EP4434129A1 - Gasisolierte elektroenergieübertragungseinrichtung - Google Patents

Gasisolierte elektroenergieübertragungseinrichtung

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Publication number
EP4434129A1
EP4434129A1 EP22839826.9A EP22839826A EP4434129A1 EP 4434129 A1 EP4434129 A1 EP 4434129A1 EP 22839826 A EP22839826 A EP 22839826A EP 4434129 A1 EP4434129 A1 EP 4434129A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
transmission device
electrical energy
energy transmission
encapsulating housing
conductor
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.)
Pending
Application number
EP22839826.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Katrin Benkert
Thomas Heinz
Karsten JUHRE
Peter Milewski
Paul Gregor Nikolic
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 EP4434129A1 publication Critical patent/EP4434129A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G5/00—Installations of bus-bars
    • H02G5/06—Totally-enclosed installations, e.g. in metal casings
    • H02G5/063—Totally-enclosed installations, e.g. in metal casings filled with oil or gas
    • 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 gas-insulated electric power transmission device.
  • a gas-insulated electrical power transmission device is used here to refer to any gas-insulated, ie gas-tight encapsulated, device for the transmission or distribution of electrical power that has an encapsulating housing filled with an insulating gas.
  • gas-insulated electric power transmission device includes, for example, gas-insulated switchgear with multiple switch panels, but also individual gas-insulated switch panels and switching devices such as circuit breakers.
  • sulfur hexafluoride is often used as the insulating gas, in particular due to the high dielectric strength of sulfur hexafluoride.
  • sulfur hexafluoride is a potent greenhouse gas. For this reason, sulfur hexafluoride is increasingly being replaced by more environmentally friendly insulating gases.
  • the use of such insulating gases, particularly in the high-voltage range, poses challenges for the dielectric strength of the switchgear.
  • these insulating gases Since the dielectric strength of these insulating gases is generally significantly lower than the dielectric strength of sulfur hexafluoride, the use of these insulating gases instead of sulfur hexafluoride requires, for example, higher pressures and/or larger insulation distances for electrical conductors in the encapsulation housings. This increases the costs and the installation space of a gas-insulated electrical energy transmission device.
  • the invention is based on the object of specifying an improved gas-insulated electrical energy transmission device which is suitable for the use of environmentally compatible insulating gases.
  • the object is achieved according to the invention by a gas-insulated electric power transmission device with the features of claim 1 .
  • a gas-insulated electric power transmission device comprises
  • a solid material insulation is therefore combined with an insulating gas as the insulating medium.
  • the solid insulation is formed in the encapsulating housing as a solid material jacket arranged around a conductor and thus insulates an area around the conductor within the encapsulating housing. This takes into account that the field strength of an electric field between the conductor and the encapsulating housing is greatest in the vicinity of the conductor and decreases rapidly with the distance from the conductor. Consequently, the area in which the electric field strength would be particularly high without the solid jacket is isolated by the solid jacket.
  • the area of potentially very high electric field strength can thus be effectively insulated by the Feststof fmantel, while areas within the encapsulating housing with lower electric Field strength can be isolated inexpensively by the I insulating gas.
  • the pressure with which the insulating gas is applied and the insulating distances between electrical conductors in the encapsulating housing and thus the size of the encapsulating housing can be advantageously reduced compared to an insulating system that uses only the insulating gas as the insulating medium.
  • the insulating gas is artificial air.
  • the artificial air is pressurized, for example, with an overpressure in a range from 6 bar to 14 bar compared to a pressure in an area surrounding the encapsulating housing.
  • Artificial air is used here to refer to a mixture of oxygen and nitrogen that is produced artificially. This can be a completely synthetically produced mixture of oxygen and nitrogen or processed, in particular cleaned and/or dehumidified, air. Artificial air is a particularly environmentally friendly alternative to sulfur hexafluoride.
  • the insulating gas is a fluorinated gas mixture.
  • Suitable fluorinated gas mixtures have higher dielectric strengths than artificial air and are more environmentally friendly than sulfur hexafluoride and are therefore also suitable as an alternative to sulfur hexafluoride.
  • the solid material jacket is made at least in part from silicone or polyurethane or polyethylene or cross-linked polyethylene.
  • the materials mentioned advantageously combine high dielectric strength with ease of processing.
  • the solid material jacket is at least partly made of a base material made with at least one filler f.
  • the base material is, for example, an epoxy resin, silicone or polyvinylidene fluoride.
  • a filler is, for example, barium titanate or aluminum nitrite or boron nitrite.
  • the admixture of fillers such as aluminum nitrite or boron nitrite to the base material can advantageously improve the thermal conductivity of the solid cladding and the thermal expansion of the solid cladding can be adapted to that of the conductor.
  • the base material can contain, for example, an electrically conductive filler. With such a filler, the solid mantle can also contribute to field control of the electrical field within the encapsulating housing.
  • the solid material jacket has a plurality of insulating layers with different permittivities.
  • the permittivity within the solid material sheathing can be adapted to the decrease in the electric field strength as the distance from the conductor increases.
  • the insulating layers have permittivities that decrease as the distance between the insulating layers and the conductor increases.
  • At least one electrically conductive field control layer is embedded in the solid material jacket.
  • the solid material jacket can also contribute to field control of the electrical field within the encapsulating housing.
  • a viscous adhesive layer is arranged between the conductor and the solid material sheath.
  • the adhesive layer advantageously allows air pockets to be avoided between the conductor and the solid-material sheath.
  • the solid sheath is made at least in part from a plastic, in which the conductor is immersed in a viscous state of the plastic and which then hardens. This enables a simple and therefore cost-effective production of the solid material jacket.
  • the solid mantle is an extrudate.
  • the solid material jacket is manufactured by extrusion.
  • the solid material jacket can be designed to be particularly complex in terms of geometry.
  • the solid material jacket has a sufficient thickness so that an electric field strength everywhere in the insulating gas at a rated voltage applied between the conductor and the encapsulating housing is smaller than a critical field strength characterizing the dielectric strength of the insulating gas.
  • the thickness of the solid sheath is adapted to the dielectric strength of the insulating gas, so that the electric field strength in the insulating gas remains below the critical field strength for voltages between the conductor and the encapsulating housing for which the electrical energy transmission device is designed.
  • 1 shows a sectional view of an exemplary embodiment of an electrical energy transmission device
  • 2 shows a diagram of an electric field strength in an encapsulating housing as a function of a distance from a conductor.
  • FIG. 1 shows a sectional illustration of an exemplary embodiment of an electrical energy transmission device 1 .
  • the electrical energy transmission device 1 has, among other things, an encapsulating housing 3 and an electrical conductor 5 .
  • the encapsulating housing 3 is made of metal, for example, and is grounded.
  • the conductor 5 is arranged in the encapsulating housing 3 and at a distance from an inner surface 7 of the encapsulating housing 3 .
  • An electrically insulating solid material jacket 9 is arranged around the conductor 5 at a distance from the inner surface 7 of the encapsulating housing 3 .
  • a space 11 between the solid material jacket 9 and the inner surface 7 of the encapsulating housing 3 is filled with an insulating gas 13 .
  • the insulating gas 13 is, for example, artificial air which is subjected to an overpressure in a range from 6 bar to 14 bar compared to a pressure in the surroundings of the encapsulating housing 3 .
  • a viscous adhesive layer 15 is optionally arranged between the conductor 5 and the solid material sheath 9 .
  • the adhesive layer 15 prevents air inclusions between the conductor 5 and the solid sheath 9 .
  • the solid material jacket 9 of the exemplary embodiment shown in FIG. 1 has two insulating layers 17, 19 with different permittivities.
  • a second insulating layer 19 is an outer layer which is arranged around a first insulating layer 17 .
  • An electrically conductive field control layer 21 is embedded in the solid mantle 9 between the two insulating layers 17 , 19 .
  • one insulating layer 17, 19 is made of a silicone or polyurethane or polyethylene or cross-linked polyethylene
  • the other insulating layer 17, 19 is made of a base material with at least one filler.
  • the base material is, for example, an epoxy resin, silicone or polyvinylidene fluoride. Barium titanate, aluminum nitrite and/or boron nitrite, for example, are used as the filler or fillers.
  • both insulating layers 17, 19 are each made of silicone or polyurethane or polyethylene or cross-linked polyethylene, or both insulating layers 17, 19 are each made of one of the base materials mentioned with at least one of the fillers mentioned.
  • FIG 2 shows a diagram of an electric field strength E, more precisely an amount E of an electric field strength, in the encapsulating housing 3 as a function of a distance r from a central axis of the conductor 5.
  • r 2 denotes an inner radius of the solid casing 9
  • r 2 denotes an outer radius of the solid casing 9.
  • the difference r 2 -r 2 is the thickness d of the solid casing 9.
  • R denotes a distance of the inner surface 7 of the encapsulating casing 3 from the center axis of the conductor 5 (see Figure 1).
  • the field strength E decreases from the inside to the outside.
  • the field strength E in the insulating gas 13 decreases again from the solid casing 9 to the inner surface 7 of the encapsulating housing 3 .
  • the thickness d of the solid casing 9 is chosen so that the field strength E everywhere in the insulating gas 13 is smaller than a critical field strength E krlt , which is the dielectric strength of the iso- liergases 13 characterized.
  • the course of the field strength E is also shown in dashed lines, which would result without the solid material jacket 9 between r 2 and r 2 and in which the field strength E in this area of the encapsulating housing 3 would exceed the critical field strength E crit .
  • the exemplary embodiment of an electrical energy transmission device 1 described with reference to FIGS. 1 and 2 can be modified in various ways to form other exemplary embodiments.
  • several field control layers 21 or no field control layer 21 at all can be embedded in the solid material jacket 9 .
  • the solid mantle 9 can have more than two insulating layers 17, 19 with different permittivities.
  • the solid material jacket 9 can be made homogeneously from just one material.
  • the solid casing 9 can be an extrudate or be made of a plastic into which the conductor 5 is immersed in a viscous state of the plastic and which then hardens.
  • the electrical energy transmission device 1 can have a plurality of conductors 5 which are each surrounded by a solid material jacket 9 .

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Gas-Insulated Switchgears (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine gasisolierte Elektroenergieübertragungseinrichtung (1). Die Elektroenergieübertragungseinrichtung (1) umfasst ein Kapselungsgehäuse (3), einen in dem Kapselungsgehäuse (3) und von einer Innenoberfläche (7) des Kapselungsgehäuses (3) beabstandet angeordneten elektrischen Leiter (5), einen elektrisch isolierenden Feststoffmantel (9), der um den Leiter (5) herum und von der Innenoberfläche (7) des Kapselungsgehäuses (3) beabstandet angeordnet ist, und ein Isoliergas (13), mit dem ein Raum (11) zwischen dem Feststoffmantel (9) und der Innenoberfläche (7) des Kapselungsgehäuses (3) befüllt ist.

Description

Beschreibung
Gasisolierte Elektroenergieübertragungseinrichtung
Die Erfindung betri f ft eine gasisolierte Elektroenergieübertragungseinrichtung .
Mit einer gasisolierten Elektroenergieübertragungseinrichtung wird hier j ede gasisolierte , das heißt gasdicht gekapselte , Einrichtung zur Übertragung oder Verteilung von Elektroenergie bezeichnet , die ein mit einem I soliergas befülltes Kapselungsgehäuse aufweist . Im Sinne dieses Dokuments umfasst der Begri f f gasisolierte Elektroenergieübertragungseinrichtung also beispielsweise gasisolierte Schaltanlagen mit mehreren Schalt feldern, aber auch einzelne gasisolierte Schaltfelder und Schaltgeräte wie Leistungsschalter .
In herkömmlichen gasisolierten Elektroenergieübertragungseinrichtungen wird häufig Schwefelhexafluorid als I soliergas eingesetzt , insbesondere aufgrund der hohen Durchschlags festigkeit von Schwefelhexafluorid . Schwefelhexafluorid ist j edoch ein starkes Treibhausgas . Deshalb wird Schwefelhexafluorid zunehmend durch umweltverträglichere I soliergase ersetzt . Jedoch stellt der Einsatz derartiger I soliergase insbesondere im Hochspannungsbereich Heraus forderungen an die dielektrische Festigkeit der Schaltanlagen . Da die Durchschlags festigkeit dieser I soliergase in der Regel deutlich kleiner als die Durchschlags festigkeit von Schwefelhexafluorid ist , erfordert die Verwendung dieser I soliergase anstelle von Schwefelhexafluorid beispielsweise höhere Drücke und/oder größere I solationsabstände elektrischer Leiter in den Kapselungsgehäusen . Dadurch steigen die Kosten und der Bauraum einer gasisolierten Elektroenergieübertragungseinrichtung .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , eine verbesserte gasisolierte Elektroenergieübertragungseinrichtung anzugeben, die sich für die Verwendung umweltverträglicher I soliergase eignet . Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine gasisolierte Elektroenergieübertragungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst .
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche .
Eine erfindungsgemäße gasisolierte Elektroenergieübertragungseinrichtung umfasst
- ein Kapselungsgehäuse ,
- einen in dem Kapselungsgehäuse und von einer Innenoberfläche des Kapselungsgehäuses beabstandet angeordneten elektrischen Leiter,
- einen elektrisch isolierenden Feststof fmantel , der um den Leiter herum und von der Innenoberfläche des Kapselungsgehäuse beabstandet angeordnet ist , und
- ein I soliergas , mit dem ein Raum zwischen dem Feststof fmantel und der Innenoberfläche des Kapselungsgehäuses befüllt ist .
Bei einer erfindungsgemäßen gasisolierten Elektroenergieübertragungseinrichtung wird also eine Feststof f isolation mit einem I soliergas als I solationsmedium kombiniert . Die Feststoffisolation ist in dem Kapselungsgehäuse als ein um einen Leiter herum angeordneter Feststof fmantel ausgebildet und isoliert somit einen Bereich um den Leiter herum innerhalb des Kapselungsgehäuses . Dies berücksichtigt , dass die Feldstärke eines elektrischen Feldes zwischen dem Leiter und dem Kapselungsgehäuse in der Umgebung des Leiters am größten ist und mit dem Abstand von dem Leiter schnell abnimmt . Mithin wird durch den Feststof fmantel der Bereich isoliert , in dem die elektrische Feldstärke ohne den Feststof fmantel besonders hoch wäre . Da Feststof fe wesentlich höhere Durchschlags festigkeiten als I soliergase aufweisen können, kann somit der Bereich potentiell sehr hoher elektrischer Feldstärke durch den Feststof fmantel wirksam isoliert werden, während Bereiche innerhalb des Kapselungsgehäuses mit geringerer elektrischer Feldstärke kostengünstig durch das I soliergas isoliert werden . Dadurch können der Druck, mit dem das I soliergas beaufschlagt wird, und I solationsabstände elektrischer Leiter in dem Kapselungsgehäuse und somit die Größe des Kapselungsgehäuses vorteilhaft reduziert werden gegenüber einer I solation, die ausschließlich das I soliergas als I solationsmedium verwendet .
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist das I soliergas künstliche Luft . Dabei ist die künstliche Luft beispielsweise mit einem Überdruck in einem Bereich von 6 bar bis 14 bar gegenüber einem Druck in einer Umgebung des Kapselungsgehäuses beaufschlagt .
Mit künstlicher Luft wird hier ein Gemisch aus Sauerstof f und Stickstof f bezeichnet , das künstlich erzeugt wird . Dabei kann es sich um ein vollständig synthetisch erzeugtes Gemisch aus Sauerstof f und Stickstof f handeln oder um aufbereitete , insbesondere gereinigte und/oder entfeuchtete , Luft . Künstliche Luft ist eine besonders umweltverträgliche Alternative zu Schwefelhexafluorid .
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das I soliergas eine fluorierte Gasmischung . Geeignete fluorierte Gasmischungen weisen höhere Durchschlags festigkeiten als künstliche Luft bei besserer Umweltverträglichkeit als Schwefelhexafluorid auf und eignen sich daher ebenfalls als eine Alternative zu Schwefelhexafluorid .
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Feststof fmantel wenigstens zu einem Teil aus einem Silikon oder Polyurethan oder Polyethylen oder vernetzten Polyethylen gefertigt . Die genannten Materialien kombinieren vorteilhaft eine hohe Durchschlags festigkeit mit einer einfachen Verarbeitbarkeit .
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Feststof fmantel wenigstens zu einem Teil aus einem Basismaterial mit wenigstens einem Füllstof f gefertigt . Das Basismaterial ist beispielsweise ein Epoxidharz , Silikon oder Polyvinyli- denfluorid . Ein Füllstof f ist beispielsweise Bariumtitanat oder Aluminiumnitrit oder Bornitrit . Durch die Beimischung eines Füllstof fes wie Bariumtitanat zu dem Basismaterial können die Permittivität und damit die Durchschlags festigkeit des Feststof fmantels vorteilhaft erhöht werden gegenüber einer Fertigung des Feststof fmantels nur aus dem Basismaterial . Durch die Beimischung von Füllstof fen wie Aluminiumnitrit oder Bornitrit zu dem Basismaterial können vorteilhaft die Wärmeleitfähigkeit des Feststof fmantels verbessert und die Wärmeausdehnung des Feststof fmantels derj enigen des Leiters angepasst werden . Ferner kann das Basismaterial beispielsweise einen elektrisch leitfähigen Füllstof f enthalten . Durch einen derartigen Füllstof f kann der Feststof fmantel auch zu einer Feldsteuerung des elektrischen Feldes innerhalb des Kapselungsgehäuses beitragen .
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Feststof fmantel mehrere I solierschichten mit voneinander verschiedenen Permittivitäten auf . Dadurch kann die Permittivität innerhalb des Feststof fmantels der Abnahme der elektrischen Feldstärke mit dem Abstand von dem Leiter angepasst werden . Beispielsweise weisen die I solierschichten Permittivitäten auf , die mit zunehmendem Abstand der I solierschichten von dem Leiter abnehmen .
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in den Feststof fmantel wenigstens eine elektrisch leitfähige Feldsteuerungsschicht eingebettet . Auch dadurch kann der Feststof fmantel zu einer Feldsteuerung des elektrischen Feldes innerhalb des Kapselungsgehäuses beitragen .
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem Leiter und dem Feststof fmantel eine viskose Haftschicht angeordnet . Durch die Haftschicht können vorteilhaft Lufteinschlüsse zwischen dem Leiter und dem Feststof fmantel vermieden werden . Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Feststof fmantel wenigstens zu einem Teil aus einem Kunststof f gefertigt , in den der Leiter in einem viskosen Zustand des Kunststof fs eingetaucht wird und der anschließend aushärtet . Dies ermöglicht eine einfache und damit kostengünstige Fertigung des Feststof fmantels .
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Fest- stof fmantel ein Extrudat . Mit anderen Worten wird der Feststof fmantel bei dieser Ausgestaltung der Erfindung durch Extrusion gefertigt . Dadurch kann der Feststof fmantel insbesondere geometrisch komplex gestaltet werden .
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Feststof fmantel eine ausreichende Dicke auf , so dass eine elektrische Feldstärke überall in dem I soliergas bei einer zwischen dem Leiter und dem Kapselungsgehäuse anliegenden Bemessungsspannung kleiner als eine die Durchschlags festigkeit des I soliergases charakterisierende kritische Feldstärke ist . Mit anderen Worten wird die Dicke des Feststof fmantels der Durchschlags festigkeit des I soliergases angepasst , so dass die elektrische Feldstärke in dem I soliergas bei Spannungen zwischen dem Leiter und dem Kapselungsgehäuse , für die die Elektroenergieübertragungseinrichtung ausgelegt ist , unterhalb der kritischen Feldstärke bleibt .
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise , wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Aus führungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden . Dabei zeigen :
FIG 1 eine Schnittdarstellung eines Aus führungsbeispiels einer Elektroenergieübertragungseinrichtung, FIG 2 ein Diagramm einer elektrischen Feldstärke in einem Kapselungsgehäuse in Abhängigkeit von einem Abstand von einem Leiter .
Figur 1 ( FIG 1 ) zeigt eine Schnittdarstellung eines Aus führungsbeispiels einer Elektroenergieübertragungseinrichtung 1 . Die Elektroenergieübertragungseinrichtung 1 weist unter anderem ein Kapselungsgehäuse 3 und einen elektrischen Leiter 5 auf . Das Kapselungsgehäuse 3 ist beispielsweise metallisch ausgeführt und geerdet . Der Leiter 5 ist in dem Kapselungsgehäuse 3 und von einer Innenoberfläche 7 des Kapselungsgehäuses 3 beabstandet angeordnet .
Um den Leiter 5 herum ist ein elektrisch isolierender Feststof fmantel 9 von der Innenoberfläche 7 des Kapselungsgehäuses 3 beabstandet angeordnet .
Ein Raum 11 zwischen dem Feststof fmantel 9 und der Innenoberfläche 7 des Kapselungsgehäuses 3 ist mit einem I soliergas 13 befüllt . Das I soliergas 13 ist beispielsweise künstliche Luft , die mit einem Überdruck in einem Bereich von 6 bar bis 14 bar gegenüber einem Druck in einer Umgebung des Kapselungsgehäuses 3 beaufschlagt ist .
Zwischen dem Leiter 5 und dem Feststof fmantel 9 ist optional eine viskose Haftschicht 15 angeordnet . Durch die Haftschicht 15 werden Lufteinschlüsse zwischen dem Leiter 5 und dem Feststof fmantel 9 vermieden .
Der Feststof fmantel 9 des in Figur 1 dargestellten Aus führungsbeispiels weist zwei I solierschichten 17 , 19 mit voneinander verschiedenen Permittivitäten auf . Dabei ist eine zweite I solierschicht 19 eine äußere Schicht , die um eine erste I solierschicht 17 herum angeordnet ist .
Zwischen den beiden I solierschichten 17 , 19 ist eine elektrisch leitfähige Feldsteuerungsschicht 21 in den Fest- stof fmantel 9 eingebettet . Beispielsweise ist eine Isolierschicht 17, 19 aus einem Silikon oder Polyurethan oder Polyethylen oder vernetzten Polyethylen gefertigt, und die andere Isolierschicht 17, 19 ist aus einem Basismaterial mit wenigstens einem Füllstoff gefertigt. Das Basismaterial ist beispielsweise ein Epoxidharz, Silikon oder Polyvinylidenf luorid . Als Füllstoff oder Füllstoffe werden beispielsweise Bariumtitanat , Aluminiumnitrit und/oder Bornitrit verwendet.
Alternativ sind beide Isolierschichten 17, 19 jeweils aus einem Silikon oder Polyurethan oder Polyethylen oder vernetzten Polyethylen gefertigt, oder beide Isolierschichten 17, 19 sind jeweils aus einem der genannten Basismaterialien mit wenigstens einem der genannten Füllstoffe gefertigt.
Figur 2 (FIG 2) zeigt ein Diagramm einer elektrischen Feldstärke E, genauer eines Betrages E einer elektrischen Feldstärke, in dem Kapselungsgehäuse 3 in Abhängigkeit von einem Abstand r von einer Mittelachse des Leiters 5. r2 bezeichnet einen Innenradius des Feststoffmantels 9, r2 bezeichnet einen Außenradius des Feststoffmantels 9. Die Differenz r2-r2 ist die Dicke d des Feststoffmantels 9. R bezeichnet einen Abstand der Innenoberfläche 7 des Kapselungsgehäuses 3 von der Mittelachse des Leiters 5 (siehe Figur 1) .
Innerhalb des Feststoffmantels 9 nimmt die Feldstärke E von innen nach außen ab. An der Grenze des Feststoffmantels 9 zu dem Isoliergas 13, das heißt bei dem Außenradius r2, nimmt die Feldstärke E sprunghaft zu, da das Isoliergas 13 eine geringere Permittivität als der Feststoffmantel 9 aufweist. Von dem Feststoffmantel 9 zu der Innenoberfläche 7 des Kapselungsgehäuses 3 hin nimmt die Feldstärke E in dem Isoliergas 13 wieder ab. Die Dicke d des Feststoffmantels 9 ist so gewählt, dass die Feldstärke E überall in dem Isoliergas 13 bei einer zwischen dem Leiter 5 und dem Kapselungsgehäuse 3 anliegenden Bemessungsspannung kleiner als eine kritische Feldstärke Ekrlt ist, die die Durchschlagsfestigkeit des Iso- liergases 13 charakterisiert . In Figur 2 ist gestrichelt auch der Verlauf der Feldstärke E dargestellt , der sich ohne den Feststof fmantel 9 zwischen r2 und r2 ergäbe und bei dem die Feldstärke E in diesem Bereich des Kapselungsgehäuses 3 die kritische Feldstärke Ekrit überstiege .
Das anhand der Figuren 1 und 2 beschriebene Aus führungsbeispiel einer Elektroenergieübertragungseinrichtung 1 kann in verschiedener Weise zu anderen Aus führungsbeispielen abgewandelt werden . Beispielsweise können in den Feststof fmantel 9 mehrere Feldsteuerungsschichten 21 oder gar keine Feldsteuerungsschicht 21 eingebettet sein .
Ferner kann der Feststof fmantel 9 mehr als zwei I solierschichten 17 , 19 mit voneinander verschiedenen Permittivitä- ten aufweisen . Alternativ kann der Feststof fmantel 9 homogen aus nur einem Material gefertigt sein . Beispielsweise kann der Feststof fmantel 9 ein Extrudat sein oder aus einem Kunststof f gefertigt sein, in den der Leiter 5 in einem viskosen Zustand des Kunststof fs eingetaucht wird und der anschließend aushärtet .
Des Weiteren kann die Elektroenergieübertragungseinrichtung 1 mehrere Leiter 5 aufweisen, die j eweils von einem Feststof fmantel 9 umgeben sind .
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Aus führungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde , so ist die Erfindung nicht durch die of fenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .

Claims

Patentansprüche
1. Gasisolierte Elektroenergieübertragungseinrichtung (1) , umfassend
- ein Kapselungsgehäuse (3) ,
- einen in dem Kapselungsgehäuse (3) und von einer Innenoberfläche (7) des Kapselungsgehäuses (3) beabstandet angeordneten elektrischen Leiter (5) ,
- einen elektrisch isolierenden Feststoffmantel (9) , der um den Leiter (5) herum und von der Innenoberfläche (7) des Kapselungsgehäuses (3) beabstandet angeordnet ist, und
- ein Isoliergas (13) , mit dem ein Raum (11) zwischen dem Feststoffmantel (9) und der Innenoberfläche (7) des Kapselungsgehäuses (3) befüllt ist.
2. Elektroenergieübertragungseinrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei das Isoliergas (13) künstliche Luft ist.
3. Elektroenergieübertragungseinrichtung (1) nach Anspruch 2, wobei die künstliche Luft mit einem Überdruck in einem Bereich von 6 bar bis 14 bar gegenüber einem Druck in einer Umgebung des Kapselungsgehäuses (3) beaufschlagt ist.
4. Elektroenergieübertragungseinrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei das Isoliergas (13) eine fluorierte Gasmischung ist.
5. Elektroenergieübertragungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Feststoffmantel (9) wenigstens zu einem Teil aus einem Silikon oder Polyurethan oder Polyethylen oder vernetzten Polyethylen gefertigt ist.
6. Elektroenergieübertragungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Feststoffmantel (9) wenigstens zu einem Teil aus einem Basismaterial mit wenigstens einem Füllstoff gefertigt ist.
7. Elektroenergieübertragungseinrichtung (1) nach Anspruch 6, wobei das Basismaterial ein Epoxidharz oder ein Silikon oder Polyvinylidenf luorid ist.
8. Elektroenergieübertragungseinrichtung (1) nach Anspruch 5 6 oder 7, wobei ein Füllstoff Bariumtitanat oder Aluminiumnitrit oder Bornitrit ist.
9. Elektroenergieübertragungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Feststoffmantel (9) mehrere Isolierschichten (17, 19) mit voneinander verschiedenen Permittivitäten aufweist.
10. Elektroenergieübertragungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in den Feststoffmantel (9) wenigstens eine elektrisch leitfähige Feldsteuerungsschicht (21) eingebettet ist.
11. Elektroenergieübertragungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Leiter (5) und dem Feststoffmantel (9) eine viskose Haftschicht (15) angeordnet ist.
12. Elektroenergieübertragungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Feststoffmantel (9) wenigstens zu einem Teil aus einem Kunststoff gefertigt ist, in den der Leiter (5) in einem viskosen Zustand des Kunststoffs eingetaucht wird und der anschließend aushärtet.
13. Elektroenergieübertragungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Feststoffmantel (9) ein Extru- dat ist.
14. Elektroenergieübertragungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Feststoffmantel (9) eine ausreichende Dicke (d) aufweist, so dass eine elektrische Feldstärke (E) überall in dem Isoliergas (13) bei einer zwischen dem Leiter (5) und dem Kapselungsgehäuse (3) anliegen- den Bemessungsspannung kleiner als eine die Durchschlagsfestigkeit des Isoliergases (13) charakterisierende kritische Feldstärke (Ekrit) ist.
EP22839826.9A 2022-01-19 2022-12-20 Gasisolierte elektroenergieübertragungseinrichtung Pending EP4434129A1 (de)

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DE102022200568.6A DE102022200568A1 (de) 2022-01-19 2022-01-19 Gasisolierte Elektroenergieübertragungseinrichtung
PCT/EP2022/086857 WO2023138860A1 (de) 2022-01-19 2022-12-20 Gasisolierte elektroenergieübertragungseinrichtung

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Publication Number Publication Date
EP4434129A1 true EP4434129A1 (de) 2024-09-25

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ID=84888579

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EP22839826.9A Pending EP4434129A1 (de) 2022-01-19 2022-12-20 Gasisolierte elektroenergieübertragungseinrichtung

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