1
Beschreibung
Durchfuhrung für eine hohe elektrische Spannung
Die Erfindung betrifft eine Durchfuhrung für eine hohe elektrische Spannung. Solch eine Durchfuhrung dient m der Regel zur Fuhrung der Spannung durch eine Wand eines Gehäuses.
Hierbei macht man von besonders guten Isolationswerkstoffen Gebrauch. Bei Kondensatoren verwendet man Dielektrika, die ebenfalls besonders gute elektrische Isolationseigenschaften aufweisen müssen.
Aus der US-PS 2,935,668 ist ein elektrischer Kondensator be- kannt, der ein Dielektrikum, gebildet aus einem Polymerflim, der von einer sogenannten faserigen Matrix getragen wird, aufweist. Durch gezielte Hitzeeinwirkung auf das Dielektrikum können die faserige Matrix und der Polymerflim so verschmolzen sein, daß das geschmolzene Polymer des Polymerfil s die faserige Matrix an der gemeinsamen Kontaktflache leicht imprägniert .
Aus der DE 44 47 571 AI ist ein Dielektrikum eines Kondensators bekannt, bei dem zwischen den Kondensatorflachen eine ölgetränkte Kombination aus Papier und Kunststoffemlage vorgesehen ist. Ein derartiges Dielektrikum wird auch als Misch- dielektπku bezeichnet. Derartige Dielektrika sind auch aus der JP-52/64654 A, JP-55/151322 A und aus "Research Disclo- sure", September 1983, Nr. 23325, bekannt.
Die Verwendung von Papier im Dielektrikum eines Kondensators ist schon seit Jahrzehnten bekannt, wobei Papier als ein zu¬ verlässiger Werkstoff gilt. Bei der Verwendung von Papier m großen Kondensatoren oder Durchfuhrungen, z.B. m Hochspan- nungskondensatoren oder in
Hochspannungskondensatordurchfuhrungen, besteht das Problem, daß Papier einen relativ hohen .Anteil Wasser enthalt. Um
2 diesen zu beseitigen, muß die gesamte Anordnung unter Umstanden mehrere Wochen unter Vakuum und unter Wärmeeinwirkung entfeuchtet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Durchfuhrung für eine hohe elektrische Spannung anzugeben, die einfach und zeitsparend herstellbar ist.
Die Losung der Aufgabe gelingt erfmdungsgemäß mit einer Durchfuhrung für eine hohe elektrische Spannung mit einem Ge- hause, das einen Flansch zur Befestigung an einer Öffnung aufweist,
- wobei durch das Gehäuse ein zentraler Leiter elektrisch isoliert gefuhrt ist, - wobei im Gehäuse konzentrisch um den zentralen Leiter voneinander beabstandete, leitende Einlagen angeordnet sind,
- wobei zwischen den Einlagen eine Kombination, umfassend mindestens eine Lage Folie und eine Lage Vlies, vorgesehen ist, - wobei die Kombination, gebildet aus einer Lage Folie und einer Lage Vlies, eine Dicke zwischen 20 und 300 μ aufweist,
- wobei die Folie und das Vlies jeweils aus Kunststoff ausgebildet sind, und - wobei das Gehäuse mit einem Isoliermittel gefüllt ist, das die Kombination durchsetzt.
Die Kombination weist vorteilhaft nur einen geringen Wasseranteil auf, da sie aus Kunststoffen gebildet ist, die ub- licherweise nur sehr geringe Wassermengen enthalten. Dieser geringe Wasseranteil m der Kombination kann besonders einfach und schnell entfernt werden, da Wasser bei Kunststoffwerkstoffen im wesentlichen oberflachengebunden ist. Bei Zellulosefasern hingegen ist das Wasser im Werkstoff selber gebunden, so daß diese nur sehr langsam entfeuchtet werden können. Die bei der Herstellung der erfmdungsgemaßen Durchfuhrung notige Entfeuchtungszeit kann gegebenenfalls auf
3 ein Zehntel der ursprünglichen Zeit reduziert werden. Die Kombination kann aufgrund ihrer elektrischen Wirkung auch als Dielektrikum bezeichnet werden.
Es ist günstig, wenn als Kunststoff Polypropylen oder Polyester, Polycarbonat, Polyimid, Polyvmylidenflouπd (PVDF) oder Polystyrol verwendet ist. Damit weist die Kombination sehr gute elektrische Eigenschaften auf, wobei gleichzeitig auch eine gute Verarbeitbarkeit aufgrund der jeweiligen Mate- rialeigenschaften des Kunststoffes auf.
Als Isoliermittel dient bevorzugt Gas oder 01. Diese Isolier- mittel sind standardmäßig verfugbar, in der Praxis erprobt und erlauben daher eine einfache Herstellung der Durchfuhrung.
Mit Vorteil weist die Kombination aus Folie und Vlies eine Dicke zwischen 20 und 150 μm, auf. Diese Dicken haben sich in Versuchen als besonders gunstig erwiesen, wobei gute elektπ- sehe Eigenschaften bei guter Verarbeitbarkeit erzielt wurden.
Die Folie und das Fließ können eine gemeinsame Baueinheit im Sinne eines Sandwichaufbaus bilden. Damit ist die Herstellung der Durchfuhrung für eine hohe elektrische Spannung sehr em- fach. Die Baueinheit ist im übrigen auch für eine Faltanordnung, z.B. einen Faltkondensator, einsetzbar. Die beiden Lagen der Baueinheit können auch miteinander verklebt oder verschweißt sein.
Die Einlagen sind bevorzugt aus Aluminium gefertigt. Damit ist ein Aufbau mit geringem Gewicht gegeben, wobei eine sehr gute Verarbeitbarkeit gegeben ist. Auch hier dient als Isoliermittel mit Vorteil Gas oder 01.
Mit Vorteil sind die leitenden Einlagen und die Kombination jeweils um den zentralen Leiter gewickelt. Durch das Wickeln der leitenden Einlagen und der Kombination wird eine söge-
4 nannte Wickelanordnung gebildet, die besonders einfach mit bekannten Wickeltechniken herstellbar ist. Diese Wickelanordnung weist m einem Gehäuse eine erste und eine zweite leitende Einlage m Wickeltechnik auf, wobei zwischen den Einlagen als Dielektrikum eine oder mehrere Folien und ein Vlies aus Kunststoff vorgesehen sind, und wobei das Gehäuse mit einem Isoliermittel gefüllt ist.
Die Wickelanordnung zeichnet sich durch kurze Durchlauf- und Trockenzeiten m der Herstellung sowie durch gute elektrische Eigenschaften aus.
Wesentlich für die vorliegende Erfindung ist, daß bei der Kombination von Werkstoffen ausgegangen wird, die nur einen geringen Wassergehalt aufweisen und über ein hohes Speichervolumen für ein Isoliermittel verfugen. Durch Vorgabe und Auswahl der Oberflachenrauhigkeit der Folie, ggf. auch der Oberflachenrauhigkeit der leitenden Einlagen, kann die Durchdringung der Kombination durch das Isoliermittel weiter optimiert werden.
Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung, weitere Vorteile und Details werden anhand der Zeichnung naher erläutert. Es zeigen:
FIG 1 eine Durchfuhrung m einer Pnnzipdarstellung und
FIG 2 Detail A aus Figur 1.
Figur 1 zeigt m stark vereinfachter Form eine Durchfuhrung 1 in einer Schnittdarstellung entlang ihrer Langsachse. Die
Durchfuhrung 1 ist als Hochspannungsdurchfuhrung m Kondensatorbauweise ausgeführt und weist ein Gehäuse 3 auf, das mittels eines Flansches 4 m einer Öffnung einer nicht naher gezeigten Wand befestigbar ist. Dabei soll der zentrale Leiter 7, an welchem eine hohe elektrische Spannung, z.B. von einigen zehntausend bis zu mehreren hunderttausend Volt, anliegt, uberschlagsfrei durch die Wand gefuhrt werden. Das
5
Gehäuse 3 ist nach dem Stand der Technik, z.B. mit einem Porzellankorper oder einem Korper aus einem Verbundwerkstoff, ggf. mit Silikonschirmen versehen, ausgeführt.
Dazu weist die Durchfuhrung 1 m ihrem Gehäuse 3 eine Kondensatoranordnung 5 auf, die zur Potentialsteuerung dient. Die Kondensatoranordnung 5 ist prinzipiell von leitenden Einlagen 9 gebildet, die konzentrisch um den zentralen Leiter 7 m Wickeltechnik angeordnet sind. Dadurch ist die Durchfuhrung 1 bezüglich der sich m ihr ausbildenen elektrischen
Feldverteilung nahezu rotationssymmetrisch ausgeführt. Zwischen den Einlagen 9 ist zur Beabstandung eine hier nicht naher dargestellte, insbesondere als Dielektrikum ausgebildete, Kombination 11 eingewickelt, die m Figur 2 naher dargestellt und erläutert ist.
Das Gehäuse 3 kann als Isoliermittel 10 ein Gas, z.B. SF6, ein 01 oder einen sonstigen für Hochspannung geeigneten Isolierstoff, m seinem Inneren aufweisen, mit dem auch die Kon- densatoranordnung 5 durchsetzt ist. Prinzipiell ist dieser Aufbau der Kondensatoranordnung 5 auch für einen Hochspannungskondensator verwendbar, wobei dazu die entsprechenden elektrischen Anschlüsse an den Einlagen 9 vorgesehen werden mußten.
Im folgenden wird naher auf die leitenden Einlagen m Detail A aus Figur 1 eingegangen, das m Figur 2 stark vergrößert dargestellt ist.
Figur 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau der speziellen Kondensatoranordnung 5 mit der als Dielektrikum dienenden Kombination 11, die zwischen zwei als Elektroden 9a, 9b dienenden Einlagen 9a, 9b angeordnet ist. Die als Kondensatorflachen wirkenden Einlagen 9a, 9b sind als Kondensatorfolien aus ei- nem leitenden Material, insbesondere von einem Metall, z.B. einer Aluminiumfolie, ausgebildet. In speziellen Fallen ist auch d e Verwendung von einem leitend beschichteten Kunst-
6
Stoff, z.B. ein graphitbeschichteter oder aluminiumbeschichteter Polypropylen-Kunststoff, denkbar.
Die Kombination 11 umfaßt vorliegend zumindest zwei Schich- ten. Die erste Schicht ist als Film oder Folie 13 aus Kunststoff ausgebildet. Als Kunststoff kommt dabei bevorzugt ein Polypropylen-Kunststoff oder ein Polyester-Kunststoff zur Anwendung. Die Dicke betragt dabei etwa 5 bis 20 μm. In Versuchen wurden beispielsweise Dicken von 6, 12 und 18 μm er- probt.
Die zweite Schicht ist ein Vlies 15 aus Kunststoff. Dieses hat zum einen die Aufgabe, eine Gesamtdicke der Kombination 11 herzustellen und andererseits als Aufnahmeraum oder Durch- dringungsmedium (z.B. im Sinne eines Dochtes) für das Isoliermittel, z.B. Gas, insbesondere SF6, oder 01 zu dienen. Es weist daher eine gewisse Porosität auf. Es kann beispielsweise auch von Fasern gebildet sein.
Die Gesamtdicke der Kombination 11 sollte dabei kleiner als
300 μm sein, wobei das Vlies 15 m seiner Dicke derart bemessen ist, daß es den Ausgleich zwischen der Gesamtdicke und der Dicke der Folie 13 bildet. Bei einem speziellen Versuch kam beispielsweise ein Vlies mit einer Dicke von 80 μm er- folgreich zum Einsatz.
Die Gesamtdicke der Kombination 11 ist dabei derart bemessen, daß sie im Hinblick auf Isolierfähigkeit zumindest m einer vergleichbaren ölgetränkten Papierschicht nach dem Stand der Technik entspricht. Die Gesamtdicke kann dabei gegenüber dem Stand der Technik selbstverständlich auch geringer sein.
Die gezeigte Kondensatoranordnung 5 wird bevorzugt als Wik- kelanordnung ausgeführt. Es sind aber auch andere Verarbei- tungsmethoden, z.B. Falten, oder Pressen einer Wickelanordnung denkbar. Die Kondensatoranordnung 5 kann auch zur Bildung eines Hochspannungskondensators dienen. Bevorzugte An-
7
Wendung der erfindungsgemäßen Details sind bei gas- oder öl- gefüllten Kondensatoren oder Durchführungen in der Hochspannungstechnik gegeben.