DE2347927B2

DE2347927B2 - Steuerelektrode fuer einen im wesentlichen trichterfoermigen stuetzisolator einer gekapselten, gasisolierten rohrleitung

Info

Publication number: DE2347927B2
Application number: DE19732347927
Authority: DE
Inventors: Rolf 8521 Möhrendorf; Lehmann Werner 8520 Erlangen Dürschner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-09-24
Filing date: 1973-09-24
Publication date: 1976-03-11
Also published as: JPS5059785A; SU542485A3; NL180057B; NO742899L; DE2347927A1; SE7411927L; CH567784A5; DD114184A5; IT1022200B; ZA745780B; JPS5421550B2; FR2245059B1; FR2245059A1; CA1006592A; CS195685B2; NL7410302A; NL180057C; US3898368A; DE2347927C3; SE393491B

Description

WT

d/

und der Inteizralsinuskurv

Γ sin ί , ι

M.νI = 1 df - _v

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konstruieren läßt, indem man für feste Werte von χ die jeweils korrespondierenden Werte in ein fechtwinkliges Koordinatensystem mit den Koordinatenachsen f\(x)und ftMzeichnet.

6. Steuerelektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie im Querschnitt pilzförmig ausgebildet ist und daß der Übergang zwischen spiralförmiger Außenwand (44) des Pilzdaches (47) lind den Seiten (45) des Sockels (46), die zueinander parallel sind und annähernd im rechten Winkel auf dem Innenleiter (1) stehen, über Kreisbögen (48) erfolgt.

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerelektrode, die an der am Innenleiter anliegenden Seite eines im wesentlichen trichterförmigen Stützisolators zwischen Innenleiter und Hülle einer gekapselten, gasisolierten Rohrleitung angebracht ist.

Gekapselte, gasisolierte Rohrleitungen bestehen üblicherweise aus einem spannungs- und stromführenden Innenleiter, der über besondere Stützelemente an der Hülle der gekapselten Rohrleitung abgestützt wird. Die Stützisolatoren sind unter anderem zur Schaffung möglichst großer Kriechstrecken bei den kompakten Abmessungen der Rohrleitung nicht auf dem kürzesten Weg zwischen Innen- und Außenleiter gelegt. Es hat sich vielmehr als vorteilhaft erwiesen, diese Stützisolatoren als trichterförmige Rotationskörper um die Leiterachse auszuführen. An den Befestigungsstellen des Stützisolators werden sowohl am Innenleiter als auch an der Hülle der Rohrleitung gesonderte Steuerelektroden vorgesehen, die für einen möglichst gleichmäßigen Potentialabbau zwischen Innenleiter und geerdeter Hülle sorgen sollen.

Bisher wurden an der Verbindungsstelle zwischen Stützisolator und Innenleiter Drehkörper mit symmetrischen Querschnittsflächen als Steuerelektroden ähnlich denen der F i g. 1 und 2 eingebaut, wie insbesondere aus Fig. 1 der DT-OS 21 57 101 und der Fig. 3 der DT-OS 16 15 039 hervorgeht. Diese Stützisolatoren waren bei den vorkommenden Übertragungsspannungen von 110 und 22OkV ausreichend, und sie erfüllten die ihnen gestellte Aufgabe.

Mit zunehmender Höhe der Übertragungsspannungen kann jedoch bei den bekannten symmetrischen Steuerelektroden in trichterförmigen Stützisolatoren eine Zusammendrängung von elektrischen Feldlinien und damit eine Erhöhung der Spannungsbelastung des Stützisolators auf der Hälfte der Steuerelektrode auftreten, die den Befestigungsstellen des Stützisolators am Außenleiter zugewandt ist. Auf Grund von Erfahrungswerten über die Alterung des Stützisolators wird es als vorteilhaft angesehen, ihn nicht mit hohen Spannungen zu belasten, obgleich er im neuen Zustand weitaus höhere Dauerbelastungen aushalten könnte. Bei bekannten Steuerelektroden treten jedoch bei höheren Übertragungsspannungen, etwa ab 380 kV, Spannun^sbelastungen im Stützisolator auf, die die als zulässig erachteten maximalen Belastungswerte noch überschreiten.

Es besteht die Aufgabe, eine Steuerelektrode für den trichterförmigen Isolator einer gekapselten, gasisolierten Rohrleitung zu finden, die keine zu hohen Spannungsbeanspruchungen des Stützisolators erzeugt.

Diese Aufgabe wird bei einer Steuerelektrode der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sie in ihrem Querschnitt unsymmetrisch zur Mittelsenkrechten ihrer am Innenleiter aufliegenden Grundseite ist, derart, daß alle zur Mittelsenkrechten parallelen Strecken zwischen Innenleiter und der der Leiterhülle zugekehrten Außenwand der Steuerelektrode auf der Hälfte, die den Befestigungsstellen des Stützisolators an der Leiterhülle zugewandt ist, kürzer sind als jede einzelne auf der anderen Hälfte. Mit der Abflachung der Steuerelektrode auf der Hälfte, die den Befestigungsstellen des Stützisolators am Außenleiter zugewandt ist, wird erreicht, daß die bei symmetrischen Steuerelektroden auftretende starke Zusammendrängung von Äquipotentiallinien auf dieser Hälfte verringert wird. Dadurch wird die hohe Spannungsbeanspruchung pro Längeneinheit des Stützisolators verringert, und es können sogar bei großen Übertragungsspannungen (beispielsweise über 380 kV) zufriedenstellende Werte der Spannungsbelastung des Stützisolators erreicht werden.

Es ist vorteilhaft, wenn die zur Seitenhalbierenden der

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Steuerelektrode äquidistanten, parallelen Strecken auf der im Querschnitt schmaleren Hälfte mit zunehmendem Abstand von der Mittelsenkrechten kürzer werden. Dabei ist es vorteilhaft, wenn ihre Außenwand von der im Querschnitt breiteren zu der schmaleren Hälfte einen kontinuierlich ansteigenden Krümmungsradius aufweist. Diese Gestaltung der Steuerelektrode ist einesteils vorteilhaft zur Vermeidung von Spitzenentladungseffekten, bei denen keinerlei scharfe Kanten auftreten dürfen. Gleichzeitig wird ein weitgehend ι ο homogener Feldverlauf im Stützisolator erzielt, ohne Potentialsprünge zu erzeugen.

Die Außenwand der Steuerelektrode kann im Querschnitt einer logarithmischen Spirale folgen, deren Radius sich in Polarkoordinaten nach der Gleichung i> r= ae^k<r berechnet (mit a und k konstant). In einer anderen Ausführungsform kann die Außenwand der Steuerelektrode im Querschnitt einer Sici-Spirale folgen, die sich aus der Integralcosinuskurve

/,(Vl =

cos /

Ul

und iIlt lntegralsinuskur\e

M.ν) --

/ sm ί J f

d/

konstruieren läßt, indem man für feste Werte von χ die jeweils korrespondierenden Werte in ein rechtwinkliges Koordinatensystem mit den Koordinatenachsen f\(x) und k(x) zeichnet. Eine solche Sici-Spirale ist in Jahnke — Emde — Lösch, »Tafeln höherer Funk- .is tionen«, 7. Aufl., 1966, B. G. Teubner Verlagsgesellschaft, Stuttgart, auf S. 21 gezeichnet. Insbesondere die zweite Form der Steuerelektrode hat sich in verschiedenen Berechnungsversuchen unter Verwendung eines Elektronenrechners als sehr vorteilhaft erwiesen. Aus 4c gießtechnischen Gründen ist es dabei vorteilhaft, wenn die Steuerelektrode im Querschnitt pilzförmig ausgebildet ist und wenn der Übergang zwischen spiralförmiger Außenwand des Pilzdaches und den Seiten des Sockels, die zueinander parallel sind und annähernd im rechten Winkel auf dem Innenleiter stehen, über Kreisbögen erfolgt. Diese Form ist für die Herstellung des um die Steuerelektrode angeordneten trichterförmigen Isolators besonders vorteilhaft.

Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft an so Hand der Fig. 1 bis 4 erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine gekapselte, gasisolierte Rohrleitung im Schnitt mit einer Steuerelektrode entsprechend dem Stand der Technik,

Fig.2 einen Ausschnitt aus Fig. 1, in dem schematisch die zu große Zusammendrängung von Äquipotentiallinien im Stützisolator gezeigt ist,

F i g. 3 ein idealisiertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steuerelektrode und den dazugehörigen Verlauf von Äquipotentiallinien im Ctützisolator,

Fig. 4 ein tatsächliches Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steuerelektrode.

In Fig. 1 ist ein Ausschnitt aus einem bekannten, gekapselten, gasisolierten Rohrleiter gezeigt. Dabei ist ein trichterförmiger Stützisolator 3 zu sehen, über den der Innenleiter 1 in der Hülle 2 abgestützt ist. Zur Steuerung des Feldabbaus zwischen spannungs- und stromführendem Innenleiter 1 und geerdeter Hülle 2 ist an der Befestigungsstelle des Stützisolators 3 auf dem Innenleiter 1 eine Steuerelektrode 4 im Stützisolator 3 angebracht Ähnliche Steuerelektroden sind an der Befestigungsstelie am Außenleiter vorgesehen, sie sind jedoch hier zur Erläuterung unwesentlich und deshalb nicht dargestellt Diese Steuerelektrode 4 ist elektrisch leitend mit dem Innenleiter 1 verbunden. Sie ist selbst aus elektrisch leitendem Material und besitzt somit an ihrer Außenwand dasselbe Potential wie der '.nnenleiter.

Aus F i g. 2 ist ebenso wie aus F i g. 1 ein bekannter Aufbau einer Steuerelektrode zu erkennen. Diese Steuerelektrode ist ringförmig ausgebildet und in ihrem Querschnitt zur Mittelsenkrechten 41 ihrer Grundlinie symmetrisch. Die Aufgabe der Steuerelektrode 4 ist es, das elektrische Feld zwischen Innenleiter und Hülle möglichst gleichmäßig abzubauen, ohne daß Spitzenentladungseffekte auftreten. Die Außenhülle ist daher unter Vermeidung scharfer Kanten mit einer stetig ineinander übergehenden Krümmung versehen. In der F i g. 2 sind vier Äquipotentiallinien 5 gezeichnet. Ihr Verlauf ist etwas übertrieben dargestellt, um die Problemstellung zu verdeutlichen. Bedingt durch die Anordnung der Steuerelektrode und die Form des Stützisolators heben sich fliese Äquipotentiallinien an der Vorderseite des Stützisolators (in F i g. 2 links) vom Innenieiter 1 ab, erfahren eine Brechung beim Übergang in den Stützisolator, schnüren sich an der in F i g. 2 rechten Hälfte der Steuerelektrode etwas ein und verlaufen nach einer erneuten Brechung beim Austritt aus dem Stützisolator 3 schnell wieder parallel zum Innenieiter 1. Unerwünscht bei großen Betriebsspannungen ist jedoch die Zusammendrängung der Äquipotentiallinien innerhalb des Stützisolators oberhalb der rechten Hälfte der gezeigten Steuerelektrode in Fig. 2. Hierdurch treten Spannungsbelastungen des Stützisolators auf, die dieser rein rechnerisch zwar auch über Dauer aushalten kann, die jedoch bei Anwendung der eingangs erwähnten empirisch ermittelten Sicherheitsbeiwerte zu hoch liegen.

F i g. 3 zeigt ein idealisiertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steuerelektrode 4. Hierbei wurde eine Form der Außenwand gewählt, die in ihrem Querschnitt einer Sici-Spirale folgt. Bei dieser Spirale nimmt der Krümmungsradius von der breiteren Hälfte (in F i g. 3 links) zu der schmaleren Hälfte hin expotentiell zu. Es ist deutlich zu erkennen, wie die in F i g. 2 dargestellte Zusammendrängung der Äquipotentiallinien 5 bei gleichen Außenabmessungen des Isolators stark verringert ist. Auch an der ansteigenden Kante des Stützisolators, in Fig.3 links, ist die Zusammendrängung der Äquipotentiallinien geringer als bei den bisher bekannten Steuerelektroden, was auch hier in einer geringeren Spannungsbeanspruchung des isolieigases resultiert. Zusätzlich wurde durch die geringere Ausdehnung der Steuerelektrode im rechten Teil der F i g. 3 eine Verstärkung des Stützisolators erzielt, ohne dessen Außenabmessungen zu vergrößern. Dies wurde möglich durch den geringeren Platzbedarf der Steuerelektrode.

Fig.4 zeigt ein praktisches Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steuerelektrode. Aus gießtechnischen Überlegungen über die Herstellung des Isolators und aus elektrischen und mechanischen Überlegungen über den Betrieb einer gekapselten, gasisolierten Rohrleitung resultierte diese Form, bei der der Stützisolator 3 nicht mit dem Innenleiter t, aber fest mit der Steuerelektrode 4 verbunden ist, und bei der die um die Steuerelektrode 4 herumragenden Enden 31 des

Stützisolators noch genügende Festigkeit aufweisen, um alle Belastungen während des Betriebes einer Rohrleitung auszuhalten. Es entstand somit eine im Querschnitt gesehen pilzförmige Steuerelektrode 4, bei der der Übergang zwischen spiralförmiger Außenwand 44 des Pilzdaches 47 und den Seiten 45 des Sockels 46, die zueinander parallel sind und im rechten Winkel auf dem Innenleiter 1 stehen, über Kreisbögen 48 erfolgt. An Hand der gestrichelten Linien 49 ist dabei zu erkennen, daß der Pilz so konstruiert wird, daß die Außenwand seines Daches ähnlich wie bei der idealisierten Steuerelektrode der F i g. 3 einer Sici-Spirale folgt. Alle zur Befestigung der Steuerelektrode auf dem Innenleiter notwendigen Details werden hier weggelassen, da sie zur Erläuterung der Erfindung unwesentlich sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Steuerelektrode, die an der am Innenleiter anliegenden Seite eines im wesentlichen trichierförmigen Stützisolators zwischen Innenleiter und Hülle einer gekapselten, gasisolierten Rohrleitung angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie in ihrem Querschnitt unsymmetrisch zur Mittelsenkrechten (41) ihrer am Innenleiter (1) aufliegenden Grundseite (42) ist, derart, daß alle zur Mittelsenkrechten parallelen Strecken (43) zwischen Innenleiter (1) und der der Leiterhülle zugekehrten Außenwand (44) der Steuerelektrode (4) auf der Häifte, die den Befestigungsstellen des Stützisolators (3) an der Leiterhülle (2) zugewandt ist, kürzer sind als jede einzelne auf der anderen Hälfte.

2. Steuerelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Seitenhalbierenden (41) parallelen Strecken (43) auf der im Querschnitt jchmaleren Hälfte mit zunehmendem Abstand von der Mittelsenkrechten kürzer werden.

3. Steuerelektrode nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß ihre der Leiterhülle tugekehrte Außenwand (44) von der im Querschnitt fcreiteren zu der schmaleren Hälfte wenigstens teilweise einen kontinuierlich ansteigenden Krümmungsradius aufweist.

4. Steuerelektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Außenwand (44) im Querschnitt einer logarithmischen Spirale folgt, deren Radius sich in Polarkoordinaten nach der Gleichung r = ae^kf berechnet (mit a und k konstant).

5. Steuerelektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Außenwand (44) im Querschnitt einer Sici-Spirale lolgt, die sich aus der Integralcosinuskurve