EP4197073A1 - Beschichteter leiter in einem hochspannungsgerät und verfahren zur erhöhung der dielektrischen festigkeit - Google Patents

Beschichteter leiter in einem hochspannungsgerät und verfahren zur erhöhung der dielektrischen festigkeit

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Publication number
EP4197073A1
EP4197073A1 EP21783403.5A EP21783403A EP4197073A1 EP 4197073 A1 EP4197073 A1 EP 4197073A1 EP 21783403 A EP21783403 A EP 21783403A EP 4197073 A1 EP4197073 A1 EP 4197073A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
voltage device
electrical conductor
insulating layer
encapsulating housing
voltage
Prior art date
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Pending
Application number
EP21783403.5A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Heinz
Armin Grund
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
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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 EP4197073A1 publication Critical patent/EP4197073A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02B—BOARDS, SUBSTATIONS OR SWITCHING ARRANGEMENTS FOR THE SUPPLY OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02B13/00—Arrangement of switchgear in which switches are enclosed in, or structurally associated with, a casing, e.g. cubicle
    • H02B13/02—Arrangement of switchgear in which switches are enclosed in, or structurally associated with, a casing, e.g. cubicle with metal casing
    • H02B13/035—Gas-insulated switchgear
    • H02B13/0358—Connections to in or out conductors
    • 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
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/02—Disposition of insulation
    • H01B7/0291—Disposition of insulation comprising two or more layers of insulation having different electrical properties

Definitions

  • the invention relates to a high-voltage device and a method for increasing the dielectric strength in a high-voltage device, the high-voltage device having an encapsulating housing and at least one bushing for at least one electrical 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-insulated circuit breaker, d.
  • H. Gas-insulated switchgears which as a live tank, i. H. at high voltage potential, with a switching unit arranged in an insulator, or as a dead tank, i. H. arranged with a switching unit in a grounded housing.
  • Dead-tank gas-insulated circuit breakers have an encapsulating z. B. made of aluminum, which is designed in particular in the form of a cylindrical tank, and bushings for electrical 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 electrical conductors are current-carrying conductors, e.g. B. with a closed circuit breaker and applied high voltage.
  • the encapsulation housing in particular in the form of a kettle, is designed to be gas-tight, with e.g. B.
  • the electrical conductors run, starting from the external connection lugs at a gas-tight sealed end of the insulators, to the openings in the encapsulating 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. B. on steel struts, which are anchored in a mechanically stable manner in particular in a concrete foundation.
  • the enclosure housing is electrically grounded to minimize hazards to service personnel and/or bystanders.
  • 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.
  • connection lugs there is a sufficient electrically isolating distance between the connection lugs and the ground potential and/or foundation in order to prevent electrical flashovers.
  • 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 electrical or current-carrying conductor inside the high-voltage device opposite the grounded encapsulation housing.
  • the electrical conductors are arranged equidistantly from the encapsulating housing, 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 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 increases the dielectric strength only 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
  • the specified object is achieved according to the invention by 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 14 .
  • 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 bushing for at least one electrical conductor.
  • the at least one electrical conductor is coated with an insulating layer.
  • the insulating layer enables the use of bushings with a small diameter, especially when using climate-friendly switching gases, such as e.g. B. Clean Air, in exchange for climate-damaging switching gases, such as e.g. B. SF6 .
  • the high-voltage device with at least one electrical conductor, which is coated with an insulation layer, is thus designed to be cost-effective 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.
  • the highest field strength occurs on the surface of the electrical conductor.
  • the insulating layer applied to the electrical conductor creates a layered dielectric, which lowers the point of otherwise highest field strength on the surface of the electrical conductor and, with an optimally selected insulating layer thickness, the electrical field strength in the critical area is approximately evened out.
  • the insulation layer also reduces the probability of free strong electrons initiating an electrical breakdown. Local field increases due to surface roughness are reduced or prevented. As a result, the reliability and service life of the high-voltage device is increased, and maintenance intervals can be reduced, which means that personnel and costs are reduced.
  • the at least one electrical conductor can be completely coated with an insulating layer along its length. Insulation completely along the length of the electrical conductor has the advantages described above, not only in the area of the bushing, but along the entire conductor.
  • the at least one electrical conductor can be coated with an insulating layer exclusively in the area of the leadthrough, in particular in the area of an opening in the encapsulating housing.
  • material and costs are saved in comparison with a complete coating, and a targeted, advantageous influencing of the electric field in the area of the bushing is possible.
  • flashovers in the bushing area can be reduced or prevented. be prevented, and the dielectric strength, especially in the implementation or. an opening in the encapsulating housing can be increased, with the area being a particularly critical area in terms of field strength and flashover or represents short-circuit probability.
  • the insulating layer can have a relative permittivity in the range of 1, in particular greater than 1.
  • the insulating layer applied to the electrical conductor whose relative permittivity is slightly greater than that of gas, i.e. greater than 1, creates a layered dielectric, which lowers the point of the otherwise highest field strength on the surface of the especially metallic inner conductor and at an optimal selected insulation layer thickness, the electric field strength in the critical area is approximately evened out.
  • the field strength can be adjusted in such a way that the electric field strength at the metallic inner conductor, i.e. H . on the electrical conductor and on the surface of the applied insulating layer are identical.
  • the insulating layer can consist of more than one layer, in particular with decreasing permittivity from layer to layer, in particular with the highest permittivity of the layer directly in connection with the at least one electrical conductor.
  • the insulating layer can be made of silicone, Teflon, PTFE and/or PCTFE and/or can include silicone, Teflon, PTFE and/or PCTFE. These materials are inexpensive, easy to process, easy to apply in particular as a layer, with a permittivity greater than 1, electrically insulating and therefore well suited as an insulating layer.
  • the insulating layer can be formed with a layer thickness in the range of millimeters and/or in the range of centimeters. In the case of several layers, a layer thickness in the millimeter range is particularly good electrical insulation, with a total layer thickness being able to be in the centimeter range. Depending on the material, layer thicknesses in the millimeter or centimeter range are sufficient to achieve the desired effect, with the advantages described above.
  • the thickness and the dielectric permittivity of the insulating layer can be selected such that the field strength on the surface of the electrical conductor, particularly in uncoated areas, and on the outer surface of the insulating layer are the same size. As a result, flashovers through the insulating layer and between the conductor and the insulating layer are minimized or eliminated. locked out .
  • the encapsulating housing can have a flange and an insulator, in particular a hollow tubular and/or circular cylindrical insulator, in particular made of silicone, ceramic and/or composite materials with in particular ribs on the outer circumference, can be attached to the flange in a mechanically stable manner, in particular with a central axis of the insulator congruent with a longitudinal axis of the at least one electrical conductor.
  • a flange enables a mechanically stable, permanently strong 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 conductors, electrodes, and / or devices such.
  • Switching units, in particular arranged in the I solator and/or encapsulation housing are thereby z.
  • At least one electrode at ground potential can be included in the leadthrough, in particular spatially included.
  • further shielding of electrical fields in the area of the openings in the encapsulating housing is provided, in particular good shielding of the openings from the electrical or current-carrying conductor.
  • the combination of an electrode at ground potential with an insulating layer on the electrical conductor results in high dielectric strength in the area of the feedthroughs and/or in the area of the openings in the encapsulating housing, with the advantages described above.
  • the combination increases the dielectric strength, particularly in the area of the feedthrough, in addition to using only one or more insulating layers.
  • the arrangement of the at least one electrode at ground potential around the electrical conductor, spaced apart from the electrical conductor, which has at least one Is provided with an insulating layer allows a grounded arrangement or Attachment of the electrode to earth potential on the encapsulation housing or on the flange of the encapsulation housing around the openings, with a high shielding effect.
  • the at least one electrode at ground 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 I solator can be congruent with a central axis or identical to a central axis of at least one electrode at ground potential and / or the longitudinal axis of at least one current-carrying or. be arranged electrical conductor.
  • At least one switching unit of a high-voltage power switch can be included, in particular arranged in the encapsulating housing and/or connected via the at least one electrical 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 are associated as high-voltage devices in particular for the high-voltage circuit breakers.
  • the at least one electrical conductor can consist of a metal, in particular copper, aluminum and/or steel, and/or a metallic alloy.
  • the at least one electrical conductor can have the shape of a, in particular, circular-cylindrical bar and/or a rod.
  • metals such as B. Copper, aluminum, and/or steel are good electrical conductors and have low electrical losses even at high currents, especially in the range of up to a few hundred amperes, in a high-voltage device.
  • the rounded shape of electrical conductors in particular in the form of circular-cylindrical beams and/or rods, in particular with a diameter in the range of centimeters, prevents excessive voltage increases at edges and results in electrical field distributions around the electrical conductor when current is flowing, which can cause electrical flashovers in the area of the Minimize or impede .
  • 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.
  • a lower dielectric strength of Clean Air compared to conventional insulating gases such as e .g . B. SF 6 can through the use of an insulating layer on the electrical conductor, particularly in the area of openings in the encapsulating housing with current-carrying or electrical conductors, are balanced.
  • a method according to the invention for increasing the dielectric strength in a high-voltage device comprises that at least one electrical conductor is coated with an insulating layer, in particular in a region of a passage for the at least one electrical conductor leading into an encapsulating housing of the high-voltage device and/or leading out of the encapsulating housing.
  • Figure 1 schematically coated an electrical conductor 4 with an insulating layer 5, and the
  • Figure 2 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, the electrical conductor 4 being coated with an insulating layer 5.
  • FIG. 1 shows an electrical conductor 4 which is used in a high-voltage device according to the invention as a current-carrying conductor for the electrical connection of power consumers, power generators and/or power lines in a power grid.
  • the electrical conductor 4 is in the form of a circular cylindrical rod or. a circle cy- Linderf örmigen tube formed, with a lateral surface which is partially coated with an insulating layer 5.
  • the electrical conductor 4 is z. B. from and / or includes copper, aluminum and / or steel. The diameter is z. B. in the range of 1 to 10 centimeters and the length is z. B. in the range of 1 to 10 meters.
  • the insulating layer 5 is made of and / or includes z. B. silicone, Teflon, PTFE and / or PCTFE.
  • the layer thickness is z. B. in the range of a few millimeters to centimeters, in particular 1 centimeter.
  • the electrical conductor 4 is only partially coated with the insulating layer 5, e.g. B. only half its length.
  • FIG. 2 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 comprises 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 10 is z. B. ceramic, silicone and / or composite material f en.
  • 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 when the high-voltage device 1 is in operation or when the switching unit is in the closed state, is particularly rod-shaped or bar-shaped, as shown in detail in Figure 1, with a longitudinal axis that is conclusive or identical to the longitudinal axis 6 of the insulator.
  • the conductor 4 When current flows through the electrical conductor 4, there is an electrical 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, ie 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.
  • 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 secured with fastening means, e.g. B. screws, on the flange 9 of the encapsulating housing 2 mechanically stable and electrically conductive, and protrudes into the insulator 10 or in the cavity inside.
  • 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 the flange 9 is shielded by the electrode 7 or is shifted into the interior of the insulator 10 .
  • an insulating layer 5 on the electric conductor 4 changes the electric field along the electric conductor 4 in such a way that it is unified and further shifted into the interior of the insulator 10 and into the encapsulating housing 2 .
  • the probability of free strong electrons initiating an electrical breakdown between the electrical conductor 4 and the encapsulating housing 2 is inhibited.
  • Local field increases due to surface roughness on the surface of the electrical conductor 4 are reduced or prevented.
  • High-voltage devices 1 include high-voltage circuit breakers, separators, transformers, arresters, instrument transformers and/or bushings.
  • High-voltage devices 1, in particular circuit breakers are z.
  • the basic principle, with an insulating layer on a conductor in a passage of the conductor through openings at ground 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 electrical conductor 4 is z. B. circular-cylindrical. Other forms, e.g. B. with elliptical cross-section and / or designed as a truncated cone are also possible.
  • the encapsulating housing 2 of the high-voltage device 1 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.
  • connection techniques in particular adhesive, welded and/or soldered connections, can also be used.
  • seals for the gas-tight connection of elements in particular copper seals, is possible.
  • the insulating layer 5 on the electrical conductor 4 is z. B. formed as a layer or as a layer stack of multiple layers.
  • the layers can have different permittivities, in particular decreasing permittivity from layer to layer, e.g. B. with the highest permittivity of the layer directly in connection with the at least one electrical conductor 4.
  • z. B. the permittivity of the inner layer is highest
  • each additional layer is formed with a lower or with decreasing permittivity, but with a permittivity always greater than the permittivity of gas, ie greater than 1, a more pronounced equalization of the electric field in the can be achieved compared to just one layer in order to further relieve the dielectric load on the critical areas.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Insulating Bodies (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hochspannungsgerät (1), mit einem Kapselungsgehäuse (2) und mit wenigstens einer Durchführung (3) für wenigstens einen elektrischen Leiter (4) in das Kapselungsgehäuse (2) hinein und/oder aus dem Kapselungsgehäuse (2) heraus. Der wenigstens eine elektrische Leiter (4) ist mit einer Isolierschicht (5) beschichtet. Die Isolierschicht (5) erhöht die dielektrische Festigkeit in dem Hochspannungs- gerät (1), insbesondere im Bereich der Durchführung (3).

Description

Beschreibung
Beschichteter Leiter in einem Hochspannungsgerät und Verfahren zur Erhöhung der dielektrischen Festigkeit
Die Erfindung betrifft ein Hochspannungsgerät und ein Verfahren zur Erhöhung der dielektrischen Festigkeit in einem Hochspannungsgerät, wobei das Hochspannungsgerät ein Kapselungsgehäuse und wenigstens eine Durchführung aufweist, für wenigstens einen elektrischen 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, Transformatoren, Ableiter, Messwandler und/oder Durchführungen. Hochspannungsgeräte, insbesondere Leistungsschalter sind z. B. ausgeführt als Freiluft- und/oder als Gas-Isolierte-Leistungsschalter, d. h. Gas- Insulated-Switchgears , welche als Live-Tank, d. h. auf Hochspannungspotential, mit einer Schalteinheit in einem Isolator angeordnet, oder als Dead-Tank, d. h. mit einer Schalteinheit in einem geerdeten Gehäuse angeordnet, ausgeführt sind.
Dead-Tank Gas-Isolierte-Leistungsschalter weisen ein Kapselungsgehäuse z. B. aus Aluminium auf, welches insbesondere in Form eines zylinderförmigen Kessels ausgeführt ist, und Durchführungen für elektrische Leiter, um Schalteinheiten, welche im Inneren des Kapselungsgehäuses angeordnet sind, mit Stromverbrauchern, Stromerzeugern und/oder Stromleitungen eines Stromnetzes zu verbinden. Die elektrischen Leiter sind im Betrieb, abhängig vom Betriebszustand, stromdurchflossene Leiter, z. B. bei einem geschlossenen Leistungsschalter und angelegter Hochspannung. Das Kapselungsgehäuse, insbesondere in Kesselform ist gasdicht ausgeführt, mit z. B. zwei insbe- sondere kreisrunden Öf fnungen, welche in Form von Flanschen ausgeführt sind, an welchen insbesondere hohl zylinderförmige Isolatorgehäuse gasdicht befestigt sind . In den I solatorgehäusen bzw . I solatoren verlaufen die elektrischen 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 Anschlussfahnen 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 elektrischen bzw . 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 hohl zylinderförmigen I solatoren, ist eine ausreichende dielektrische Festigkeit zwischen dem geerdeten Kapselungsgehäuse und den elektrischen Leitern, insbesondere auf Hochspanungspotential , zu gewährleisten . Bei kreisrunden Öf f- nungen im Kapselungsgehäuse sind die elektrischen Leiter äquidistant zum Kapselungsgehäuse angeordnet, 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 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, 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 14 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 elektrischen Leiter . Der wenigstens eine elektrische Leiter führt in das Kapselungsgehäuse hinein und/oder aus dem Kapselungsgehäuse heraus . Der wenigstens eine elektrische Leiter ist mit einer I solierschicht beschichtet .
Die I solierschicht 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 einem elektrischen Leiter, welcher mit einer I solierschicht beschichteten ist , ist somit kostengünstig und materialsparend ausgeführt , 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 .
Bei einem gasisolierten Leistungsschalter zum Beispiel , mit einem elektrischen Leiter in einer Durchführung in bzw . aus dem Kapselungsgehäuse , tritt die höchste Feldstärke an der Oberfläche des elektrischen Leiters auf . Durch die auf den elektrischen Leiter aufgebrachte I solierschicht entsteht ein geschichtetes Dielektrikum, wodurch die Stelle der sonst höchsten Feldstärke an der Oberfläche des elektrischen Leiters abgesenkt und bei einer optimal gewählten I solierschichtdicke , die elektrische Feldstärke im kritischen Bereich näherungsweise vergleichmäßigt wird . Durch die I solierschicht wir zusätzlich die Wahrscheinlichkeit für freie Starkelektronen zur Einleitung eines elektrischen Durchschlages gehemmt . Lokale Feldüberhöhungen durch Oberflächenrauheit werden verringert oder verhindert . Dadurch wird die Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Hochspannungsgerätes erhöht , und Wartungsintervalle können reduziert werden, womit Personal und Kostenaufwand reduziert ist . Der wenigstens eine elektrische Leiter kann entlang seiner Länge vollständig mit einer I solierschicht beschichtet sein . Eine I solierung vollständig entlang der Länge des elektrischen Leiters weist die zuvor beschriebenen Vorteile auf , nicht nur im Bereich der Durchführung, sondern entlang des gesamten Leiters .
Der wenigstens eine elektrische Leiter kann alternativ ausschließlich im Bereich der Durchführung, insbesondere im Bereich einer Öf fnung im Kapselungsgehäuse , mit einer I solierschicht beschichtet sein . Dadurch wird Material und werden Kosten eingespart im Vergleich mit einer vollständigen Beschichtung, und eine gezielte vorteilhafte Beeinflussung des elektrischen Feldes im Bereich der Durchführung ist möglich . Durch Verlagerung von Feldanteilen von der Durchführung weg, können Überschläge im Bereich der Durchführung vermindert bzw . verhindert werden, und die dielektrische Festigkeit insbesondere im Bereich der Durchführung bzw . einer Öf fnung im Kapselungsgehäuse gesteigert werden, wobei der Bereich einen besonders kritischen Bereich bezüglich der Feldstärke und Überschlags- bzw . Kurzschlusswahrscheinlichkeit darstellt .
Die I solierschicht kann eine relative Permittivität im Bereich von 1 , insbesondere größer 1 , aufweisen . Durch die auf den elektrischen Leiter aufgebrachte I solierschicht , dessen relative Permittivität etwas größer als die von Gas ist , also größer als 1 , entsteht ein geschichtetes Dielektrikum, wodurch die Stelle der sonst höchsten Feldstärke an der Oberfläche des insbesondere metallischen Innenleiters abgesenkt und bei einer optimal gewählten I solierschichtdicke die elektrische Feldstärke im kritischen Bereich näherungsweise vergleichmäßigt wird . Durch die Optimierung der dielektrischen Permittivität des I solierschichtmaterials und der Dicke der Schicht kann die Feldstärke so eingestellt werden, dass die elektrische Feldstärke am metallischen Innenleiter, d . h . am elektrischen Leiter, und an der Oberfläche der aufgebrachten I solierschicht identisch sind .
Die I solierschicht kann aus mehr als einer Schicht bestehen, insbesondere mit abnehmender Permittivität von Schicht zu Schicht , insbesondere mit der höchsten Permittivität der Schicht direkt in Verbindung mit dem wenigstens einen elektrischen Leiter . Durch das Aufbringen weiterer I solierschichten mit unterschiedlicher relativer Permittivität , wobei z . B . die Permittivität der inneren Schicht am höchsten ist , und j ede weitere Schicht mit einer niedrigeren bzw . mit abnehmender Permittivität ausgebildet ist , j edoch mit einer Permittivität immer größer als die Permittivität von Gas , kann eine ausgeprägtere Vergleichmäßigung des elektrischen Feldes im Vergleich zu nur einer Schicht erreicht werden, um so die kritischen Bereiche dielektrisch weiter zu entlasten .
Die I solierschicht kann aus Silikon, Teflon, PTFE und/oder PCTFE sein, und/oder kann Silikon, Teflon, PTFE und/oder PCTFE umfassen . Diese Materialien sind kostengünstig, leicht zu verarbeiten, insbesondere als Schicht leicht aufbringbar, mit einer Permittivität größer 1 , elektrisch isolierend und somit gut geeignet als I solierschicht .
Die I solierschicht kann mit einer Schichtdicke im Bereich von Millimetern und/oder im Bereich von Zentimetern ausgebildet sein . Bei mehreren Schichten ist insbesondere eine Schichtdicke im Bereich von Millimetern gut elektrisch isolierend, wobei eine Gesamtschichtdicke im Bereich von Zentimetern liegen kann . Abhängig vom Material sind Schichtdicken ausreichend im Bereich von Millimetern oder Zentimetern, um die gewünschte Wirkung zu erreichen, mit den zuvor beschriebenen Vorteilen .
Die Dicke und die dielektrische Permittivität der I solierschicht kann derart ausgewählt sein, dass die Feldstärke an der Oberfläche des elektrischen Leiters , insbesondere in unbeschichteten Bereichen, und an der äußeren Oberfläche der Isolierschicht gleich groß sind . Dadurch sind Überschläge durch die I solierschicht hindurch und zwischen Leiter und Isolierschicht minimiert bzw . ausgeschlossen .
Das Kapselungsgehäuse kann einen Flansch aufweisen und ein Isolator, insbesondere ein hohlrohrf örmiger und/oder kreis zylinderförmiger I solator insbesondere aus Silikon, Keramik und/oder Kompositwerkstof f en mit insbesondere Rippen am äußeren Umfang, kann an dem Flansch mechanisch stabil befestigt sein, insbesondere mit einer Mittelachse des I solators kongruent einer Längsachse des wenigstens einen elektrischen Leiters . Ein Flansch ermöglicht eine mechanisch stabile , dauerhaft feste , und insbesondere gasdichte Befestigung eines Isolators 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 Leiter, Elektroden, und/oder Einrichtungen wie z . B . Schalteinheiten, insbesondere angeordnet im I solator und/oder Kapselungsgehäuse , sind dadurch z . B . gegen Wettereinflüsse geschützt .
Wenigstens eine Elektrode auf Erdpotential kann von der Durchführung umfasst sein, insbesondere räumlich umfasst sein . 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 elektrischen bzw . stromdurchflossenen Leiter . Die Kombination einer Elektrode auf Erdpotential mit einer I solierschicht auf dem elektrischen Leiter 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 dielektrische Festigkeit insbesondere im Bereich der Durchführung zusätzlich zu einer Verwendung von nur einer oder mehrerer Isolierschichten . Die Anordnung der wenigstens einen Elektrode auf Erdpotential um den elektrischen Leiter herum, beab- standet zum elektrischen Leiter, welcher mit wenigstens einer Isolierschicht versehen ist , ermöglicht eine geerdete Anordnung bzw . Befestigung der Elektrode auf Erdpotential am Kapselungsgehäuse bzw . am Flansch des Kapselungsgehäuses um die Öf fnungen herum, mit hoher Schirmwirkung . Die wenigstens eine Elektrode auf Erdpotential 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 .
Der I solator kann mit einer Mittelachse kongruent bzw . identisch einer Mittelachse wenigstens einer Elektrode auf Erdpotential und/oder der Längsachse des wenigstens einen stromdurchflossenen bzw . elektrischen Leiters angeordnet sein .
Dies ergibt eine platzsparende , kostengünstige Anordnung, mit guter Abschirmwirkung der Elektrode .
Wenigstens eine Schalteinheit eines Hochspannungsleistungsschalters kann umfasst sein, insbesondere im Kapselungsgehäuse angeordnet und/oder über den wenigstens einen elektrischen 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 Hochspannungsleistungsschalter als Hochspannungsgeräte verbunden sind .
Der wenigstens eine elektrische Leiter kann aus einem Metall , insbesondere Kupfer, Aluminium, und/oder Stahl bestehen, und/oder aus einer metallischen Legierung . Der wenigstens eine elektrische Leiter kann die Form eines insbesondere kreiszylinderförmigen Balkens und/oder einer Stange aufweisen . Metalle , wie z . B . Kupfer, Aluminium, und/oder Stahl , sind gute elektrische Leiter und weisen geringe elektrische Verluste auch bei hohen Stromstärken, insbesondere im Bereich von bis zu einigen hundert Ampere , in einem Hochspannungsgerät auf . Damit ist eine gute elektrische Anbindung von elektrischen Einheiten des Hochspannungsgerätes , z . B . von Schalteinheiten, an äußere Stromverbraucher, Stromerzeuger und/oder Stromleitungen im Stromnetz , mit geringen elektrischen Verlusten im Betrieb des Hochspannungsgerätes möglich . Die abgerundete Form von elektrischen Leitern, insbesondere als kreis zylinderförmige Balken und/oder als Stangen ausgebildet , insbesondere mit einem Durchmesser im Bereich von Zentimetern, verhindert Spannungsüberhöhungen an Kanten und ergibt elektrische Feldverteilungen um den elektrischen Leiter im stromdurchflossenen Zustand, welche elektrische Überschläge im Bereich der Durchführungen minimieren bzw . verhindern .
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 einer I solierschicht auf dem elektrischen Leiter 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 Verwendung von I solierschichten auf den elektrischen Leitern insbesondere im Bereich der Durchführungen, 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 ein elektrischer Leiter mit einer I solierschicht beschichtet wird, insbesondere in einem Bereich einer Durchführung für den wenigstens einen elektrischen Leiter in ein Kapselungsgehäuse des Hochspannungsgeräts hineinführend und/oder aus dem Kapselungsgehäuse heraus führend .
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erhöhung der dielektrischen Festigkeit in einem Hochspannungsgerät , insbesondere in einem zuvor beschriebenen Hochspannungsgerät , gemäß Anspruch 14 sind analog den zuvor beschriebenen Vorteilen des erfindungsgemäßen Hochspannungsgerätes gemäß Anspruch 1 und umgekehrt .
Im Folgenden wird ein Aus führungsbeispiel der Erfindung schematisch in den Figuren dargestellt und nachfolgend näher beschrieben .
Dabei zeigen die
Figur 1 schematisch einen elektrischen Leiter 4 mit einer Isolierschicht 5 beschichtet , und die
Figur 2 schematisch in Schnittansicht einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Hochspannungsgerätes 1 , mit einer Öf fnung in einem Kapselungsgehäuse 2 , und mit einer Durchführung 3 für einen stromdurchflossenen Leiter 4 durch die Öf fnung, wobei der elektrische Leiter 4 mit einer I solierschicht 5 beschichtet ist .
In Figur 1 ist eine elektrischer Leiter 4 dargestellt , welcher in einem erfindungsgemäßen Hochspannungsgerät als stromdurchflossener Leiter zum elektrischen Anschluss von Stromverbrauchern, Stromerzeugern und/oder Stromleitungen in einem Stromnetz verwendet wird . Der elektrische Leiter 4 ist in Form einer kreis zylinderförmigen Stange bzw . eines kreis zy- linderf örmigen Rohres ausgebildet, mit einer Mantelfläche, welche teilweise mit einer Isolierschicht 5 beschichtet ist. Der elektrische Leiter 4 ist z. B. aus und/oder umfasst Kupfer, Aluminium und/oder Stahl. Der Durchmesser ist z. B. im Bereich von 1 bis 10 Zentimetern und die Länge ist z. B. im Bereich von 1 bis 10 Metern.
Die Isolierschicht 5 ist aus und/oder umfasst z. B. Silikon, Teflon, PTFE und/oder PCTFE. Die Schichtdicke ist z. B. im Bereich von einigen Millimetern bis hin zu Zentimetern, insbesondere 1 Zentimeter. Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist der elektrische Leiter 4 nur teilweise mit der Isolierschicht 5 beschichtet, z. B. nur zur Hälfte seiner Länge. Dabei hängt die Beschichtungsdicke und Beschichtungslänge z. B. von der Form und Größe der Durchführung, den maximalen Stromstärken- und/oder Spannungen des Hochspannungsgerätes, der Materialwahl des Leiters 4 und der Materialwahl der Isolierschicht 5, und/oder der Form, Dicke und Länge des Leiters 4 ab. Eine Optimierung der Materialwahl, Dicke und Länge der Beschichtung des Leiters 4 mit einem elektrisch isolierenden Material erfolgt insbesondere derart, dass die Feldverteilung entlang des Leiters 4 im Bereich z. B einer Durchführung eines erfindungsgemäßen Hochspannungsgerätes vereinheitlicht wird .
In Figur 2 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 10 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, ist wie in Figur 1 im Detail dargestellt insbesondere Stangen- bzw. balkenförmig ausgebildet, mit einer Längsachse konkludent bzw. identisch der Längsachse 6 des Isolators.
Bei Stromfluss durch den elektrischen 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 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 2 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 Isolator 10 bzw. in dessen Hohlraum im Inneren hinein. Die Elektrode 7 verändert das elektrische Feld zwischen Kapselungsgehäuse 2 und stromdurchflossenen Leiter 4 derart, dass Spannungsüberhöhungen an der Öffnung des Kapselungsgehäuses 2 bzw. des Flansches 9 durch die Elektrode 7 abgeschirmt werden bzw. in das Innere des Isolators 10 verlagert werden.
Erfindungsgemäß ist eine weitere Abschirmung des elektrischen Feldes bzw. Änderung des Feldes zwischen Kapselungsgehäuse 2 und elektrischen bzw. stromdurchflossenen Leiter 4, durch Verwendung einer Isolierschicht 5 auf dem elektrischen Leiter 4 möglich. Die Isolierschicht 5 verändert das elektrische Feld entlang des elektrischen Leiters 4 derart, dass es vereinheitlicht wird und weiter in das Innere des Isolators 10 und in das Kapselungsgehäuse 2 verlagert wird. Die Wahrscheinlichkeit für freie Starkelektronen zur Einleitung eines elektrischen Durchschlages zwischen elektrischen Leiter 4 und Kapselungsgehäuse 2 wird gehemmt. Lokale Feldüberhöhungen durch eine Oberflächenrauheit auf der Oberfläche des elektrischen Leiters 4 werden verringert oder verhindert. 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 1, insbesondere Leistungsschalter sind z. B. als Gas-Isolierte-Leistungsschalter ausgeführt, d. h. Gas- Insulated-Switchgears . Das Grundprinzip, mit einer Isolierschicht auf einem Leiter in einer Durchführung des Leiters 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. Der elektrische Leiter 4 ist z. B. kreiszylinderförmig ausgebildet. Weitere Formen, z. B. mit elliptischem Querschnitt und/oder als Kegelstumpf ausgebildet, sind ebenfalls möglich. Das Kapselungsgehäuse 2 des Hochspannungsgerätes 1 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. Elektrodenenden, insbesondere der Elektrode 7 auf Erdpotential, sind z. B. abgerundet, um Feldüberhöhungen zu vermeiden. Weitere Formen der Elektrodenenden, z. B. gerade auslaufend, abgewinkelt, abgerundet mit unterschiedlichen Rundungsradien, sind möglich .
Die Isolierschicht 5 auf dem elektrischen Leiter 4 ist z. B. als eine Schicht oder als Schichtstapel aus mehreren Schichten ausgebildet. Dabei können die Schichten unterschiedliche Permittivität aufweisen, insbesondere abnehmende Permittivi- tät von Schicht zu Schicht, z. B. mit der höchsten Permittivität der Schicht direkt in Verbindung mit dem wenigstens einen elektrischen Leiter 4. Durch das Aufbringen weiterer Isolierschichten mit unterschiedlicher relativer Permittivität, wobei z. B. die Permittivität der inneren Schicht am höchsten ist, und jede weitere Schicht mit einer niedrigeren bzw. mit abnehmender Permittivität ausgebildet ist, jedoch mit einer Permittivität immer größer als die Permittivität von Gas, d. h. größer 1, kann eine ausgeprägtere Vergleichmäßigung des elektrischen Feldes im Vergleich zu nur einer Schicht erreicht werden, um so die kritischen Bereiche dielektrisch weiter zu entlasten. Be zugs Zeichen :
1 Hochspannungsgerät
2 Kapselungsgehäuse 3 Durchführung
4 stromdurchflossener Leiter
5 I solierschicht
6 Längs- bzw . Mittelachse
7 Elektrode auf Erdpotential 8 Kontaktmittel
9 Flansch
10 I solator

Claims

Patentansprüche
1. Hochspannungsgerät (1) , mit einem Kapselungsgehäuse (2) und mit wenigstens einer Durchführung (3) für wenigstens einen elektrischen Leiter (4) in das Kapselungsgehäuse (2) hinein und/oder aus dem Kapselungsgehäuse (2) heraus, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine elektrische Leiter (4) mit einer Isolierschicht (5) beschichtet ist.
2. Hochspannungsgerät (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine elektrische Leiter (4) entlang seiner Länge vollständig mit einer Isolierschicht (5) beschichtet ist.
3. Hochspannungsgerät (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine elektrische Leiter (4) ausschließlich im Bereich der Durchführung (3) , insbesondere im Bereich einer Öffnung im Kapselungsgehäuse (2) , mit einer Isolierschicht (5) beschichtet ist.
4. Hochspannungsgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht (5) eine relative Permittivität im Bereich von 1, insbesondere größer 1, aufweist.
5. Hochspannungsgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht (5) aus mehr als einer Schicht besteht, insbesondere mit abnehmender Permittivität von Schicht zu Schicht, insbesondere mit der höchsten Permittivität der Schicht direkt in Verbindung mit dem wenigstens einen elektrischen Leiter (4) .
6. Hochspannungsgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht (5) aus Silikon, Teflon, PTFE und/oder PCTFE ist, und/oder dass die Isolierschicht (5) Silikon, Teflon, PTFE und/oder PCTFE umfasst .
7. Hochspannungsgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht (5) mit einer Schichtdicke im Bereich von Millimetern und/oder im Bereich von Zentimetern ausgebildet ist.
8. Hochspannungsgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke und die dielektrische Permittivität der Isolierschicht (5) derart ausgewählt sind, dass die Feldstärke an der Oberfläche des elektrischen Leiters (4) und an der äußeren Oberfläche der Isolierschicht (5) gleich groß sind.
9. 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 insbesondere aus Silikon, Keramik und/oder Komposit- werkstoffen mit insbesondere Rippen am äußeren Umfang, an dem Flansch (9) mechanisch stabil befestigt ist, insbesondere mit einer Mittelachse des Isolators (10) kongruent einer Längsachse des wenigstens einen elektrischen Leiters (4) .
10. Hochspannungsgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Elektrode (7) auf Erdpotential von der Durchführung (3) umfasst ist .
11. Hochspannungsgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Schalteinheit eines Hochspannungsleistungsschalters umfasst ist, insbesondere im Kapselungsgehäuse (2) angeordnet und/oder über den wenigstens einen elektrischen Leiter (4) mit Stromverbrauchern, Stromerzeugern und/oder Leitungen eines Stromnetzes verbunden.
12. Hochspannungsgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine elektrische Leiter (4) aus einem Metall, insbesondere Kupfer, Aluminium, und/oder Stahl besteht, und/oder aus einer metallischen Legierung, und/oder dass der wenigstens eine elektrische Leiter (4) die Form eines insbesondere kreiszylinderförmigen Balkens und/oder einer Stange aufweist.
13. 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.
14. Verfahren zur Erhöhung der dielektrischen Festigkeit in einem Hochspannungsgerät (1) , insbesondere in einem Hochspannungsgerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein elektrischer Leiter (4) mit einer Isolierschicht (5) beschichtet wird, insbesondere in einem Bereich einer Durchführung (3) für den wenigstens einen elektrischen Leiter (4) in ein Kapselungsgehäuse (2) des Hochspannungsgeräts (1) hineinführend und/oder aus dem Kapselungsgehäuse (2) herausführend.
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