EP2515313A1 - Hochspannungsdurchführung - Google Patents

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Publication number
EP2515313A1
EP2515313A1 EP11163397A EP11163397A EP2515313A1 EP 2515313 A1 EP2515313 A1 EP 2515313A1 EP 11163397 A EP11163397 A EP 11163397A EP 11163397 A EP11163397 A EP 11163397A EP 2515313 A1 EP2515313 A1 EP 2515313A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
insulator
capacitor
conductor
bushing
shield
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11163397A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ansgar Dais
Urs Kruesi
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 Technology AG
Original Assignee
ABB Technology AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Technology AG filed Critical ABB Technology AG
Priority to EP11163397A priority Critical patent/EP2515313A1/de
Publication of EP2515313A1 publication Critical patent/EP2515313A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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

Definitions

  • Such a high-voltage bushing connects a conductor arranged in a metal-encapsulated component of a high-voltage installation and insulated with a solid, liquid and / or gaseous insulating means with respect to the metal enclosure with an outer conductor which is generally insulated by the surrounding air, but which is also insulated other insulating means, such as a solid, oil or SF 6 , isolated and may be part of a high voltage cable, a cable end closure, a cable sleeve or a gas-insulated switchgear.
  • the mechanical installation of the implementation in the component for example in a transformer, is carried out by means of a mounting flange which is fixed to an insulator containing the capacitor winding.
  • a typical embodiment of such a bushing includes a field-controlling capacitor winding which is wound onto a round body designed as a metal solid or hollow cylinder.
  • the capacitor winding comprises an insulating film formed of paper or plastic, in which capacitor linings are inserted at certain intervals during winding. The insertion can be done by inserting metal foils, such as based on aluminum or by printing conductive material on the insulating film.
  • the capacitor pads are then arranged in the form of concentric cylinders. The lengths of the capacitor pads are graded so that the capacitances between two successive pads are substantially equal. Therefore, larger diameter capacitor pads have a shorter length in the axial direction. It is thus achieved with the capacitor winding a finely graded control of an electric field, which in operation of the implementation between the then high voltage potential and operating current leading round body and the metal encapsulation of the component, which is typically designed as a transformer acts.
  • the weather protection is in general as a porcelain housing (weather protection system A) or as a polymer housing with a hollow, typically fiber reinforced plastic pipe and mounted on the outer surface of this pipe shield of an elastomeric polymer, in particular a silicone or an EPDM (weather protection system B) formed but also have only a shield of the elastomeric polymer, which is poured directly onto the embedded in the cured polymer composition capacitor winding (weather protection system C).
  • the aforementioned three weather protection systems A, B and C provide a barrier against the ingress of water. Accordingly, they prevent the penetration of moisture into the cured polymer mass and therefore ensure that the moisture content in the capacitor winding does not increase and, accordingly, the electrical properties of the Implementation, such as in particular the electrical loss factor, even after several years of operation, the implementation does not change significantly.
  • the plastic pipe substantially increases the mechanical strength of the bushing as it absorbs the majority of the forces acting on the bushing upon application of a mechanical load, typically a static or dynamic bending force.
  • Bushings of the type mentioned are described for example in EP 1 284 484 B1 .
  • EP 1 771 866 B1 and WO 2009/053147 A1 The bushings described are each intended for installation in a metal housing of a high-voltage electrical apparatus, for example a transformer, and each have a capacitor winding integrated in an insulator. Attached to the insulator is a mounting flange which separates a portion of the capacitor coil located above the mounting flange from a portion of the capacitor coil located below the mounting flange and, after installation of the leadthrough into the apparatus, in an insulator devoid of air, typically oil or SF 6 , is arranged.
  • a region of these bushings exposed to the surrounding air in each case has a shield which acts as weather and radiation protection and which encloses the section of the capacitor winding located above the mounting flange.
  • the shielding can be like in EP 1 284 484 B1 and EP 1 771 689 B1 may be integrated into a porcelain insulator or made of silicone and fastened on a fiber-reinforced plastic pipe. But it can also - as in EP 1 417 689 B1 and WO 2009/053147 A1 described - applied directly to the between the mounting flange and a power terminal of the implementation extended outer surface of the capacitor winding receiving insulator.
  • the object is to provide a high-voltage bushing of the type mentioned, which is easy to manufacture and at the same time characterized by a high level of reliability.
  • a high voltage feedthrough comprising in coaxial arrangement a current conductor routed along an axis and an insulator fixed to the current conductor and comprising the current conductor, comprising a hardened insulating compound.
  • a capacitor winding is embedded with mutually electrically insulated capacitor pads, which are held in the radial direction by a wound around the axis insulating foil with distance from each other.
  • the implementation in a coaxial arrangement has a mounting flange attached to the insulator and a shielding extending from the mounting flange to a terminal of the current conductor.
  • the shield is formed in a lateral surface of the insulator, which is formed by the cured polymer composition and is arranged radially outwardly at a distance from the capacitor winding.
  • the shield is molded into the cured polymer composition. Since in the manufacture of the implementation in any case uncured polymer composition is required to impregnate the preformed by winding capacitor winding initially in a mold with the uncured polymer composition, this mold can be used advantageously in manufacturing technology, the shield in a suitable manner in a lateral surface of the Harden mold forming isolator.
  • the casting mold only requires circular depressions guided around the axis of the bushing, which are spaced from one another in the axial direction and formed in the inner wall of the casting mold.
  • the capacitor winding integrating insulator and the shield can be made using only a single mold, eliminating the need for the prior art with the weather protection systems B or C second mold for an elastomeric shielding. Since such a mold is determined by specifications of a supplier, now the material and the Design of the shielding can be set independently of external factors and so the performance of the implementation can be optimized. In addition, a time- and cost-intensive mechanical processing of the capacitor winding receiving insulator in the field of shielding is eliminated.
  • the shell surface of the insulator As determined by the shielding, has a suitably dimensioned spacing radially outward relative to the capacitor winding.
  • the implementation of the invention can therefore be manufactured inexpensively and at the same time has a high reliability.
  • thermoset in particular a polyurethane or an epoxy resin, may be selected, which is advantageously a cycloaliphatic epoxy resin in view of good outdoor resistance.
  • the surface of the shield may be coated with a hydrophobic material, particularly an organopolysiloxane.
  • the mechanical strength of the implementation and in particular of the shielding can be increased if the polymer composition comprises an inorganic filler, in particular a powder based on SiO 2 and / or Al 2 O. If the proportion of the filler in the polymer composition is 60 to 80 percent by weight, the implementation can be subjected to particularly high mechanical and thermal stress.
  • a reinforcement may be embedded in the polymer compound, which may optionally also extend into at least one screen of the screen.
  • a embodiment of the inventive implementation includes in coaxial arrangement a guided along the axis A current conductor 10, a conductor attached to the conductor and the insulator comprising insulator 20, a mounted on the insulator 20 mounting flange 30, an integrated capacitor 20 in the capacitor winding 40 and a formed in the insulator 20 Shield 21st
  • the current conductor 10 may be electrically connected at its lower end, not shown, to a power connection of a conductor of an electrical apparatus, typically a transformer, arranged in an insulating medium-filled metal housing. Its upper end formed by the power connection 11 can be electrically conductively connected to a high-voltage conductor which is generally free-air-insulated.
  • the shield 21 is guided along the axis A from the mounting flange 30 to the power connector 11. It serves as weather and radiation protection.
  • the capacitor winding 40 has mutually electrically insulated capacitor pads 41, which are held in the radial direction by a wound in the form of a spiral insulating film 42, which is typically made of paper and / or plastic, at a distance from each other.
  • the capacitor winding 40 is used to control an electric field, which forms during operation of the implementation between the then located at high voltage potential conductor 10 and then located at the potential of the metal housing of the transformer mounting flange 30.
  • the insulating film 42 and the capacitor pads 41 of the Capacitor coils 40 are embedded in a matrix of hardened polymer mass 22.
  • the shield 21 is formed in a radially outwardly spaced from the capacitor winding 40 held portion of the cured polymer composition.
  • the polymer mass 22 has a thermoset, filled or unfilled polymer. Particularly suitable is a thermoset based on a polyurethane or a cycloaliphatic epoxy resin.
  • the filler used is generally an inorganic powder based on SiO 2 and / or Al 2 O 3 with particle sizes which are typically between 0.01 and 2 mm.
  • the proportion by weight of the filler in the polymer mass 22 is advantageously 60 to 80 weight percent.
  • the conductor 10 and the capacitor winding 40 containing winding body is arranged in a mold, not shown.
  • the mold has in its inner wall along the axis A from each other at a distance from each other and annularly guided around the axis depressions. Further, the mold has two openings, one of which is the vacuum-tight implementation of the upper power connector 11 and the other of the vacuum-resistant implementation of the lower power connector, not shown.
  • the capacitor winding 40 is then - generally under vacuum - dried and then - generally also under vacuum - impregnated in the mold with the uncured polymer composition.
  • the uncured polymer composition According to the state of the art WO 2009/053147 A1 described insulating film 42 and optionally also the capacitor pads 41 have permeable pores and channels for the uncured polymer composition.
  • the uncured, at a high filler content, a high viscosity polymer composition may Therefore, even at high viscosity quickly penetrate into the interior of the capacitor winding 40.
  • the shield 21 and the stator 20 attached to the current conductor 10 containing moldings of the mold is removed.
  • a seat for the mounting flange 30 is machined.
  • the mounting flange 30 is typically fixed by gas or liquid tightness by gluing or cold shrinking on the insulator 20, so that after installation of the implementation in the metal housing of the high voltage component neither air into the interior of the metal housing still oil can escape from the housing.
  • the polymer composition contains a cycloaliphatic epoxy resin
  • a bushing produced as described above is generally sufficiently protected against solar radiation, moisture and contamination.
  • the shield 21 has high mechanical strength. It is achieved by the integration of the shield 21 in the insulator 20 not only a significant simplification of the production of the implementation, but also avoided that the individual screens of the shield 21 of animals - can be damaged - for example by Frass.
  • An improved protection against penetration through moisture is achieved if a surface exposed to the weathering of the screen 21 is coated with a hydrophobic material.
  • An organopolysiloxane which has been used as a coating material, has proven effective as in US 2011/0027532 A1 described in liquid form can be applied to the surface.
  • FIG. 3 In the embodiment according to Figure 3 is in contrast to the embodiment of the FIGS. 1 and 2 integrated in the insulator a largely axially symmetrical reinforcement 23 formed.
  • This reinforcement supports the predominantly formed from the relatively brittle, cured polymer mass 22 Insulator 20 and thus increases its mechanical strength.
  • the reinforcement may be integrated into the exposed outdoor section 24 of the insulator, but may also be integrated into a section 25 of the duct through the mounting flange 30.
  • the reinforcement 21 may also be integrated into only one of the two sections 24 or 25 or else into the section 26 of the insulator 20 situated below the mounting flange 30, that is to say in a region of the bushing exposed to the insulating means of the transformer.
  • the reinforcement has at least one layer 23a of a planar semifinished fiber product which is guided in the circumferential direction around the capacitor winding 40 and which advantageously contains at least one woven fabric, a scrim, a mat or a fleece.
  • Suitable fibers are inorganic fibers, for example based on glass or basalt, or inorganic fibers, for example based on aramid.
  • the reinforcement 23 may also have predominantly radially aligned, annularly guided around the layer 23a deposits 23b, which extend from the position 23a radially outwardly into the individual screens of the shield 21 and increase the mechanical strength of the shield.

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Abstract

Die Hochspannungsdurchführung weist in koaxialer Anordnung einen längs einer Achse (A) geführten Stromleiter (10) auf sowie einen am Stromleiter befestigten und den Stromleiter umfassenden Isolator (20), enthaltend eine gehärtete Polymermasse (22). In die gehärtete Polymermasse (22) ist ein Kondensatorwickel (40) mit voneinander elektrisch isolierten Kondensatorbelägen (41) eingebettet, die in radialer Richtung durch eine um die Achse (A) gewickelte Isolierfolie (42) mit Abstand voneinander gehalten sind. Ferner weist die Durchführung in koaxialer Anordnung auch einen am Isolator (20) befestigten Montageflansch (30) und eine vom Montageflansch (30) auf einen Anschluss (11) des Stromleiters (10) erstreckte Beschirmung (21) auf. Die Beschirmung (21) ist in eine Mantelfläche des Isolators (20) eingeformt, die von der gehärteten Polymermasse (22) gebildet und radial nach aussen mit Abstand zum Kondensatorwickel (40) angeordnet ist. Die Hochspannungsdurchführung kann einfach gefertigt werden und zeichnet sich dennoch durch eine grosse Betriebssicherheit aus.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Hochspannungsdurchführung enthaltend in koaxialer Anordnung:
    • einen längs einer Achse geführten Stromleiter,
    • einen am Stromleiter befestigten und den Stromleiter umfassenden Isolator, enthaltend eine gehärtete Polymermasse,
    • einen in die gehärtete Polymermasse eingebetteten Kondensatorwickel mit voneinander elektrisch isolierten Kondensatorbelägen, die in radialer Richtung durch eine um die Achse gewickelte Isolierfolie mit Abstand voneinander gehalten sind,
    • einen am Isolator befestigten Montageflansch und
    • eine vom Montageflansch auf einen Anschluss des Stromleiters erstreckte Beschirmung.
  • Eine solche Hochspannungsdurchführung verbindet einen in einer im allgemeinen metallgekapselt ausgebildeten Komponente einer Hochspannungsanlage angeordneten und mit einem festen, flüssigen und/oder gasförmigen Isoliermittel gegenüber der Metallkapselung isolierten Stromleiter mit einem Aussenleiter, der im allgemeinen durch die umgebende Luft isoliert wird, der aber auch mit einem anderen Isoliermittel, wie beispielsweise einem Feststoff, Öl oder SF6, isoliert und Teil eines Hochspannungskabels, eines Kabelendverschlusses, einer Kabelmuffe oder einer gasisolierten Schaltanlage sein kann. Der mechanische Einbau der Durchführung in die Komponente, beispielsweise in einen Transformator, erfolgt mit Hilfe eines Montageflansches, der an einem den Kondensatorwickel enthaltenden Isolator befestigt ist.
  • Eine typische Ausführungsform einer solchen Durchführung enthält einen feldsteuernden Kondensatorwickel, der auf einen als metallener Voll- oder Hohlzylinder ausgeführten Rundkörper aufgewickelt ist. Der Kondensatorwickel umfasst eine aus Papier oder Kunststoff gebildete Isolierfolie, in die beim Wickeln in bestimmten Abständen Kondensatorbeläge einfügt werden. Das Einfügen kann durch Einlegen von Metallfolien, etwa auf der Basis von Aluminium oder durch Aufdrucken von leitfähigem Material auf die Isolierfolie, erfolgen. Die Kondensatorbeläge sind dann in Form konzentrischer Zylinder angeordnet. Die Längen der Kondensatorbeläge sind so abgestuft, dass die Kapazitäten zwischen zwei aufeinanderfolgender Beläge weitgehend gleich sind. Daher weisen Kondensatorbeläge mit grösserem Durchmesser eine kürzere Länge in axialer Richtung auf. Es wird so mit dem Kondensatorwickel eine feingestufte Steuerung eines elektrischen Feldes erreicht, das bei Betrieb der Durchführung zwischen dem dann auf Hochspannungspotential liegenden und Betriebsstrom führenden Rundkörper und der Metallkapselung der Komponente, welche typischerweise als Transformator ausgebildet ist, wirkt.
  • In dem der umgebenden Luft ausgesetzten Bereich der Durchführung ist ein Abschnitt des Kondensatorwickels zum Schutz gegen äussere Einflüsse, wie Wetter, Verschmutzung und Strahlung, durch einen eine Beschirmung aufweisenden Wetterschutz umhüllt. Der Wetterschutz ist im allgemeinen als Porzellangehäuse (Wetterschutzsystem A) oder als Polymergehäuse mit einem hohlen, typischerweise faserverstärkten Kunststoffrohr und einer auf der Mantelfläche dieses Rohrs angebrachten Beschirmung aus einem elastomeren Polymer, wie insbesondere einem Silicon oder einem EPDM (Wetterschutzsystem B), ausgebildet, kann aber auch lediglich eine Beschirmung aus dem elastomeren Polymer aufweisen, die direkt auf den in die gehärtete Polymermasse eingebetteten Kondensatorwickel aufgegossen ist (Wetterschutzsystem C).
  • Die vorgenannten drei Wetterschutzsysteme A, B und C stellen eine Barriere gegen das Eindringen von Wasser dar. Sie verhindern dementsprechend das Eindringen von Feuchtigkeit in die gehärtete Polymermasse und stellen daher sicher, dass sich der Feuchtigkeitsgehalt im Kondensatorwickel nicht erhöht und sich dementsprechend die elektrischen Eigenschaften der Durchführung, wie insbesondere der elektrische Verlustfaktor, auch nach mehrjährigem Betrieb der Durchführung nicht wesentlich ändern.
  • Beim Wetterschutzsystem B erhöht das Kunststoffrohr die mechanische Festigkeit der Durchführung wesentlich, da es den überwiegenden Teil der Kräfte aufnimmt, die beim Anlegen einer mechanischen Last, wie typischerweise einer statischen oder dynamischen Biegekraft, an der Durchführung wirken.
    • STAND DER TECHNIK
  • Durchführungen der eingangs genannten Art sind beispielsweise beschrieben in EP 1 284 484 B1 , EP 1 417 689 B1 , EP 1 771 866 B1 und WO 2009/053147 A1 . Die beschriebenen Durchführungen sind jeweils zum Einbau in ein metallenes Gehäuse eines elektrischen Hochspannungsapparates, beispielsweise eines Transformators, bestimmt und weisen jeweils einen in einen Isolator integrierten Kondensatorwickel auf. Am Isolator ist ein Montageflansch befestigt, der einen oberhalb des Montageflanschs, in Luft angeordneten Abschnitt des Kondensatorwickels von einem Abschnitt des Kondensatorwickels trennt, der unterhalb des Montageflanschs gelegen ist und der nach Einbau der Durchführung in den Apparat in einem von Luft abweichenden Isoliermittel, typischerweise Öl oder SF6, angeordnet ist. Ein der umgebenden Luft ausgesetzter Bereich dieser Durchführungen weist jeweils eine als Wetter- und Strahlenschutz wirkende Beschirmung auf, die den oberhalb des Montageflanschs gelegenen Abschnitt des Kondensatorwickels einschliesst.
  • Die Beschirmung kann wie in EP 1 284 484 B1 und EP 1 771 689 B1 gezeigt in einen Porzellanisolator integriert sein oder aus Silicon gefertigt und auf einem faserverstärkten Kunststoffrohr befestigt sein. Sie kann aber auch - wie in EP 1 417 689 B1 und WO 2009/053147 A1 beschrieben - unmittelbar auf die zwischen dem Montageflansch und einem Stromanschluss der Durchführung erstreckte Aussenfläche des den Kondensatorwickel aufnehmenden Isolators aufgebracht sein.
    • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Der Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen angegeben ist, liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochspannungsdurchführung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einfach zu fertigen ist und sich zugleich durch eine grosse Betriebssicherheit auszeichnet.
  • Gemäss der vorliegenden Erfindung wird eine Hochspannungsdurchführung bereitgestellt, die in koaxialer Anordnung einen längs einer Achse geführten Stromleiter aufweist sowie einen am Stromleiter befestigten und den Stromleiter umfassenden Isolator, enthaltend eine gehärtete Isoliermasse. In die gehärtete Polymermasse ist ein Kondensatorwickel mit voneinander elektrisch isolierten Kondensatorbelägen eingebettet, die in radialer Richtung durch eine um die Achse gewickelte Isolierfolie mit Abstand voneinander gehalten sind. Ferner weist die Durchführung in koaxialer Anordnung einen am Isolator befestigten Montageflansch und eine vom Montageflansch auf einen Anschluss des Stromleiters erstreckte Beschirmung auf. Die Beschirmung ist in eine Mantelfläche des Isolators eingeformt, die von der gehärteten Polymermasse gebildet und radial nach aussen mit Abstand zum Kondensatorwickel angeordnet ist.
  • Bei der Durchführung nach der Erfindung ist der Beschirmung in die gehärtete Polymermasse eingeformt. Da bei der Fertigung der Durchführung in jedem Falls ungehärtete Polymermasse benötigt wird, um den durch Wickeln vorgefertigten Kondensatorwickel zunächst in einer Giessform mit der ungehärteten Polymermasse zu imprägnieren, kann diese Giessform fertigungstechnisch vorteilhaft dazu verwendet werden, die Beschirmung in geeigneter Weise in eine Mantelfläche des beim Härten sich bildenden Isolators der Durchführung einzuformen. Die Giessform benötigt dazu lediglich kreisringförmig um die Achse der Durchführung geführte Vertiefungen, die in axialer Richtung voneinander mit Abstand angeordnet und in die Innenwand der Giessform eingeformt sind.
  • Da der den Kondensatorwickel integrierende Isolator und die Beschirmung unter Verwendung lediglich einer einzigen Giessform gefertigt werden können, entfällt eine beim Stand der Technik mit den Wetterschutzsystemen B oder C benötigte zweite Giessform für eine elastomere Beschirmung. Da eine solche Giessform durch Vorgaben eines Lieferanten bestimmt ist, können nun das Material und das Design der Beschirmung unabhängig von äusseren Faktoren festgesetzt und so das Betriebsverhalten der Durchführung optimiert werden. Zudem entfällt eine zeit- und kostenintensive mechanische Bearbeitung des den Kondensatorwickel aufnehmenden Isolators im Bereich der Beschirmung.
  • Bei der Fertigung der Durchführung entfallen sowohl eine aufwendige Befestigung und eine arbeitsintensive Installation eines Wetterschutzsystems A oder B als auch eine störanfällige Schnittstelle zwischen dem Isolator und einer auf dem Isolator aufgebrachten, elastomeren Beschirmung eines Wetterschutzsystems C. Es werden auch eine spezielle Ausrüstung und zusätzlicher zeitlicher Aufwand vermieden, so wie dies bei der Fertigung der Durchführung mit dem Wetterschutzschutzsystem C anfällt. Ebenso wird ein Spalt zwischen dem Kondensatorwickel und dem Wetterschutzsystem A oder B vermieden, so dass nun ein trockener Füllstoff zum Auffüllen des Spalts und eine dazu notwendige Ausrüstung entbehrlich sind. Es entfällt so auch eine oft ein bis zwei Tage dauernde Zeitspanne, die zur Härtung des zunächst in flüssiger Form in den Spalt eingebrachten Füllstoffs benötigt wird. Ferner entfallen die nach Auffüllen des Spalts mit Füllstoff und nach Härten des Füllstoffs sich bildenden, störanfälligen zwei Schnittstellen zwischen dem Kondensatorwickel und dem trockenen Füllstoff resp. dem trockenen Füllstoff und dem Wetterschutzsystem A oder B. Zudem entfallen separate Flansche, die sonst am Kopf und am Fuss einer die Wetterschutzsysteme A oder B aufweisenden Durchführung anzubringen sind. Im Unterschied zu Durchführungen mit dem Wetterschutzsystem B oder C ist die erfindungsgemässe Durchführung weitgehend vor Zerstörung durch Tiere (Tierfrass) geschützt.
  • Um den Kondensatorwickel gegen äussere Störfaktoren, wie etwa Feuchtigkeit, Strahlung oder die Einleitung mechanischer Last, zu schützen, weist die von der Beschirmung bestimmte Mantelfläche des Isolators gegenüber dem Kondensatorwickel radial nach aussen einen geeignet bemessenen Abstand auf.
  • Die Durchführung nach der Erfindung kann daher kostengünstig gefertigt werden und weist zugleich eine hohe Betriebssicherheit auf.
  • Als Polymer der gehärteten Polymermasse kann ein Duroplast, insbesondere ein Polyurethan oder ein Epoxidharz, gewählt sein, welches in Hinblick auf gute Freiluftbeständigkeit mit Vorteil ein cycloaliphatisches Epoxidharz ist.
  • Um die Freiluftbeständigkeit der gehärteten Polymermasse zu erhöhen, kann die Oberfläche der Beschirmung mit einem hydrophoben Material, insbesondere mit einem Organopolysiloxan, beschichtet sein.
  • Die mechanische Festigkeit der Durchführung und insbesondere der Beschirmung kann vergrössert werden, falls die Polymermasse einen anorganischen Füllstoff, insbesondere ein Pulver auf der Basis von SiO2 und/oder Al2O, aufweist. Beträgt der Anteil des Füllstoffs an der Polymermasse 60 bis 80 Gewichtsprozent, so kann die Durchführung mechanisch und thermisch besonders hoch belastet werden.
  • Um eine zusätzliche Erhöhung der mechanischen Festigkeit der Durchführung zu erreichen, kann in die Polymermasse eine Verstärkung eingebettet sein, welche gegebenenfalls auch in mindestens einen Schirm der Beschirmung erstreckt sein kann.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Hierbei zeigt:
    • Fig.1
    eine Aufsicht auf eine längs einer Achse A erstreckte erste Ausführungsform der Durchführung nach der Erfindung, die links der Achse geschnitten dargestellt ist,
    Fig.2
    eine Vergrösserung eines umrandet dargestellten Teils der Durchführung nach Fig.1, und
    Fig.3
    ein gemäss Fig.2 dargestelltes Teil einer zweiten Ausführungsform der Durchführung nach der Erfindung.
    WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • In allen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen auch gleichwirkende Teile. Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte, längs der Achse A ausgerichtete Ausführungsform der erfindungsgemässen Durchführung enthält in koaxialer Anordnung einen längs der Achse A geführten Stromleiter 10, einen am Stromleiter befestigten und den Stromleiter umfassenden Isolator 20, einen am Isolator 20 befestigten Montageflansch 30, einen in den Isolator 20 integrierten Kondensatorwickel 40 und eine in den Isolator 20 eingeformte Beschirmung 21.
  • Der Stromleiter 10 kann mit seinem nicht dargestellten unteren Ende mit einem Stromanschluss eines in einem isoliermittelgefüllten Metallgehäuse angeordneten Stromleiters eines elektrischen Apparates, typischerweise einem Transformator, elektrisch leitend verbunden werden. Sein vom Stromanschluss 11 gebildetes oberes Ende ist mit einem im allgemeinen freiluftisolierten Hochspannungsleiter elektrisch leitend verbindbar.
  • Die Beschirmung 21 ist längs der Achse A vom Montageflansch 30 auf den Stromanschluss 11 geführt. Sie dient als Wetter- und Strahlenschutz.
  • Der Kondensatorwickel 40 weist voneinander elektrisch isolierte Kondensatorbeläge 41 auf, die in radialer Richtung durch eine in Form einer Spirale gewickelten Isolierfolie 42, welche typischerweise aus Papier und/oder Kunststoff besteht, mit Abstand voneinander gehalten sind. Die Längen der Kondensatorbeläge 41 oberhalb des Montageflansches 30, also in einem der Luft ausgesetzten Abschnitt 24 der Durchführung, wie auch unterhalb des Montageflansches 30, also in einem dem Isoliermittel des metallgekapselten Apparates ausgesetzten, nur teilweise dargestellten Abschnitt 26 der Durchführung verkleinern sich mit zunehmendem, radialem Abstand zum Stromleiter 10 stetig.
  • Der Kondensatorwickel 40 dient der Steuerung eines elektrischen Feldes, welches sich während des Betriebs der Durchführung zwischen dem dann auf Hochspannungspotential befindlichen Stromleiter 10 und dem dann auf dem Potential des Metallgehäuses des Transformators befindlichen Montageflansch 30 ausbildet. Die Isolierfolie 42 und die Kondensatorbeläge 41 des Kondensatorwickels 40 sind in eine Matrix aus einer durch Härten verfestigten Polymermasse 22 eingebettet. Die Beschirmung 21 ist in einen radial nach aussen mit Abstand zum Kondensatorwickel 40 gehaltenen Abschnitt der gehärteten Polymermasse einformt. Die Polymermasse 22 weist ein als Duroplast ausgebildetes, gefülltes oder ungefülltes Polymer auf. Besonders geeignet ist ein Duroplast auf der Basis eines Polyurethans oder eines cycloaliphatischen Epoxidharzes. Als Füllstoff wird im allgemeinen ein anorganisches Pulver auf der Basis von SiO2 und/oder Al2O3 mit Partikelgrössen, die typischerweise zwischen 0,01 und 2 mm liegen, verwendet. Um eine besonders hohe mechanische Festigkeit der Durchführung zu gewährleisten, beträgt der Gewichtsanteil des Füllstoffs an der Polymermasse 22 mit Vorteil 60 bis 80 Gewichtsprozent.
  • Zum Fertigen der Durchführung wird - wie etwa in WO 2009/053147 A1 beschrieben - die typischerweise Papier oder Kunststoff enthaltende Isolierfolie 42 auf den drehbar gelagerten Stromleiter 10 unter Bildung einer Spirale aufgewickelt und werden die typischerweise Metallfolie enthaltenden Kondensatorbeläge 41 während des Wickelvorgangs in die einzelnen Windungen der Spirale eingefügt.
  • Ein so gebildeter, den Stromleiter 10 und den Kondensatorwickel 40 enthaltender Wickelkörper wird in einer nicht dargestellten Giessform angeordnet. Die Giessform weist in deren Innenwand entlang der Achse A voneinander mit Abstand angeordnete und kreisringförmig um die Achse geführte Vertiefungen auf. Ferner weist die Giessform zwei Öffnungen auf, von denen die eine der vakuumfesten Durchführung des oberen Stromanschlusses 11 und die andere der vakuumfesten Durchführung des nicht dargestellten, unteren Stromanschlusses dient.
  • Der Kondensatorwickel 40 wird sodann - im allgemeinen unter Vakuum - getrocknet und anschliessend - im allgemeinen ebenfalls unter Vakuum - in der Giessform mit der ungehärteten Polymermasse imprägniert. Die im Stand der Technik nach WO 2009/053147 A1 beschriebene Isolierfolie 42 und gegebenenfalls auch die Kondensatorbeläge 41 weisen für die ungehärtete Polymermasse durchlässige Poren und Kanäle auf. Die ungehärtete, bei einem hohen Füllstoffanteil eine grosse Viskosität aufweisende Polymermasse kann daher auch bei hoher Viskosität rasch ins Innere des Kondensatorwickels 40 eindringen.
  • Nachfolgend wird die Polymermasse in der Giessform unter Bildung der Matrix und damit auch unter Bildung des Isolators 20 und der Beschirmung 21 - im allgemeinen bei erhöhten Temperaturen - gehärtet. Sodann wird ein die Beschirmung 21 und den am Isolator 20 befestigten Stromleiter 10 enthaltender Formkörper der Giessform entnommen. In diesen Formkörper wird spanabhebend ein Sitz für den Montageflansch 30 eingeformt. Der Montageflansch 30 wird typischerweise durch Kleben oder Kaltaufschrumpfen am Isolator 20 gas- und flüssigkeitsdicht fixiert, so dass nach Einbau der Durchführung ins Metallgehäuse der Hochspannungskomponente weder Luft ins Innere des Metallgehäuses noch Öl aus dem Gehäuse treten kann.
  • Enthält die Polymermasse ein cycloaliphatisches Epoxidharz, so ist eine - wie vorstehend beschrieben gefertigte - Durchführung im allgemeinen ausreichend gegen Sonneneinstrahlung, Feuchtigkeit und Verschmutzung geschützt. Im Unterschied zu einer Durchführung nach dem Stand der Technik mit einer aus einem Elastomer, wie insbesondere einem Silicon, gefertigten Beschirmung 21 weist die Beschirmung 21 eine hohe mechanische Festigkeit auf. Es wird so durch die Integration der Beschirmung 21 in den Isolator 20 nicht nur eine wesentliche Vereinfachung der Fertigung der Durchführung erreicht, sondern zugleich vermieden, dass die einzelnen Schirme der Beschirmung 21 von Tieren - etwa durch Frass - beschädigt werden können.
  • Ein verbesserter Schutz der Durchführung vor Feuchtigkeit wird erreicht, wenn eine dem Witterungseinfluss ausgesetzte Oberfläche der Beschirmung 21 mit einem hydrophoben Material beschichtet ist. Als Beschichtungsmaterial bewährt hat sich ein Organopolysiloxan, welches wie in US 2011/0027532 A1 beschrieben in flüssiger Form auf die Oberfläche aufgebracht werden kann.
  • Bei der Ausführungsform gemäss Fig.3 ist im Unterschied zur Ausführungsform nach den Figuren 1 und 2 in den Isolator eine weitgehend axialsymmetrisch ausgebildete Verstärkung 23 integriert. Diese Verstärkung stützt den vorwiegend aus der vergleichsweise spröden, gehärteten Polymermasse 22 gebildeten Isolator 20 und erhöht so dessen mechanische Festigkeit. Die Verstärkung kann in den der umgebenden Freiluft ausgesetzten Abschnitt 24 des Isolators integriert werden, kann aber auch in einen durch den Montageflansch 30 geführten Abschnitt 25 der Durchführung integriert sein. Alternativ kann die Verstärkung 21 auch in nur einen der beiden Abschnitte 24 oder 25 integriert sein oder aber auch in den unterhalb des Montageflanschs 30 befindlichen Abschnitt 26 des Isolators 20, also in einem dem Isoliermittel des Transformators ausgesetzten Bereich der Durchführung. Die Verstärkung weist mindestens eine in Umfangsrichtung um den Kondensatorwickel 40 geführte Lage 23a eines flächenhaften Faserhalbzeugs auf, welches mit Vorteil mindestens ein Gewebe, ein Gelege, eine Matte oder ein Vlies enthält. Geeignete Fasern sind anorganische Fasern, etwa auf der Basis von Glas oder Basalt, oder anorganische Fasern, etwa auf der Basis von Aramid. Wie aus Fig.3 ersichtlich ist, kann die Verstärkung 23 auch vorwiegend radial ausgerichtete, ringförmig um die Lage 23a geführte Einlagen 23b aufweisen, die sich von der Lage 23a radial nach aussen in die einzelnen Schirme der Beschirmung 21 erstrecken und die mechanische Festigkeit der Beschirmung erhöhen.
  • Bei der Fertigung der Durchführung werden der den Stromleiter 10 und den Kondensatorwickel 40 enthaltende Wickelkörper und die Verstärkung 23 in der zuvor beschriebenen, nicht dargestellten Giessform angeordnet und wie zuvor beschrieben unter Vakuum getrocknet, mit der ungehärteten Polymermasse imprägniert und die Polymermasse unter Bildung des Isolators 20 gehärtet.
    • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 10
    Stromleiter
    11
    Stromanschluss
    20
    Isolator
    21
    Beschirmung
    22
    gehärtete Polymermasse
    23
    Verstärkung
    23a
    Lage aus Faserhalbzeug
    23b
    Einlagen aus Faserhalbzeug
    24, 25, 26
    Abschnitte des Isolators 20
    30
    Montageflansch
    40
    Kondensatorwickel
    41
    Kondensatorbeläge
    42
    Isolierfolie
    A
    Achse

Claims (10)

  1. Hochspannungsdurchführung, enthaltend in koaxialer Anordnung:
    einen längs einer Achse (A) geführten Stromleiter (10),
    einen am Stromleiter (10) befestigten und den Stromleiter (10) umfassenden Isolator (20), enthaltend eine gehärtete Polymermasse (22),
    einen in die gehärtete Polymermasse (22) eingebetteten Kondensatorwickel (40) mit voneinander elektrisch isolierten Kondensatorbelägen (41), die in radialer Richtung durch eine um die Achse (A) gewickelte Isolierfolie (42) mit Abstand voneinander gehalten sind,
    einen am Isolator (20) befestigten Montageflansch (30) und
    eine vom Montageflansch (30) auf einen Anschluss (11) des Stromleiters (10) erstreckte Beschirmung (21),
    dadurch gekennzeichnet, dass die Beschirmung (21) in eine Mantelfläche des Isolators (20) eingeformt ist, die von der gehärteten Polymermasse (22) gebildet und radial nach aussen mit Abstand zum Kondensatorwickel (40) angeordnet ist.
  2. Durchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Polymer der gehärteten Polymermasse ein Duroplast, insbesondere ein Polyurethan oder ein Epoxidharz, gewählt ist.
  3. Durchführung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Duroplast ein cycloaliphatisches Epoxidharz ist.
  4. Durchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Beschirmung (21) mit einem hydrophoben Material beschichtet ist.
  5. Durchführung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung von einem Organopolysiloxan gebildet ist.
  6. Durchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermasse einen anorganischen Füllstoff aufweist.
  7. Durchführung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff ein Pulver auf der Basis von SiO2 und/oder Al2O3 enthält.
  8. Durchführung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Füllstoff an der Polymermasse 60 bis 80 Gewichtsprozent beträgt.
  9. Durchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in die Polymermasse eine Verstärkung (23) eingebettet ist.
  10. Durchführung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkung in mindestens einen Schirm der Beschirmung (21) erstreckt ist.
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