller end face of the truncated cone.
  • a central hole goes through the body, through which the high voltage is led through a sealed electrical conductor.
  • At least two equally distributed, axially parallel bores pass through the cylinder.
  • air or gas from the environment is pressed through them with a pump or a fan and the surface of the truncated cone is flown against.
  • the jacket of the high-voltage bushing sits tightly in the wall that separates the environment from the process area.
  • the clear width of such a bore is not constant over the length, in particular for the air / gas outlet into the process environment, in order to have the truncated cone as completely as possible at its attachment to the cylinder, depending on the axial bores distributed around the circumference to flow towards the scope.
  • the clear width at the outlet of the bore is at most so wide that it does not enter the outer wall of the truncated cone (claim 3). It is equally effective if these holes in the floor open into an annular groove concentric to the axis with at least the inner radius equal to the radius of the front end of the truncated cone.
  • the bores are provided with a lip at their respective exit, in particular if the opening angle of the truncated cone / cone is less than 20 °, which directs the air / gas flow correspondingly strongly towards it due to the inclination towards the axis.
  • edges exposed in the process area are rounded according to claim 5.
  • the large end face of the truncated cone (2), which is exposed in the process area, is flat or funnel-shaped in a kind of basic structure or conical in the process environment (claim 6).
  • the large end face of the truncated cone can extend coaxially and with at least the clear width of the electrical conductor to be hollow-cylindrical by a predetermined length in the process environment to extend the creepage distance (claim 7).
  • the large end face of the truncated cone can be provided with at least one U-shaped or V-shaped cross-section for electrical strength (claim 8). For this very reason, this can also be extended to the coaxial extension (claim 9).
  • at least one U- or V-shaped annular groove is embedded in the lateral surface of the truncated cone. An axial creep path, for example, would then meander and is therefore considerably longer. If the edges of the annular gap or rings are round (deposits 11), deposits that can or are electrically problematic are easier to rinse off.
  • the recessed approach of the truncated cone to the cylinder is described in claim 12 and may be the insulation-effective solution for reasons of space savings.
  • the end of the cylinder exposed in the process area is recessed in the shape of a truncated cone.
  • the truncated cone now begins at the bottom of this depression, forming a funnel-shaped gap with the cylinder. This gap remains constant towards the process area or widens there.
  • the bores in the cylinder around the axis open in this embodiment at the ring base of this funnel-shaped gap. This also avoids a dead zone in terms of flow.
  • the high-voltage bushing provided with a heating device is technically more complex, but can be an acceptable solution due to difficult process circumstances and, for example, space restrictions.
  • electrical heating in the form of heating rods installed / drawn into the insulator material or a channel through which fluid can flow can be considered.
  • the high-voltage bushing has advantages:
  • the high-voltage bushing is a single body that is cast or machined from a full body. Both manufacturing techniques can be automated and thus carried out economically.
  • the conical part is blown with natural or conditioned air or gas through the axially parallel bores.
  • the air that has flowed in has an ambient condition, such as temperature or humidity, and is, for example, blown into the process area by a fan.
  • Conditioned means the technically more complex system case, in which the air / gas is cooled or heated, for example above the dew point, and / or is dried and is more or less forced into the process area. This extends the operating time and significantly increases the cleaning intervals.
  • FIG. 1 shows the section through the axis of the high-voltage bushing
  • Figure 2 shows the high-voltage bushing with a small opening angle of
  • FIG. 4 the truncated cone with a free forehead and a rounded edge
  • FIG. 6 shows the high-voltage bushing with a U-shaped and V-shaped ring groove
  • FIG. 7 shows the installation of the high-voltage bushing in the partition
  • FIG. 8 the frustoconical face of the cylinder, which is exposed in the process area
  • FIG. 9 shows the frusto-conical front end of the cylinder with circumferential channel, which is exposed in the process area
  • a suitable dielectric, high-voltage-resistant and creep-resistant material from which the body of the high-voltage bushing is made is PTFE (polytetrafluoroethylene).
  • the body as can be seen in FIG. 1 in section, consists of the cylindrical part 1 and the conical, frustoconical part 2.
  • the conical part has the forehead with the smaller diameter D1 and goes concentrically with this forehead into the cylinder with the diameter D3 about.
  • the other, free end of the truncated cone with the larger diameter D2 is exposed in the process area.
  • the axially parallel bores 4, here 16 are indicated, for example, through the cylinder 1 (see section A-A below), through which air flows here, are concentric with the central bore 3 for the passage of the electrical conductor for the high voltage. This metallic conductor lying tightly in the bore 3 is not indicated.
  • the angle ⁇ half the opening angle of the truncated cone, can vary, which also determines the geometric size of the implementation.
  • the mass Ll height of the truncated cone 2 or length of the cone 2
  • the length L2 of the cylindrical part vary and the diameters Dl, D2 and D3.
  • the high-voltage bushing is geometrically adapted from case to case individually and optimally to the system conditions.
  • the axially parallel bores through the cylinder 1 open into the concentric annular groove 6 in its forehead exposed in the process area (see FIG. 3, section B-B).
  • the inner radius of the annular groove 6 is at least equal to that of the front end of the truncated cone 2.
  • the edge concentric to the axis on the free end of the truncated cone 2 is rounded (see FIG. 4).
  • the free forehead of the truncated cone is funnel-shaped (see Figure 5). The peripheral edge of this forehead is drawn sharply here, but as in FIG. 4 it can also be rounded.
  • FIG. 6a shows u-shaped
  • FIG. 6b v-shaped ring grooves 8, that is ring grooves 8 with constant width H, or ring grooves 8 with width H widening outwards
  • High-voltage bushing is installed in a system with electrostatically reinforced wet washers, the gap width H of the annular grooves 8 is larger than the liquid drops present in the gas flow to be cleaned, or those that form on the surface.
  • the cylindrical part 1 of the high-voltage bushing is tightly installed / used in the wall 9 between the surroundings and the process area.
  • this is shown schematically in exemplary variants in FIGS. 7, 8 and 9.
  • the axially parallel bores 4 are completely exposed, so that there is a free passage from the surrounding side to the process area.
  • air is blown from the surrounding area through the openings 4, which are axially parallel in the cylinder 1, onto the lateral surface of the truncated cone 2, and thus prevents the deposition of solid or liquid particles from flue gas.
  • the air including gas, cold or at ambient temperature or warm, is provided with a technical device, such as a fan or a pump (not indicated anywhere in the drawing).
  • the purpose of heating the air or gas above the dew point in the process area is to avoid liquid condensation on the surface of the bushing exposed in the process area in order to prevent the tendency to reduce the high-voltage strength of the electrical connection.
  • the resulting liquid flow on the inner wall can be diverted through a flange ring 11 around the forehead of the cylinder 1 exposed in the process area, it forms with the cylinder and the inner wall a channel that deflects the incoming liquid from the area of the high-voltage bushing (FIG. 9).
  • Figure 10 shows an example of the high-voltage bushing made of PTFE in its dimension for a maximum of 15 kV. Except for the coaxial hollow cylindrical extension into the process environment and the two coaxial ring grooves in the lateral wall of the truncated cone, it is of the simplest design. Their overall length is only 75 mm, their largest diameter is only 48 mm. With its cylindrical part, it can be inserted flush into a 30 mm thick wall. The one around Perimeter equally distributed here 12 holes 3 end with steady
  • the central electrical conductor is made of titanium for mechanical, in particular weight, reasons. Tests over hours with a water vapor-saturated, condensing process atmosphere to be cleaned ran at the highest nominal voltage without electrical flashovers.

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Description

Durchführung für elektrische Hochspannung durch eine Wand, die einen Umgebungsbereich von einem Prozessbereich trennt:
Die Erfindung betrifft eine Durchführung für elektrischen Hochspannung durch eine Wand, die einen Umgebungsbereich von einem Prozessbereich trennt. Der Prozessbereich hat in seinem Eingangsbereich zumindest eine Atmosphäre, die mit Flüssigkeitströpfchen (Aerosolen) und/oder Russ-/Staubpartikeln belastet/verunreinigt ist und deshalb von der Umgebung getrennt gehalten wird.
Um die Prozessatmosphäre von solchen belastenden Aerosolen oder festen Partikeln zu säubern, wird sie durch Reinigungseinrichtungen im Prozessbereich geführt. Solche Einrichtungen sind elektrostatische Abscheider oder elektrostatische Nassreiniger. Mit ihnen werden solche Verunreinigungen aus Luft/Gasen entfernt. Der Prozess des Ausfällens wird über elektrostatisches Laden und Einsammeln der geladenen Partikel auf geerdeten Elektroden bewirkt. Hierzu muss elektrische Hochspannung von einer Quelle in der Umgebung zu entsprechenden hochspannungstechnischen Einrichtungen im Prozessbereich geführt werden. Solche elektrostatische Abscheider und elektrostatisch verstärkte Nassreiniger entfernen Partikel aus Rauchgas. Viele Einrichtungen wurden in den letzten Jahren entwickelt, bei denen eine Verkleinerung der Baugröße mit der Verlängerung der Langzeitstabilität einherging. Oft werden Hochspannungsdurchführungen durch die Wand geführt oder an einen Anbau daran angebaut.
Ein elektrostatisches Hochspannungsschild kann verwendet werden, um Partikelablagerung auf dem Isolator zu verhindern (sieh WO 00/30755) . In einem solchen Fall ist die leitende Hülle an dieselbe Hochspannungsquelle wie die Entladungselektrode angeschlossen, so dass das hohe elektrische Feld in dem Gebiet zwischen der Hülle und der naheliegenden geerdeten Oberfläche des Gehäuses erzeugt wird. Dem entsprechend werden die im Gas vorhandenen geladenen Tröpfchen oder Partikel auf die geerdete Oberflache und nicht auf den Hochspannungsisolator ausgefallt. Um den Isolator vor Dampfkondensation zu bewahren, ist der Isolator erwärmt, weil Kondensation eine Verkleinerung der Hochspannung am elektrischen Anschluss verursachen kann. Ein elektrostatische Heizung ist an den Isolator angeschlossen, um ihn auf einer um 10°C oder mehr höheren Temperatur als die umgebende Gastemperatur zu halten. Dies auch, um Dampfkondensation zu vermeiden, gewohnlich sind dabei einige Grad C ausreichend.
Die Heizung des Isolators wird auch durch eine Injektion von trockenem, warmen Reinigungsgas in den Schild, der den Isolator umgibt, bewirkt (US 6,156,098 oder WO 00/47326). Die Bewegung eines Luftstroms um den Isolator wird benutzt, um den Isolator auf seiner Oberflache von Feuchtigkeitsbeschlag und Staubablagerungen freizuhalten und hilft damit, den Isolator sauber und im allgemeinen frei von Überschlagen zu halten. Bei Zufuhrung der Luft mit einem Geblase oder anderen luftdruckerzeugenden Mitteln ist sowohl bis zu einem gewissen Grad Luftkühlung und geregelte Erwärmung als auch Reinigung in Verbindung mit Luftkonditionierung in der Ausfalleinrichtung vorgesehen.
Der selbstreinigende Venturi-Isolator für einen elektrostatischen Ausfaller ist in der US 5,421,863 beschrieben. Der Isolator ist aus einem dielektrischen Material, in das sich ein Lichtbogen/Überschlag nur sehr schwer einbrennen kann. Die Wirkung, den Luftstrom durch eine Venturi-Duse zu leiten, wird für den Schutz der Oberflache des Isolators vor der Ablagerung von Verunreinigungen aus Rauchgas verwendet .
Die Wirksamkeit des Gasreinigens hangt von der Arbeitszuverlassigkeit der Hochspannungseinrichtung ab. Dazu sind gute elektrische Hochspannungsisolatormaterialien, die es vielfaltig gibt, und für die Umgebung und den Prozessbereich geeignete und insbesondere daraus hergestellte Geometrien von maßgebender Bedeutung. Wahrend des Betriebs ist der Hochspannungsisolator den im Gas suspendierten, geladenen /ungeladenen Partikeln genauso ausgesetzt wie auch jedem kondensierbaren Dampf, der eventuell vorhanden ist. Über längere Zeit beeinträchtigt die Ansammlung von kondensiertem Material auf dem Isolator seine Isolationseigenschaft. Deshalb muss der Isolator von Ablagerungen von Verunreinigungen und daraus folgenden Überschlagen freigehalten werden. Weiter müssen die Reinigungsintervalle verlängert werden. Darüber hinaus müssen die Kosten zur Herstellung unter Wahrung oder sogar Verbesserung der Isolationseigenschaften gesenkt werden.
Das betrifft eine Anlagenkomponente besonders, nämlich die Hochspannungsdurchfuhrung, die in der Wand zwischen der Umgebung und dem Prozessbereich eingebaut ist und mit der die für die elektrostatische Reinigungseinrichtung notwendige Hochspannung sicher und langzeitzuverlässig gef hrt werden kann. Damit ist die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, auch formuliert.
Die Aufgabe wird durch eine Hochspannungsdurchfuhrung mit den Merkmalen des Anspruch 1 grundsatzlich gelost. Sie besteht aus einem dielektrischen, hochspannungsfesten und kriechspurresistenten Material, wie beispielsweise Glas oder PTFE (Polytetrafluorethylen) oder glasierte Keramik, das einerseits in seiner/n Aussgangssubstanz/en gut giess- (Glas) oder gut formbar (Keramik) andrerseits spanabhebend (PTFE) bearbeitbar ist.
Der Korper der Hochspannungsdurchfuhrung besteht aus zwei koaxial zusammenhangenden geometrischen Grundstrukturen: einem Zylinder und einem Kegelstumpf. Der Zylinder geht an seiner einen, Richtung Prozessbereich weisenden Stirnseite in den Kegelstumpf mit kleinerer Stirnflache über. Diese Stirnseite des Zylinders und der ansetzende Kegelstumpf sind völlig im Prozessbereich exponiert, die freie Stirnseite des Zylinders in die Umgebung. Der Aussenradius des Zylinders ist grosser als der dieser kleineren Stirnflache des Kegelstumpfes . Durch den Körper geht eine zentrale Bohrung, durch die die Hochspannung über einen dichteinliegenden elektrischen Leiter hindurchgeführt wird.
Geometrisch auf einem koaxialen Kreis innerhalb des Zylinders gehen mindestens zwei darauf gleichverteilte, achsparallele Bohrungen durch den Zylinder hindurch. Durch sie wird im Betrieb Luft oder Gas aus der Umgebung mit einer Pumpe oder einem Ventilator hindurchgedrückt und die Mantelfläche des Kegelstumpfes angeströmt.
Die Hochspannungsdurchfuhrung sitzt mit ihrer Mantelfläche dicht in der Wand, die die Umgebung vom Prozessbereich trennt.
Mit dieser grundsätzlichen Struktur besteht einerseits bei dem geeigneten Isolatormaterial eine sichere Isolation der mit dem durch die zentrale Bohrung gehenden und dort dicht eingebetteten Leiter geführten Hochspannung und andrerseits ist am im Prozessbereich exponierten Teil der Hochspannungsdurchfuhrung die Geometrie für ausreichend große Distanzen zu anderen elektrischen Potentialgebieten als dem Hochspannungspotential vorhanden.
In den Unteransprüchen 2 bis 4 sind Ausgestaltungen an den nicht zentral liegenden Bohrungen beschrieben, die die Anströmung der Mantelfläche des Kegelstumpfes gezielt und wirksam beeinflussen. So ist nach Anspruch 2 die lichte Weite einer solchen Bohrung über die Länge nicht konstant, insbesondere zum Luft/Gasaustritt in die Prozessumgebung hin größer, um den Kegelstumpf schon an seinem Ansatz am Zylinder, abhängig von dem um den Umfang verteilten axialen Bohrungen möglichst vollständig um den Umfang anzuströmen.
Die lichte Weite ist am Austritt der Bohrung höchstens so weit, dass sie nicht in die Mantelwand des Kegelstumpfes eintritt (Anspruch 3) . Gleich wirksam ist, wenn diese Bohrungen im Boden in einer zur Achse konzentrischen Ringnut mit mindestens dem Innenradius gleich dem Radius der dortigen Stirn des Kegelstumpfes münden. Nach Anspruch 4 sind die Bohrungen an ihrem jeweiligen Ausgang mit einer Lippe versehen, insbesondere wenn der Offnungswinkel des Kegelstumpfes/Konus kleiner 20° ist, die die Luft/Gasstromung durch die Neigung zur Achse hin entsprechend stark in Richtung zu ihr lenkt. Je nach atmosphärischen Bedingungen im Prozessbereich kann es für den sicheren elektrischen Betrieb, insbesondere langzeitlich betrachtet, von massgebendem Einfluss sein, schon den Ansatzbereich des Kegelstumpfes am Zylinder umfassend sicher anzuströmen und anstromungstechnische Totbereiche zu vermeiden.
In den Ansprüchen 5 bis 11 sind Massnahmen beschrieben, die Kriechentladungen entlang der in den Prozessbereich exponierten Oberflache des Kegelstumpfes bei Nennbetrieb sicher unterdrucken
Um die elektrischen Feldverhaltnisse entlang der Oberflache am Kegelstumpf zu entspannen sind nach Anspruch 5. in den Prozessbereich exponierte Kanten abgerundet.
Die große, in den Prozessbereich exponierte Stirnflache des Kegelstumpfs (2) ist in einer Art Grundstruktur plan oder trichterförmig oder in die Prozessumgebung hin kegelförmig (Anspruch 6) -
Sofern die raumliche Situation es zulasst, kann sich zur Verlängerung des Kriechwegs die große Stirnflache des Kegelstumpfs koaxial und mit mindestens der lichten Weite des durchzuführenden elektrischen Leiters hohlzylindπsch um eine vorgegebene Lange in die Prozessumgebung fortsetzen (Anspruch 7).
Die große Stirnflache des Kegelstumpfs kann zur elektrischen Festigkeit mit mindestens einer zur Achse konzentrische Nut mit u- oder v-formigem Querschnitt versehen sein (Anspruch 8). Aus eben diesem Grunde kann das auch auf den koaxialen Fortsatz ausgedehnt sein (Anspruch 9) . In die Mantelfläche des Kegelstumpfes ist nach Anspruch 10 mindestens eine u- oder v-förmige Ringnut eingelassen. Ein beispielsweise axialer Kriechweg würde dann mäandern und ist dadurch erheblich länger. Sind die Kanten des oder der Ringspalte rund (Anspruch 11) dann sind Ablagerungen, die elektrisch problematisch werden können oder sind, leichter abspülbar.
Der versenkte Ansatz des Kegelstumpfes am Zylinder wird in Anspruch 12 beschrieben und kann aus Platzersparnisgründen die isolationstechnisch wirksame Lösung sein. Hierzu ist die in den Prozessbereich exponierte Stirn des Zylinders kegelstumpfförmig vertieft ist. Der Kegelstumpf setzt jetzt am Boden dieser Vertiefung unter mit dem Zylinder trichterförmiger Spaltbildung an. Dieser Spalt bleibt zum Prozessbereich hin konstant oder weitet sich nach dorthin. Die Bohrungen im Zylinder um die Achse münden bei dieser Ausgestaltung am Ringboden dieses trichterförmigen Spaltes. So wird dadurch ebenfalls ein anströmungstechnisches Totgebiet vermieden.
Bei hoher Feuchtigkeit im Prozessbereich, Flüssigkeitsausfällung oder problematischer Dampfkondensation wird die hochspannungstechnische Problematik weiter entschärft, wenn am äußeren Rand der in den Prozessbereich ragenden Stirn des Zylinders um den Umfang eine ringförmige Lippe angebracht ist, die mit der Wand eine Rinne bildet (Anspruch 13) . Bei horizontalem Einbau der Durchführung und damit vertikaler Lage dieses eine Rinne bildenden Ringes wird an der Wand herunterlaufende Flüssigkeit um die Durchführung herumgeleitet und kann nach tiefer liegenden Zonen abfließen.
Technisch aufwendiger ist die mit einer Heizeinrichtung versehene Hochspannungsdurchfuhrung, kann aber wegen schwieriger Prozessumstände und beispielsweise Platzbeschränkung eine akzeptable Lösung sein. Nach Anspruch 14 kommt dafür eine elektrische Heizung in Form von in das Isolatormaterial eingebauten/eingezogenen Heizstäben oder ein darin eingelassener fluiddurchströmbarer Kanal in Betracht. Die Hochspannungsdurchfuhrung hat Vorzuge:
Je nach Modifikation der Grundstruktur aus Zylinder und Kegelstumpf kann sie entsprechend der problematischen Umgebungsbedingungen im Prozessbereich ausgewählt werden. Das reicht von wenig uberschlagsgefahrdeter Atmosphäre mit Umgebungsbedingungen oder nahezu solchen und damit glattem Mantel des konischen Teils bis zu hochuberschlagsgefahrdeter Atmosphäre, in der dann der konische Teil mit Ringnuten versehen ist.
Sie funktioniert in Rauchgas mit festen Partikeln und flussigen Tropfchen.
Die Hochspannungsdurchfuhrung ist ein einziger Korper, der giesstechnisch zu oder spanabhebend aus einem Vollkorper hergestellt wird. Beide Herstellungstechniken lassen sich automatisiert und damit wirtschaftlich durchfuhren.
Der konische Teil wird über die achsparallelen Bohrungen mit Luft oder Gas, naturlich oder konditioniert, angeströmt. Mit naturlich ist der einfachste Anlagenfall gemeint, dass die eingeströmte Luft Umgebungszustand hat, wie Temperatur oder Feuchte, und beispielsweise über einen Ventilator in den Prozessbereich geströmt wird. Mit konditioniert ist der technisch aufwendigere Anlagenfall gemeint, dass die Luft/das Gas gekühlt oder erwärmt, beispielsweise über den Taupunkt, und/oder getrocknet ist und mehr oder weniger forciert in den Prozessbereich geströmt wird. Damit wird die Einsatzzeit verlängert und werden die Reiningungsintervalle erheblich verlängert.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung naher erläutert. Die Zeichnung besteht aus den Figuren 1 bis 9.
Es zeigt:
Figur 1 den Schnitt durch die Achse der Hochspannungsdurchfuhrung, Figur 2 die Hochspannungsdurchfuhrung mit kleinem Öffnungswinkel des
Konus ,
Figur 3 Mündung der achsparallelen Bohrungen in einer konzentrischen
Ringnut,
Figur 4 den Kegelstumpf mit freier Stirn und abgerundetem Rand,
Figur 5 den Kegelstumpf mit freier, trichterförmiger Stirn,
Figur 6 die Hochspannungsdurchfuhrung mit u-und v-förmiger Ringnut,
Figur 7 den Einbau der Hochspannungsdurchfuhrung in die Trennwand,
Figur 8 die in den Prozessbereich exponierte, kegelstumpfförmig vertiefte Stirn des Zylinders,
Figur 9 die in den Prozessbereich exponierte, kegelstumpfförmig vertiefte Stirn des Zylinders mit umlaufender Rinne,
Figur 10 die Hochspannungsdurchfuhrung für 15 kV.
Ein geeignetes dielektrisches, hochspannungsfestes und kriech- spurresistentes Material, aus dem der Körper der Hochspannungsdurchfuhrung ist, ist PTFE (Polytetrafluorethylen) . Der Körper besteht, wie aus Figur 1 im Schnitt zu sehen ist, aus dem zylindrischen Teil 1 und dem konischen, kegelstumpfförmigen Teil 2. Der konische Teil hat die Stirn mit dem kleineren Durchmesser Dl und geht mit dieser Stirn konzentrisch in den Zylinder mit dem Durchmesser D3 über. Die andere, freie Stirn des Kegelstumpfes mit dem größeren Durchmesser D2 ist in den Prozessbereich exponiert. Die achsparallelen Bohrungen 4, hier sind beispielsweise 16 Stück angedeutet, durch den Zylinder 1 (siehe Schnitt A-A darunter) , durch die hier Luft geströmt wird, liegen konzentrisch zu der zentralen Bohrung 3 für Durchführung des elektrischen Leiters für die Hochspannung. Dieser dicht in der Bohrung 3 einliegende metallische Leiter selber ist nicht angedeutet.
Abhängig vom Wert der Kriechspannung kann der Winkel α, der halbe Öffnungswinkel des Kegelstumpfes, variieren, was die geometrische Größe der Durchführung mit bestimmt. Abhängig von den Bedingungen des technischen Prozesses variieren die Masse Ll (Höhe des Kegelstumpfes 2 bzw. Länge des Konus 2) und die Länge L2 des zylindrischen Teilsl sowie die Durchmesser Dl, D2 und D3. Die Hochspannungsdurchfuhrung wird in Hinblick auf die Anforderungen geometrisch von Fall zu Fall individuell und optimal an die Anlagenbedingungen angepasst.
Bei kleinem Öffnungswinkel, α < 20°, sind die Ausgänge der achsparallelen Bohrungen in den Prozessbereich jeweils mit der Lippe 5 gemäss Vergrößerung und Draufsicht in Figur 2 darauf verschlossen. Dies hilft, den Luftstrom am jeweiligen Ausgang auf den Fuß des Mantels des Kegelstumpfes zu richten.
Um tote Bereiche in der Anströmung des Fußes des Kegelstumpfs zu vermeiden, münden die achsparallelen Bohrungen durch den Zylinder 1 in der konzentrischen Ringnut 6 in seiner in den Prozessbereich exponierten Stirn (siehe Figur 3, Schnitt B-B) . Der innere Radius der Ringnut 6 ist mindestens gleich dem der dort ansetzenden Stirn des Kegelstumpfs 2. Dadurch beginnen sich dort die Luftströme zu vereinigen und werden zu einem homogenen hohlzylindrischen Luftstrom verteilt, der umfassend den Mantel des Kegelstumpfes schon in seinem Fußbereich anströmt.
Um den Einfluss der scharfen Kante an der Hochspannungsdurchfuhrung während des Betriebs zu vermeiden, ist die konzentrisch zur Achse umlaufende Kante an der freien Stirn des Kegelstumpfes 2 abgerundet (siehe Figur 4). Um die Lichtbogenentfernung zu vergrößern, ist die freie Stirn des Kegelstumpfes trichterförmig gestaltet (sieh Figur 5) . Die umlaufende Kante dieser Stirn ist hier zwar scharf gezeichnet, kann aber wie in Figur 4 auch abgerundet sein.
Die Kriechweglänge ist bei schweren Prozessbedingungen länger zu halten als bei moderaten. Eine wirksame Maßnahme ist das Einbringen von aneinandergereihten konzentrischen Ringnuten 8, 4 Stück nach den Figuren 6a und 6b. Um die scharfe Kante zu vermeiden, sind sämtliche Kanten diese Ringnuten 8 abgerundet. Figur 6a zeigt u-förmige, Figur 6b v-förmige Ringnuten 8, also Ringnuten 8 mit konstanter Weite H, bzw. Ringnuten 8mit nach außen weiter werdender Weite H. Wenn die Hochspannungsdurchfuhrung in eine Anlage mit elektrostatisch verstärkten Nasswaschern eingebaut ist, ist die Spaltweite H der Ringnuten 8 großer als die in der zu reinigenden Gasstromung vorhandenen Flussigkeitstropfen, bzw. die sich an der Oberflache bildenden. Insbesondere die Ringnuten 8 nach Figur 6b verringern die Ansammlung von Verunreinigungen auf der Manteloberflache im Fall bei Nasswaschern, Die Flüssigkeit namlich, die kondensiert, fließt an den Seltenwanden der Ringnuten 8 in Richtung Mantelwand des Kegelstumpfes 2 und sichert dadurch den Selbstreinigungseffekt der Hochspannungsdurchfuhrung .
Die Hochspannungsdurchfuhrung wird mit ihrem zylindrischen Teil 1 in die Wand 9 zwischen Umgebung und Prozessbereich dicht eingebaut/eingesetzt. Von der Einbaustruktur her ist das in Figur 7, 8 und 9 in beispielhaften Varianten schematisch dargestellt. In allen Fallen liegen aber die achsparallelen Bohrungen 4 ganzlich frei, von der Umgebungsseite zum Prozessbereich besteht dadurch ein freier Durchgang.
Wahrend des Prozesses wird hier Luft von der Umbebung durch die im Zylinder 1 achsparallelen Offnungen 4 auf die Mantelflache des Kegelstumpfs 2 geblasen, und verhindert so dort die Ablagerung von festen oder flussigen Partikeln aus Rauchgas. Die Luft, auch Gas, kalt oder mit Umgebungstemperatur oder warm, wird mit einer technischen Einrichtung, wie ein Ventilator oder eine Pumpe (in der Zeichnung nirgendwo angedeutet) . Der Zweck, die Luft oder Gas über den Taupunkt im Prozessbereich zu erwarmen, dient der Vermeidung der Flussigkeitskondensation auf der im Prozessbereich exponierten Oberflache der Durchfuhrung, um die Neigung der Verringerung der Hochspannungsfestigkeit der elektrischen Verbindung zu verhindern.
Im Falle, dass im Prozessgebiet niedrigerer Atmospharendruck als in der Umgebung besteht, wird die Luft/das Gas von der Umgebung über die Bohrungen 4 naturlich angesogen und auf die Mantelflache 2 geblasen. Somit entfällt eine Pumpe oder ein Ventilator, der die Luft/das Gas durch die Bohrungen forciert drücken muss.
Ragt die Hochspannungsdurchfuhrung in eine Prozessatmosphäre mit hoher Feuchtigkeit, könnte unter kritischen Prozessbedingungen ein Überfließen mit Flüssigkeit/Wasser eintreten und elektrische Überschläge provozieren, bzw. zu solchen führen. Um Überschläge zu vermeiden, kann das durch Modifizieren der konzentrischen Ringnut 6 nach Figur 3 zu dem konischen, konzentrischen Ringspalt 10 in der zum Prozessbereich exponierten Stirn des Zylinders 1 nach Figur 8 erreicht werden. Dieser Ringspalt 10 hat hier entlang seiner Tiefe konstante Weite, und zwar nur so weit, das der am Boden durch die dort endenden Bohrungen 4 rundherum eintretende Luft-/Gasstrom soviel Geschwindigkeit behält, dass eindringende Flüssigkeit oder Feuchtigkeit herausgeblasen , bzw. das Eindringen überhaupt verhindert wird. Damit werden unter solch erschwerten Bedingungen Überschläge vermieden. Die umlaufende Kante dieser Ringnut 10 zum Prozessbereich hin ist zur Vermeidung des scharfe Kanteneffekts zusätzlich abgerundet (siehe Vergrößerung in der Figur 8).
Sollte die Kondensation von Wasser-/Flüssigkeitsdampf an der Innenwand im Prozessbereich sehr intensiv sein, lässt sich der dadurch entstehende Flüssigkeitsstrom an der Innenwand durch einen Flanschring 11 um die in den Prozessbereich exponierte Stirn des Zylinders 1 umleiten, er bildet mit dem Zylinder und der Innenwand eine Rinne, die heranfließende Flüssigkeit vom Bereich der Hochspannungsdurchfuhrung umlenkt (Figur 9) .
Figur 10 zeigt beispielhaft die Hochspannungsdurchfuhrung aus PTFE in ihrer Dimension für maximal 15 kV. Bis auf den koaxialen hohlzylindrischen Fortsatz in die Prozessumgebung hinein und die beiden koaxialen Ringnute in der Mantelwand des Kegelstumpfs ist sie konstruktiv einfachst aufgebaut. Ihre Über-alles-Länge beträgt nur 75 mm, ihr größter Durchmesser lediglich 48 mm. Bündig ist sie mit ihrem zylindrischen Teil in eine 30 mm dicke Wand einsetzbar. Die um den Umfang gleichverteilten hier 12 Bohrungen 3 enden mit stetigem
Übergang am Ansatz des kegelstumpfförmigen Teils 2 der Hochspannungsdurchfuhrung, so dass dieser Ansatz sofort ringsum angeblasen wird. Aus mechanischen, insbesondere Gewichtsgründen ist der zentral durchgeführte elektrische Leiter aus Titan. Tests über Stunden mit zu reinigender, wasserdampfgesättigter, kondensierender Prozessatmosphäre verliefen bei höchster Nennspannung ohne elektrische Überschläge.
Bezu«jszeichenliste:
1 Zylinder
2 Kegelstumpf
3 Bohrung
4 Bohrung
5 Lippe
6 Ringnut
7 Trichterförmige Stirn
8 Ringnut
9 Wand
10 Ringspalt
11 Flanschring

Claims

Patentansprüche :
1. Durchführung für elektrische Hochspannung durch eine Wand, die einen Umgebungsbereich von einem Prozessbereich trennt, bestehend aus:
- einem Körper aus dielektrischem, hochspannungsfestem und kriechspurresistentem Material, aus räumlich zwei koaxial aufeinanderfolgenden geometrischen Grundstrukturen: einem Zylinder (1) und einem Kegelstumpf (2), wobei letzterer (2) mit seiner kleineren Stirnfläche am Zylinder (1) ansetzt, -der Außenradius des Zylinders (1) größer als der dieser kleineren Stirnfläche ist und der Kegelstumpf (2) samt der einen Stirnfläche des Zylinders (1) , an der er ansetzt, völlig im Prozessgebiet exponiert ist -einer zentralen durch den Körper gehenden Bohrung (3) für die
Durchführung des elektrischen Leiters, -mindestens zwei auf einem Kreis um die Achse mit kleinerem Radius als dem Zylinderradius gleichverteilten, achsparallelen, durch den Zylinder (1) gehenden Bohrungen (4), deren jeweils beide Stirnöffnungen frei liegen und zum Durchblasen von Luft oder Gas aus der Umgebung auf die Mantelfläche des Kegelstumpfs (2) dienen, wobei die Durchführung über die Mantelfläche ihres Zylinders (1) dicht in die Wand (9) eingebaut sitzt und die freie Stirnfläche des Zylinders (1) in die Umgebung exponiert ist .
2. Hochspannungsdurchfuhrung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die lichte Weite der Bohrungen (4) über ihre jeweilige Länge konstant oder örtlich unterschiedlich ist.
3. Hochspannungsdurchfuhrung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Bohrungen (4) in den Prozessbereich jeweils mit einer größeren lichten Weite als dem Durchmesser der Bohrung (4) jedoch höchstens bis zum Ansatz des Kegelstumpfes (2) oder im
Boden in einer zur Achse konzentrischen Ringnut mit mindestens dem
Innenradius gleich dem Radius der dortigen Stirn des Kegelstumpfes öffnen.
4. Hochspannungsdurchfuhrung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (4) an ihrem jeweiligen Ausgangsbereich zum Prozessbereich hin eine die lichte Weite teilweise verschließende, zur Achse hin geneigte Lippe haben, die die Richtung der Luft/Gasströmung zur Achse hin neigt.
5. Hochspannungsdurchfuhrung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die große, in den Prozessbereich exponierte Stirnfläche des Kegelstumpfs (2) an ihrem Umfang abgerundet ist.
6. Hochspannungsdurchfuhrung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die große, in den Prozessbereich exponierte Stirnfläche des Kegelstumpfs (2) plan oder trichterförmig oder in die Umgebung hin kegelförmig ist.
7. Hochspannungsdurchfuhrung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die große Stirnfläche des Kegelstumpfs (2) koaxial und mit mindestens der lichten Weite des durchzuführenden elektrischen Leiters hohlzylindrisch um eine vorgegebene Länge in die Prozessumgebung fortsetzt.
8. Hochspannungsdurchfuhrung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in die große Stirnfläche des Kegelstumpfs (2) mindestens eine zur Achse konzentrische Nut mit u- oder v-förmigem Querschnitt eingelassen ist.
9. Hochspannungsdurchfuhrung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in die große Stirnfläche des Kegelstumpfs (2) und/oder in die nach außen weisende Mantelfläche des hohlzylindrischen Fortsatzes mindestens eine zur Achse konzentrische Nut mit u- oder v-förmigem Querschnitt eingelassen ist.
10. Hochspannungsdurchfuhrung nach einem der Ansprüche3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mantelwand des Kegelstumpfes (2) mindestens eine u- oder v-förmige Ringnut eingelassen ist.
11. Hochspannungsdurchfuhrung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanten des Ringnuts oder der Ringnuten rund sind.
12. Hochspannungsdurchfuhrung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Prozessbereich exponierte Stirn des Zylinders (1) kegelstumpfförmig vertieft ist, der Kegelstumpf (2) am Boden dieser Vertiefung unter mit dem Zylinder (1) trichterförmiger Spaltbildung ansetzt, wobei dieser Spalt zum Prozessbereich hin konstant weit bleibt oder sich nach dorthin weitet, und die Bohrungen (4) im Ringboden dieses trichterförmigen Spaltes münden.
13. Hochspannungsdurchfuhrung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass am äußeren Rand der in den Prozessbereich ragenden Stirn des Zylinders um den Umfang eine ringförmige Lippe angebracht ist, die mit der Wand eine Rinne bildet.
14. Hochspannungsdurchfuhrung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochspannungsdurchfuhrung eine Heizeinrichtung, wie eingelassene elektrische Heizstäbe oder einen fluiddurchströmbaren Kanal, hat, mit der die Hochspannungsdurchfuhrung thermostatisiert werden kann.
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