DE2946172A1

DE2946172A1 - Hochspannungsdurchfuehrung

Info

Publication number: DE2946172A1
Application number: DE19792946172
Authority: DE
Inventors: Ing.(grad.) Günther 8521 Spardorf Matthäus; Dr.rer.nat. Joachim 8520 Erlangen Ruffer
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1979-11-15
Filing date: 1979-11-15
Publication date: 1981-05-21
Also published as: US4370514A; EP0029164B1; EP0029164A1; ATE4521T1

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 79 P 7 5 6 5 BRO

Hochspannungedurchführung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochspannungsdurchführung mit auf Hochspannungspotential und auf Erdpotential liegenden Leiterteilen sowie einem dazwischen angeordneten Isolationskörper aus gewickelten Isolierfolien, der elektrisch leitende Potentialsteuereinlagen enthält und gegebenenfalls von einem besonderen Isoliermedium getränkt ist. Eine derartige Hochspannungs- durchführung mit einem solchen Isolator ist aus der britischen Patentschrift 1,129,959 bekannt.

An den Anschlußstellen von elektrischen Einrichtungen mit hohen Betriebsspannungen von beispielsweise 100 kV und höher müssen hochspannungsführende Teile dieser Einrichtungen durch auf Erdpotential liegende Teile so isoliert hindurchgeführt werden, daß mit Sicherheit Überschläge vermieden werden. Eine entsprechende Anschlußstelle stellt beispiels-

SIm 2 Hag / 13. 11. 1979

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weise der EndverschluB eines Hochspannungskabels oder der Anschluß eines Hochspannungstransformators dar. Auch bei Wandlern und Schaltanlagen können entsprechende isolierende Durchführungen erforderlich sein.

Zur Vermeidung solcher unerwünschter Überschläge sind die auf Hochspannungspotential liegenden elektrisch leitenden Teile in den Hochspannungsdurchführungen von besonderen Durchführungsisolatoren umgeben.

Der aus der britischen Patentschrift 1,129,959 bekannte Durchführungsisolator ist aus einem flexiblen, elektrisch isolierenden Material, bei spielsweise einem folienartigen Spezialpapier, ge wickelt. Außerdem sind in diesen Durchführungsisolator sogenannte elektrisch leitende Potentialsteuere inlagen konzentrisch zueinander und gegeneinander isoliert mit eingewickelt. Mit diesen Ein- lagen läßt sich eine Steuerung der Spannungsverteilung über den Durchführungsisolator und somit eine Erhöhung der Teilentladungs- und StoßSpannungsfestigkeit erreichen (vgl. z.B. P.Böning: Kleines Lehrbuch der elektrischen Festigkeit, Karlsruhe, 1955, Seiten 140 bis 142).

Ferner ist es bekannt, daß bei HochspannungsdurchfUhrungsisolatoren aus gewickelten Isolierstofffolien mit kapazitiver Potentialsteuerung die Teil- entladungs- und Stoßspannungsfestigkeit im wesentlichen durch die axiale elektrische Feldstärke an den äußeren Kanten der elektrisch leitenden Potentialsteuereinlagen begrenzt werden. Bei bekannten HochapannungsdurchfUhrungsisolatoren enden deshalb die äußeren Kanten der Potentialsteuereinlagen in wulst-

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artigen Verdickungen, beispielsweise aufgrund einer Falzung der Steuereinlagen um einen ringförmig gebogenen Draht, um so einen möglichst großen Krümmungsradius der Außenkante zu erhalten. Außerdem können diese Außenkanten noch mit einer Schicht aus einem Material mit hoher Dielektrizitätskonstanten umgeben sein (vgl. CH-PSen 244 927 und 223 139). Bei diesen Hochspannungsdurchführungsisolatoren befinden sich Jedoch die wulstartigen Außenkanten der Potentialsteuereinlagen stets außerhalb des gewickelten Isolationskörpers, da sich diese Kanten nicht ohne weiteres mit in einen Isolierwickel einwickeln lassen, weil sonst die Gefahr eines zu lockeren Aufbaus des Wickels und von Faltungen einzelner Wickelfolien bestünde.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, die Hochspannungsdurchführung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß die Teilentladungs- und Stoßspannungsfestigkeit ihres Durchführungsisolator s weiter erhöht sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ale Potentialsteuereinlagen Doppelschichtfolien mit jeweils einer Schicht aus elektrisch leitendem Material und einer Schicht aus einem isolierenden Material mit einer hohen Dielektrzitätskonstanten €_T vorgesehen sind und daß die Doppelschichtfolien an ihren den äußeren Begrtnzungsflachen . des Isolationskörpers zugewandten Seiten so zu Kanten gefalzt sind, daß Jeweils die isolierende Schicht die elektrisch leitende Schicht umschließt.

Die Vorteile dieser Gestaltung der Hochspannungsdurchführung liegen insbesondere darin, daß sich

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die Doppelschichtfolien zu Kanten mit hinreichend kleinem Krümmungsradius falzen lassen, so daß eine Faltenbildung der Isolationsfolien beim Wickeln des Isolationskörpers ausgeschlossen werden kann. AuBerdem ragen die äußeren Kanten der Steuereinlagen nicht unmittelbar in die an ihnen ausgebildeten zwickelartigen, gegebenenfalls mit dem Isoliermedium gefüllten Hohlräume zwischen benachbarten Windungen aus den isolierenden Wickelfolien, da die äußeren

Kanten mit dem isolierenden Dielektrikum der

isolierenden Schichten umgeben sind. Somit wird vorteilhaft die elektrische Feldstärke an den Metallkanten herabgesetzt und werden entsprechend die Teilentladungs- und Stoßspannungsfestigkeit der

Hochspannungsdurchführung verbessert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Hochspannungsdurchführung nach der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung und deren in den Unteransprüchen gekennzeichneten Ausbildungen wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Fig. 1 eine Hochspannungsdurchführung schematisch veranschaulicht ist. Fig. 2 zeigt schematisch einen gemäß der Erfindung ausgebildeten Teil dieser Hochspannungsdurchführung.

Die in Fig. 1 als Längsschnitt dargestellte Hoch-Spannungsdurchführung kann z.B. Teil eines End verschlusses eines Hochspannungskabels sein (vgl. "3rd Int. Symposium on High Voltage Engineering", Mailand, 28. - 31.8.1979, Bericht Nr. 32.09). Die Durchführung enthält einen zentralen Leiter 2, der z.B. ein Kupferrohr ist und auf Hochspannungs-

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potential, beispielsweise 200 kV bei 50 Hz, liegt. Um den Leiter ist konzentrisch ein Isolationskörper 2 angeordnet, der zwei abgeschrägte kegelmantelförmige Seitenteile 4 und 5 und dazwischen eine zylinderförmige Mantelfläche 6 aufweist. Dieser Isolationskörper ist aus einer isolierenden Folie, beispielsweise aus einem Spezialpapier oder einer Kunststoffolie, gewickelt. In dem Isolationskörper 2 sind konzentrisch zue inander und isoliert gegen einander sogenannte Kondensatoreinlagen 7 bis 10 angeordnet, die in der Figur durch achsenparallele Linien angedeutet sind und zur Potentialsteuerung dienen. Diese Kondensatoreinlagen sind an ihrem einen Ende vorteilhaft so abgestuft zueinander angeordnet, daß sich längs der abgeschrägten Seitenflächen 4 und 5 des Isolationskörpers 3_ ^voⁿ innen nach außen ein annähernd lineares Potentialgefälle ausbilden kann. Die annähernd lineare Potentialcharakteristik an den Seitenflächen 4 und 5 läßt sich dabei in bekannter Weise durch eine geeignete Wahl der radialen Abstände zwischen den einzelnen Kondensatoreinlagen sowie durch ihre axialen Längen erreichen (vgl. z.B. US-Patentschrift 3,462,545). Die innersten leiternahen und mit 8 und 9 bezeichneten Kondensatoreinlagen liegen dabei auf Hochspannungspotential, während sich die äußerste Kondensatoreinlage 10 an der Mantelfläche 6 mit einem elektrischen Anschluß 11 auf Erdpotential befindet.

Zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit des Isolationskörpers 2 kann dieser gegebenenfalls von einem isolierenden Medium durchtränkt sein. Geeignete Medien sind z.B. spezielle öle oder Gase wie SF₆.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach der Figur sei

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angenommen, daß der Isolationskörper 3_ ^m^ SFg getränkt ist (vgl. CIGRE 1972, Paper No. 15-02).

Falls die HochspannungsdurchfUhrung für eine auf Tieftemperatur befindliche Einrichtung, beispielsweise für den Endverschluß eines supraleitenden Kabels, vorgesehen sein soll, kann der Isolationskörper auch von einem kryogenen Medium wie z.B. von Helium durchtränkt sein (vgl. DE-OS 2 327 629).

Es hat sich nun gezeigt, daß die Teilentladungs- und Stoßspannungsfestigkeit einer solchen Durchführung wesentlich durch die axiale elektrische Feldstärke an den äußeren, d.h. den abgeschrägten Seitenflächen h und 5 zugewandten Kanten der elektrisch leitenden Potentialsteuereinlagen 7 bis 10 begrenzt werden. Gemäß der Erfindung sind deshalb diese äußeren Kanten der Steuereinlagen besonders gestaltet. Diese Gestaltung geht aus Fig. 2 näher hervor, in der ein entsprechendes, in Fig. 1 mit 12 bezeichnetes Teilstück des Isolationskörpers 2 Vergrößert dargestellt ist. Mit Fig. 1 übereinstimmende Teile sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen.

Das als Längsschnitt in Fig. 2 dargestellte Teilstück des Isolationskörpers 3_ einer HochspannungsdurchfUhrung nach der Erfindung enthält zwei parallel zueinander angeordnete, allgemein mit 7_ und JHD bezeichnete Kondensatorsteuereinlagen aus Doppelschichtfolien. Diese Doppelschichtfolien enthalten jeweils eine elektrisch leitende Schicht 14 und eine isolierende Schicht 15. Die isolierende Schicht besteht dabei gemäß der Erfindung aus einem Material mit hoher Dielektrizitätskonstanten £ . Die Dielek-

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trizitätskonstante kann insbesondere größer als 2, vorzugsweise größer als 3 sein. Besonders geeignet sind spezielle Kunststoffmaterialien. Beispielsweise können als Doppelschichtfolien vorteilhaft mit Aluminium kaschierte Folien aus einem Kunststoff wie Polyvinylchlorid (PVC), Polyäthylen (PE), Polypropylen (PP) oder Polycarbonat (PC) vorgesehen werden. Hartes PVC-Material z.B. hat bei Raumtemperatur eine Dielektrizitätskonstante £_r von etwa 3,8 bia A,3. Die zur Potentialsteuerung dienenden Doppelschichtfolien sind in dem Wickel 3. so angeordnet und an den der abgeschrägten Seitenfläche 4 zugewandten Seiten so zu Kanten V]_ gefalzt, daß die isolierenden Schichten 15 Jeweils nach außen weisen.

Es ist so gewährleistet, daß zumindest im Kantenbereich die mit den elektrisch leitenden Schichten 14 gebildeten gefalzten Kanten 18 stets von dem isolierenden Material der isolierenden Schichten 15 dicht umschlossen sind. Da sich sowohl das elek trieb, leitende Material als auch die Kunststoff materialien verhältnismäßig leicht mit kleinem Krümmungsradius falzen bzw. biegen lassen, können dabei Knicke oder Brüche an den Kanten vermieden werden.

Die gefalzten Doppelschichtfolien J. ^xm^ⁱ 12 sind jeweils zwischen benachbarten Lagen 19 und 20 von Isolationsfolien angeordnet, aus denen der Isolationskörper 2 gewickelt ist. Die Isolationsfolien können beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial wie Polypropylen bestehen. Vor den der abgeschrägten Seitenfläche 4 des Isolationskörpers 3_ zugewandten Kanten Y^ der Steuereinlagen £ bzw. ijO ist zwischen den benaeh harten Isolationsfolienlagen 19 und 20

Jeweils ein zwickeiförmiger Hohlraum 22 ausgebildet,

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der sich mit dem Isolationsmedium, beispielsweise dem SPr-Gas, füllt. Da gemäß der Erfindung die mit 18 bezeichneten Falzkanten der elektrisch leitenden Schichten 14 der Steuereinlagen 2 und JK) nicht unmittelbar in diese Hohlräume 22 hineinragen, sondern dort von dem festen Isolationsmaterial mit hoher Dielektrizitätskonstanten f_r der isolierenden Schichten 13 dicht umschlossen sind, wird ein unmittelbarer Kontakt der äußeren Falzkanten 18 der elektrisch leitenden Schichten 14 mit dem isolierenden Gas in den Hohlräumen 22 vermieden. Die an Kanten 22. hervorgerufene elektrische Feldstärke ist somit entsprechend geringer als in dem isolierenden Gas und sind folglich auch die Teilentladungs- und

Stoßspannungsfestigkeit entsprechend erhöht.

Gemäß dem AusfUhrungsbeispiel nach den Figuren ist davon ausgegangen, daß ein auf Hochspannungspotential liegender elektrischer Leiter zentral angeordnet ist und von einem Isolationskörper umgeben ist. Die HochspannungsdurchfUhrung nach der Erfindung ist jedoch ebensogut auch für elektrische Einrichtungen geeignet, bei denen an der Außenseite Hochspannungspotential und innen Erd potential anliegen.

4 Patentansprüche 2 Figuren

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Claims

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Patentansprüche

M.J HochspannungsdurchfUhrung mit auf Hochspannungspotential und auf Erdpotential liegenden Leiterteilen sowie einem dazwischen angeordneten Isolationskörper aus gewickelten Isolierfolien, der elektrisch leitende, innerhalb des Isolationskörpers endende Potentialsteuereinlagen enthält und gegebenenfalls von einem besonderen Isolier medium getränkt ist, dadurch gekenn zeichnet , daß als Potentialsteuereinlagen (7 bis 10) Doppelsch.lchtfolien (£, W) mit jeweils einer Schicht (14) aus elektrisch leitendem Material und einer Schicht (15) aus einem isolierenden

Material mit einer hohen Dielektrizitätskonstanten

£_r vorgesehen sind und daß die Doppelschichtfolien an ihren den äußeren Begrenzungsflächen (4, 5) des Isolationskörpers (^) zugewandten Seiten so zu Kanten (17, 18) gefalzt sind, daß jeweils die isolierende Schicht (15) die elektrisch leitende Schicht (14) umschließt.
2. HochspannungsdurchfUhrung nach Anspruch 1, ge kennzeichnet durch eine Dielektrizitäts konstante £ _r des isolierenden Materials (15) bei Raumtemperatur von mindestens 2, vorzugsweise mindestens 3.
3. Hochspannungsdurchführung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (15) aus isolierendem Material von Folien aus einem Kunststoff gebildet sind.
4. HochspannungsdurchfUhrung nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, daß

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ORIGINAL INSPECTED

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als Doppelschichtfolien (£, 10) mit Alualnlua kaschierte Folien aus dem Kunststoff vorgesehen sind.

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