EP1577904A1 - Hochspannungsdurchführung mit Feldsteuermaterial - Google Patents

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EP1577904A1
EP1577904A1 EP04405151A EP04405151A EP1577904A1 EP 1577904 A1 EP1577904 A1 EP 1577904A1 EP 04405151 A EP04405151 A EP 04405151A EP 04405151 A EP04405151 A EP 04405151A EP 1577904 A1 EP1577904 A1 EP 1577904A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
field control
control element
field
mounting flange
bushing
Prior art date
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EP04405151A
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English (en)
French (fr)
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EP1577904B1 (de
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Lise Donzel
Felix Greuter
Hansjoerg Gramespacher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Research Ltd Switzerland
ABB Research Ltd Sweden
Original Assignee
ABB Research Ltd Switzerland
ABB Research Ltd Sweden
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Priority to EP04405151A priority Critical patent/EP1577904B1/de
Priority to AT04405151T priority patent/ATE546818T1/de
Priority to US11/079,858 priority patent/US7262367B2/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B17/00—Insulators or insulating bodies characterised by their form
    • H01B17/26—Lead-in insulators; Lead-through insulators
    • H01B17/28—Capacitor type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B17/00—Insulators or insulating bodies characterised by their form
    • H01B17/42—Means for obtaining improved distribution of voltage; Protection against arc discharges

Definitions

  • the invention relates to the field of high or Medium voltage technology, in particular electrical Insulation and connection technology for grounded high-voltage apparatus. It starts from a dielectric Passage and a high voltage electrical apparatus according to the preamble of the independent claims.
  • the invention relates to a prior art, such as it is known from WO 02/065486 A1.
  • the field-controlling coating consists from varistor powder, z. B. from doped zinc oxide (ZnO), which is embedded in a polymer matrix.
  • the FGM coating serves to even out the field distribution on the insulator surface and is distributed so that part of the material with both the ground electrode as well as with the high voltage electrode in electrical Contact stands. In this case, the FGM coating can Cover insulator length only partially and in the field loaded Electrode regions to be concentrated.
  • the FGM coating can be applied to the insulator surface can be incorporated there into a shield be or can by a weatherproof, electrically insulating Protective layer to be shielded to the outside.
  • a Equalization of the capacitive field load can characterized by alternating horizontal stripes or bands FGM coating and insulator material can be realized.
  • the FGM coating in shape a glaze or a paint applied or in a porridge or mixed in clay, on the porcelain insulator applied and there to a glaze or a ceramic layer be burned.
  • the matrix for the FGM coating a polymer, an adhesive, a Casting compound or a mastic or gel.
  • EP 1 042 756 describes a glass fiber reinforced insulator tube disclosed on the inner surface and optionally also outer surface is impregnated with a resin, which is a particulate filler with varistor properties, in particular zinc oxide.
  • the GRP pipe can be made by winding a fiberglass net be, at least on the outer layers with the varistor-filled resin is impregnated.
  • FIG. 3.151 a feedthrough with a ground-side shielding electrode arranged inside the insulator tube is indicated.
  • the shielding electrode By the shielding electrode, a field control is achieved in the region of the ground-side mounting flange such that the heavily field-loaded zone is field-relieved at the transition from flange to insulator.
  • Such internal shielding electrodes are in pressure gas-insulated bushings, z. B.
  • the insulator comprises an insulator body Porcelain or composite material and a shield made of Porcelain or silicone.
  • the shield has a variable Insulator screen density on.
  • Isolatorend Scheme is turn the known shield electrode between insulator body and conductor available. It is now proposed in the heavily field-loaded Area where the shield electrode ends, an increased number of insulating screens. Due to the increased insulator screen density will provide improved field relief in the End region of the shield electrode achieved.
  • Object of the present invention is to provide an improved dielectric implementation and an electrical High voltage apparatus and an electrical switchgear with indicate such an implementation. This task will according to the invention by the features of the independent claims solved.
  • the invention consists in a dielectric implementation, in particular a high-voltage bushing for a high voltage electrical apparatus, comprising a Insulator part with a first mounting flange and a second mounting flange for mounting the bushing, wherein within the implementation in a field loading zone in the Area of the first mounting flange one for a desired Voltage level required shielding omitted is and instead for the purpose of field control in the field loading zone a nonlinear electrical and / or dielectric field control element on the insulator part is present in the region of the first mounting flange.
  • a nonlinear electrical and / or dielectric field control element on the insulator part is present in the region of the first mounting flange.
  • the field control material in terms of its nonlinear electrical and / or dielectric properties, its geometric Shape and its arrangement on the insulator part for the dielectric relief of the field loading zone without Shielding electrode for all operating conditions, in particular for surge voltages, designed.
  • the field control can thus also the most critical field loading conditions without Master shielding electrode or shielding electrodes.
  • design criteria for electrical design of the field control material indicated by a advantageous field control can be realized.
  • Claim 6 indicates how with the field control on Simple way DC feedthroughs are built can.
  • the embodiment according to claim 7 has the advantage that in particular the highest field loads in the range the Erdflansches with the field control material manageable are.
  • the embodiments according to claim 8 and 9 have the Advantage that both flange regions through the field control materials independently from rollovers or Partial discharges are protected.
  • Claim 10a gives various radial positions to the arrangement of the field control material on the insulator part.
  • claim 10b has the advantage that a conventional GRP pipe (fiberglass reinforced plastic) or a conventional one Porcelain insulator by a self-supporting FGM pipe (Field control material tube) is replaceable.
  • Claim 11 gives advantageous material components for the Field control.
  • Claims 12 and 13 relate to a high voltage electrical apparatus and comprising an electrical switchgear an inventive implementation with the above Benefits.
  • Fig. 1a shows a conventional gas-insulated dielectric feedthrough 1, in particular a high voltage feedthrough 1 for a high voltage electrical apparatus.
  • the bushing 1 comprises an insulator part 2; 2a, 2b with a first ground-side mounting flange 4 for mounting the bushing 1 on a grounded housing 5 of an electrical apparatus (not shown) and a second voltage-side mounting flange 8 for mounting the bushing 1 to a high voltage part (not shown).
  • the insulator part 2; 2a, 2b has a gas space 20 for an insulating gas 20 in the interior.
  • the gas space 20 contains a dielectrically insulating gas 20, e.g. As air, compressed air, nitrogen, SF 6 or similar gas.
  • the gas-insulated bushing 1 is thus hollow, typically hollow cylindrical, with an axis 3a, for receiving an electrical part 3 or at least one electrical conductor 3 in the gas space 20.
  • the bushing 1 is usually used to connect the encapsulated electrical apparatus to ground potential 5 at High or medium voltage network.
  • an internal shielding electrode 6, 6a is necessarily present in order to achieve field relief in the field-loaded zone 7, 7a at the lower ground flange 4 and to reduce or avoid partial discharges and flashovers.
  • the shielding electrode 6, 6a is typically in electrical contact 46 with the ground flange 4. It protrudes into the gas space 20 and tapers generally conically upwards.
  • Fig. 1b shows an example of a solid-insulated Procedure 1 according to the prior art.
  • the insulator part 2, 2b as inside full-volume filled resin body 2 executed with an optional shield 2b.
  • the insulator part 2, 2b thus has an insulation space in the interior for a solid insulating material 20.
  • 3b and 3c designate the power connections.
  • the insulator part 2, 2b surrounds the current conductor 3.
  • the field control is again a shielding electrode 6, 6a in the field loading zone 7, 7a on the earth flange 4 and is with this electrically connected via a contact 46.
  • Figs. 2a-2d and Fig. 3a-3b show embodiments for a gas-insulated or solid-insulated or otherwise isolated dielectric bushing 1 ', in accordance with the invention at least one shielding electrode 6; 6a, 6b without sacrificing dielectric strength or reliability was omitted.
  • the shielding electrode 6; 6a, 6b is namely for the purpose of field control in the Field loading zone 7; 7a, 7b a non-linear electrical and / or dielectric field control element 9; 9a, 9b; 9i, 9o; 9s on the insulator part 2; 2a, 2b; 2c in the area of the first Mounting flange 4 available.
  • the field control element 9; 9a 9b; 9i, 9o; 9s is used instead of the earlier in the insulator part 2; 2a, 2b; 2c arranged shielding electrode 6; 6a, 6b for the dielectric relief of the field loading zone 7; 7a, 7b.
  • the field control element 9 to the dielectric Relief of the field loading zone 7 designed so that the flange region 7 is stress relieved.
  • the field control element 9 in an intermediate layer 22nd between the GRP pipe (fiberglass-reinforced plastic and especially epoxy tube) 2a and the silicone shield 2b arranged in the form of a cylinder jacket-shaped coating 9.
  • the field control element 9 by any known manufacturing or processing process, z. B. casting, spraying, winding, extrusion o. ⁇ ., be applied to the outside of the GRP pipe 2a.
  • the field control element 9; 9a, 9b; 9i, 9o; 9s on: nonlinear electrical varistor characteristics and in particular a critical field strength, the varistor switching behavior the field control element 9; 9a, 9b; 9i, 9o; 9s characterized; and / or a high dielectric constant ⁇ , in particular ⁇ > 30, preferably ⁇ > 40 and especially preferably ⁇ > 50.
  • the field control element 9 is in electrical Contact with the first mounting flange 4 and extends over a predeterminable length l along a longitudinal extent x of the insulator part 2; 2a, 2b. It has one predefinable thickness d or thickness distribution d (l) as a function of length l. Preferably, its length l is greater than or equal to a ratio of a maximum to be tested Surge voltage, in particular a lightning impulse, too the critical electric field strength. This design consideration applies with advantage for all embodiments, where the shielding electrode 6a in the Erdflansch Scheme 7a through the Field control element 9; 9a; 9i, 9o is replaced.
  • the field control material 9, 9i is arranged on an inner side 21 of the GFRP pipe 2a and can additionally help to reduce surface charges there as well.
  • the length l 1 is chosen here by way of example so that the field control layer 9, 9i is not in electrical contact with the counter flange 8.
  • FIG. 2 c in addition to the field control element 9; 9a another field control element 9; 9b, which likewise has suitable nonlinear electrical and / or dielectric properties, in particular those as previously described for the field control element 9; 9a, and in addition in a field loading zone 7, 7b in the region of the second mounting flange 8 over a predetermined length l; l 2 and thickness d or d (l 2 ) on the insulator part 2; 2a, 2b is present.
  • the further field control element 9 is used; 9b as a replacement for a shielding electrode 6b in the region of the second, here the upper, mounting flange 8.
  • the field control element 9; 9a including the further field control element 9; 9b is selected in the intermediate layer 22.
  • the further field control element 9; 9b in electrical contact with the second mounting flange 8 and / or is the further field control element 9; 9b by a field control material-free zone extending along the longitudinal extent of the insulator part 2; 2a, 2b extends from the field control element 9; 9a separated in the region of the first mounting flange 4.
  • a first field control element 9; 9o in the intermediate layer 22 between the GRP pipe 2a and shield 2b and a second field control element 9, 9i on the inner side 21 of the GRP pipe 2a in the Erdflansch Scheme 7a be present.
  • the first integrated and the second internal field control element 9o, 9i can be made of the same or other field control material and in particular varistor material.
  • the associated thicknesses d o , d i and lengths l o , l i can be designed individually. By way of example, d i > d o and l i ⁇ l o are selected.
  • Fig. 3a and Fig. 3b show an insulator part 2, 2c of a Porcelain hollow insulator 2c, on the inside 21 equipped with the field control layer 9, 9i. optional can additionally on the outside 23 a field control material coating 9o, z. B. in disjoint horizontal Strip 9o, preferably between insulator screens 2c and in particular in the lower Erdflansch Scheme 7a, available be.
  • the field control material 9; 9a, 9b; 9i, 9o in a coating or even massive Shape to be present on an inner 21 and / or integrated in an intermediate layer 22 between Components 2a, 2b of the insulator part 2; 2a, 2b and / or on an outer side 23 of the insulator part 2; 2a, 2b; 2c is arranged.
  • the field control material 9 takes over; 9s one mechanically supporting function.
  • Such a field control material insulator tube 2; 2b including 9s is especially easy to set up and special thin in diameter.
  • a preferred choice of material for the field control materials 9; 9a, 9b; 9i, 9o; 9s comprises a matrix filled with microvaristor particles and / or high dielectric constant particles.
  • Suitable microvaristor particles are, for example, doped ZnO particles, TiO 2 particles or SnO 2 particles. High dielectric constant have z.
  • ZnO Mikrovaristorpumblen these are typically sintered in a temperature range of 800 ° C to 1200 ° C. After rupture and optionally sieving of the sintered product, the microvaristor particles have a typical particle size of less than 125 .mu.m.
  • the matrix is chosen application-specific and can, for. Example, an epoxy, silicone, EPDM, thermoplastic, thermoplastic elastomer or glass.
  • the filling of the matrix with microvaristor particles may be, for example, between 20% by volume and 60% by volume.
  • FIG. 5 shows calculations of the E field distribution E (x) normalized to a maximum E field E 0 as a function of the longitudinal coordinate x of the insulator part 2 and the time represented by successive snapshots a, b, c for a conventional implementation 1 with shielding electrode 6 according to FIG. 1 and D, E, F, G for an inventive implementation 1 '.
  • the calculations were made for a SF 6 170 kV bushing with GRP pipe 2a and silicone shield 2b according to conventional structure 1 or inventive construction 1 '.
  • Fig. 6 shows an insufficient design, wherein the field control element 9; 9a, 9b; 9i, 9o; 9s has too high electrical conductivity or the length l; l 1 , l 2 is too short.
  • the E-field propagates along the field control layer 9; 9a, 9b; 9i, 9o; 9s, but is not degraded, so that at the end of the field control layer 9; 9a, 9b; 9i, 9o; 9s nevertheless again a field exaggeration occurs, which can lead to partial discharges, flashovers or breakdowns.
  • too low electrical conductivity of the field control material 9; 9a, 9b; 9i, 9o; 9s the E-field can not be effectively controlled or controlled.
  • the simple but effective rule can be stated that the field control element length l; l 1 , l 2 is greater than or equal to choose a ratio of a surge voltage to the critical electric field strength, the varistor switching behavior of the field control element 9; 9a, 9b; 9i, 9o; 9s characterized.
  • inventive dielectric implementation 1 uses as implementation 1 ' in a high voltage electrical apparatus, in particular a disconnector, outdoor circuit-breaker, vacuum switch, Dead Tank Breaker, Current Transformer, Voltage Transformer, Transformer, Power capacitor or cable termination or in an electrical switchgear for high or low Medium voltage.
  • the invention is also a high-voltage electrical apparatus, in particular a disconnector, Outdoor Circuit Breaker, Dead Tank Breaker, Current Transformer, Voltage transformer, transformer, power capacitor or cable termination, wherein a dielectric Implementation 1 'as described above is present.
  • an electrical switchgear in particular a High or medium voltage switchgear comprising a claimed such high voltage electrical apparatus.

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  • Power Engineering (AREA)
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  • Thermistors And Varistors (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine dielektrische Durchführung (1'), insbesondere eine Hochspannungsdurchführung (1') für einen elektrischen Hochspannungsapparat. Erfindungsgemäss wird zum Zwecke der Feldsteuerung in der Feldbelastungszone (7; 7a, 7b) auf mindestens eine im Innenraum (20) des Isolatorteils (2; 2a, 2b; 2c) angeordnete Abschirmelektrode (6; 6a, 6b) verzichtet und stattdessen ein nichtlinear elektrisches und/oder dielektrisches Feldsteuerelement (9; 9a, 9b; 9i, 9o; 9s) am Isolatorteil (2; 2a, 2b; 2c) im Bereich des ersten Montageflansches (4; 8) angeordnet. Ausführungsbeispiele betreffen u. a.: Designkriterien zur geometrischen Anordnung und materialspezifischen Auslegung des Feldsteuerelements (9; 9a, 9b; 9i, 9o; 9s), insbesondere verschiedene axiale und radiale Anordnungen von Feldsteuerelementen (9; 9a, 9b; 9i, 9o; 9s), sowie Ausgestaltung des Feldsteuerelements (9; 9a, 9b; 9i, 9o; 9s) als Beschichtung oder als massives, mechanische Kräfte aufnehmendes Bauteil. Vorteile sind u. a.: Einsparen mindestens einer Abschirmelektrode (6; 6a; 6b); Bauweise mit reduziertem Durchmesser und/oder geringerer Länge möglich; und verbesserte Feldsteuerungseigenschaften. <IMAGE> <IMAGE>

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Hoch- oder Mittelspannungstechnik, insbesondere auf elektrische Isolations- und Anschlusstechnik für geerdete Hochspannungsapparate. Sie geht aus von einer dielektrischen Durchführung und einem elektrischen Hochspannungsapparate gemäss Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
STAND DER TECHNIK
Die Erfindung nimmt auf einen Stand der Technik Bezug, wie er aus der WO 02/065486 A1 bekannt ist. Dort wird ein Hochspannungsisolator z. B. aus Porzellan oder Verbundwerkstoff mit einer Beschichtung aus Feldsteuermaterial (FGM) offenbart. Die feldsteuernde Beschichtung besteht aus Varistorpulver, z. B. aus dotiertem Zinkoxid (ZnO), das in einer Polymermatrix eingebettet ist. Die FGM-Beschichtung dient zur Vergleichmässigung der Feldverteilung an der Isolatoroberfläche und ist so verteilt, dass ein Teil des Materials sowohl mit der Erdelektrode als auch mit der Hochspannungselektrode in elektrischem Kontakt steht. Dabei kann auch die FGM-Beschichtung die Isolatorlänge nur teilweise abdecken und in den feldbelasteten Elektrodenregionen konzentriert angeordnet sein. Die FGM-Beschichtung kann auf der Isolatoroberfläche aufgebracht sein, kann dort in eine Abschirmung eingearbeitet sein oder kann durch eine wetterfeste, elektrisch isolierende Schutzschicht nach aussen abgeschirmt sein. Eine Vergleichmässigung der kapazitiven Feldbelastung kann durch alternierende horizontale Streifen oder Bänder aus FGM-Beschichtung und Isolatormaterial realisiert werden.
Bei Porzellanisolatoren kann die FGM-Beschichtung in Form einer Glasur oder eines Farbanstrichs aufgebracht oder in einen Brei oder in Ton gemischt, auf den Porzellanisolator aufgebracht und dort zu einer Glasur oder einer Keramikschicht gebrannt werden. Alternativ kann die Matrix für die FGM-Beschichtung ein Polymer, ein Klebstoff, eine Gussmasse oder ein Mastix oder ein Gel sein.
In der EP 1 042 756 wird ein glasfaserverstärktes Isolatorrohr offenbart, das auf der Innenfläche und gegebenenfalls auch Aussenfläche mit einem Harz imprägniert ist, welches einen partikelförmigen Füllstoff mit Varistoreigenschaften, insbesondere Zinkoxid, aufweist. Das GFK-Rohr kann durch Wickeln eines Glasfasernetzes hergestellt werden, das zumindest an den äusseren Schichten mit dem varistorgefüllten Harz imprägniert wird.
Im Buch "The Electric Power Engineering Handbook" von L. L. Grigsby, CRC Press und IEEE Press, Boca Raton (2001) werden im Kapitel 3.13, "Electrical Bushings" von L. B. Wagenaar, S. 3-171 bis 3-184 verschiedene Typen elektrischer Durchführungen offenbart. Insbesondere wird in Fig. 3.151 eine Durchführung mit einer erdseitigen, innerhalb des Isolatorrohrs angeordneten Abschirmelektrode angegeben. Durch die Abschirmelektrode wird im Bereich des erdseitigen Montageflansches eine Feldsteuerung derart erreicht, dass die stark feldbelastete Zone am Übergang von Flansch zu Isolator feldentlastet wird. Derartige innenliegende Abschirmelektroden sind in druckgasisolierten Durchführungen, z. B. in SF6-isolierten oder luftisolierten Durchführungen, insbesondere für Hochspannungsniveau zwingend vorhanden. Innenliegende Abschirmelektroden sind auch für feststoffisolierte Durchführungen bekannt. Die Abschirmelektroden führen jedoch zu grossen Durchmessern der Durchführungen. Zudem werden mit Abschirmelektroden nur relativ inhomogene Feldsteuerungen im Vergleich zu Kondensator-Durchführungen mit Öl― oder Harz-imprägniertem Papier erreicht. Dies muss durch grössere Bauhöhen für die Durchführungen kompensiert werden.
In der Broschüre von ABB Power Technology Products AB, "SF6-air bushings, type GGA", Technical Guide, 1996-03-30 werden dielektrische Durchführungen offenbart, die mit internen Abschirmelektroden am Erdflansch und für höhere Spannungsniveaus zusätzlich auch am spannungsseitigen Flansch ausgerüstet sind.
In der DE 198 44 409 wird ein Isolator gezeigt, der insbesondere für dielektrische Durchführungen geeignet ist. Der Isolator umfasst wie üblich einen Isolatorkörper aus Porzellan oder Verbundwerkstoff und eine Beschirmung aus Porzellan oder Silikon. Die Beschirmung weist eine variable Isolatorschirmdichte auf. Zur Feldentlastung in einem Isolatorendbereich ist wiederum die bekannte Schirmelektrode zwischen Isolatorkörper und Stromleiter vorhanden. Es wird nun vorgeschlagen, in dem stark feldbelasteten Bereich, wo die Schirmelektrode endet, eine erhöhte Anzahl von Isolatorschirmen anzubringen. Durch die erhöhte Isolatorschirmdichte wird eine verbesserte Feldentlastung im Endbereich der Schirmelektrode erreicht.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte dielektrische Durchführung sowie einen elektrischen Hochspannungsapparat und eine elektrische Schaltanlage mit einer solchen Durchführung anzugeben. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Die Erfindung besteht in einer dielektrischen Durchführung, insbesondere einer Hochspannungsdurchführung für einen elektrischen Hochspannungsapparat, umfassend einen Isolatorteil mit einem ersten Montageflansch und einem zweiten Montageflansch zur Montage der Durchführung, wobei innerhalb der Durchführung in einer Feldbelastungszone im Bereich des ersten Montageflansches eine für ein gewünschtes Spannungsniveau erforderliche Abschirmelektrode weggelassen ist und stattdessen zum Zwecke der Feldsteuerung in der Feldbelastungszone ein nichtlinear elektrisches und/oder dielektrisches Feldsteuerelement am Isolatorteil im Bereich des ersten Montageflansches vorhanden ist. Durch die Erfindung kann also eine nach herkömmlichem technischen Verständnis für ein vorgebbares Spannungsniveau notwendig vorhanden Abschirmelektrode weggelassen werden. Dadurch werden vielfältige Vorteil erreicht. Durch Weglassen der bisher notwendig vorhandenen inneren Abschirmelektrode können dielektrische Durchführungen dünner, d. h. mit reduziertem Durchmesser gebaut werden. Die Grenzspannung, ab welcher eine konische Verbreiterung zum Erdflansch hin wirtschaftlicher ist, kann zu höheren Spannungsniveaus verschoben werden. Zylindrische Durchführungen sind günstiger herzustellen als konische. Die Gefahr elektrischer Überschläge zwischen benachbarten Durchführungen ist reduziert und benachbarte Phasen können räumlicher näher zueinander oder zur Erde angeordnet werden. Schliesslich wird durch die erfindungsgemässe Feldentlastung durch Feldsteuermaterial im Flanschbereich eine bessere Feldsteuerung erreicht als durch die herkömmlich verwendete Abschirmelektrode. Die Durchführungen können deshalb auch kürzer gebaut werden. Insbesondere bei Pulsbelastung wird das E-Feld nämlich nicht mehr im Bereich der Abschirmelektrode während der ganzen Pulsdauer konzentriert, sondern kann sich als Welle entlang dem Feldsteuerelement ausbreiten und dabei abbauen. Zudem sind die maximalen Feldstärken reduziert.
In einem ersten Ausführungsbeispiel ist das Feldsteuermaterial hinsichtlich seiner nichtlinear elektrischen und/oder dielektrischen Eigenschaften, seiner geometrischen Gestalt und seiner Anordnung am Isolatorteil zur dielektrischen Entlastung der Feldbelastungszone ohne Abschirmelektrode für alle Betriebszustände, insbesondere für Stossspannungen, ausgelegt. Das Feldsteuerelement kann somit auch die kritischsten Feldbelastungszustände ohne Abschirmelektrode oder Abschirmelektroden meistern.
In Anspruch 3 werden Designkriterien zur elektrischen Auslegung des Feldsteuermaterials angegeben, durch die eine vorteilhafte Feldsteuerung realisierbar ist.
In Anspruch 4 und 5 werden Designkriterien zur geometrischen Auslegung des Feldsteuerelements angegeben, durch die mit wenig Materialaufwand eine vorteilhafte Feldsteuerung erreichbar ist. Insbesondere kann eine minimal erforderliche Länge des Feldsteuerelements entlang der Längsausdehnung des Isolatorteils gemäss Anspruch 5 festgelegt werden. Dadurch wird erreicht, dass sich die Feldbelastung insbesondere bei Stossspannung als Wanderwelle entlang dem Feldsteuerelement ausbreitet und dabei soweit abbaut, dass sich bei Erreichen des entfernten Endes des Feldsteuermaterials keine schädlichen Feldstärken mehr ausbilden können.
Anspruch 6 gibt an, wie mit dem Feldsteuerelement auf einfache Weise Gleichstrom-Durchführungen gebaut werden können.
Das Ausführungsbeispiel gemäss Anspruch 7 hat den Vorteil, dass insbesondere die höchsten Feldbelastungen im Bereich des Erdflansches mit dem Feldsteuermaterial beherrschbar sind.
Die Ausführungsbeispiele gemäss Anspruch 8 und 9 haben den Vorteil, dass beide Flanschregionen durch die Feldsteuermaterialien unabhängig voneinander vor Überschlägen oder Teilentladungen geschützt sind.
Anspruch 10a gibt verschiedene radiale Positionen zur Anordnung des Feldsteuermaterials am Isolatorteil an. Anspruch 10b hat den Vorteil, dass ein herkömmliches GFK-Rohr (glasfaserverstärkter Kunststoff) oder ein herkömmlicher Porzellanisolator durch ein selbsttragendes FGM-Rohr (Feldsteuermaterial-Rohr) ersetzbar ist.
Anspruch 11 gibt vorteilhafte Materialkomponenten für das Feldsteuerelement an.
Ansprüche 12 und 13 betreffen einen elektrischen Hochspannungsapparat und eine elektrische Schaltanlage umfassend eine erfindungsgemässe Durchführung mit den oben genannten Vorteilen.
Weitere Ausführungen, Vorteile und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus abhängigen Ansprüchen sowie aus der nun folgenden Beschreibung und den Figuren.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Fig. 1a, 1b
zeigen im Querschnitt konventionelle Hochspannungsdurchführungen gemäss Stand der Technik;
Fig. 2a-2d
zeigen im Querschnitt Ausführungsformen einer FGM-Durchführung für ein GFK-Rohr mit Silikonbeschirmung und
Fig. 2a
einer durchgehenden FGM-Beschichtung
Fig. 2b
einer erdseitigen FGM-Beschichtung
Fig. 2c
je einer unabhängigen erdseitigen und hochspannungsseitigen FGM-Beschichtung und
Fig. 2d
einer innenseitigen und aussenseitigen FGMBeschichtung;
Fig. 3a-3b
zeigen im Querschnitt und in Draufsicht Ausführungsformen einer FGM-Durchführung für einen Porzellanisolator mit innenseitiger und optional aussenseitiger FGM-Beschichtung;
Fig. 4
zeigt im Querschnitt eine Ausführungsform für ein selbsttragendes Feldsteuerelement mit einer Silikonbeschirmung;
Fig. 5
zeigt für Blitzstosstests berechnete elektrische Oberflächen-Feldverteilungen E(x) als Funktion der Ortskoordinate x entlang der Durchführung und als Funktion der Zeit für konventionelle Durchführungen (a, b, c) und für eine erfindungsgemässe FGM-Durchführung (D, E, F, G); und
Fig. 6
zeigt eine unvorteilhafte Feldverteilung E(x) bei zu kurzer Länge oder zu grosser Leitfähigkeit der FGM-Beschichtung.
In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Fig. 1a zeigt eine herkömmliche gasisolierte dielektrische Durchführung 1, insbesondere eine Hochspannungsdurchführung 1 für einen elektrischen Hochspannungsapparat. Die Durchführung 1 umfasst einen Isolatorteil 2; 2a, 2b mit einem ersten erdseitigen Montageflansch 4 zur Montage der Durchführung 1 an einem geerdeten Gehäuse 5 eines elektrischen Apparats (nicht dargestellt) und einen zweiten spannungsseitigen Montageflansch 8 zur Montage der Durchführung 1 an einem Hochspannungsteil (nicht dargestellt). Der Isolatorteil 2; 2a, 2b weist im Inneren einen Gasraum 20 für ein Isolationsgas 20 auf. Der Gasraum 20 enthält ein dielektrisch isolierendes Gas 20, z. B. Luft, Druckluft, Stickstoff, SF6 oder ähnliches Gas. Es kann auch ein Isolationsraum 20 zur Aufnahme einer Isolationsflüssigkeit 20 vorhanden sein. Die gasisolierte Durchführung 1 ist also hohl, typischerweise hohlzylindrisch, mit einer Achse 3a, zur Aufnahme eines elektrischen Teils 3 oder mindestens eines elektrischen Stromleiters 3 im Gasraum 20. Die Durchführung 1 dient in der Regel zum Anschluss des gekapselten elektrischen Apparats auf Erdpotential 5 an ein Hoch- oder Mittelspannungsnetz. Bekanntermassen ist eine innenliegende Abschirmelektrode 6, 6a notwendigerweise vorhanden, um in der feldbelasteten Zone 7, 7a am unteren Erdflansch 4 eine Feldentlastung zu erreichen und Teilentladungen und Überschläge zu vermindern oder zu vermeiden. Die Abschirmelektrode 6, 6a steht typischerweise in elektrischem Kontakt 46 mit dem Erdflansch 4. Sie ragt in den Gasraum 20 hinein und verjüngt sich im allgemeinen konisch nach oben. Sie bestimmt den Durchmesser der Durchführung 1 im Erdflanschbereich 4. Gestrichelt angedeutet ist eine weitere Abschirmelektrode 6, 6b, die in der feldbelasteten Zone 7, 7b am oberen spannungsseitigen Flansch 8 angeordnet sein kann. Auch diese ist oftmals konisch nach unten verjüngt und dient zur Feldsteuerung in der Feldbelastungszone 7, 7b.
Fig. 1b zeigt ein Beispiel einer feststoffisolierten Durchführung 1 gemäss Stand der Technik. Hier ist der Isolatorteil 2, 2b als im Inneren vollvolumig gefüllter Harz-Körper 2 mit einer optionalen Beschirmung 2b ausgeführt. Der Isolatorteil 2, 2b weist also im Inneren einen Isolationsraum für ein Feststoffisolationsmaterial 20 auf. 3b und 3c bezeichnen die Stromanschlüsse. Der Isolatorteil 2, 2b umgreift den Stromleiter 3. Zur Feldsteuerung ist wiederum eine Abschirmelektrode 6, 6a in der Feldbelastungszone 7, 7a am Erdflansch 4 vorhanden und ist mit dieser über eine Kontaktierung 46 elektrisch leitend verbunden.
Fig. 2a-2d und Fig. 3a-3b zeigen Ausführungsbeispiele für eine gasisolierte oder feststoffisolierte oder anderweitige isolierte dielektrische Durchführung 1', bei der erfindungsgemäss mindestens eine Abschirmelektrode 6; 6a, 6b ohne Einbusse an dielektrischer Festigkeit oder Zuverlässigkeit weggelassen wurde. Statt der Abschirmelektrode 6; 6a, 6b ist nämlich zum Zwecke der Feldsteuerung in der Feldbelastungszone 7; 7a, 7b ein nichtlinear elektrisches und/oder dielektrisches Feldsteuerelement 9; 9a, 9b; 9i, 9o; 9s am Isolatorteil 2; 2a, 2b; 2c im Bereich des ersten Montageflansches 4 vorhanden. Das Feldsteuerelement 9; 9a, 9b; 9i, 9o; 9s dient anstelle der früher im Isolatorteil 2; 2a, 2b; 2c angeordneten Abschirmelektrode 6; 6a, 6b zur dielektrischen Entlastung der Feldbelastungszone 7; 7a, 7b. Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele diskutiert.
Gemäss Fig. 2a ist das Feldsteuerelement 9 zur dielektrischen Entlastung der Feldbelastungszone 7 so ausgelegt, dass die Flanschregion 7 stressentlastet ist. Hierfür ist das Feldsteuerelement 9 in einer Zwischenschicht 22 zwischen dem GFK-Rohr (glasfaserverstärktem Kunststoff- und insbesondere Epoxy-Rohr) 2a und der Silikonbeschirmung 2b in Form einer zylindermantelförmigen Beschichtung 9 angeordnet. Insbesondere kann das Feldsteuerelement 9 durch irgendeinen bekannten Herstellungs- oder Verarbeitungsprozess, z. B. Giessen, Spritzen, Wickeln, Extrusion o. ä., auf die Aussenseite des GFK-Rohrs 2a aufgebracht sein.
Bevorzugt weist das Feldsteuerelement 9; 9a, 9b; 9i, 9o; 9s auf: nichtlinear elektrische Varistoreigenschaften und insbesondere eine kritische Feldstärke, die ein Varistor-Schaltverhalten des Feldsteuerelements 9; 9a, 9b; 9i, 9o; 9s charakterisiert; und/oder eine hohe Dielektrizitätskonstante ε, insbesondere ε>30, bevorzugt ε>40 und besonders bevorzugt ε>50.
Mit Vorteil steht das Feldsteuerelement 9 in elektrischem Kontakt mit dem ersten Montageflansch 4 und erstreckt sich über eine vorgebbare Länge l entlang einer Längserstreckung x des Isolatorteils 2; 2a, 2b. Es weist eine vorgebbare Dicke d oder Dickenverteilung d(l) als Funktion der Länge l auf. Bevorzugt ist seine Länge l grösser oder gleich einem Verhältnis einer maximalen zu prüfenden Stossspannung, insbesondere einer Blitzstossspannung, zu der kritischen elektrischen Feldstärke. Diese Designüberlegung gilt mit Vorteil für alle Ausführungsbeispiele, wo die Abschirmelektrode 6a im Erdflanschbereich 7a durch das Feldsteuerelement 9; 9a; 9i, 9o ersetzt ist.
Gemäss Fig. 2b ist das Feldsteuermaterial 9, 9i auf einer Innenseite 21 des GFK-Rohrs 2a angeordnet und kann dort zusätzlich auch Oberflächenladungen abzubauen helfen. Die Länge l1 ist hier beispielhaft so gewählt, dass die Feldsteuerschicht 9, 9i nicht in elektrischem Kontakt mit dem Gegenflansch 8 steht.
Gemäss Fig. 2c kann neben dem Feldsteuerelement 9; 9a ein weiteres Feldsteuerelement 9; 9b vorhanden sein, das ebenfalls geeignete nichtlinear elektrische und/oder dielektrische Eigenschaften, insbesondere solche wie zuvor für das Feldsteuerelement 9; 9a beschrieben, aufweist und das zusätzlich in einer Feldbelastungszone 7, 7b im Bereich des zweiten Montageflansches 8 über eine vorgebbare Länge l; l2 und Dicke d oder d(l2) am Isolatorteil 2; 2a, 2b vorhanden ist. Insbesondere dient das weitere Feldsteuerelement 9; 9b als Ersatz für eine Abschirmelektrode 6b im Bereich des zweiten, hier des oberen, Montageflansches 8. Hier ist beispielhaft wieder eine Anordnung des Feldsteuerelements 9; 9a inklusive des weiteren Feldsteuerelements 9; 9b in der Zwischenschicht 22 gewählt. Bevorzugt steht das weitere Feldsteuerelement 9; 9b in elektrischem Kontakt mit dem zweiten Montageflansch 8 und/oder ist das weitere Feldsteuerelement 9; 9b durch eine feldsteuermaterialfreie Zone, die sich entlang der Längserstreckung des Isolatorteils 2; 2a, 2b erstreckt, vom Feldsteuerelement 9; 9a im Bereich des ersten Montageflansches 4 getrennt.
Gemäss Fig. 2d kann zugleich ein erstes Feldsteuerelement 9; 9o in der Zwischenschicht 22 zwischen GFK-Rohr 2a und Beschirmung 2b und ein zweites Feldsteuerelement 9, 9i auf der Innenseite 21 des GFK-Rohrs 2a im Erdflanschbereich 7a vorhanden sein. Dadurch wird eine weiter verbesserte Feldsteuerung erreicht. Das erste integrierte und das zweite innenliegende Feldsteuerelement 9o, 9i können aus gleichem oder anderem Feldsteuermaterial und insbesondere Varistormaterial hergestellt sein. Die zugehörigen Dicken do, di und Längen lo, li können individuell ausgelegt sein. Beispielhaft ist di > do und li < lo gewählt.
Fig. 3a und Fig. 3b zeigen ein Isolatorteil 2, 2c aus einem Porzellan-Hohlisolator 2c, der auf der Innenseite 21 mit der Feldsteuerschicht 9, 9i ausgestattet ist. Optional kann zusätzlich auch auf der Aussenseite 23 eine Feldsteuermaterialbeschichtung 9o, z. B. in disjunkten horizontalen Streifen 9o, bevorzugt zwischen Isolatorschirmen 2c und insbesondere im unteren Erdflanschbereich 7a, vorhanden sein. Insgesamt kann also das Feldsteuermaterial 9; 9a, 9b; 9i, 9o in einer Beschichtung oder auch massiven Gestalt vorhanden sein, die auf einer Innenseite 21 und/oder integriert in einer Zwischenschicht 22 zwischen Bestandteilen 2a, 2b des Isolatorteils 2; 2a, 2b und/oder auf einer Aussenseite 23 des Isolatorteils 2; 2a, 2b; 2c angeordnet ist.
Gemäss Fig. 4 übernimmt das Feldsteuermaterial 9; 9s eine mechanisch tragende Funktion. Bevorzugt übernimmt das Feldsteuermaterial 9; 9s im Isolatorteil 2; 2b die ausschliessliche mechanisch selbsttragende Funktion, so dass ein herkömmliches selbsttragendes Kunststoffrohr 2a entfallen kann. Ein solches Feldsteuermaterial-Isolatorrohr 2; 2b inklusive 9s ist besonders einfach im Aufbau und besonders dünn im Durchmesser.
Für Gleichstromanwendungen soll das Feldsteuerelement 9; 9i, 9s gemäss Fig. 2a, Fig. 3a und Fig. 4 am Isolatorteil 2; 2a, 2b; 2c vollflächig und entlang einer Längserstreckung x des Isolatorteils 2; 2a, 2b; 2c durchgehend vorhanden sein und sowohl mit dem ersten Montageflansch 4; 8 als auch mit dem zweiten Montageflansch 8; 4 in elektrischem Kontakt stehen.
Eine bevorzugte Materialwahl für die Feldsteuermaterialien 9; 9a, 9b; 9i, 9o; 9s umfasst eine Matrix, die mit Mikrovaristorpartikeln und/oder Partikeln hoher Dielektrizitätskonstante gefüllt ist. Als Mikrovaristorpartikel kommen beispielsweise dotierte ZnO-Partikel, TiO2-Partikel oder SnO2-Partikel in Frage. Hohe Dielektrizitätskonstante weisen z. B. BaTiO3-Partikel oder TiO2-Partikel auf. Im Falle von ZnO-Mikrovaristorpartikeln werden diese typischerweise in einem Temperaturbereich von 800 °C bis 1200 °C gesintert. Nach einem Aufbrechen und gegebenenfalls Sieben des Sinterprodukts weisen die Mikrovaristorpartikel eine typische Teilchengrösse von kleiner als 125 µm auf. Die Matrix wird anwendungsspezifisch gewählt und kann z. B. ein Epoxy, Silikon, EPDM, Thermoplast, thermoplastisches Elastomer oder Glas umfassen. Die Befüllung der Matrix mit Mikrovaristorpartikeln kann beispielsweise zwischen 20 Volumen% und 60 Volumen% betragen.
Fig. 5 zeigt Berechnungen der E-Feldverteilung E(x), normiert auf ein maximales E-Feld E0, als Funktion der Längenortskoordinate x des Isolatorteils 2 und der Zeit, dargestellt durch sukzessive Momentaufnahmen a, b, c für eine herkömmliche Durchführung 1 mit Abschirmelektrode 6 gemäss Fig. 1 und D, E, F, G für eine erfindungsgemässe Durchführung 1'. Die Berechnungen wurden für eine SF6 170 kV Durchführung mit GFK-Rohr 2a und Silikonbeschirmung 2b gemäss herkömmlichem Aufbau 1 oder erfindungsgemässem Aufbau 1' gemacht. In Fig. 5 ist die elektrische Feldstärke E(x) an der Grenzfläche Silikon - Luft während oder kurz nach Anlegen einer Blitzstossspannung dargestellt, mit Zeitverzögerungen von 0,5 µs / 2,2 µs / 20 µs für die Kurven a, b, c und 0,5 µs / 1,0 µs / 5 µs / 20 µs für die Kurven D, E, F, G. Man erkennt deutlich, dass durch das neue Design der Durchführung 1' die E-Feldspitzen vermieden werden und zu jedem Zeitpunkt eine homogenere E-Feldverteilung erreicht wird. Zudem sind die Bereiche erhöhter Feldstärke nicht mehr ortsfest, was sich vorteilhaft auf das dielektrische Verhalten der Durchführung 1' auswirkt. Mit Hilfe der Feldberechnungen und der nichtlinear elektrischen und/oder dielektrischen Eigenschaften des Feldsteuerelements 9; 9a, 9b; 9i, 9o; 9s kann das Feldsteuerungs-Design der Durchführung 1' optimiert werden.
Fig. 6 zeigt eine ungenügende Auslegung, wobei das Feldsteuerelement 9; 9a, 9b; 9i, 9o; 9s eine zu hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist oder die Länge l; l1, l2 zu kurz gewählt ist. Dadurch breitet sich das E-Feld entlang der Feldsteuerschicht 9; 9a, 9b; 9i, 9o; 9s aus, wird dabei aber nicht abgebaut, so dass am Ende der Feldsteuerschicht 9; 9a, 9b; 9i, 9o; 9s gleichwohl wieder eine Feldüberhöhung auftritt, die zu Teilentladungen, Überschlägen oder Durchschlägen führen kann. Wird andererseits eine zu niedrige elektrische Leitfähigkeit des Feldsteuermaterials 9; 9a, 9b; 9i, 9o; 9s gewählt, so kann das E-Feld nicht effektiv kontrolliert oder gesteuert werden. Für eine optimale Auslegung eines varistorartigen Feldsteuerelements 9; 9a; 9i, 9o; 9s im Erdflanschbereich 7, 7a kann die einfache, aber wirkungsvolle Regel angegeben werden, dass die Feldsteuerelementlänge l; l1, l2 grösser oder gleich einem Verhältnis einer Stossspannung zu der kritischen elektrischen Feldstärke zu wählen ist, die das Varistor-Schaltverhalten des Feldsteuerelements 9; 9a, 9b; 9i, 9o; 9s charakterisiert.
Verwendungen der erfindungsgemässen dielektrischen Durchführung 1' betreffen u.a. den Einsatz als Durchführung 1' in einem elektrischen Hochspannungsapparat, insbesondere einem Trenner, Freiluft-Leistungsschalter, Vakuumschalter, Dead Tank Breaker, Stromwandler, Spannungswandler, Transformator, Leistungskondensator oder Kabelendverschluss oder in einer elektrischen Schaltanlage für Hoch- oder Mittelspannung. Gegenstand der Erfindung ist auch ein elektrischer Hochspannungsapparat, insbesondere ein Trenner, Freiluft-Leistungsschalter, Dead Tank Breaker, Stromwandler, Spannungswandler, Transformator, Leistungskondensator oder Kabelendverschluss, bei dem eine dielektrische Durchführung 1' wie zuvor beschrieben vorhanden ist. Ebenso wird eine elektrische Schaltanlage, insbesondere eine Hoch- oder Mittelspannungsschaltanlage, umfassend einen solchen elektrischen Hochspannungsapparat beansprucht.
BEZUGSZEICHENLISTE
1
Konventionelle Hochspannungsdurchführung
1'
FGM-Hochspannungsdurchführung
2
Selbsttragender Isolator
20
Isolation (fest, flüssig, gelartig, gasförmig), Epoxy, Schaumstoff, Öl, Luft, SF6
21
Innenseite des Isolatorteils
22
Zwischenschicht des Isolatorteils
23
Aussenseite des Isolatorteils
2a
GFK-Rohr (glasfaserverstärkter Kunststoff), glasfaserverstärktes Epoxy-Rohr
2b
Aussenisolator, Beschirmung, Silikon-Beschirmung
2c
Porzellanisolator
3
Stromleiter (auf Hochspannungspotential)
3a
Mittelachse
3b
Stromanschluss
3c
Stromanschluss
4
Flansch (geerdet), Erdflansch
46
Kontaktierung zwischen Flansch und Abschirmelektrode
5
Gehäuse von Hochspannungsapparat
6
Abschirmelektrode
6a
Abschirmelektrode, Erdungselektrode
6b
Abschirmelektrode, Hochspannungselektrode
7
Stark feldbelastete Zone
7a
Feldbelastungszone im Erdflanschbereich
7b
Feldbelastungszone im Hochspannungsflanschbereich
8
Hochspannungsflansch
9
Feldsteuerndes Material, FGM, Varistormaterial, feldsteuernde Beschichtung
9a
FGM im Erdflanschbereich
9b
FGM im Hochspannungsflanschbereich
9i
FGM auf Isolator-Innenfläche
9o
FGM auf Isolator-Aussenfläche
9s
selbsttragendes feldsteuerndes Isolatorrohr
a
konventionelle Durchführung, nach 0,5 µs
b
konventionelle Durchführung, nach 2,2 µs
c
konventionelle Durchführung, nach 20 µs
D
FGM-Durchführung, nach 0,5 µs
E
FGM-Durchführung, nach 1,0 µs
F
FGM-Durchführung, nach 5 µs
G
FGM-Durchführung, nach 20 µs
d, d(l)
Dicke der feldsteuernden Beschichtung oder des feldsteuernden Rohrs
di, do
Dicke der feldsteuernden Innenschicht oder Aussenschicht
l
Länge der feldsteuernden Beschichtung oder des feldsteuernden Rohrs
l1, l2
Länge der feldsteuernden Beschichtung im Erdflanschbereich oder Hochspannungsflanschbereich
E(x)
elektrische Feldverteilung entlang Hochspannungsdurchführung
Eo
maximales elektrisches Feld, Normierungsfeld
x
Ortskoordinate entlang Längserstreckung der FGMDurchführung

Claims (13)

  1. Dielektrische Durchführung (1'), insbesondere Hochspannungsdurchführung (1') für einen elektrischen Hochspannungsapparat, umfassend einen Isolatorteil (2; 2a, 2b; 2c) mit einem ersten Montageflansch (4; 8) und einem zweiten Montageflansch (8; 4) zur Montage der Durchführung (1'), dadurch gekennzeichnet, dass
    a) innerhalb der Durchführung (1') in einer Feldbelastungszone (7; 7a, 7b) im Bereich des ersten Montageflansches (4; 8) eine für ein gewünschtes Spannungsniveau erforderliche Abschirmelektrode (6; 6a, 6b) weggelassen ist und
    b) stattdessen zum Zwecke der Feldsteuerung in der Feldbelastungszone (7; 7a, 7b) ein nichtlinear elektrisches und/oder dielektrisches Feldsteuerelement (9; 9a, 9b; 9i, 9o; 9s) am Isolatorteil (2; 2a, 2b; 2c) im Bereich des ersten Montageflansches (4; 8) vorhanden ist.
  2. Die Durchführung (1') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Feldsteuerelement (9; 9a, 9b; 9i, 9o; 9s) hinsichtlich seiner nichtlinear elektrischen und/oder dielektrischen Eigenschaften, seiner geometrischen Gestalt und seiner Anordnung am Isolatorteil (2; 2a, 2b; 2c) zur dielektrischen Entlastung der Feldbelastungszone (7; 7a, 7b) ohne Abschirmelektrode (6; 6a, 6b) für alle Betriebszustände, insbesondere für Stossspannungen, ausgelegt ist.
  3. Die Durchführung (1') nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Feldsteuerelement (9; 9a, 9b; 9i, 9o; 9s) aufweist:
    a) nichtlinear elektrische Varistoreigenschaften und insbesondere eine kritische Feldstärke, die ein Varistor-Schaltverhalten des Feldsteuerelements (9; 9a, 9b; 9i, 9o; 9s) charakterisiert, und/oder
    b) eine hohe Dielektrizitätskonstante ε, insbesondere ε>30, bevorzugt ε>40 und besonders bevorzugt ε>50.
  4. Die Durchführung (1') nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Feldsteuerelement (9; 9a, 9b; 9i, 9o; 9s) in elektrischem Kontakt mit dem ersten Montageflansch (4; 8) steht, sich über eine vorgebbare Länge (l; l1, l2) entlang einer Längserstreckung (x) des Isolatorteils (2; 2a, 2b; 2c) erstreckt und eine vorgebbare Dicke (d) oder Dickenverteilung (d(l)) als Funktion der Länge (l; l1, l2) aufweist.
  5. Die Durchführung (1') nach Anspruch 3a und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (l; l1, l2) grösser oder gleich einem Verhältnis einer maximalen zu prüfenden Stossspannung zu der kritischen elektrischen Feldstärke gewählt ist.
  6. Die Durchführung (1') nach Anspruch 3a und optional Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Feldsteuerelement (9; 9i, 9s) für Gleichstromanwendungen am Isolatorteil (2; 2a, 2b; 2c) vollflächig und entlang einer Längserstreckung (x) des Isolatorteils (2; 2a, 2b; 2c) durchgehend vorhanden ist und sowohl mit dem ersten Montageflansch (4; 8) als auch mit dem zweiten Montageflansch (8; 4) in elektrischem Kontakt steht.
  7. Die Durchführung (1') nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    a) der erste Montageflansch (4) ein erdseitiger Montageflansch (4) zur Montage der Durchführung (1') an einem geerdeten Gehäuse (5) eines elektrischen Apparats ist und/oder
    b) der zweite Montageflansch (8) ein spannungsseitiger Montageflansch (8) zur Montage der Durchführung (1') an einem Hochspannungsteil ist und/oder
    c) der Isolatorteil (2; 2a, 2b; 2c) im Inneren einen Isolationsraum für ein Feststoffisolationsmaterial (20) oder für eine Isolationsflüssigkeit (20) oder einen Gasraum für ein Isolationsgas (20) aufweist.
  8. Die Durchführung (1') nach Anspruch 7a und 7b, dadurch gekennzeichnet, dass
    a) ein weiteres Feldsteuerelement (9; 9b) vorhanden ist, das geeignete nichtlinear elektrische und/oder dielektrische Eigenschaften, insbesondere solche gemäss Anspruch 3, aufweist und in einer Feldbelastungszone (7; 7a, 7b) im Bereich des zweiten Montageflansches (8; 4) über eine vorgebbare Länge (l; l2) und Dicke (d, d(l2) ) am Isolatorteil (2; 2a, 2b; 2c) angeordnet ist und
    b) insbesondere dass das weitere Feldsteuerelement (9; 9b) als Ersatz für eine Abschirmelektrode (6b) im Bereich des zweiten Montageflansches (8; 4) dient.
  9. Die Durchführung (1') nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass
    a) das weitere Feldsteuerelement (9; 9b) in elektrischem Kontakt mit dem zweiten Montageflansch (8; 4) steht und/oder
    b) das weitere Feldsteuerelement (9; 9b) durch eine feldsteuermaterialfreie Zone, die sich entlang der Längserstreckung des Isolatorteils (2; 2a, 2b) erstreckt, vom Feldsteuerelement (9; 9a; 9i, 9o) im Bereich des ersten Montageflansches (4; 8) getrennt ist.
  10. Die Durchführung (1') nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    a) das Feldsteuerelement (9; 9a, 9b; 9i, 9o; 9s) in einer Beschichtung oder massiven Gestalt vorhanden ist, die auf einer Innenseite (21) und/oder in einer Zwischenschicht (22) integriert zwischen Bestandteilen (2a, 2b) des Isolatorteils (2; 2a, 2b) und/oder auf einer Aussenseite (23), insbesondere dort in disjunkten horizontalen Streifen (9o), des Isolatorteils (2; 2a, 2b; 2c) vorhanden ist und/oder
    b) das Feldsteuerelement (9; 9a, 9b; 9i, 9o; 9s) eine mechanisch tragende Funktion übernimmt und insbesondere dass das Feldsteuermaterial (9; 9a, 9b; 9i, 9o; 9s) im Isolatorteil (2; 2a, 2b; 2c) die ausschliessliche mechanisch selbsttragende Funktion übernimmt.
  11. Die Durchführung (1') nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Feldsteuerelement (9; 9a, 9b; 9i, 9o; 9s) eine Matrix, insbesondere ein Epoxy, Silikon, EPDM, Thermoplast, thermoplastisches Elastomer oder Glas, umfasst und die Matrix
    a) mit Mikrovaristorpartikeln, insbesondere dotierten ZnO-Partikeln, TiO2-Partikeln oder SnO2-Partikeln, gefüllt ist und/oder
    b) mit Partikeln mit hoher Dielektrizitätskonstante, insbesondere mit BaTiO3-Partikeln oder TiO2-Partikeln, gefüllt ist.
  12. Elektrischer Hochspannungsapparat, insbesondere Trenner, Freiluft-Leistungsschalter, Vakuumschalter, Dead Tank Breaker, Stromwandler, Spannungswandler, Transformator, Leistungskondensator oder Kabelendverschluss, dadurch gekennzeichnet, dass eine dielektrische Durchführung (1') gemäss einem der vorangehenden Ansprüche vorhanden ist.
  13. Elektrische Schaltanlage, insbesondere Hoch- oder Mittelspannungsschaltanlage, gekennzeichnet durch einen elektrischen Hochspannungsapparat nach Anspruch 12.
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