EP2281294B1 - Hochspannungs-messwandler mit flexibler isolierung - Google Patents

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EP2281294B1
EP2281294B1 EP09757030A EP09757030A EP2281294B1 EP 2281294 B1 EP2281294 B1 EP 2281294B1 EP 09757030 A EP09757030 A EP 09757030A EP 09757030 A EP09757030 A EP 09757030A EP 2281294 B1 EP2281294 B1 EP 2281294B1
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EP
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insulation
high voltage
voltage transducer
compressible
flexible
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Ruthard Minkner
Rolf Fluri
Oliver Belz
Albert Claudi
Jean-Michel Ehret
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Trench France SAS
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Trench France SAS
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    • H01F41/127—Encapsulating or impregnating

Definitions

  • the invention relates to a high-voltage transducer with an insulation.
  • the high-voltage transducers are installed in networks to measure voltages and currents for the following tasks: power measurement, grid monitoring in terms of disturbances, load flow control in the networks, optimization or minimization of losses in the networks, etc.
  • US 3,525,908 discloses a high voltage transducer according to the preamble of claim 1.
  • SF 6 insulation mentioned in point 3 above is more problematic for outdoor converters, as SF 6 can escape into the atmosphere if a shell or a sealing system of the outdoor converter is damaged.
  • a pressure gauge of the necessary gas pressure is little used, as experience has shown that used measuring instruments represent a weak point. Switchgear systems with SF 6 insulation are to be judged much more favorably, since they are constantly monitored, and strict legal conditions must be met.
  • High-voltage transducers equipped with oil paper and SF 6 insulation are labor-intensive to manufacture. In order to produce more cost-effectively, these labor-intensive insulation should be replaced by a more cost-effective insulation.
  • a high voltage transducer is in Fig. 1 in section, a measuring part of a high-voltage current transformer according to the prior art with an oil-paper insulation 512 shown.
  • the high voltage current transformer comprises a metal housing (head) 501 which is at high voltage potential 516.
  • the high voltage current transformer comprises a conductor 502 which carries a current I p to be measured and how the housing 501 is at high voltage potential 516.
  • measuring cores 504 are installed for the detection of the current I p .
  • a gap 505 between the oil-paper insulation 512 and the housing 501 is filled with oil.
  • a bushing 506 (controlled insulation) comprises a metallic support tube 507 at ground potential 508 and any insulator 509, e.g. Oil-based paper (OIP), resin-impregnated crepe paper (RIP), kraft paper (RBP), films with a suitable impregnating agent such as SF 6 , air or oil.
  • An insulator 510 is the necessary insulator between the housing at high voltage potential 516 and ground.
  • a compensating bellows 511 is necessary for oil-paper insulation and compensates for a temperature-related volume change of the oil.
  • a high-voltage voltage converter according to the prior art is shown as another example of a high-voltage transducer.
  • the high voltage voltage converter comprises a housing 523b, which is at ground potential 528, a trapezoidal layer winding 531 with insulation, a bushing 526, an insulator 529 and an iron core 524.
  • a high voltage electrode 521 on high voltage potential 536 and a ground electrode 523a at ground potential 528 and the housing 523b (ground potential 528) an oil-paper insulation 532 is used.
  • Below ground electrode 523a is a secondary winding 535 arranged.
  • the high-voltage voltage converter comprises as a voltage connection 522 a metal tube 527 in the bushing 526 with an active part, the voltage connection 522 being connected to the high-voltage electrode 521.
  • the trapezoidal layer winding 531 is connected to the high voltage electrode 521 and the ground electrode 523a (ground potential 528).
  • the high voltage voltage converter comprises an oil gap 525, analogous to the gap 505 (see Fig. 1 ).
  • the oil-paper insulation comprises a ply insulation between the trapezoidal ply wrap 531 and a final-distance insulation 533.
  • the end-distance insulation 533 is disposed between a ply winding end 534 and the housing 523b at ground potential 528.
  • the present invention has for its object to provide a high-voltage transducer, which does not have the disadvantages associated with an oil or SF 6 insulation, can also be used at high voltages and can be produced inexpensively.
  • the independent claim 10 relates to a method for producing a high-voltage transducer according to the invention. Vorheilhafte embodiments emerge from the dependent claims.
  • a high-voltage transducer according to the invention has an insulation comprising a flexible and compressible silicone gel insulation.
  • Compressible insulation allows use existing converter designs for widely varying temperature ranges.
  • the silicone gel insulation is an excellent insulation that is dry and flexible and will not cause environmental damage if damaged.
  • the high-voltage transducer according to the invention is a current transformer with a head insulation against ground for the measurement of a current in a switchgear, wherein the insulation between high voltage and ground comprises the flexible and compressible silicone gel insulation. This eliminates the need for an oil compensation bellows required in the prior art.
  • the high-voltage transducer is an inductive voltage transformer for measuring a primary voltage U p between phase and earth or between phase and neutral in single-, two- and three-phase systems, with a primary winding and one or more secondary windings, the insulation between layer winding and housing includes flexible and compressible silicone gel insulation.
  • the flexible and compressible silicone gel insulation of the inventive high voltage transducer has at least one resin and a hardener, e.g. B. WACKER SilGelĀ® 612.
  • a hardener e.g. B. WACKER SilGelĀ® 612.
  • the outstanding properties of two-component (epoxy and polyurethane resin) resins lead to insulation that has a very low viscosity in the unpolymerized state and is easily degassed and shed. These properties and a sum of trials and considerations led to the selection of a two component silicone gel casting resin.
  • the WACKER SilGelĀ® 612 is a pourable, room temperature addition-curing two-component silicone insulation. It does not vulcanize to a silicone rubber in the conventional sense, but gives a soft gel-like insulation.
  • WACKER SilGelĀ® 612 will be delivered without any free silicone fluids.
  • the cross-linked silicone gel is soft and flexible. It has a high dielectric strength, which corresponds to the operating field strengths of the prior art oil paper insulation.
  • the insulation produced with the silicone gel used can be used in the following temperature ranges, which are typically required for high-voltage transducers: outside temperature of -50 Ā° C to + 60 Ā° C or operating temperature of the insulation due to the self-heating of the high-voltage transducer of -50 Ā° C to + 100 Ā° C.
  • the flexible and compressible silicone gel insulation of the high-voltage transducer according to the invention has a compressible filler.
  • a filler of compressible hollow microspheres was determined by experiments using gas, e.g. B. with pentane or isobutane, are filled.
  • gas e.g. B. with pentane or isobutane
  • Various fill levels eg 10%, 30%, 50%
  • compression tests were carried out to achieve the required compressibility.
  • Different hollow microspheres with different spherical size, coating, material and filling gas were tested as filler. Dielectric tests with ball-and-ball arrangement and plate-plate arrangement (criterion 1% of the breakdown field strength) were made.
  • the resulting hollow microspheres have a diameter in the range of 10 microns to 80 microns, preferably from 20 microns to 30 microns.
  • the hollow microspheres have a wall thickness of 1.5 microns to 2.5 microns.
  • the size of the spheres resulted from a compromise on the partial discharge freedom of the cured crosslinked bicomponent insulating resin, price, miscibility and electrical requirements determined by experimental breakdown tests. Also, the filler adds to the breakdown field strength and field strength without shortening the life. All of this is done incorporating requirements for treating a casting surface of an inner core shell and an inner header housing wall for high electrical field strengths.
  • the compressible filler comprises hollow microspheres.
  • the hollow microspheres are z. B. the type Expancel 091 DE40d30 the company Expancel.
  • the said hollow microspheres have proven to be particularly advantageous, but another filler is quite conceivable.
  • the proportion of hollow microspheres is 20% to 50%, preferably 30% to 40%.
  • the hollow microspheres each have a thermoplastic shell which is provided with a size for bonding the hollow microspheres to the silicone gel.
  • the hollow microspheres are inside with a gas, eg. For example, isobutane or pentane, filled.
  • the sizing has the function of a primer on the hollow microsphere so that the silicone gel can adhere well.
  • the flexible and compressible silicone gel insulation between -50 Ā° C and + 60 Ā° C ambient temperature is compressible by 15% to 30% in the inventive high-voltage transducer.
  • the necessary compressibility depends on the size of the converter housing. Due to the compressibility of the necessary in the prior art ā‡ lkompensationsbalg omitted.
  • Another aspect of the present invention relates to a method of making a high voltage transducer in accordance with the present invention having flexible and compressible silicone gel insulation comprising a resin, a hardener, and a filler, wherein the resin comprises filler and the hardener contains filler be premixed separately under vacuum.
  • resin, hardener and filler are mixed with a mixer under vacuum, then filled into a housing under vacuum and finally pressurized. After filling, the vacuum is broken and the silicone gel insulation at 20 Ā° C by 15% until 30% compressed. The filling allows a minimization of the work required for the production of the insulation.
  • a first embodiment of a high-voltage current transformer according to the invention is shown as a high-voltage transducer with a flexible and compressible silicone gel insulation 13, which in comparison to the prior art, the oil-paper insulation 512 (see Fig. 1 ) replaced.
  • the high-voltage current transformer comprises a housing (head) 1 made of metal, which is at high voltage potential 16. Also, the high-voltage current transformer comprises a conductor 2, which leads a current I p to be measured and how the housing 1 is at high-voltage potential 16.
  • measuring cores 4 are installed for the detection of the current I p .
  • a bushing 6 or controlled insulation comprises a metallic support tube 7 at ground potential 8 and any insulating material 9, z. B.
  • oil-paper OIP
  • resin impregnated Crepe paper RIP
  • kraft paper RBP
  • films with a suitable impregnating agent such as SF 6 , air or oil.
  • An insulator 10 is the necessary insulator between the housing at high voltage potential 16 and ground.
  • An oil expansion component see compensating bellows 511 in Fig. 1 ), which is necessary for oil-paper insulation and compensates for a temperature-related expansion of the oil, is not needed.
  • a section through a second embodiment of a high voltage voltage converter according to the invention as a high voltage transducer with a flexible and compressible silicone gel insulation 36 is shown, which in comparison to the prior art, the end distance insulation 533 (see Fig. 2 ) and the oil slit 525 (see Fig. 2 ) replaced.
  • the high voltage voltage converter comprises a housing 23b, which is at ground potential 28, a high voltage electrode 21 at high voltage potential 26, an earth electrode 23a and an iron core 24. Below the earth electrode 23a, a secondary winding 35 is arranged.
  • the high-voltage voltage converter comprises as a voltage connection a metal tube 27 in a passage with an active part 29, wherein the voltage terminal is connected to the high-voltage electrode 21.
  • a trapezoidal layer winding 31 as a primary winding with layer windings and a layer winding end 34 are connected to the high voltage electrode 21 and the ground potential 28.
  • the insulation between the ply windings must continue to exist for the construction of the trapezoidal ply winding 31.
  • the insulation between the ply windings must be compatible with the silicone gel insulation, and the silicone gel insulation must adhere very well to the ply windings so that it can can not form columns that lead to partial discharges.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Hochspannungs-Messwandler mit einer Isolierung.
  • Die Hochspannungs-Messwandler werden in Netze eingebaut, um Spannungen und Strƶme fĆ¼r folgende Aufgaben zu messen: Leistungsmessung, NetzĆ¼berwachung in Bezug auf Stƶrungen, Lastflussregelung in den Netzen, Optimierung bzw. Minimierung der Verluste in den Netzen, etc.
  • US 3 525 908 offenbart einen Hochspannungs-Messwandler gemƤƟ Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Stand der Technik sind folgende Hochspannungs-Messwandler mit Isolierungen fĆ¼r einen Spannungsbereich von 6 kV bis 800 kV Wechsel- oder Gleichspannung:
    1. 1. Epoxydharz oder Polyurethanharz Feststoff-Isolierungen im Bereich von 6 kV bis 100 kV fĆ¼r Innenraum- und Freiluftschaltanlagen.
    2. 2. Ɩlpapier-Isolierungen fĆ¼r den Bereich von 72.5 kV bis 800 kV und hƶher.
    3. 3. SF6-Isolierungen fĆ¼r den Bereich von 72.5 kV bis 800 kV und hƶher.
  • Die vorstehend unter Punkt 2 und Punkt 3 genannten Isolierungen haben aus der Sicht der UmweltvertrƤglichkeit gewisse Nachteile: Bei BeschƤdigung einer HĆ¼lle der Isolierung der unter Punkt 2 genannten Ɩlpapier-Isolierung kann eine sehr geringe Menge an Ɩl austreten, obwohl die modernen Hochspannungs-Messwandler ƶlarm gebaut sind. Beim Einsatz von reinem Mineralƶl ist diese geringe Menge jedoch abbaubar. Verglichen mit der SF6-Isolierung ist mit der Ɩlpapier-Isolierung eine sehr kompakte und hochausgenutzte Isolierung mƶglich, die Stand der Technik ist. Auch eine noch so geringe Leckage an HĆ¼llen und Dichtungssystemen wird durch eine braune Farbe sofort bemerkt.
  • Die vorstehend unter Punkt 3 genannte SF6-Isolierung ist fĆ¼r Freiluftwandler problematischer, da bei BeschƤdigung einer HĆ¼lle oder eines Dichtsystems des Freiluftwandlers SF6 in die AtmosphƤre austreten kann. Eine Druckanzeige des notwendigen Gasdruckes wird wenig benutzt, da die Erfahrung gezeigt hat, dass hierfĆ¼r verwendete MessgerƤte einen Schwachpunkt darstellen. Wesentlich gĆ¼nstiger sind Schaltanlagen mit SF6-Isolierungen zu beurteilen, da sie laufend Ć¼berwacht werden, und scharfe gesetzliche Auflagen erfĆ¼llt werden mĆ¼ssen.
  • Der Einsatz der vorstehend unter Punkt 1 genannten Epoxydharz oder Polyurethan-Harz Feststoff-Isolierungen als Elektrogiessharz-Isolierungen stƶsst bei hohen Spannungen an Grenzen infolge der durch ErwƤrmung im Innern der Wandler hervorgerufenen mechanischen Spannungen. Ausserdem ist sie fest, starr und nicht flexibel. Hingegen ist sie eine trockene Isolierung, d.h. bei einer Zerstƶrung der Isolierung durch Ɯberspannung, beispielsweise bei Blitzeinschlag, treten keine schƤdlichen Produkte auf.
  • Mit Ɩlpapier- und SF6-Isolierungen ausgestattete Hochspannungs-Messwandler sind arbeitsintensiv in der Herstellung. Um kostengĆ¼nstiger produzieren zu kƶnnen, sollen diese arbeitsintensiven Isolierungen durch eine kostengĆ¼nstigere Isolierung ersetzt werden.
  • Als Beispiel eines Hochspannungs-Messwandlers ist in Fig. 1 im Schnitt ein Messteil eines Hochspannungsstromwandlers gemƤss dem Stand der Technik mit einer Ɩl-Papierisolierung 512 gezeigt. Der Hochspannungsstromwandler umfasst ein GehƤuse (Kopf) 501 aus Metall, welches auf Hochspannungspotential 516 liegt. Ebenfalls umfasst der Hochspannungsstromwandler einen Leiter 502, der einen zu messenden Strom Ip fĆ¼hrt und wie das GehƤuse 501 auf Hochspannungspotential 516 liegt. In einer inneren Kernschale 503 sind Messkerne 504 fĆ¼r die Erfassung des Stroms Ip eingebaut. Ein Spalt 505 zwischen der Ɩl-Papierisolierung 512 und dem GehƤuse 501 ist mit Ɩl gefĆ¼llt. Eine DurchfĆ¼hrung 506 (gesteuerte Isolierung) umfasst ein metallisches TrƤgerrohr 507 auf Erdpotential 508 und einen beliebigen Isolierstoff 509, z. B. Ɩl-Papier (OIP), harzimprƤgniertes Krepp-Papier (RIP), Hartpapier (RBP), Folien mit einem geeigneten ImprƤgniermittel wie SF6, Luft oder Ɩl. Ein Isolator 510 ist der notwendige Isolator zwischen dem GehƤuse auf Hochspannungspotential 516 und Erde. Ein Kompensationsbalg 511 ist fĆ¼r Ɩl-Papier-Isolierungen notwendig und kompensiert eine temperaturbedingte VolumenƤnderung des Ɩls.
  • In Fig. 2 ist im Schnitt ein Hochspannungs-Spannungswandler gemƤss dem Stand der Technik als weiteres Beispiel eines Hochspannungs-Messwandlers gezeigt. Der Hochspannungs-Spannungswandler umfasst ein GehƤuse 523b, welches auf Erdpotential 528 liegt, eine trapezfƶrmige Lagenwicklung 531 mit Isolierung, eine DurchfĆ¼hrung 526, einen Isolator 529 und einen Eisenkern 524. Als Isolierung zwischen einer Hochspannungs-Elektrode 521 auf Hochspannungs-potential 536 und einer Erdelektrode 523a auf Erdpotential 528 bzw. dem GehƤuse 523b (Erdpotential 528) wird eine Ɩl-Papier-Isolierung 532 verwendet. Unterhalb der Erdelektrode 523a ist eine SekundƤrwicklung 535 angeordnet. Der Hochspannungs-Spannungswandler umfasst als Spannungsanschluss 522 ein Metallrohr 527 in der DurchfĆ¼hrung 526 mit einem Aktivteil, wobei der Spannungsanschluss 522 mit der Hochspannungs-Elektrode 521 verbunden ist. Die trapezfƶrmige Lagenwicklung 531 ist mit der Hochspannungs-Elektrode 521 und der Erdelektrode 523a (Erdpotential 528) verbunden. Der Hochspannungs-Spannungswandler umfasst einen Ɩlspalt 525, analog zum Spalt 505 (siehe Fig. 1). Die Ɩl-Papier-Isolierung umfasst eine Lagenisolierung zwischen der trapezfƶrmigen Lagenwicklung 531 und einer Enddistanz-Isolierung 533. Die Enddistanz-Isolierung 533 ist zwischen einem Lagen-Wicklungsende 534 und dem GehƤuse 523b auf Erdpotential 528 angeordnet.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochspannungs-Messwandler vorzuschlagen, welcher die mit einer Ɩl- oder SF6-Isolierung verbundenen Nachteile nicht aufweist, auch bei hohen Spannungen einsetzbar ist und kostengĆ¼nstig hergestellt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch den erfindungsgemƤssen Hochspannungs-Messwandler gelƶst, wie er im unabhƤngigen Patentanspruch 1 definiert ist. Der unabhƤngige Patentanspruch 10 bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemƤssen Hochspannungs-Messwandlers. Vorheilhafte AusfĆ¼hrungsvarianten ergeben sich aus den abhƤngigen PatentansprĆ¼chen.
  • Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass ein erfindungsgemƤsser Hochspannungs-Messwandler eine Isolierung aufweist, die eine flexible und komprimierbare Silikon-Gel-Isolierung umfasst. Eine komprimierbare Isolierung erlaubt den Einsatz vorhandener Wandlerkonstruktionen fĆ¼r stark variierende Temperaturbereiche. Die Silikon-Gel-Isolierung ist eine hervorragende Isolierung, die trocken und flexibel ist und die bei BeschƤdigungen keine Umweltverschmutzungen zur Folge hat.
  • Im Speziellen ist der erfindungsgemƤsse Hochspannungs-Messwandler ein Stromwandler mit einer Kopfisolierung gegen Erde fĆ¼r die Messung eines Stromes in einer Schaltanlage, wobei die Isolierung zwischen Hochspannung und Erde die flexible und komprimierbare Silikon-Gel-Isolierung umfasst. Dadurch kann ein beim Stand der Technik erforderlicher Ɩl-Kompensationsbalg entfallen.
  • Im Speziellen ist der erfindungsgemƤsse Hochspannungs-Messwandler ein induktiver Spannungswandler fĆ¼r die Messung einer PrimƤrspannung Up zwischen Phase und Erde oder zwischen Phase und Nullleiter in Ein-, Zwei- und Dreiphasensystemen, mit einer PrimƤrwicklung und einer oder mehreren SekundƤrwicklungen, wobei die Isolierung zwischen Lagenwicklung und GehƤuse die flexible und komprimierbare Silikon-Gel-Isolierung umfasst.
  • Im Speziellen weist die flexible und komprimierbare Silikon-Gel-Isolierung des erfindungsgemƤssen Hochspannungs-Messwandler mindestens ein Harz und einen HƤrter auf, z. B. WACKER SilGelĀ® 612. Die hervorragenden Eigenschaften von elektrischen Zweikomponenten-Harzen (Epoxyd- und Polyurethanharz) fĆ¼hren zu einer Isolierung, die eine sehr niedrige ViskositƤt im nicht polymerisierten Zustand besitzt und sich leicht entgasen und vergiessen lƤsst. Diese Eigenschaften und eine Summe von Versuchen und Ɯberlegungen fĆ¼hrten zu der Auswahl eines Zweikomponenten Silikongel-Giessharzes. Das WACKER SilGelĀ® 612 ist eine giessbare, bei Raumtemperatur additionsvernetzende Zweikomponenten-Silikonisolierung. Es vulkanisiert nicht zu einem Silikongummi im herkƶmmlichen Sinn, sondern ergibt eine weiche gelartige Isolierung. Diese ist durch die folgenden Merkmale charakterisiert: sie besitzt eine sehr niedrige HƤrte (Silikon-Gel), ist eine glasklare Verbindung, besitzt eine ausgeprƤgte Eigenklebrigkeit und weist exzellente Isolierungseigenschaften auf. Desweiteren wird das WACKER SilGelĀ® 612 ohne Anteile an freien SilikonflĆ¼ssigkeiten geliefert. Das vernetzte Silikon-Gel ist weich und flexibel. Es weist eine hohe dielektrische Festigkeit auf, die den BetriebsfeldstƤrken der Ɩlpapier-Isolierungen des Stands der Technik entsprechen. Die mit dem verwendeten Silikon-Gel hergestellte Isolierung lƤsst sich in den folgenden Temperaturbereichen einsetzen, die typischerweise fĆ¼r Hochspannungs-Messwandler gefordert werden: Aussentemperatur von -50Ā°C bis +60Ā°C bzw. Einsatztemperatur der Isolierung aufgrund der EigenerwƤrmung des Hochspannungs-Messwandlers von -50Ā°C bis +100Ā°C.
  • Im Speziellen weist die flexible und komprimierbare Silikon-Gel-Isolierung des erfindungsgemƤssen Hochspannungs-Messwandler einen komprimierbaren FĆ¼llstoff auf. FĆ¼r die Komprimierbarkeit des Basismaterials, zur Senkung der Kosten und zur Reduzierung des Gewichts des Basismaterials wurde ein FĆ¼llstoff aus komprimierbaren Mikrohohlkugeln durch Versuche ermittelt, die mit Gas, z. B. mit Pentan oder Isobutan, gefĆ¼llt sind. Es wurden verschiedene FĆ¼llgrade (z. B. 10%, 30%, 50%) untersucht und Druckversuche vorgenommen, um die geforderte Komprimierbarkeit zu erreichen. Verschiedene Mikrohohlkugeln mit unterschiedlicher Kugelgrƶsse, -Beschichtung, -Material und FĆ¼llgas wurden als FĆ¼llstoff getestet. Durchschlagsversuche mit Kugel-Kugel-Anordnung und Platte-Platte-Anordnung (Kriterium 1% der DurchschlagsfeldstƤrke) wurden vorgenommen. Die daraus resultierenden Mikrohohlkugeln haben einen Durchmesser im Bereich von 10 Āµm bis 80 Āµm, vorzugsweise von 20 Āµm bis 30 Āµm. Die Mikrohohlkugeln weisen eine WandstƤrke von 1.5 Āµm bis 2.5 Āµm auf. Die Grƶsse der Kugeln ergab sich aus einem Kompromiss an die Teilentladungsfreiheit des ausgehƤrteten vernetzten Zweikomponentenisolierharzes, Preis, Mischbarkeit und den elektrischen Anforderungen, die durch experimentelle Durchschlagsversuche ermittelt wurden. Auch trƤgt der FĆ¼llstoff zur Erhƶhung der DurchschlagfeldstƤrke und der BetriebsfeldstƤrke bei, ohne dass die Lebensdauer verkĆ¼rzt wird. All dies geschieht unter Einbeziehung von Anforderungen zur Behandlung einer GussoberflƤche einer inneren Kernschale und einer inneren Kopf-GehƤusewand fĆ¼r hohe elektrische BetriebsfeldstƤrken.
  • Im Speziellen umfasst der komprimierbare FĆ¼llstoff Mikrohohlkugeln. Die Mikrohohlkugeln sind z. B. vom Typ Expancel 091 DE40d30 der Firma Expancel. Die besagten Mikrohohlkugeln haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen, ein anderer FĆ¼llstoff ist aber durchaus denkbar.
  • Im Speziellen betrƤgt bei der eingesetzten Isolierung des erfindungsgemƤssen Hochspannungs-Messwandler der Anteil der Mikrohohlkugeln 20% bis 50%, vorzugsweise 30% bis 40%.
  • Im Speziellen weisen beim erfindungsgemƤssen Hochspannungs-Messwandler die Mikrohohlkugeln jeweils eine thermoplastische HĆ¼lle auf, die mit einer Schlichte zur Verbindung der Mikrohohlkugel mit dem Silikon-Gel versehen ist. Die Mikrohohlkugeln sind im Innern mit einem Gas, z. B. Isobutan oder Pentan, gefĆ¼llt. Die Schlichte hat die Funktion einer Grundierung auf der Mikrohohlkugel, damit das Silikon-Gel gut anhaften kann. Hervorragende AdhƤsionskrƤfte (Klebrigkeit) der Isolierung an eine innere Schale des WandlerkopfgehƤuses und an der inneren Kernschale, in der die Wandlerkerne eingebaut sind, verhindern, dass sich die Isolierung von der GehƤusewand ablƶst, und es deshalb zu Teilentladungen in den Spalten kommt, die zu einer Zerstƶrung der Isolierung fĆ¼hren.
  • Im Speziellen ist beim erfindungsgemƤssen Hochspannungs-Messwandler die flexible und komprimierbare Silikon-Gel-Isolierung zwischen -50Ā°C und +60Ā°C Umgebungstemperatur um 15% bis 30% komprimierbar. Die notwendige Komprimierbarkeit hƤngt von der Grƶsse des WandlergehƤuses ab. Durch die Komprimierbarkeit kann der beim Stand der Technik notwendige Ɩl-Kompensationsbalg entfallen.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemƤssen Hochspannungs-Messwandlers, der eine flexible und komprimierbare Silikon-Gel-Isolierung aufweist, welche ein Harz, einen HƤrter und einen FĆ¼llstoff umfasst, wobei das Harz mit FĆ¼llstoff und der HƤrter mit FĆ¼llstoff unter Vakuum getrennt vorgemischt werden.
  • Im Speziellen werden beim erfindungsgemƤssen Verfahren zur Herstellung eines Hochspannungs-Messwandlers Harz, HƤrter und FĆ¼llstoff mit einem Mischer unter Vakuum gemischt, anschliessend in ein GehƤuse unter Vakuum eingefĆ¼llt und schliesslich unter Druck gesetzt. Nach dem EinfĆ¼llen wird das Vakuum gebrochen und die Silikon-Gel-Isolierung bei 20Ā°C um 15% bis 30% komprimiert. Das EinfĆ¼llen ermƶglicht eine Minimierung des Arbeitsaufwandes fĆ¼r die Herstellung der Isolierung.
  • Im Folgenden wird der erfindungsgemƤsse Hochspannungs-Messwandler unter Bezugnahme auf die beigefĆ¼gten Zeichnungen anhand von zwei AusfĆ¼hrungsbeispielen detaillierter beschrieben. Es zeigen:
    • Fig. 3 -
    einen Schnitt durch ein AusfĆ¼hrungsbeispiel eines erfindungsgemƤssen Hochspannungsstromwandlers als Hochspannungs-Messwandler mit einer flexiblen und komprimierbaren Silikon-Gel-Isolierung; und
    Fig. 4 -
    einen Schnitt durch ein AusfĆ¼hrungsbeispiel eines erfindungsgemƤssen Hochspannungs-Spannungswandlers als Hochspannungs-Messwandler mit einer flexiblen und komprimierbaren Silikon-Gel-Isolierung.
  • In Fig. 3 ist ein erstes AusfĆ¼hrungsbeispiel eines erfindungsgemƤssen Hochspannungsstromwandlers als Hochspannungs-Messwandler mit einer flexiblen und komprimierbaren Silikon-Gel-Isolierung 13 gezeigt, welche im Vergleich zum Stand der Technik die Ɩl-Papier-Isolierung 512 (siehe Fig. 1) ersetzt. Der Hochspannungsstromwandler umfasst ein GehƤuse (Kopf) 1 aus Metall, welches auf Hochspannungspotential 16 liegt. Ebenfalls umfasst der Hochspannungsstromwandler einen Leiter 2, der einen zu messenden Strom Ip fĆ¼hrt und wie das GehƤuse 1 auf Hochspannungspotential 16 liegt. In einer inneren Kopfschale 3 sind Messkerne 4 fĆ¼r die Erfassung des Stroms Ip eingebaut. Eine DurchfĆ¼hrung 6 oder gesteuerte Isolierung umfasst ein metallisches TrƤgerrohr 7 auf Erdpotential 8 und einen beliebigen Isolierstoff 9, z. B. Ɩl-Papier (OIP), harzimprƤgniertes Krepp-Papier (RIP), Hartpapier (RBP), Folien mit einem geeigneten ImprƤgniermittel wie SF6, Luft oder Ɩl. Ein Isolator 10 ist der notwendige Isolator zwischen dem GehƤuse auf Hochspannungspotential 16 und Erde. Eine Ɩlausdehnungskomponente (siehe Kompensationsbalg 511 in Fig. 1), die fĆ¼r Ɩl-Papier-Isolierungen notwendig ist und eine temperaturbedingte Ausdehnung des Ɩls kompensiert, wird nicht benƶtigt.
  • In Fig. 4 ist ein Schnitt durch ein zweites AusfĆ¼hrungsbeispiel eines erfindungsgemƤssen Hochspannungs-Spannungswandlers als Hochspannungs-Messwandler mit einer flexiblen und komprimierbaren Silikon-Gel-Isolierung 36 gezeigt, welche im Vergleich zum Stand der Technik die Enddistanz-Isolierung 533 (siehe Fig. 2) und den Ɩlspalt 525 (siehe Fig. 2) ersetzt. Der Hochspannungs-Spannungswandler umfasst ein GehƤuse 23b, welches auf Erdpotential 28 liegt, eine Hochspannungs-Elektrode 21 auf Hochspannungspotential 26, eine Erd-elektrode 23a und einen Eisenkern 24. Unterhalb der Erdelektrode 23a ist eine SekundƤrwicklung 35 angeordnet. Der Hochspannungs-Spannungswandler umfasst als Spannungsanschluss ein Metallrohr 27 in einer DurchfĆ¼hrung mit einem Aktivteil 29, wobei der Spannungsanschluss mit der Hochspannungs-Elektrode 21 verbunden ist. Eine trapezfƶrmige Lagenwicklung 31 als PrimƤrwicklung mit Lagenwicklungen und einem Lagen-Wicklungsende 34 sind an der Hochspannungs-Elektrode 21 und dem Erdpotential 28 angeschlossen. Die Isolierung zwischen den Lagenwicklungen muss weiter bestehen bleiben fĆ¼r den Aufbau der trapezfƶrmigen Lagenwicklung 31. Die Isolierung zwischen den Lagenwicklungen muss kompatibel mit der Silikon-Gel-Isolierung sein, und die Silikon-Gel-Isolierung muss sehr gut an den Lagenwicklungen haften, damit sich keine Spalten bilden kƶnnen, die zu Teilentladungen fĆ¼hren.
  • Zu den vorbeschriebenen Hochspannungs-Messwandlern sind weitere konstruktive Variationen realisierbar. Insbesondere sind Kombinationen der verschiedenen AusfĆ¼hrungsbeispiele denkbar.

Claims (11)

  1. Hochspannungs-Messwandler mit einer Isolierung und einer DurchfĆ¼hrung, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierung eine flexible und komprimierbare Silikon-Gel-Isolierung (13; 36) umfasst.
  2. Hochspannungs-Messwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochspannungs-Messwandler ein Stromwandler mit einer Kopfisolierung (13) gegen Erde fĆ¼r die Messung eines Stromes in einer Schaltanlage ist, und dass die Isolierung zwischen Hochspannung und Erde die flexible und komprimierbare Silikon-Gel-Isolierung (13; 36) umfasst .
  3. Hochspannungs-Messwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochspannungs-Messwandler ein induktiver Spannungswandler fĆ¼r die Messung einer PrimƤrspannung Up zwischen Phase und Erde oder zwischen Phase und Nullleiter in Ein-, Zwei- und Dreiphasensystemen, mit einer PrimƤrwicklung (31) und einer oder mehreren SekundƤrwicklungen (35) ist, und dass die Isolierung zwischen Lagenwicklung und GehƤuse (23b) die flexible und komprimierbare Silikon-Gel-Isolierung (13; 36) umfasst.
  4. Hochspannungs-Messwandler nach einem der AnsprĆ¼che 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible und komprimierbare Silikon-Gel-Isolierung (13; 36) mindestens ein Harz und einen HƤrter umfasst, z. B. WACKER SilGelĀ® 612.
  5. Hochspannungs-Messwandler nach einem der AnsprĆ¼che 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible und komprimierbare Silikon-Gel-Isolierung (13; 36) einen komprimierbaren FĆ¼llstoff umfasst .
  6. Hochspannungs-Messwandler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der komprimierbare FĆ¼llstoff Mikrohohlkugeln umfasst.
  7. Hochspannungs-Messwandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei der eingesetzten Isolierung der Anteil der Mikrohohlkugeln 20% bis 50%, vorzugsweise 30% bis 40%, betrƤgt.
  8. Hochspannungs-Messwandler nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrohohlkugeln jeweils eine thermoplastische HĆ¼lle aufweisen, die mit einer Schlichte zur Verbindung der Mikrohohlkugel mit dem Silikon-Gel versehen ist, und dass die Mikrohohlkugeln im Innern mit einem Gas, z. B. Isobutan, gefĆ¼llt sind.
  9. Hochspannungs-Meeawandler nach einem der AnsprĆ¼che 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible und komprimierbare Silikon-Gel-Isolierung (13; 36) zwischen -50Ā°C und +60Ā°C Umgebungstemperatur um 15% bis 30% komprimierbar ist.
  10. Verfahren zur Herstellung eines Hochspannungs-Messwandlers mit einer DurchfĆ¼hrung, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochspannungs-Messwandler eine flexible und komprimierbare Silikon-Gel-Isolierung (13; 36) aufweist, welche ein Harz, einen HƤrter und einen FĆ¼llstoff umfasst, wobei das Harz mit FĆ¼llstoff und der HƤrter mit FĆ¼llstoff unter Vakuum getrennt vorgemischt werden.
  11. Verfahren zur Herstellung eines Hochspannungs-Messwandler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Harz, HƤrter und FĆ¼llstoff mit einem Mischer unter Vakuum gemischt, anschliessend in ein GehƤuse unter Vakuum eingefĆ¼llt und schliesslich unter Druck gesetzt werden.
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