EP4197019A1 - Hochspannungsgerät und verfahren zur erhöhung der dielektrischen festigkeit in dem hochspannungsgerät - Google Patents

Hochspannungsgerät und verfahren zur erhöhung der dielektrischen festigkeit in dem hochspannungsgerät

Info

Publication number
EP4197019A1
EP4197019A1 EP21783404.3A EP21783404A EP4197019A1 EP 4197019 A1 EP4197019 A1 EP 4197019A1 EP 21783404 A EP21783404 A EP 21783404A EP 4197019 A1 EP4197019 A1 EP 4197019A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrode
voltage device
encapsulating housing
current
potential
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.)
Granted
Application number
EP21783404.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP4197019C0 (de
EP4197019B1 (de
Inventor
Thomas Heinz
Dietmar Frank
Armin Grund
Alexander Hartung
Martin KREHNKE
Volker Lehmann
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.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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 Siemens Energy Global GmbH and Co KG filed Critical Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Publication of EP4197019A1 publication Critical patent/EP4197019A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP4197019C0 publication Critical patent/EP4197019C0/de
Publication of EP4197019B1 publication Critical patent/EP4197019B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/021—Use of solid insulating compounds resistant to the contacting fluid dielectrics and their decomposition products, e.g. to SF6
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/025—Terminal arrangements
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/53—Cases; Reservoirs, tanks, piping or valves, for arc-extinguishing fluid; Accessories therefor, e.g. safety arrangements, pressure relief devices
    • H01H33/56—Gas reservoirs
    • H01H2033/566—Avoiding the use of SF6
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/53—Cases; Reservoirs, tanks, piping or valves, for arc-extinguishing fluid; Accessories therefor, e.g. safety arrangements, pressure relief devices
    • H01H33/56—Gas reservoirs

Definitions

  • the invention relates to a high-voltage device and a method for increasing the dielectric strength in the high-voltage device, the high-voltage device having an encapsulating housing and at least one bushing for at least one current-carrying conductor into the encapsulating housing and/or out of the encapsulating housing.
  • High-voltage devices are designed for voltages in a two-digit kilovolt range up to a voltage range of a few hundred kilovolts, in particular 1200 kV, and for currents in the range of up to a few hundred kiloamperes.
  • High voltage devices include e.g. B. High-voltage circuit breakers, isolators, transformers, arresters, instrument transformers and/or bushings .
  • High-voltage devices, especially circuit breakers are z. B. designed as an outdoor and/or as a gas I insulated circuit breaker, i .e . H . Gas-insulated switch gears, which as a live tank, i . H . at high voltage potential, arranged with a switching unit in an isolator, or as a dead tank, d. H . arranged with a switching unit in a grounded housing.
  • Dead-tank gas I insulated circuit breakers have an encapsulating housing z. B. made of aluminum, which is designed in particular in the form of a cylindrical tank, and bushings for current-carrying conductors to connect switching units, which are arranged inside the encapsulating housing, with power consumers, power generators and / or power lines of a power grid.
  • the encapsulation housing in particular in the form of a boiler, is designed to be gas-tight, with e.g. B. two, in particular, circular openings, which are designed in the form of flanges, to which in particular hollow-cylindrical insulator housings are fastened in a gas-tight manner.
  • the current-carrying conductors run through the insulators, starting from the outer terminal lugs at a gas-tight sealed end of the insulators, to the openings in the encapsulation housing and through to z .
  • the switching unit for the electrical connection of the switching unit to power consumers, power generators and/or power lines of the power grid.
  • the encapsulating housing of the high-voltage device in particular of the circuit breaker, is arranged on a support, eg.
  • I insulators in particular in the form of elongated hollow cylinders, are arranged or mounted on one side of the encapsulating housing. fastened opposite the side of the wearer and have e.g. B. perpendicularly or at an angle away from the encapsulation housing, in particular upwards away from the encapsulation housing. This ensures that the connection lugs are sufficiently electrically insulated from ground potential and/or the foundation in order to prevent electrical flashovers.
  • the encapsulating housing and the insulators are filled with an insulating and/or switching gas, in particular SF 6 .
  • the I insulating gas isolates z. B the switching unit and the current-carrying conductors inside the high-voltage device opposite the grounded encapsulation housing.
  • the bushings in particular the transitions from the circular openings in the encapsulation housing, which are designed in the form of flanges, to the attached, in particular hollow-cylindrical insulators, there is sufficient dielectric strength between the grounded encapsulation housing and the current-carrying conductors, in particular at high voltage potential , to guarantee .
  • the electrical or current-carrying conductor equidistant to the encapsulation housing arranges, in particular perpendicularly penetrating the circular plane of the openings in the center of the circle.
  • the openings have a size or scope which, depending on the maximum voltage of the high-voltage device and the insulating gas used and its pressure, ensures sufficient dielectric strength to reliably prevent electrical flashovers between the conductor and the encapsulating housing.
  • Electric fields or field peaks in the area of the openings are arranged inside the insulator by grounded electrodes, in particular circular, hollow-cylindrical metal electrodes and mechanically fastened to the flange of the encapsulating housing, starting from the current-carrying conductor changed or reduced, ie shielded.
  • grounded electrodes in particular circular, hollow-cylindrical metal electrodes and mechanically fastened to the flange of the encapsulating housing, starting from the current-carrying conductor changed or reduced, ie shielded.
  • High voltage levels of the high-voltage device require, for permanent, safe operation, large diameters of the openings in the encapsulating housing, which is associated with high costs for large-scale insulators, require switching gases with high dielectric strength, in particular SF 6 , and/or high pressures of the switching gases, which is associated with high costs for large wall thicknesses of the insulators and encapsulation housings in order to ensure sufficient mechanical stability over the long term.
  • switching gases such as B. SF 6 are harmful to the climate.
  • Alternative switching gases such as B. Clean Air, ie cleaned air, have a lower dielectric strength.
  • the use of climate-friendly switching gases, e.g. B. of clean air thus requires larger ⁇ f f Vietnamese Switches, e.g. B. of clean air, thus requires larger ⁇ f f Vietnamese Switches Diameter of the openings in the encapsulating housing and / or higher pressures of the switching gas, with the disadvantages described above.
  • Measures such as B. the use of grounded control electrodes and/or insulating paints on conductors and/or flanges of the encapsulating housing only increase the dielectric strength to an extent that is not sufficient for certain voltage levels. This restricts the use of high-voltage circuit breakers.
  • the object of the present invention is to specify a high-voltage device and a method for increasing the dielectric strength in a high-voltage device which solve the problems described above.
  • it is the task of specifying a high-voltage device which enables high voltage levels to be used in a cost-effective and material-saving manner, especially when using alternative switching gases such as e.g. B. of clean air, with high dielectric strength in the area of bushings of the high-voltage device, especially when using switching gases with low gas pressures, e.g. B. in the area of the ambient air, and/or with diameters of the bushings in the range of bushings in high-voltage devices filled with SF 6 or smaller.
  • alternative switching gases such as e.g. B. of clean air
  • a high-voltage device having the features according to patent claim 1 and/or by a method for increasing the dielectric strength in a high-voltage device, in particular a high-voltage device described above, according to patent claim 13 .
  • Advantageous refinements of the high-voltage device according to the invention and/or the method according to the invention for increasing the dielectric strength in a high-voltage device, in particular a high-voltage device described above, are specified in the dependent claims. Objects of the main claims can be combined with one another and with features of the subclaims, and features of the subclaims can be combined with one another.
  • a high-voltage device comprises an encapsulating housing and at least one implementation for at least one current-carrying or electrical conductor .
  • the synonym current-carrying conductor is used for electrical conductors in order to describe the effect of the invention in particular when current flows in the conductor.
  • the at least one conductor leads into the encapsulating housing and/or out of the encapsulating housing. At least one electrode at free potential is included in the leadthrough.
  • the at least one electrode at free potential allows the use of bushings with a small diameter, especially when using climate-friendly switching gases such.
  • B. Clean Air in exchange for climate-damaging switching gases, such as e.g. B. SF6 .
  • the high-voltage device with at least one electrode at free potential is therefore inexpensive and material-saving, in particular due to the possibility of using bushings with a small diameter, especially when using climate-friendly switching gases such.
  • B. Clean Air and enables the use of switching gases with low gas pressures, e .g . B. in the area of the ambient air, which allows encapsulation housings and insulators with low wall thicknesses, at high voltage levels, with high dielectric strength in the area of the bushings of the high-voltage device.
  • At least one switching unit of a high-voltage circuit breaker can be included in the high-voltage device, in particular arranged in the encapsulating housing and/or connected via the at least one current-carrying conductor to power consumers, power generators and/or lines of a power grid.
  • Switching units of high-voltage circuit breakers are installed in encapsulating housings of the type described above, with at least one bushing for at least one current-carrying or electrical conductors, with which the advantages described above, in particular for high-voltage voltage circuit breakers are connected as high-voltage devices.
  • the at least one electrode at free potential can be cylindrical.
  • a cylindrical electrode, in particular with a circular cross-section, is simple and inexpensive, and can be placed around the current-carrying or electrical conductors are arranged equidistantly.
  • the at least one floating electrode can be congruent or be arranged identical to a longitudinal axis of the at least one current-carrying conductor. This provides optimal shielding from electrical fields in the bushing, particularly in the area of the openings in the encapsulating housing.
  • At least one electrode at ground potential can be included in the leadthrough, in particular spatially included.
  • the at least one electrode at ground potential can be arranged at a distance from the at least one electrode at free potential.
  • the at least one electrode at ground potential can at least partially spatially enclose the at least one electrode at free potential. This provides further shielding from electrical fields in the region of the openings in the encapsulating housing, in particular good shielding of the openings from the current-carrying conductor.
  • the combination of an electrode at ground potential with an electrode at free potential results in high dielectric strength in the area of the bushings and/or in the area of the openings in the encapsulating housing, with the advantages described above.
  • the combination increases the shielding in addition to using only one electrode or of an electrode type.
  • the arrangement of the at least one electrode at ground potential around the at least one electrode at free potential enables a grounded arrangement or Fastening the electrode to earth tential on the encapsulation housing or . on the flange of the enclosure body around the
  • the at least one floating electrode can be congruent or be arranged identically to the central axis of the at least one electrode at ground potential.
  • the at least one floating electrode can be longer along the central axis than the at least one ground potential electrode. This means that the openings in the encapsulation housing are optimally shielded from the electrical or given current-carrying conductors, with the advantages described above.
  • the at least one electrode at free potential can be held by an electrically insulating spacer, in particular made of ceramic, plastic, silicone, PTFE, Teflon, epoxy resin and/or a composite material, in particular equidistant to the at least one current-carrying conductor, in particular on the encapsulation housing.
  • the electrically insulating spacer ensures that the at least one electrode is not grounded at free potential and is at free potential, and thus results in optimal shielding, in particular when arranged equidistantly from the at least one current-carrying conductor. materials such as B.
  • Ceramic, plastic, silicone, PTFE, Teflon, epoxy resin and/or a composite material have a good electrically insulating effect and are inexpensive, mechanically stable, and enable the at least one electrode to be held mechanically permanently stable at free potential, in particular equidistantly on the encapsulating housing to the at least one current-carrying conductor.
  • the encapsulating housing can have a flange and an insulator, in particular a hollow-tubular and/or circular-cylindrical insulator with in particular ribs on the outer circumference, can be attached to the flange in a mechanically stable manner.
  • a flange allows for a mechanically stable, durable fixed and in particular gas-tight attachment of an insulator to the encapsulating housing.
  • a gas-tight housing for the high-voltage device with an encapsulating housing and insulators is thus possible, which at least partially has electrically shielded conductors in the housing.
  • the electrodes, in particular arranged in the I solator and/or encapsulation housing, are z. B. protected against weather influences.
  • the I solator can be congruent with a central axis or be arranged identical to the central axis of the at least one electrode at free potential and/or the longitudinal axis of the at least one current-carrying conductor. This results in a space-saving, cost-effective arrangement with a good shielding effect for the electrode.
  • the at least one electrode at free potential can protrude into the encapsulating housing and/or into the insulator. Routing the electrode at free potential into the encapsulating housing and into the insulator, through the opening, results in a high shielding effect of the opening in the encapsulating housing through the electrode at free potential, with the advantages described above.
  • the at least one electrode at free potential can be made of a metal, in particular copper, aluminum and/or steel. consist, and / or made of a metallic alloy. Metals provide good electrical shielding effects, are inexpensive and easy to produce or mold in any form. easily editable .
  • the high-voltage device in particular the encapsulating housing and/or the bushing, can be filled with clean air.
  • Clean Air is cost-effective and environmentally friendly, especially climate-neutral.
  • This makes it possible to use the same encapsulation housing for different insulating gases, which enables simple replacement in existing high-voltage devices when installing electrodes at free potential, with climate-friendly effects, and allows large numbers of new systems to be produced cost-effectively, especially when using climate-friendly insulating gases.
  • Encapsulation housings and insulators with small dimensions can be used, which saves material and costs, with the advantages described above.
  • a method for increasing the dielectric strength in a high-voltage device comprises at least one electrode at free potential, comprising at least one feedthrough for at least one current-carrying conductor leading into an encapsulating housing of the high-voltage device and/or out of the Leading out the encapsulation housing, the dielectric strength is increased compared to a lead-through without an electrode at free potential.
  • Figure shows a schematic sectional view of a section of a high-voltage device 1 according to the invention, with an opening in an encapsulating housing 2, and with a bushing 3 for a current-carrying conductor 4 through the opening, wherein an electrode 5 is covered by the bushing 3 at free potential.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a section of a high-voltage device 1 according to the invention, with an opening in an encapsulating housing 2 of the high-voltage device 1.
  • the opening includes a flange 9 which is ring-shaped or rim-shaped.
  • In the flange 9 are holes for fasteners such. B. screws.
  • a hollow tubular insulator 10 is arranged standing perpendicularly on the flange 9 and is fastened to the flange 9 in a mechanically stable manner via the fastening means, in particular screws.
  • the encapsulating housing 2 with flange 9 is z. B. made of a metal, in particular aluminum.
  • the insulator 9 is z. B. ceramic, silicone and / or composite material f en.
  • On the outer circumference of the insulator 10 in particular , flange - shaped ribs are formed to lengthen leakage current paths .
  • the hollow tubular insulator 10 with a circular cross section, has a longitudinal axis 6 which is perpendicular to the opening plane of the circular opening and intersects or pierces the opening in the encapsulating housing 2 at the center of the circle.
  • a switching unit of a high-voltage circuit breaker comprised by the high-voltage device 1 according to the invention, arranged and electrically connected via conductor 4 to power consumers, power generators and / or power lines of a power grid outside of the encapsulating housing 2.
  • An electrical conductor 4 which is a current-carrying conductor 4 during operation of the high-voltage device 1 or in the closed state of the switching unit, which is generally referred to below for all switch positions or states of high-voltage devices as a current-carrying conductor 4 in order to counteract its effect.
  • a current-carrying conductor 4 Expressed above the opening and from electrodes, is in particular rod-shaped or bar-shaped, with a longitudinal axis conclusive or identical to the longitudinal axis 6 of the insulator.
  • the current-carrying conductor 4 is z. B. made of copper, aluminum and / or conductive steel.
  • the conductor 4 When current flows through the current-carrying conductor 4 , there is an electric and magnetic field around the conductor 4 .
  • the conductor 4 is at high voltage potential, in particular up to 1200 kV, and the encapsulating housing 2 is grounded, i. H. at ground potential.
  • the potential difference between the grounded encapsulating housing 2 and the current-carrying conductor 4 can lead to flashovers and/or short circuits.
  • the opening in the encapsulating housing 2 has a sufficient radius, which ensures a minimum distance between the conductor 4 and the encapsulating housing 4 that is large enough to prevent voltage flashovers.
  • the minimum distance required depends on the insulating gas with which the encapsulating housing 4 and the insulator 10 are filled, e.g. B. Clean Air, and the pressure of the insulating gas, z. 1 bar.
  • Other measures such as B. an insulating varnish on the conductor 4 and / or the interior of the encapsulation housing 4 can allow reductions
  • the electrode 7 is made of a metal, in particular aluminum, copper and/or steel, in the form of a hollow cylinder or hollow tube, with a circular cross section.
  • the hollow tubular electrode 7, with a circular cross section has a longitudinal or central axis 6 which is perpendicular to the opening plane of the circular opening and intersects or pierces the opening in the encapsulating housing 2 at the center of the circle.
  • the longitudinal or central axis of the electrode 7 at ground potential is conclusive or identical to the longitudinal axis 6 of the insulator 10 .
  • the electrode 7 is provided with fastening means, e.g. B. Screws attached to the flange 9 of the encapsulating housing 2 in a mechanically stable and electrically conductive manner, and protrudes into the isolator 10 .
  • the electrode 7 changes the electric field between the encapsulating housing 2 and the current-carrying conductor 4 in such a way that excess voltage at the opening of the encapsulating housing 2 or of the flange 9 are shielded by the electrode 7 or. be relocated to the interior of the isolator 10 .
  • the electrode 5 is made of a metal, in particular aluminum, copper and / or steel, hollow cylindrical or. designed as a hollow tube with a circular cross-section.
  • the cross section is smaller than the cross section of the electrode 7 .
  • the hollow tubular electrode 5, with a circular cross-section has a longitudinal or Central axis 6, which is perpendicular to the opening plane of the circular opening and the opening in the encapsulating housing 2 intersects or extends at the center of the circle. pierces .
  • the longitudinal or Central axis of the electrode 5 at free potential is implied or. identical to the longitudinal axis 6 of the isolator 10 and the central axis of the electrode 7 at ground potential.
  • the electrode 5 is attached via a spacer 8 to the flange 9 of the encapsulating housing 2 in a mechanically stable and electrically insulated manner, and protrudes both into the insulator 10 and into the encapsulating housing 2 .
  • the electrode 5 protrudes further into the insulator 10 than the electrode 7 and shields the electrode 7 from the current-carrying conductor 4 at ground potential.
  • the spacer 8 is made of an electrically insulating material, in particular ceramic, plastic, silicone, PTFE, Teflon, epoxy resin and/or a composite material. The spacer fixes the electrode 5 at free potential, in particular equidistant from the current-carrying conductor 4 and to the encapsulating housing 2, ie to the flange 9.
  • the electrode 5 at free potential changes the electric field between the encapsulating housing 2 and the current-carrying conductor 4 in such a way that excess voltage at the opening of the encapsulating housing 2 or the flange 9 and at the electrode 7 at ground potential are shielded by the electrode 5 at free potential or weakened further into the interior of the insulator 10 and into the encapsulating housing 2. This prevents flashovers and/or short circuits between the encapsulating housing 2 and the current-carrying conductor 4, even with a reduced size of the opening in the encapsulating housing 2 or the flange 9, low insulating gas pressures, when using alternative insulating gases such.
  • High-voltage devices 1 include high-voltage circuit breakers, separators, transformers, arresters, instrument transformers and/or bushings. High-voltage devices, especially circuit breakers are z.
  • B. designed as a gas-insulated circuit breaker, ie Gas-Insulated Switchgears.
  • the basic principle with an electrode at free potential in a passage of conductors through openings at earth potential, can also be used in outdoor circuit breakers or outdoor high-voltage devices.
  • the invention can be used in dead-tank systems, ie arranged with a switching unit in a grounded housing.
  • the basic principles can also be used in live tank systems, ie arranged with a switching unit at high voltage potential in an insulator.
  • the electrode 5 at free potential is z. B. formed as a hollow cylinder.
  • Other forms, e.g. B. formed with an elliptical cross-section and / or as a truncated cone are also possible.
  • the encapsulating housing 2 of the high-voltage device is z. B. kettle-shaped, and sealed gas-tight on the insulators 10.
  • Boilers are e.g. B. spherical or cylindrical, other shapes are also possible. Connections between elements of the high-voltage device are made z. B. mechanically stable fasteners, especially screws, and at least one flange. Further or alternative connection techniques, in particular adhesive, welded and/or soldered connections, can also be used. The use of seals for the gas-tight connection of elements, in particular copper seals, is possible.
  • the spacer is z. B. disc-shaped from one part. Alternatively, multi-part spacers with the same or different part shapes can be used. Electrode ends are z. B. rounded to avoid field overshoots. Other shapes of the electrode ends, e.g. B. straight out, angled, rounded with different radii are possible.

Landscapes

  • Gas-Insulated Switchgears (AREA)
  • Insulators (AREA)
  • Insulating Bodies (AREA)
  • Insulating Of Coils (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hochspannungsgerät (1), mit einem Kapselungsgehäuse (2) und mit wenigstens einer Durchführung (3) für wenigstens einen stromdurchflossenen Leiter (4) in das Kapselungsgehäuse (2) hinein und/oder aus dem Kapselungsgehäuse (2) heraus. Von der Durchführung (3) ist wenigstens eine Elektrode (5) auf freiem Potential umfasst. Die wenigs- tens eine Elektrode (5) auf freiem Potential erhöht die dielektrische Festigkeit in dem Hochspannungsgerät, insbesondere im Bereich der Durchführung (3).

Description

Beschreibung
Hochspannungsgerät und Verfahren zur Erhöhung der dielektrischen Festigkeit in dem Hochspannungsgerät
Die Erfindung betri f ft ein Hochspannungsgerät und ein Verfahren zur Erhöhung der dielektrischen Festigkeit in dem Hochspannungsgerät , wobei das Hochspannungsgerät ein Kapselungsgehäuse und wenigstens eine Durchführung aufweist , für wenigstens einen stromdurchflossenen Leiter in das Kapselungsgehäuse hinein und/oder aus dem Kapselungsgehäuse heraus .
Hochspannungsgeräte sind ausgebildet für Spannungen in einem zweistelligen Kilovolt-Bereich bis zu einem Spannungs-Bereich von einigen hundert Kilovolt , insbesondere 1200 kV, und für Ströme im Bereich von bis zu einigen hundert Kilo-Ampere . Hochspannungsgeräte umfassen z . B . Hochspannungsleistungsschalter, Trenner, Trans formatoren, Ableiter, Messwandler und/oder Durchführungen . Hochspannungsgeräte , insbesondere Leistungsschalter sind z . B . ausgeführt als Freiluft- und/oder als Gas- I solierte-Leistungsschalter, d . h . Gas- Insulated-Switchgears , welche als Live-Tank, d . h . auf Hochspannungspotential , mit einer Schalteinheit in einem I solator angeordnet , oder als Dead-Tank, d . h . mit einer Schalteinheit in einem geerdeten Gehäuse angeordnet , ausgeführt sind .
Dead-Tank Gas- I solierte-Leistungsschalter weisen ein Kapselungsgehäuse z . B . aus Aluminium auf , welches insbesondere in Form eines zylinderförmigen Kessels ausgeführt ist , und Durchführungen für stromdurchflossene Leiter, um Schalteinheiten, welche im Inneren des Kapselungsgehäuses angeordnet sind, mit Stromverbrauchern, Stromerzeugern und/oder Stromleitungen eines Stromnetzes zu verbinden . Das Kapselungsgehäuse insbesondere in Kessel form ist gasdicht ausgeführt , mit z . B . zwei insbesondere kreisrunden Öf fnungen, welche in Form von Flanschen ausgeführt sind, an welchen insbesondere hohlzylinderförmige I solatorgehäuse gasdicht befestigt sind . In den I solatorgehäusen bzw . I solatoren verlaufen die stromdurchflossenen Leiter, ausgehend von äußeren Anschluss fahnen an einem gasdicht verschlossenen Ende der I solatoren, zu den Öf fnungen im Kapselungsgehäuse und hindurch zu z . B . der Schalteinheit , zum elektrischen Anschluss der Schalteinheit an Stromverbraucher, Stromerzeuger und/oder Stromleitungen des Stromnetzes .
Das Kapselungsgehäuse des Hochspannungsgerätes , insbesondere des Leistungsschalters , ist auf einem Träger angeordnet , z .
B . auf Stahlstreben, welche insbesondere in einem Betonfundament mechanisch stabil verankert sind . Das Kapselungsgehäuse ist elektrisch geerdet , um Gefahren für Wartungspersonal und/oder Personen in der Umgebung zu minimieren . I solatoren, insbesondere in länglicher Hohl zylinder-Form, sind auf einer Seite des Kapselungsgehäuses angeordnet bzw . befestigt , die der Seite des Trägers gegenüber liegt , und weisen z . B . senkrecht oder gewinkelt vom Kapselungsgehäuse weg, insbesondere nach oben vom Kapselungsgehäuse weg . Dadurch ist ein ausreichender elektrisch isolierender Abstand der Anschluss fahnen vom Erdpotential und/oder Fundament gegeben, um elektrische Überschläge zu unterbinden . Im Inneren sind das Kapselungsgehäuse und die I solatoren mit einem I solier- und/oder Schaltgas befüllt , insbesondere SF6.
Das I soliergas isoliert z . B die Schalteinheit und die stromdurchflossenen Leiter im Inneren des Hochspannungsgerätes gegenüber dem geerdeten Kapselungsgehäuse . Im Bereich der Durchführungen, insbesondere der Übergänge von den kreisrunden Öf fnungen im Kapselungsgehäuse , welche in Form von Flanschen ausgeführt sind, zu den befestigten, insbesondere hohlzylinderförmigen I solatoren, ist eine ausreichende dielektrische Festigkeit zwischen dem geerdeten Kapselungsgehäuse und den stromdurchflossenen Leitern, insbesondere auf Hochspanungspotential , zu gewährleisten . Bei kreisrunden Öf fnungen im Kapselungsgehäuse sind die elektrischen bzw . stromdurchflossenen Leiter äquidistant zum Kapselungsgehäuse ange- ordnet, insbesondere senkrecht die Kreisebene der Öffnungen im Kreismittelpunkt durchstoßend. Die Öffnungen weisen eine Größe bzw. einen Umfang auf, welcher abhängig der maximalen Spannung des Hochspannungsgerätes und des verwendeten Isoliergases sowie dessen Drucks, eine ausreichende dielektrische Festigkeit gewährleistet, um elektrische Überschläge zwischen dem Leiter und dem Kapselungsgehäuse sicher zu verhindern .
Elektrische Felder bzw. Feldspitzen im Bereich der Öffnungen sind durch geerdete Elektroden, insbesondere kreisrunde, hohlzylinderförmige Metallelektroden im Inneren des Isolators angeordnet und am Flansch des Kapselungsgehäuses mechanisch befestigt, ausgehend vom stromdurchflossenen Leiter verändert bzw. verringert, d. h. abgeschirmt. Dadurch sind hohe Spannungen des Hochspannungsgerätes möglich, insbesondere im Bereich von einigen hundert Kilovolt, ohne elektrische Überschläge und/oder Kurzschlüsse zwischen elektrischen bzw. stromdurchflossenen Leitern auf Hochspannungspotential im Hochspannungsgerät, insbesondere im Bereich der Durchführungen, und dem geerdeten Kapselungsgehäuse. Hohe Spannungsebenen des Hochspannungsgerätes erfordern für einen dauerhaften, sicheren Betrieb, große Durchmesser der Öffnungen im Kapselungsgehäuse, was mit hohen Kosten für Isolatoren mit großem Umfang verbunden ist, erfordern Schaltgase mit hoher dielektrischer Festigkeit, insbesondere SF6, und/oder hohe Drücke der Schaltgase, was mit hohen Kosten für große Wandstärken der Isolatoren und Kapselungsgehäuse verbunden ist, um eine ausreichende mechanische Stabilität dauerhaft zu gewährleisten .
Schaltgase wie z. B. SF6 sind klimaschädlich. Alternative Schaltgase, wie z. B. Clean Air, d. h. gereinigte Luft, weisen eine geringere dielektrische Festigkeit auf. Der Einsatz klimafreundlicher Schaltgase, wie z. B. von Clean Air, erfordert somit größere Öf fnungsdurchmesser der Öffnungen im Kapselungsgehäuse und/oder höhere Drücke des Schaltgases, mit den zuvor beschriebenen Nachteilen . Maßnahmen, wie z . B . der Einsatz geerdeter Steuerelektroden, und/oder von I solierlacken auf Leitern und/oder Flanschen des Kapselungsgehäuses , erhöhen die dielektrische Festigkeit nur in einem Maß , was für bestimmte Spannungsebenen nicht ausreichend ist . Dadurch ist der Einsatz der Hochspannungsleistungsschalter eingeschränkt .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es , ein Hochspannungsgerät und ein Verfahren zur Erhöhung der dielektrischen Festigkeit in einem Hochspannungsgerät anzugeben, welche die zuvor beschriebenen Probleme lösen . Insbesondere ist es Aufgabe ein Hochspannungsgerät anzugeben, welches kostengünstig und materialsparend hohe Spannungsebenen ermöglicht , insbesondere bei Verwendung alternativer Schaltgase wie z . B . von Clean Air, bei hoher dielektrischer Festigkeit im Bereich von Durchführungen des Hochspannungsgerätes , insbesondere bei Verwendung von Schaltgasen mit geringen Gasdrücken, z . B . im Bereich der Umgebungsluft , und/oder bei Durchmessern der Durchführungen in der Größenordnung von Durchführungen in Hochspannungsgeräten befüllt mit SF6 oder kleiner .
Die angegebene Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Hochspannungsgerät mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 und/oder durch ein Verfahren zur Erhöhung der dielektrischen Festigkeit in einem Hochspannungsgerät , insbesondere einem zuvor beschriebenen Hochspannungsgerät , gemäß Patentanspruch 13 gelöst . Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Hochspannungsgerätes und/oder des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erhöhung der dielektrischen Festigkeit in einem Hochspannungsgerät , insbesondere einem zuvor beschriebenen Hochspannungsgerät , sind in den Unteransprüchen angegeben . Dabei sind Gegenstände der Hauptansprüche untereinander und mit Merkmalen von Unteransprüchen, und Merkmale der Unteransprüche untereinander kombinierbar . Ein erfindungsgemäßes Hochspannungsgerät umfasst ein Kapselungsgehäuse und wenigstens eine Durchführung für wenigstens einen stromdurchflossenen bzw . elektrischen Leiter . Im Weiteren wird für elektrische Leiter das Synonym stromdurchflossene Leiter verwendet , um die Wirkung der Erfindung insbesondere bei Stromfluss im Leiter zu beschreiben . Der wenigstens eine Leiter führt in das Kapselungsgehäuse hinein und/oder aus dem Kapselungsgehäuse heraus . Wenigstens eine Elektrode auf freiem Potential ist von der Durchführung umfasst .
Die wenigstens eine Elektrode auf freiem Potential ermöglicht die Verwendung von Durchführungen mit geringem Durchmesser, insbesondere bei Verwendung von klimafreundlichen Schaltgasen, wie z . B . Clean Air, im Austausch mit klimaschädlichen Schaltgasen, wie z . B . SF6. Das Hochspannungsgerät mit wenigstens einer Elektrode auf freiem Potential ist somit kostengünstig und materialsparend, insbesondere durch die Möglichkeit der Verwendung von Durchführungen mit geringem Durchmesser, insbesondere bei Verwendung von klimafreundlichen Schaltgasen wie z . B . Clean Air, und ermöglicht die Verwendung von Schaltgasen mit geringen Gasdrücken, z . B . im Bereich der Umgebungsluft , was Kapselungsgehäuse und I solatoren mit geringen Wandstärken erlaubt , bei hohen Spannungsebenen, mit hoher dielektrischer Festigkeit im Bereich der Durchführungen des Hochspannungsgerätes .
Wenigstens eine Schalteinheit eines Hochspannungsleistungsschalters kann vom Hochspannungsgerät umfasst sein, insbesondere im Kapselungsgehäuse angeordnet und/oder über den wenigstens einen stromdurchflossenen Leiter mit Stromverbrauchern, Stromerzeugern und/oder Leitungen eines Stromnetzes verbunden . Schalteinheiten von Hochspannungsleistungsschaltern werden in Kapselungsgehäusen der zuvor beschrieben Art verbaut , mit wenigstens einer Durchführung für wenigstens einen stromdurchflossenen bzw . elektrischen Leiter, womit die zuvor beschriebenen Vorteile insbesondere für die Hochspan- nungsleistungsschalter als Hochspannungsgeräte verbunden sind .
Die wenigstens eine Elektrode auf freiem Potential kann zylinderförmig ausgebildet sein . Eine zylinderförmige Elektrode , insbesondere mit kreisrundem Querschnitt , ist einfach und kostengünstig, und kann um den stromdurchflossenen bzw . elektrischen Leiter äquidistant angeordnet werden .
Die wenigstens eine Elektrode auf freiem Potential kann mit einer Mittelachse kongruent bzw . identisch einer Längsachse des wenigstens einen stromdurchflossenen Leiters angeordnet sein . Damit ist eine optimale Abschirmung von elektrischen Feldern der Durchführung gegeben, insbesondere im Bereich der Öf fnungen im Kapselungsgehäuse .
Wenigstens eine Elektrode auf Erdpotential kann von der Durchführung umfasst sein, insbesondere räumlich umfasst sein . Die wenigstens eine Elektrode auf Erdpotential kann be- abstandet zu der wenigstens einen Elektrode auf freiem Potential angeordnet sein . Die wenigstens eine Elektrode auf Erdpotential kann die wenigstens eine Elektrode auf freiem Potential zumindest teilweise räumlich umschließen . Dadurch ist eine weitere Abschirmung von elektrischen Feldern im Bereich der Öf fnungen im Kapselungsgehäuse gegeben, insbesondere eine gute Abschirmung der Öf fnungen gegenüber dem stromdurchflossenen Leiter . Die Kombination einer Elektrode auf Erdpotential mit einer Elektrode auf freiem Potential ergibt eine hohe dielektrische Festigkeit im Bereich der Durchführungen und/oder im Bereich der Öf fnungen im Kapselungsgehäuse , mit den zuvor beschriebenen Vorteilen . Die Kombination erhöht die Abschirmung zusätzlich zu einer Verwendung von nur einer Elektrode bzw . eines Elektroden-Typs . Die Anordnung der wenigstens einen Elektrode auf Erdpotential um die wenigstens eine Elektrode auf freiem Potential herum, ermöglicht eine geerdete Anordnung bzw . Befestigung der Elektrode auf Erdpo- tential am Kapselungsgehäuse bzw . am Flansch des Kapselungsgehäuses um die Öf fnungen herum .
Die wenigstens eine Elektrode auf freiem Potential kann mit einer Mittelachse kongruent bzw . identisch der Mittelachse der wenigstens einen Elektrode auf Erdpotential angeordnet sein . Die wenigstens eine Elektrode auf freiem Potential kann entlang der Mittelachse länger als die wenigstens eine Elektrode auf Erdpotential ausgebildet sein . Dadurch ist eine optimale Abschirmung der Öf fnungen im Kapselungsgehäuse gegenüber den elektrischen bzw . stromdurchflossenen Leitern gegeben, mit den zuvor beschriebenen Vorteilen .
Die wenigstens eine Elektrode auf freiem Potential kann durch einen elektrisch isolierenden Abstandshalter, insbesondere aus Keramik, Kunststof f , Silikon, PTFE , Teflon, Epoxidharz und/oder einem Kompositwerkstof f , insbesondere äquidistant zu dem wenigstens einen stromdurchflossenen Leiter insbesondere am Kapselungsgehäuse gehaltert sein . Der elektrisch isolierende Abstandshalter sorgt dafür, dass die wenigstens eine Elektrode auf freiem Potential nicht geerdet wird und auf freiem Potential ist , und somit eine optimale Abschirmung ergibt , insbesondere bei äquidistanter Anordnung zu dem wenigstens einen stromdurchflossenen Leiter . Materialien wie z . B . Keramik, Kunststof f , Silikon, PTFE , Teflon, Epoxidharz und/oder einem Kompositwerkstof f weisen eine gute elektrisch isolierende Wirkung auf und sind kostengünstig, mechanisch stabil , und ermöglichen eine mechanisch dauerhaft stabile Halterung der wenigstens einen Elektrode auf freiem Potential insbesondere am Kapselungsgehäuse äquidistant zu dem wenigstens einen stromdurchflossenen Leiter .
Das Kapselungsgehäuse kann einen Flansch aufweisen und ein Isolator, insbesondere ein hohlrohrf örmiger und/oder kreis zylinderförmiger I solator mit insbesondere Rippen am äußeren Umfang, kann an dem Flansch mechanisch stabil befestigt sein . Ein Flansch ermöglicht eine mechanisch stabile , dauerhaft feste , und insbesondere gasdichte Befestigung eines I solators am Kapselungsgehäuse . Damit ist ein gasdichtes Gehäuse des Hochspannungsgerätes mit Kapselungsgehäuse und I solatoren möglich, welches zumindest teilweise elektrisch abgeschirmte Leiter im Gehäuse aufweist . Die Elektroden, insbesondere angeordnet im I solator und/oder Kapselungsgehäuse sind z . B . gegen Wettereinflüsse geschützt .
Der I solator kann mit einer Mittelachse kongruent bzw . identisch der Mittelachse der wenigstens einen Elektrode auf freiem Potential und/oder der Längsachse des wenigstens einen stromdurchflossenen Leiters angeordnet sein . Dies ergibt eine platzsparende , kostengünstige Anordnung, mit guter Abschirmwirkung der Elektrode .
Die wenigstens eine Elektrode auf freiem Potential kann in das Kapselungsgehäuse ragen und/oder in den I solator ragen . Eine Führung der Elektrode auf freiem Potential in das Kapselungsgehäuse hinein und in den I solator hinein, durch die Öf fnung hindurch, ergibt eine hohe Abschirmwirkung der Öf fnung im Kapselungsgehäuse durch die Elektrode auf freiem Potential , mit den zuvor beschriebenen Vorteilen .
Die wenigstens eine Elektrode auf freiem Potential kann aus einem Metall , insbesondere Kupfer, Aluminium, und/oder Stahl aufgebaut sein bzw . bestehen, und/oder aus einer metallischen Legierung . Metalle ergeben gute elektrische Schirmwirkungen, sind kostengünstig und leicht in beliebiger Form herstellbar bzw . leicht bearbeitbar .
Das Hochspannungsgerät , insbesondere das Kapselungsgehäuse und/oder die Durchführung, können mit Clean Air befüllt sein . Clean Air ist kostengünstig und umweltfreundlich, insbesondere Klimaneutral . Eine geringere dielektrische Festigkeit von Clean Air gegenüber herkömmlichen I soliergasen wie z . B . SF6, kann durch die Verwendung der wenigstens einen Elektrode auf freiem Potential insbesondere im Bereich von Öf fnungen im Kapselungsgehäuse mit hindurchgeführten stromdurchflossenen bzw . elektrischen Leitern ausgeglichen werden . Dadurch ist eine Verwendung von gleichen Kapselungsgehäusen für unterschiedliche I soliergase möglich, was einen einfachen Austausch in bestehenden Hochspannungsgeräten ermöglicht bei Einbau von Elektroden auf freiem Potential , mit klimafreundlichen Wirkungen, und kostengünstig hohe Stückzahlen bei neuen Anlagen ermöglicht , insbesondere bei Verwendung klimafreundlicher I soliergase . Kapselungsgehäuse und I solatoren mit kleinen Abmessungen können verwendet werden, was Material und Kosten spart , mit den zuvor beschriebenen Vorteilen .
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erhöhung der dielektrischen Festigkeit in einem Hochspannungsgerät , insbesondere in einem zuvor beschriebenen Hochspannungsgerät , umfasst , dass wenigstens eine Elektrode auf freiem Potential , umfasst von wenigstens einer Durchführung für wenigstens einen stromdurchflossenen Leiter in ein Kapselungsgehäuse des Hochspannungsgeräts hineinführend und/oder aus dem Kapselungsgehäuse heraus führend, die dielektrische Festigkeit erhöht gegenüber einer Durchführung ohne Elektrode auf freiem Potential .
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erhöhung der dielektrischen Festigkeit in einem Hochspannungsgerät , insbesondere in einem zuvor beschriebenen Hochspannungsgerät , gemäß Anspruch 13 sind analog den zuvor beschriebenen Vorteilen des erfindungsgemäßen Hochspannungsgerätes gemäß Anspruch 1 und umgekehrt .
Im Folgenden wird ein Aus führungsbeispiel der Erfindung schematisch in der einzigen Figur dargestellt und nachfolgend näher beschrieben .
Dabei zeigt die
Figur schematisch in Schnittansicht einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Hochspannungsgerätes 1 , mit einer Öffnung in einem Kapselungsgehäuse 2, und mit einer Durchführung 3 für einen stromdurchflossenen Leiter 4 durch die Öffnung, wobei eine Elektrode 5 auf freiem Potential von der Durchführung 3 umfasst ist .
In Figur 1 ist schematisch in Schnittansicht ein Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Hochspannungsgerät 1 gezeigt, mit einer Öffnung in einem Kapselungsgehäuse 2 des Hochspannungsgerätes 1. Die Öffnung umfasst einen Flansch 9, welcher ring- bzw. krempenförmig ausgebildet ist. Im Flansch 9 sind Bohrungen für Befestigungsmittel, z. B. Schrauben ausgebildet. Ein hohlrohrf örmiger Isolator 10 ist senkrecht auf dem Flansch 9 stehend angeordnet, und über die Befestigungsmittel, insbesondere Schrauben, mechanisch stabil am Flansch 9 befestigt. Das Kapselungsgehäuse 2 mit Flansch 9 ist z. B. aus einem Metall, insbesondere Aluminium ausgebildet. Der Isolator 9 ist z. B. aus Keramik, Silikon und/oder Kompositwerkstof f en . Am äußeren Umfang des Isolators 10 sind insbesondere krempenförmige Rippen zur Verlängerung von Kriechstromwegen ausgebildet .
Der hohlrohrf örmige Isolator 10, mit kreisrundem Querschnitt, weist eine Längsachse 6 auf, welche senkrecht auf der Öff- nungsebene der kreisrunden Öffnung steht, und die Öffnung im Kapselungsgehäuse 2 im Kreismittelpunkt schneidet bzw. durchstößt. Im Kapselungsgehäuse 2 ist z. B. eine Schalteinheit eines Hochspannungsleistungsschalters, umfasst vom erfindungsgemäßen Hochspannungsgerät 1, angeordnet und über Leiter 4 mit Stromverbrauchern, Stromerzeugern und/oder Stromleitungen eines Stromnetzes außerhalb des Kapselungsgehäuses 2 elektrisch verbunden. Ein elektrischer Leiter 4, der im Betrieb des Hochspannungsgerätes 1 bzw. im geschlossenen Zustand der Schalteinheit ein stromdurchflossener Leiter 4 ist, welcher im Weiteren allgemein für alle Schalterstellungen bzw. Zustände von Hochspannungseinrichtungen als stromdurchflossener Leiter 4 bezeichnet wird, um seine Wirkung gegen- über der Öffnung und von Elektroden auszudrücken, ist insbesondere stangen- bzw. balkenförmig ausgebildet, mit einer Längsachse konkludent bzw. identisch der Längsachse 6 des Isolators. Der stromdurchflossene Leiter 4 ist z. B. aus Kupfer, Aluminium und/oder leitfähigem Stahl.
Bei Stromfluss durch den stromdurchflossenen Leiter 4 besteht um den Leiter 4 ein elektrisches und magnetisches Feld. Der Leiter 4 ist auf Hochspannungspotential, insbesondere bis zu 1200 kV, und das Kapselungsgehäuse 2 ist geerdet, d. h. auf Erdpotential. Die Potentialdiff erenz zwischen geerdeten Kapselungsgehäuse 2 und stromdurchflossenen Leiter 4 kann zu Spannungsüberschlägen und/oder Kurzschlüssen führen. Um dies zu verhindern, weist die Öffnung im Kapselungsgehäuse 2 einen ausreichenden Radius aus, welcher einen minimalen Abstand zwischen Leiter 4 und Kapselungsgehäuse 4 gewährleistet, der ausreichend groß ist, um Spannungsüberschläge zu verhindern. Der notwendige minimale Abstand ist abhängig vom Isoliergas, mit dem das Kapselungsgehäuse 4 und der Isolator 10 befüllt sind, z. B. Clean Air, und vom Druck des Isoliergases, z. B. 1 bar. Weitere Maßnahmen, wie z. B. ein Isolierlack auf dem Leiter 4 und/oder dem Inneren des Kapselungsgehäuses 4 können Verringerungen des minimalen Abstands ermöglichen.
Eine Möglichkeit zur Verringerung des minimalen Abstands, bei ausreichender dielektrischer Festigkeit im Bereich der Öffnung im Kapselungsgehäuse 4, ist die Verwendung einer Elektrode 7 auf Erdpotential, wie in der Figur dargestellt ist. Die Elektrode 7 ist aus einem Metall, insbesondere Aluminium, Kupfer und/oder Stahl, hohlzylinder- bzw. hohlrohrf örmig ausgebildet, mit kreisrundem Querschnitt. Die hohlrohrf örmige Elektrode 7, mit kreisrundem Querschnitt, weist eine Längs- bzw. Mittelachse 6 auf, welche senkrecht auf der Öffnungsebe- ne der kreisrunden Öffnung steht und die Öffnung im Kapselungsgehäuse 2 im Kreismittelpunkt schneidet bzw. durchstößt. Die Längs- bzw. Mittelachse der Elektrode 7 auf Erdpotential ist konkludent bzw. identisch der Längsachse 6 des Isolators 10 . Die Elektrode 7 ist mit Befestigungsmitteln, z . B . Schrauben, am Flansch 9 des Kapselungsgehäuses 2 mechanisch stabil und elektrisch leitend befestigt , und ragt in den I solator 10 hinein . Die Elektrode 7 verändert das elektrische Feld zwischen Kapselungsgehäuse 2 und stromdurchflossenen Leiter 4 derart , dass Spannungsüberhöhungen an der Öf fnung des Kapselungsgehäuses 2 bzw . des Flansches 9 durch die Elektrode 7 abgeschirmt werden bzw . in das Innere des I solators 10 verlagert werden .
Erfindungsgemäß ist eine weitere Abschirmung des elektrischen Feldes bzw . Änderung des Feldes zwischen Kapselungsgehäuse 2 und stromdurchflossenen Leiter 4 , durch Verwendung einer Elektrode 5 auf freiem Potential möglich . Die Elektrode 5 ist aus einem Metall , insbesondere Aluminium, Kupfer und/oder Stahl , hohl zylinder- bzw . hohlrohrf örmig ausgebildet , mit kreisrundem Querschnitt . Der Querschnitt ist kleiner als der Querschnitt der Elektrode 7 . Die hohlrohrf örmige Elektrode 5 , mit kreisrundem Querschnitt , weist eine Längs- bzw . Mittelachse 6 auf , welche senkrecht auf der Öf fnungsebene der kreisrunden Öf fnung steht und die Öf fnung im Kapselungsgehäuse 2 im Kreismittelpunkt schneidet bzw . durchstößt . Die Längs- bzw . Mittelachse der Elektrode 5 auf freiem Potential ist konkludent bzw . identisch der Längsachse 6 des I solators 10 und der Mittelachse der Elektrode 7 auf Erdpotential .
Die Elektrode 5 ist über einen Abstandshalter 8 am Flansch 9 des Kapselungsgehäuses 2 mechanisch stabil und elektrisch isoliert befestigt , und ragt sowohl in den I solator 10 hinein als auch in das Kapselungsgehäuse 2 hinein . Die Elektrode 5 ragt weiter in den I solator 10 hinein als die Elektrode 7 , und schirmt die Elektrode 7 auf Erdpotential gegenüber dem stromdurchflossenen Leiter 4 ab . Der Abstandshalter 8 ist aus einem elektrisch isolierenden Material , insbesondere aus Keramik, Kunststof f , Silikon, PTFE , Teflon, Epoxidharz und/oder einem Kompositwerkstof f . Der Abstandshalter fixiert die Elektrode 5 auf freiem Potential insbesondere äquidistant zum stromdurchflossenen Leiter 4 und zum Kapselungsgehäuse 2, d. h. zum Flansch 9.
Die Elektrode 5 auf freiem Potential verändert das elektrische Feld zwischen Kapselungsgehäuse 2 und stromdurchflossenen Leiter 4 derart, dass Spannungsüberhöhungen an der Öffnung des Kapselungsgehäuses 2 bzw. des Flansches 9 sowie an der Elektrode 7 auf Erdpotential durch die Elektrode 5 auf freiem Potential abgeschirmt werden bzw. abgeschwächt weiter in das Innere des Isolators 10 und in das Kapselungsgehäuse 2 verlagert werden. Dadurch werden Spannungsüberschläge und/oder Kurzschlüsse zwischen dem Kapselungsgehäuse 2 und dem stromdurchflossenen Leiter 4 verhindert, auch bei verringerter Größe der Öffnung im Kapselungsgehäuse 2 bzw. des Flansches 9, geringen Isoliergasdrücken, bei Verwendung alternativer Isoliergase wie z. B. Clean Air, und/oder erhöhten Spannungsebenen im Betrieb des Hochspannungsgerätes 1.
Damit sind Materialeinsparungen und geringere Kosten für Materialien bei geringeren Größen und Wandstärken von Kapselungsgehäusen 2 und Isolatoren 10 verbunden, geringeres Gewicht, bei erhöhter dielektrischer Festigkeit im Bereich der Durchführung 3 des stromdurchflossenen Leiters 4 durch die Öffnung im Kapselungsgehäuse 2, und es wird der Einsatz alternativer Schaltgase, wie z. B. von Clean Air, bei geringen Drücken, z. B. 1 bar, möglich. Die Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Hochspannungsgerätes 1 wird erhöht und Wartungsaufwand verringert.
Die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele können untereinander kombiniert werden und/oder können mit dem Stand der Technik kombiniert werden. So können z. B. Hochspannungsgeräte 1 Hochspannungsleistungsschalter, Trenner, Transformatoren, Ableiter, Messwandler und/oder Durchführungen umfassen. Hochspannungsgeräte, insbesondere Leistungsschalter sind z.
B. als Gas-Isolierte-Leistungsschalter ausgeführt, d. h. Gas- Insulated-Switchgears . Das Grundprinzip, mit einer Elektrode auf freiem Potential in einer Durchführung von Leitern durch Öffnungen auf Erdpotential, ist auch in Freiluft- Leistungsschaltern bzw. Freiluft-Hochspannungsgeräten einsetzbar. Die Erfindung ist in Dead-Tank Anlagen einsetzbar, d. h. mit einer Schalteinheit in einem geerdeten Gehäuse angeordnet. Grundprinzipien sind aber ebenfalls in Live-Tank Anlagen einsetzbar, d. h. mit einer Schalteinheit auf Hochspannungspotential in einem Isolator angeordnet. Die Elektrode 5 auf freiem Potential ist z. B. hohlzylinderförmig ausgebildet. Weitere Formen, z. B. mit elliptischem Querschnitt und/oder als Kegelstumpf ausgebildet, sind ebenfalls möglich.
Das Kapselungsgehäuse 2 des Hochspannungsgerätes ist z. B. kesselförmig ausgebildet, und über die Isolatoren 10 gasdicht abgeschlossen. Kessel sind z. B. kugel- oder zylinderförmig ausgebildet, weitere Formen sind ebenfalls möglich. Verbindungen zwischen Elementen des Hochspannungsgerätes erfolgen z. B. mechanisch stabil über Befestigungsmittel, insbesondere Schrauben, und wenigstens einen Flansch. Weitere bzw. alternative Verbindungstechniken, insbesondere Kleb-, Schweiß- und/oder Löt-Verbindungen, sind ebenfalls anwendbar. Die Verwendung von Dichtungen zur gasdichten Verbindung von Elementen, insbesondere Kupferdichtungen, ist möglich. Der Abstandshalter ist z. B. scheibenförmig aus einem Teil. Alternativ sind mehrteilige Abstandshalter mit gleichen oder unterschiedlichen Teil-Formen verwendbar. Elektrodenenden sind z. B. abgerundet, um Feldüberhöhungen zu vermeiden. Weitere Formen der Elektrodenenden, z. B. gerade auslaufend, abgewinkelt, abgerundet mit unterschiedlichen Rundungsradien, sind möglich .
Be zugs Zeichen :
1 Hochspannungsgerät
2 Kapselungsgehäuse
3 Durchführung
4 stromdurchflossener Leiter 5 Elektrode auf freiem Potential
6 Längs- bzw . Mittelachse
7 Elektrode auf Erdpotential
8 Abstandshalter 9 Flansch
10 I solator

Claims

Patentansprüche
1. Hochspannungsgerät (1) , mit einem Kapselungsgehäuse (2) und mit wenigstens einer Durchführung (3) für wenigstens einen stromdurchflossenen Leiter (4) in das Kapselungsgehäuse (2) hinein und/oder aus dem Kapselungsgehäuse (2) heraus, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Elektrode (5) auf freiem Potential von der Durchführung (3) umfasst ist.
2. Hochspannungsgerät (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Schalteinheit eines Hochspannungsleistungsschalters umfasst ist, insbesondere im Kapselungsgehäuse (2) angeordnet und/oder über den wenigstens einen stromdurchflossenen Leiter (4) mit Stromverbrauchern, Stromerzeugern und/oder Leitungen eines Stromnetzes verbunden .
3. Hochspannungsgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Elektrode (5) auf freiem Potential zylinderförmig ausgebildet ist .
4. Hochspannungsgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Elektrode (5) auf freiem Potential mit einer Mittelachse (6) kongruent einer Längsachse des wenigstens einen stromdurchflossenen Leiters (4) angeordnet ist.
5. Hochspannungsgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Elektrode (7) auf Erdpotential von der Durchführung (3) umfasst ist, welche insbesondere beabstandet zu der wenigstens einen Elektrode (5) auf freiem Potential angeordnet ist und/oder die wenigstens eine Elektrode (5) auf freiem Potential zumindest teilweise räumlich umschließt.
6. Hochspannungsgerät (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Elektrode (5) auf freiem Potential mit der Mittelachse (6) kongruent der Mittelachse der wenigstens eine Elektrode (7) auf Erdpotential angeordnet ist und/oder dass die wenigstens eine Elektrode (5) auf freiem Potential entlang der Mittelachse (6) länger als die wenigstens eine Elektrode (7) auf Erdpotential ausgebildet ist.
7. Hochspannungsgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Elektrode (5) auf freiem Potential durch einen elektrisch isolierenden Abstandshalter (8) , insbesondere aus Keramik, Kunststoff, Silikon, PTFE, Teflon, Epoxidharz und/oder einem Kompositwerkstof f , insbesondere äquidistant zu dem wenigstens einen stromdurchflossenen Leiter (4) insbesondere am Kapselungsgehäuse (2) gehaltert ist.
8. Hochspannungsgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapselungsgehäuse (2) einen Flansch (9) aufweist und ein Isolator (10) , insbesondere ein hohlrohrf örmiger und/oder kreiszylinderförmiger Isolator mit insbesondere Rippen am äußeren Umfang, an dem Flansch (9) mechanisch stabil befestigt ist.
9. Hochspannungsgerät (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator (10) mit einer Mittelachse kongruent der Mittelachse (6) der wenigstens einen Elektrode (5) auf freiem Potential und/oder der Längsachse des wenigstens einen stromdurchflossenen Leiters (4) angeordnet ist.
10. Hochspannungsgerät (1) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Elektrode (5) auf freiem Potential in das Kapselungsgehäuse (2) ragt und/oder in den Isolator (10) .
11. Hochspannungsgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine 18
Elektrode (5) auf freiem Potential aus einem Metall, insbesondere Kupfer, Aluminium, und/oder Stahl besteht, und/oder aus einer metallischen Legierung.
12. Hochspannungsgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochspannungsgerät (1) , insbesondere das Kapselungsgehäuse (2) und/oder die Durchführung, mit Clean Air befüllt sind.
13. Verfahren zur Erhöhung der dielektrischen Festigkeit in einem Hochspannungsgerät (1) , insbesondere in einem Hochspannungsgerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Elektrode (5) auf freiem Potential, umfasst von wenigstens einer Durchführung (3) für wenigstens einen stromdurchflossenen Leiter (4) in ein Kapselungsgehäuse (2) des Hochspannungsgeräts (1) hineinführend und/oder aus dem Kapselungsgehäuse (2) herausführend, die dielektrische Festigkeit erhöht gegenüber einer Durchführung (3) ohne Elektrode (5) auf freiem Potential.
EP21783404.3A 2020-09-30 2021-09-13 Hochspannungsgerät und verfahren zur erhöhung der dielektrischen festigkeit in dem hochspannungsgerät Active EP4197019B1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020212385.3A DE102020212385A1 (de) 2020-09-30 2020-09-30 Hochspannungsgerät und Verfahren zur Erhöhung der dielektrischen Festigkeit in dem Hochspannungsgerät
PCT/EP2021/075089 WO2022069202A1 (de) 2020-09-30 2021-09-13 Hochspannungsgerät und verfahren zur erhöhung der dielektrischen festigkeit in dem hochspannungsgerät

Publications (3)

Publication Number Publication Date
EP4197019A1 true EP4197019A1 (de) 2023-06-21
EP4197019C0 EP4197019C0 (de) 2026-02-25
EP4197019B1 EP4197019B1 (de) 2026-02-25

Family

ID=78032391

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP21783404.3A Active EP4197019B1 (de) 2020-09-30 2021-09-13 Hochspannungsgerät und verfahren zur erhöhung der dielektrischen festigkeit in dem hochspannungsgerät

Country Status (6)

Country Link
US (1) US12531194B2 (de)
EP (1) EP4197019B1 (de)
JP (1) JP7600383B2 (de)
CN (1) CN116235271A (de)
DE (1) DE102020212385A1 (de)
WO (1) WO2022069202A1 (de)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020212384A1 (de) * 2020-09-30 2022-03-31 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Beschichteter Leiter in einem Hochspannungsgerät und Verfahren zur Erhöhung der dielektrischen Festigkeit
US11855421B2 (en) 2022-04-21 2023-12-26 Jst Power Equipment, Inc. Circuit breaker with indicator of breaker position
WO2023205535A1 (en) * 2022-04-21 2023-10-26 Jst Power Equipment, Inc. Circuit breaker with terminal bushings having dynamic seal
DE102023204819A1 (de) * 2023-05-24 2024-11-28 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Dead-Tank-Hochspannungsleistungsschalter mit Elektrode zur Messung der Spannung an dessen Hochspannungsanschluss und Verfahren zur Spannungsmessung mit der Elektrode

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1349792A (en) * 1916-10-24 1920-08-17 Gen Electric Condenser
FR1283978A (fr) 1960-12-29 1962-02-09 Acec Traversée pour appareils électriques
US3814830A (en) * 1973-02-05 1974-06-04 Ite Imperial Corp Low dielectric stress termination for gas-insulated transmission system
CH596646A5 (de) 1975-07-03 1978-03-15 Haefely & Cie Ag Emil
US4159401A (en) 1977-11-01 1979-06-26 Tokyo Shibaura Kenki K.K. Gas filled bushings with potential shields
JPS55109317A (en) * 1979-02-16 1980-08-22 Mitsubishi Electric Corp Bushing
JPS5671007U (de) * 1979-11-02 1981-06-11
US4554399A (en) 1984-04-26 1985-11-19 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Particle trap for compressed gas insulated transmission systems
JPS62211813A (ja) 1986-03-12 1987-09-17 三菱電機株式会社 ガスブツシング
US5466891A (en) * 1994-04-08 1995-11-14 Abb Power T&D Company Inc. Conical composite SF6 high voltage bushing with floating shield
JP4351811B2 (ja) * 2001-03-22 2009-10-28 株式会社東芝 タンク型真空遮断器
CN102388514B (zh) * 2009-04-03 2014-08-13 Abb技术有限公司 连接气体绝缘开关柜与空气绝缘开关柜的套管
US20110011621A1 (en) * 2009-07-17 2011-01-20 Searete Llc, A Limited Liability Corporation Of The State Of Delaware Smart link coupled to power line
JP5554746B2 (ja) * 2011-05-06 2014-07-23 株式会社日立製作所 ガス絶縁母線及びガス絶縁母線の異物除去方法
DE102017222941A1 (de) * 2017-12-15 2019-06-19 Siemens Aktiengesellschaft Hochspannungsleistungsschalter und Verfahren zum elektromagnetischen Abschirmen einer Vakuumschaltröhre in einem Isolator
DE102018205705A1 (de) 2018-04-16 2019-10-17 Siemens Aktiengesellschaft Messverfahren und Hochspannungsmesswandler mit Clean Air

Also Published As

Publication number Publication date
US12531194B2 (en) 2026-01-20
US20230368989A1 (en) 2023-11-16
WO2022069202A1 (de) 2022-04-07
JP2023543238A (ja) 2023-10-13
EP4197019C0 (de) 2026-02-25
DE102020212385A1 (de) 2022-03-31
CN116235271A (zh) 2023-06-06
JP7600383B2 (ja) 2024-12-16
EP4197019B1 (de) 2026-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP4197019B1 (de) Hochspannungsgerät und verfahren zur erhöhung der dielektrischen festigkeit in dem hochspannungsgerät
EP0744803B1 (de) Trenner für eine metallgekapselte gasisolierte Hochspannungschaltanlage
DE3230091C2 (de)
DE112011104424B4 (de) Gasisolierte Schaltanlage
DE112010004200T5 (de) Leistungsumschaltungseinrichtung
DE4420524A1 (de) Metallgekapselte gasisolierte Schaltanlage
DE1193568B (de) Durchfuehrung fuer elektrische Geraete, insbesondere Leistungsschalter, die ein gas-foermiges Isoliermittel enthalten
DE102018205705A1 (de) Messverfahren und Hochspannungsmesswandler mit Clean Air
DE102017222941A1 (de) Hochspannungsleistungsschalter und Verfahren zum elektromagnetischen Abschirmen einer Vakuumschaltröhre in einem Isolator
DE2929054A1 (de) Gasisolierte schalteinrichtung
WO2005074074A2 (de) Druckgasisolierter trennschalterbaustein und durchführungsanordnung
EP3721516B1 (de) Leiterseilüberbrückungsvorrichtung und verwendung in einem umrüst- oder herstellungsverfahren für freileitungsmasten
WO2022069197A1 (de) Beschichteter leiter in einem hochspannungsgerät und verfahren zur erhöhung der dielektrischen festigkeit
EP2054983A1 (de) Anordnung mit einem elektrischen schaltgerät
DE2624325A1 (de) Hochspannungsdurchfuehrung
EP3655981B1 (de) Hochspannungsleistungsschalter für einen pol und verwendung des hochspannungsleistungsschalters
DE102020205608A1 (de) Hochspannungsleistungsschalter und Verfahren zum Isolieren wenigstens einer Vakuumschaltröhre mit Kunststoffschaum
DE102023204819A1 (de) Dead-Tank-Hochspannungsleistungsschalter mit Elektrode zur Messung der Spannung an dessen Hochspannungsanschluss und Verfahren zur Spannungsmessung mit der Elektrode
WO2021047858A1 (de) Messanordnung zum messen eines spannungspotentials an einem leiter in einer leistungsschaltvorrichtung und entsprechende leistungsschaltvorrichtung
CH362450A (de) Raumsparende elektrische Hochspannungsschaltanlage in Trockenbauart
WO2008000691A1 (de) Leistungsschalter mit einem gehäuse
WO2022069332A1 (de) Gekapseltes hochspannungsgerät und stromwandler für das gekapselte hochspannungsgerät
DE102007033705A1 (de) Wandleranordnung einer metallgekapselten, gasisolierten Schaltanlage sowie metallgekapselte, gasisolierte Schaltanlage
WO2008132018A1 (de) Messwandleranordnung

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20230314

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: GRANT OF PATENT IS INTENDED

INTG Intention to grant announced

Effective date: 20251015

GRAS Grant fee paid

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE PATENT HAS BEEN GRANTED

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: F10

Free format text: ST27 STATUS EVENT CODE: U-0-0-F10-F00 (AS PROVIDED BY THE NATIONAL OFFICE)

Effective date: 20260225

Ref country code: GB

Ref legal event code: FG4D

Free format text: NOT ENGLISH

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R096

Ref document number: 502021009915

Country of ref document: DE

REG Reference to a national code

Ref country code: IE

Ref legal event code: FG4D

Free format text: LANGUAGE OF EP DOCUMENT: GERMAN

U01 Request for unitary effect filed

Effective date: 20260313

U07 Unitary effect registered

Designated state(s): AT BE BG DE DK EE FI FR IT LT LU LV MT NL PT RO SE SI

Effective date: 20260319