DE3001779C2

DE3001779C2 - Hochspannungsdurchführung mit Lagen aus geprägten Isolierfolien

Info

Publication number: DE3001779C2
Application number: DE3001779A
Authority: DE
Inventors: Andreas 8605 Hallstadt Diller; Günther Ing.(grad.) 8521 Spardorf Matthäus; Joachim Dr. 8520 Erlangen Ruffer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-01-18
Filing date: 1980-01-18
Publication date: 1987-01-02
Also published as: ATE3343T1; EP0032687B1; DE3001779A1; US4362897A; EP0032687A2; EP0032687A3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochspannungsdurchführung mit auf unterschiedlichem elektrischen Potential liegenden Leiterteilen sowie mit einem zwischen diesen Leiterteilen angeordneten gewickelten Isolationskörper, der Lagen aus geprägten Isolierfolien aus einem oberhalb einer vorbestimmten Temperatur schrumpfenden Kunststoffmaterial enthält und der ferner mit elektrisch leitenden Potcntialsteuereinlagcn versehen sowie im Betriebszustand von einem gasförmigen oder flüssigen Isoliermedium getränkt ist. Eine derartige Hochspannungsdurchführung ist aus der Veröffentlichung »Third International Symposium on High mi Voltage Engineering«, Mailand (Italien). 28. bis 31.08. 1979, Bericht 32.09 bekannt.

An den Anschlußstellen von elektrischen Einrichtungen mit hohen Betriebsspannungen von beispielsweise kV und höher müssen hochspannungsführende Tci- b'> Ie dieser Einrichtungen durch auf F.rdpotcntiul liegende Teile so isoliert hindurchgeführt werden, daß mit Sicherheit Überschläge zwischen diesen Teilen vermieden werden. Eine entsprechende Anschlußstelle stellt beispielsweise der Endverschluß eines Hochspannungskabcls oder der Anschluß eines Hochspannungstransformators dar. Auch bei Wandlern und Schaltanlagen können entsprechende isolierte Durchführungen erforderlich sein.

Zur Vermeidung solcher unerwünschter Überschläge sind die auf Hochspannungspolential liegenden elektrisch leitenden Teile in den Hochspannungsduraiführungen von besonderen Durchführungsisolatoren umgeben, deren geometrische Abmessungen unter anderem durch die geforderten elektrischen Festigkeitswerte festgelegt sind.

Der aus der genannten Veröffentlichung »Third Inlei national Symposium on High Voltage Engineering« bekannte Durchführungsisolator eines Kabelendverschlusses ist aus flexiblen Polypropylen-Folien gewikkelt. Außerdem sind in diesen Durchführungsisolator sogenannte elektrisch leitende Potentialsteueranlagen konzentrisch zueinander und gegeneinander isoliert mit eingewickeii. Mit diesen Einlagen läßt sich eine Steuerung der Spannungsverteilung über den Durchführungsisolator und somit eine Erhöhung der Telentladungs- und Stoßspannungsfestigkeit erreichen (vgl. z. B. P. Boning: Kleines Lehrbuch der elektrischen Festigkeit, Karlsruhe. 1955, Seiten 140 bis 142).

In dem bekannten Wickel vorhandene Spalte und Hohlräume sollen mit Schwefelhexafluorid (SFe) als Isolicrmcdium gefüllt sein, da bekanntlich die Teilentladungs-Einsatzfeldstärke in SF_b mindestens doppelt so hoch ist wie in Luft. Die in dem Wickel vorhandene Luft muß deshalb abgepumpt und durch SF_h ersetzt werden. Um dies zu ermöglichen bzw. zumindest zu erleichtern, ist der bekannte Wickel nicht aus glatten, sondern aus gcnoppten Polypropylen-Folien aufgebaut. Aufgrund der Noppung sind nämlich die in dem Wickel vorhandenen Spalte und Hohlräume praktisch untereinander verbunden und können so leichter evakuiert und dann mit dem Isoliermedium gefüllt werden.

Wird ein solcher fertig gewickelter Isolationskörper jedoch Temperaturen von oberhalb 80"C ausgesetzt, die auch im ungestörten Betriebsfall auftreten können, so besteht die Gefahr, daß sein Wickel locker wird und dann keine ausreichende mechanische Festigkeit mehr aufweist. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Noppen des Folicnmatcrials oberhalb dieser Temperatur schrumpfen. Da sich bei der Schrumpfung der Durchmesser des Wickels verringert, können außerdem in den in ihn eingelegten Potentialsteuereinlagen Knicke auftreten, an deren Kanten dann die 'lektrische Feldstärke ir. unerwünschter Weise erhöht ist.

ü)a ferner die für den bekannten Wickel verwendeten geprägten Folien nur mit einer verhältnismäßig geringen Breite von beispielsweise I m erhältlich sind, müssen bei Durchführungen, die langer als diese Breite sind wie /.. B. bei 420 kV Durchführungen mit einer Länge von etwa 3 m. mehrere Bahnen dieser Folien vorgesehen werden, die gegeneinander versetzt gewickelt werden müssen. Die entsprechende Wickeltechnik ist dementsprechend aufwendig.

Die genannten Schwierigkeiten auf Grund einer unerwünschten Schrumpfung von gcnoppten Isolierfolien können bei der aus der CH-PS 4 05 450 bekannten I loehspannungsdurchführung kaum auftreten. Bei diescr Durchführung sollen nämlich die zwischen ghiiicn und geprägten Folien seines Isolationskörpcrs ausgebildeten Hohlräume mil GicUhar/ vergossen werden, so daß der Isolationskörper dann im Betriebszustand ein

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^kompaktes, starres und somit praktisch nicht-schrumppfendes Gebilde darstellt Wegen dieser Gießharz-Imßprägnierung ist jedoch eine Tränkung des Isolationskörflpers insbesondere mit einem Gas wie SF_b nicht möglich, i|so daß er für Höchstspannungen von beispielsweise S 420 kV kaum einzusetzen ist

fi Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den ge-' wickelten Isolationskörper der Hochspannungsdurchr-i führung der eingangs genannten Art dahingehend zu 5| verbessern, daß sein Wickelpaket eine ausreichende mechanische Festigkeit bis zu den allgemein auftretenden ¥fi maximalen Betriebstemperaturen von etwa 120° C auftl weist und sich insbesondere nicht lockern und gegebe- ψ nenfalls sogar verrutschen kann, falls die Hochspan- $* nungsdurchführung vertikal angeordnet wird, so daß die % Durchführung für sehr hohe Spannungen verwendbar ψ. ist.

j? Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, ; daß geprägte Isoüerfolien mit 300 bis 700 Noppen pro cm² vorgesehen sind, die vor dem Wickelvorgang einer

.-!'' thermischen Schnimpiungsbehandlurig unterzogen worden sind und deren jeweilige Gesamtdicke narh der Schrumpfungsbehandlung noch mindestens 20% größer ist als die Stärke einer entsprechenden Folie ohne Prä-

f' gung, und daß zwischen den Lagen aus den geprägten Folien jeweils mindestens eine Lage aus glatten Folien vorgesehen ist.

Durch die thermische Vorbehandlung der geprägten

" Folien vor dem Wickeln des Isolationskörpers wird eine gewisse Schrumpfung dieser Folien um ein bestimmtes Maß vorweggenommen. Die damit erreichten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der hergestellte Wikkel unter Betriebsbedingungen bis zu der bei der thermischen Vorbehandlung gewählten Temperatur kaum noch schrumpft und so eine ausreichend große mechanisehe Festigkeit erreicht wird. Da bei der thermischen Vorbehandlung die ursprüngliche Prägung der Folie nicht vollständig beseitigt wird, sondern um ein vorbestimmtes Mindestmaß erhalten bleibt, ist der mit diesen Folien gewickelte Isolationskörper verhältnismäßig leicht evakuierbar und für ein Isoliermedium wie z. B. SFb ausreichend durchlässig. Außerdem ist durch die angegebene Anzahl von Noppen pro cm² diese Durchlässigkeit zu gewährleisten. Darüber hinaus läßt sich mit der Verwendung von zwischen den geprägten Isolierfolien angeordneten glatten Isoüerfolien, die in wesentlich größerer Breite als die geprägten Folien hergestellt werden, eine weitere Erhöhung der mechanischen Festigkeit des Wickels in Längsrichtung erreichen. Da außerdem beispielsweise nur jede zweite Lage mit gepräg- w ten Folien gewickelt wird, ist die prozentuale Schrumpfung des Wickelvolumens geringer, als wenn ausschließlich nur geprägte Folien wie bei der bekannten Hochspannungsdurchführung verwendet werden. Die Evakuierbarkeit bzw. Durchlässigkeit für ein Isoliermedium ist dennoch ausreichend.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Hochspannungsdurchführung nach der Erfindung gehen aus den restlichen Unteransprüchen hervor.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung und deren in w) den Unteransprüchen gekennzeichneten Ausbildungen wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Fig. 1 eine Hochspannungsdurchführung schematisch veranschaulicht ist. F i g. 2 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines gemäß der Erfindung ausgebildeten t-i Teiles dieser Hochspannungsdurchführung.

Bei der in F i g. I als Längsschnitt dargestellten Hochspannungsdurchführung kann z. B. von einem Teil des Endverschlusses eines Hochspannungskabels ausgegangen sein, wie er aus der Veröffentlichung »Third International Symposium on High Voltage Engineering«, Mailand, Italien, 28. — 31.8.1979, Bericht 32.09 bekannt ist. Die Durchführung enthält einen zentralen Leiter 2, der z. B. ein Stahl- oder Aluminiumrohr ist und auf Hochspannungspoiential, beispielsweise 20OkV bei 50 Hz, liegt Um den Leiter ist konzentrisch ein Isolationskörper 3 angeordnet, der zwei abgeschrägte kegelmantelförmige Seitenflächen 4 und 5 und dazwischen eine zylinderförmige Mantelfläche 6 aufweist. Dieser Isolationskörper ist aus isolierenden Folien aus einem vorbestimmten Kunststoffmaterial gewickelt In ihm sind konzentrisch zueinander und isoliert gegeneinander sogenannte Kondensatoreinlagen 7 bis 10 angeordnet, die in der Figur durch achsenparallele Linien angedeutet sind. Diese zur Potentialsteuerung dienenden Kondensatoreinlagen sind zweckmäßig so abgestuft zueinander angeordnet, daß sich längs der abgeschrägten Seitenflächen 4 und 5 des Isolationskörpers 3 von innen nach außen ein annähernd lineares Poteiv s-ilgefälie ausbilden kann. Die annähernd lineare Poteniiaicharakteristik an den Seitenflächen 4 und 5 läßt sich dabei in bekannter Weise durch eine geeignete Wahl der radialen Abstände zwischen den einzelnen Kondensatoreinlagen sown, durch ihre axialen Längen erreichen (vgl. z. B. US-Patentschrift 34 62 545). Die innersten leiternahen und mit 8 und 9 bezeichneten Kondensatoreinlagen liegen z. B. 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 3 ist dieser von einem isolierenden Medium durchtränkt. Geeignete Medien sind z. B. spezielle öle oder insbesondere Gase wie SFb oder N2. Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach der Figur sei eine SFb-Tränkung des Isolationskörpers angenommen (vgl. SlGRE 1972, Paper No. 15-02).

Falls die Hochspannungsdurchführung für eine auf Tiefte^f.~!peratur 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 23 27 629).

Gemäß der Erfindung ist der Isolationskörper 3 zumindest teilweise aus geprägten Kunststoffolien gewikkelt. Die entsprechende Gestaltung des Wickels 3 geht aus F i g. 2 näher hervor, in der ein entsprechendes, in Fig. 1 mit 12 bezeichnetes Teilstück des Isolationskörpers vergrößert dargestellt ist. Dabei sind mit Fig. 1 übereinstimmende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.

Der Isolationskörper 3 einer Hochspannungsdurchführung nach der Erfindung enthält gemäß dem in F i g. 2 als Längsschnitt dargestellten Teilstück 12 unter anderem mehrere gewickelte Lagen aus glatten Isolationsfolien, von denen einige in der Figur mit 14 bezeichnet sind. Als Fc '.ienmaterial ist beispielsweise Polypropylen oder Polyäthylen geeignet. Da solche Folien mit einer der Länge des Durchführungsisolators entsprechenden Breite herzustellen sind, können diese Lagen zweckmäßig aus nur einer einzigen Folie gewickelt werden, um so Stöße oder Überlappungen innerhalb einer Lage zu vcrmeiojn.

Zwischen jeweils zwei Lagen aus den glatten Isolationsfolien 14 befindet sich eine Lage aus geprägten Isolationsfolien, von denen in der Figur einige mit 15

bezeichnet sind. Diese Folien sind mit einer Noppung versehen, wobei sie zwischen 300 und 700, vorzugsweise etwa 500 Noppen/cm² enthalten. Gemäß der Darstellung nach der Figur sei angenommen, daß mit dem Längsschnitt gerade alle Noppen der Folien 15 in dem gezeigten Bereich 12 erfaßt werden.

Die Folien 15 bestehen aus einem Kunstsioffmaterial wie z. B. Polypropylen, das oberhalb einer vorbestimmten Temperatur, die im Betriebsfall des Isolationskörpers überschritten wird, Schrumpfungscrschcinungen zeigt. Derartige geprägte Folien können /.. B. dadurch hergestellt werden, daß man von einer 40 um dicken Polypropylen-Folie ausgeht, die in einem Kalander bei Temperaturen zwischen etwa 120 und 150"C bis auf 60 bis 80 μιη Gesamtdicke mit der Noppung versehen wird, ι ■> Die bereits bei Temperaturen oberhalb von 80°C zu beobachtende Schrumpfung dieser Noppen wird gemäß der Erfindung durch ein.? thermische Vorbchandlunc bei Temperaluren zwischen 80 und 125"C. vorzugsweise zwischen 100 und 120⁰C, vor dem Wickeln zumindest großenteils vorweggenommen. Die Vorbehandlungstemperatur ist dabei so gewählt, daß sie in der Nähe der im Betriebsfall der Hochspannungsdurchführung sich in dem Wicke! 3 einstellenden maximalen Temperatur liegt. Vorzugsweise wird eine Vorbehandlungslempcratür vorgesehen, welche etwa der im Betriebsfall der Hochspannungsdurchführung in ihrem Isolationskörpcr 3 auftretenden maximalen Temperatur entspricht. Die damit erreichte Schrumpfung der Noppen soll höchstens die Hälfte des Dickenunterschiedes zwischen der jo Gesamtdicke der geprägten, thermisch jedoch noch unbehandelten Folien und der Stärke einer entsprechenden Folie ohne Prägung betragen. Mit diesen Maßnahmen erreicht man, daß der Wickel bis zu dieser Temperatur kaum noch schrumpft und so seine mechanische y> Festigkeit ausreichend hoch ist. Da außerdem die Gesamtdicke der geprägten Folien nach der thermischen Schrumpfungsbehandlung jeweils mindestens 20% größer als die Stärke einer entsprechenden Folie ohne Prägung sein soll, ist eine ausreichende Durchlässigkeit des Wickels 3 für das isolierende Medium wie z. B. für das SFb-Gas gewährleistet. Die durch die Noppung der Folien 15 ausgebildeten und in der Figur mit 16 bezeichneten Hohlräume sind dann mit dem isolierenden Medium gefüllt

Da diese geprägten Folien 15 nur mit einer verhältnismäßig geringen Breite von beispielsweise 1 m erhältlich sind, werden bei Isolationskörpern, die länger als 1 m sind, mehrere Bahnen erforderlich, die zweckmäßig gegeneinander versetzt gewickelt werden. Hierbei können vorteilhaft die geprägten Folien einer Lage auf Stoß gewickelt sein. Eine solche Wicklung ist ohne besondere technische Schwierigkeiten durchführbar. In der Figur sind einige entsprechende Stoßstellen angedeutet und mit 17 bezeichnet-

Aus F i g. 2 ist ferner eine mit 10 bezeichnete Kondensatorsteuereinlage ersichtlich. Diese Kondensatorsteuereinlage kann beispielsweise eine dünne Folie aus einem Metall wie z. B. Aluminium sein. Auch mit einem entsprechenden Metall kaschierte Folien aus einem m> Kunststoff wie Polyvinylchlorid (PVC). Polyäthylen (PE), Polypropylen (PP) oder Polycarbonat (PC) sind als Potentialsteuereinlagen geeignet.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren ist davon ausgegangen, daß ein auf Hochspannungspotential liegender elektrischer Leiter zentral angeordnet und von ihn umgebenden, auf Erdpotential liegenden Leiterteilen durch den Isolationskörpcr nach der Erfindung getrennt ist. Die Hochspannungsdurchführung n;ich der Erfindung ist jedoch ebensogut auch für elektrische Einrichtungen geeignet, bei denen an der Außenseite Hochspannungspotential und innen Erdpotential anliegen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hocnspannungsdurchführung mit auf unterschiedlichem elektrischen Potential liegenden Leiterteilen sowie mit einem zwischen diesen Leiterteilen angeordneten gewickelten Isolationskörper, der Lagen aus geprägten Isolierfolien aus einem oberhalb einer vorbestimmten Temperatur schrumpfenden Kunststoffmaterial enthält und der ferner mit elektrisch leitenden Potentialsteuereinlagen versehen sowie im Betriebszustand von einem gasförmigen oder flüssigen Isoliermedium getränkt ist, dadurch gekennzeichnet, daß geprägte Isolierfolien (15) mit 300 bis 700 Noppen pro cm² vorgesehen sind, die vor dem Wickelvorgang einer thermischen Schrumpfungsbehandlung unterzogen worden sind und deren jeweilige Gesamtdicke nach der Schrumpfungsbehandlung noch mindestens 20% größer ist als die Stärke einer entsprechenden Folie ohne Prägung, und daß zwischen den Lagen aus den geprägten Folien (15) jeweils mindestens eine Lage aus glatten Isolierfolien (14) vorgesehen ist.

2. Hochspannungsdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geprägten Isolierfolien (15) aus Polypropylen mi; etwa 500 Noppen/ cm² bestehen.

3. Hochspannungsdurchführung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die geprägten Folien (15) einer thermischen Schrumpfungsbehandlung bei einer Temperatur, welche zumindest annähernd die im Betriebsfa!!. der Hc;hspannungsdurchführung in ihrem Isolationskörper (3) auftretende maximale Temperatur ist, unierzc";en worden sind.

4. Hochspannungsdurchführung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß die geprägten Folien (15) einer thermischen Schrumpfungsbehandlung bei einer Temperatur über 80°C, vorzugsweise über 100° C, unterzogen worden sind.

5. Hochspannungsdurchführung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die geprägten Folien (5) einer thermischen Schrumpfungsbehandlung bei einer Temperatur unter 125" C, vorzugsweise unter 120°C, unterzogen worden sind.

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