DE2355481A1

DE2355481A1 - Elektrische hochspannungseinrichtung mit scheibenfoermigen isolierkoerpern

Info

Publication number: DE2355481A1
Application number: DE19732355481
Authority: DE
Inventors: Owen Farish
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1972-11-14
Filing date: 1973-11-02
Publication date: 1974-05-16
Also published as: CA967254A; ATA953873A; US3801725A; AT328009B; CH557100A; JPS4993373U

Description

Westinghouse . -91S5A81 -2 NOV 1973

Electric Corporation - *°°^QHO ' *. n-υν. i»/j

Pittsburgh

Mein Zeichen: VPA 72/8365 Et/Sho

Elektrische Hochspannungseinrichtung mit scheibenförmigen Isolierkörpern ·

Für diese Anmeldung wird die Priorität der entsprechenden USA-Anmeldung Serial No. 306 492 vom 14.11.1972 beansprucht,

Die Erfindung befaßt sich mit einer elektrischen Hochspannungseinrichtung mit durch einen scheibenförmigen Isolierkörper koaxial im Abstand voneinander gehaltenen Elektroden, zwischen denen sich ein Fluid als Isoliermittel befindet.

Hochspannungseinrichtungen dieser Art finden insbesondere Anwendung im Rahmen von elektrischen Energieverteilungssystemen, die eine beispielsweise durch ein Gas oder eine Flüssigkeit isolierte Übertragungsleitung aufweisen, bei denen ein rohrförmiger Leiter im Inneren eines geerdeten, zumeist rohrförmigen Metallgehäuses angeordnet ist. Unter einem Fluid sind in.diesem Zusammenhang alle von dem festen Aggregatzu-'stand .Verschiedenen Isolierstoff mittel zu verstehen /und /zwar."· *■' insbesondere Gase, die bei einem verhältnismäßig niedrigen Druck eine hohe dielektrische Festigkeit aufweisen,'wie Schwefelhexafluorid, oder andere geeignete Gase sowie Isolieröl oder ein Vakuum.

Elektrische Energieverteilungssysteme dieser Art, die gegenüber herkömmlichen, durch Luft von atmosphärischem Druck isolierten Systemen wesentlich verringerte Abmessungen aufweisen, sind beispielsweise in den US-Patentschriften 3 378 731, 3 391 243, 3 448 202, 3 324 272, 3 371 911, 3 345 450 und · 3 348 001 beschrieben.

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Ein für die Betriebssicherheit, und Leistungsfähigkeit von Hochspannungseinrichtungen der vorliegenden Art wesentlicher Faktor sind die Eigenschaften der Isolierkörper, die dazu dienen, die spannungführenden Leiter konzentrisch in dem sie umgebenden geerdeten Metallgehäuse zu halten. Eine vollständige, kaum zu vermeidende Gefahrenquelle für die Betriebssicherheit bilden Verunreinigungen in der Gestalt von Staub und Metallteilchen, da sie einen Überschlag an der Oberfläche der Isolierkörper auslösen können. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Isolierkörper so auszubilden, daß ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber den genannten schädlichen Einflüssen erhöht wird.

Die Erfindung sieht hierzu vor, daß der Isolierkörper mit wenigstens einem ringförmigen und koaxial angeordneten, das elektrische Feld beeinflussenden Belag versehen ist. Ein solcher Belag verhindert die Fortentwicklung von elektrischen Vorentladungen, die sich, beispielsweise ausgelöst durch ein freibewegliches leitendes Teilchen, an der Oberfläche des Isolierkörpers bilden. Dadurch kann verhindert werden, daß die Entladungen die gesamte Oberfläche des Isolators zwischen den Elektroden, d. h. zwischen dem äußeren Metallgehäuse und dem, inneren spanngfuhrenden Leiter, überschlagen.

Es" empfiehlt sicH,' jeweils zwei fcönzentri'scne Beläge auf den -'''■■ Isolatoren vorzusehen, wobei es zweckmäßig ist, den einen Belag am äußeren Umfang und den anderen Belag am inneren Umfang des Isolierkörpers anzuordnen.

Die erwähnten Beläge können aus einem elektrisch leitenden Material bestehen, und zwar kommen hierfür sowohl Ringe aus einem geeigneten Metall als auch durch leitende Zusatzstoffe leitfähig gemachte Kunststoffe in Betracht. Andererseits können die Beläge auch durch ein aufgestrichenes leitfähiges Mittel gebildet sein, z. B. eine durch Zusatz von Metallteilchen leitend gemachte Anstrichfarbe.

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Gute Ergebnisse sind auch durch Beläge erzielbar, die aus einem Material mit hoher Dielektrizitätskonstante bestehen. Diese sind insbesondere dann von guter Wirksamkeit, wenn der Isolierkörper, auf den sie aufgebracht oder aufgegossen sind, aus einem Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante besteht. Als Grundsubstanz kann in beiden Fällen ein Epoxidharz benutzt werden.

Die Erfindung ist auch in Verbindung mit Isolierkörpern vorteilhaft anwendbar, die eine gewellte Oberfläche besitzen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt einen Teil der gasisolierten Hochspannungs- ■ Übertragungsleitung zusammen mit einem Endverschluß.

Die Fig. 2 ist ein Schnitt durch eine unterirdisch verlegte dreiphasige, gasisolierte Hochspannungs-Übertragungsleitung.

Die Fig. 3 zeigt einen handelsüblichen Abschnitt einer gasisolierten Übertragungsleitung.

Die Fig. 4 ist ein Schnitt eines dem Stand der Technik angehörenden " Scheibenisolators für Übertragungsleitungeh der vor-'^:' liegenden Art.

Die Fig. 5 zeigt einen Schnitt eines Isolators nach der Erfindung mit metallischen Steuerringen.

Die Fig. 6 zeigt einen nach der Erfindung gestalteten Scheibenisolator mit gewellter Oberfläche.

In den Figuren 7 und 8 sind Scheibenisolatoren mit mehreren Steuerringen dargestellt.

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Die Figuren 9 und 10 zeigen einen Scheibenisolator mit aufgemalten leitenden Ringen, wobei die Fig.¹10 ein Schnitt im wesentlichen entlang der Linie X-X in Fig. 9 ist.

Die Figuren 11 und 12 zeigen einen anderen Isolator mit Ringen aus einem leitenden Epoxidharz, wobei die Fig. 12 ein¹Schnitt im wesentlichen entlang der Linie XII-XII in Fig. 1 ist.

Die Figuren 13 und 14 veranschaulichen eine Konstruktion, bei der Ringe aus einem Material mit verhältnismäßig hoher Dielektrizitätskonstante an einem Scheibenisolator angebracht sind, der aus einem Material mit verhältnismäßig niedriger Dielektrizitätskonstante besteht.

Das gasisolierte Hochspannungssystem 1 in Fig. 1 besitzt eine äußere geerdete metallische Umhüllung in der Gestalt eines Rohres 2. Eine Abschlußdurchführung 3 an dem Ende des Rohres dient zum Anschluß nicht gezeigter Geräte oder Anlagen über einen Leiter 5. Wie schematisch in der Fig. 2 veranschaulicht ist, können bei unterirdischen Verteilungssystemen drei solche Metallrohre 2 benutzt werden, die Hochspannungsleiter 7 enthalten.

Die Fig. 3 veranschaulicht Abschnitte 9 gasisolierter metall-'gekapselter Systeme, von'denen jeder einen Hochspannungsleiter · 7 umfaßt, der in einem geerdeten Metallgehäuse in der Gestalt eines Rohres 2 untergebracht ist, das ein Gas enthält, das bei einem verhältnismäßig niedrigen Druck eine hohe dielektrische Festigkeit besitzt. Hierfür ist beispielsweise Schwefelhexafluorid bei einem Druck von 1,5 Bar geeignet. Es können jedoch auch andere fluidische Isoliermittel, ζ. B. andere elektronegative Gase, sowie Öl, Druckluft oder ein Vakuum benutzt werden.

Der Systemabschnitt 9 kann an beiden Enden mit Tulpenkontakten 4 versehen sein, so daß viele Systemabschnitte 9 in Reihe miteinander verbunden werden können. Die äußeren Rohre 2 können miteinander verschweißt sein, wie dies bei 8 gezeigt ist.

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Die Fig. 4 veranschaulicht eine bisher übliche Konstruktion eines Isolators, die typisch für druckgasisolierte Überträgungssysteme 1 ist. Es sind Abschirmelektroden 15 und 16 vorhanden, um die Spannungsverteilung an der Innen- und der Außenfläche des Scheibenisolators 11 zu verbessern und um die Wahrscheinlichkeit der Entstehung von elektrischen Vorentladungen, insbesondere von Stromfadenentladungen, zu verringern. Jedoch verhindern diese Elektroden nicht die Ausbreitung solcher Vorentladungen über die ganze Oberfläche 11a des Scheibenisolators 11, nachdem sie erst einmal z. B. durch ein freibewegliches leitendes Teilchen gezündet worden sind.

Die Fig. 5 veranschaulicht die Anordnung leitender Ringe 13 und 14, die am äußeren bzw. inneren Umfang des Scheibenisolators 11 nahe der äußeren Elektrode (Rohr 2) und der inneren Elektrode (Leiter 7) angeordnet sind.· Wenn ein an den Elektroden 2 bzw. 7 gezündeter'Stromfaden die leitenden Ringe 13 oder 14 erreicht, wird die Feldstärke an der Spitze der Entladung auf einen von dem Durchmesser des Ringes abhängenden Wert reduziert, und falls dieser unter dem kritischen Wert für die Ausbreitung des Stromfadens liegt, endet die Entladung an den Ringen 13 bzw. 14. Die Ringe verhindern somit einen vollständigen Isolatorüberschlag, wenn ein Teilchen an der Oberfläche 11a eine Entladung gezündet hat. Es ist jedoch bekannt, daß in einem druckgasisolierten' System "1" ständige· Vorentladungen aufgrund freibeweglicher leitender Teilchen wegen der Entwirkung von Entladungsprodukten auf den Scheibenisolator nicht geduldet werden können. Vielmehr benötigt man zusätzliche Mittel, z. B. eine Teilchenfalle nach,der US-Patentschrift 3 515 939, falls die vorhandenen Teilchen nicht von einer Art sind, daß sie im Laufe der Entladung zerstört werden. In Verbindung mit solchen Teilchenfallen hat die Erfindung die vorteilhafte Wirkung, das Übertragungssystem 1 zu schützen, bis die schädlichen Teilchen durch die Teilchenfalle entfernt sind. · ·

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Bei einigen bekannten Bauformen von Scheibenisolatoren sind Wellungen 18 zur Verbesserung der Überschlagscharakteristik vorgesehen. Diese Wellungen können sich"auch als günstig zur Verbesserung der gemäß der Erfindung vorgesehenen Ringe 13 und 14 erweisen. In Fig. 6 ist veranschaulicht, wie die Ringe

13 und 14 auf einem gewellten Scheibenisolator 20 angeordnet werden können.

Nach der vorliegenden Erfindung sind die Metallringe 13 und

14 nahe dem einen oder beiden Elektroden 2 und 7 mit dem Scheibenisolator 11 verkittet oder verklebt oder an ihn angegossen. Es können auch mehrere im Abstand voneinander angeordnete Ringe vorgesehen sein, um die Spannungsverteilung an dem Scheibenisolator 11 zu steuern, wie dies in den Figuren 7 und 8 veranschaulicht ist. Ferner können Streifen aus leitender Farbe oder ringförmige Abschnitte aus einem leitfähig gemachten Epoxidharz vorgesehen sein. Unter Umständen können diese Anordnungen weniger wirksam als metallische Ringe sein, da sie das elektrische Feld in der Ausbreitungsrichtung von Vorentladungen nicht so stark verringern.

Die Figuren 9 und 10 veranschaulichen einen Scheibenisolator 25, auf dessen Oberfläche·28 Ringe 26 und 27 aus einem streichfähigen leitenden Mittel aufgemalt sind. Die Ringe 26 und-27 können auf die'Oberfläche-28 in ähnlichen- Konfigura-' ' tionen aufgemalt sein, wie sie zuvor für die metallischen Ringe 13, 14; 18, 19, 20 und 21 angegeben worden sind. Das streichfähige leitende Mittel kann z. B. eine Silikon-Silber-Masse sein, wie sie im Handel erhältlich ist. Auch eine silberhaltige Epoxidmasse wäre für den vorliegenden Zweck geeignet. Das Aufmalen der Ringe stellt eine wenig aufwendige Methode zur Erlangung einer Schutzwirkung für den Scheibenisolator dar.

In den Figuren 11 und 12 ist ein anderer Seheibenisolator 30 ,gezeigt, der Ringe 31 und 32 aus einem leitenden harzartigen Material, z. B. einem Epoxidharz, besitzt. Anstelle metalli-

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scher Ringe können auch metallgefüllte Epoxidharzringe vorgesehen sein, die auf die Oberfläche 35 des aus einem Epoxidharz bestehenden Scheibenisolators 30 aufgegossen sind.

Bei einer weiteren abgewandelten Konstruktion nach den Figuren 13 und 14 werden Beläge 41 und 42 aus einem Epoxidharz mit hoher Dielektrizitätskonstante benutzt j> die auf die Oberfläche des ebenfalls aus einem.Epoxidharz bestehenden Scheibenisolators 45 aufgegossen sind. Das Material des Scheibenisolators weist hierbei eine relativ geringe Dielektrizitätskonstante auf. Obwohl die Beläge dieser Art etwas weniger wirksam als Metallringe sind, könnten sie für einige Anwendungsfälle bevorzugt werden.

10 Ansprüche

14 Figuren .

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Claims

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!-/Elektrische Hochspannungseinrichtung mit durch einen scheibenförmigen Isolierkörper koaxial im Abstand voneinander gehaltenen Elektroden, zwischen denen sich ein Fluid als Isoliermittel befindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper (11) mit wenigstens einem ringförmigen und koaxial angeordneten, das elektrische Feld beeinflussenden Belag (13) versehen ist.
2. Elektrische Hochspannungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei konzentrische Beläge (13» 14) vorhanden sind.
3. Elektrische Hochspannungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Belag (13) am äußeren Umfang und der andere Belag (14) am inneren Umfang des Isolierkörpers (11) angeordnet ist.
4. Elektrische Hochspannungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Belag (13) aus einem elektrisch leitenden Material besteht.
5. Elektrische Hochspannungseinrichtung nach Anspruch 1,

- dadurch gekennzeichnet", daß der Belag (41) aus'einem Material mit hoher Dielektrizitätskonstante besteht.
6. Elektrische Hochspannungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Belag (26) durch ein aufgestrichenes leitfähiges Mittel gebildet ist.
7. Elektrische Hochspannungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Belag (31) aus einem durch einen Zusatz von Metallteilchen leitfähig gemachten Epoxidharz besteht.

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8. Elektrische Hochspannungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Belag (41) aus einem Epoxidharz mit hoher Dielektrizitätskonstante besteht.
9. Elektrische Hochspannungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Ringe (41, 42) aus einem Epoxidharz mit hoher Dielektrizitätskonstante' auf einen Isolierkörper (40) aus einem Epoxidharz mit niedriger Dielektrizitätskonstante aufgegossen sind.
10. Elektrische Hochspannungseinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper (20) eine gewellte Oberfläche (18) besitzt.

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