Isolierter elektrischer Hochspannungsleiter. Die Erfindung betrifft einen isolierten elektrischen Hochspannungsleiter, welcher eine oder mehrere Hüllen, die zum Isolieren von elektrischen Leitern für Hochspannun gen dienen und die gewöhnlich als Hüllen vom Kondensatortypus bezeichnet werden, aufweist.
Solche Hüllen (unter den Begriff "Hülle" sollen im vorliegenden Falle auch die Hülsen fallen) bestehen aus. übereinander liegenden Schieliten aus dielektrisehem Ma terial, gewöhnlich aus Papier, das entweder direkt um den Leiter gewickelt ist oder um ein Rohr, durch welches der Leiter hindurch gezogen werden kann, wobei beim Auf wickeln der ,Schichten zwischen den Windun gen leitende Einlagen, von solchen Abmes sungen eingefügt werden,
dass sie sich unge fähr über eine ganze Windung des dielek- trischen Materials erstrecken. Diese leitenden Einlagen bestehen aus- leitendem Material, z. B. aus Metallfolien oder; wie; es bei der Kabelherstellung bekannt ist, z. B. aus metallüberzogenen Papieren. In solchen Hüllen wird durch die Verwendung von lei tenden Einlagen einet Potentialverteilung im Dielektrikum der Hülle und in manchen Fällen auch im benachbarten dielektrisahen Material erzielt.
Solche Hüllen werden als Teile von Endverschliisoen oder Verbindungen elektrischer Kabel, sowie als Teile von Zu- und Ableitungen an. elektrisichen Hochspan nungsapparaten verwendet. Die leitenden .Einlagen können auf ver schiedene Weise im äielektrischen Material angeordnet sein.
Sie können in Form einer Reihe von teilweise ineinanderliegenden, das heisst einander überlappenden Einlagen, die jedoch nicht in Kontaktberührung stehen, über der ganzen Länge der Hülle angeordnet sein. Die Reihe der aufeinanderfolgenden Einlagen kann im Dielektrikum kontinuier lich von aussen nach innen oder von innen nach aussen über der ganzen Länge der Hülle verlaufen, oder sie kann auf einem Teil der Länge nach innen und in einem andern Teil der Länge nach aussen verlaufen.
Die letztere Anordnung hat den Vorteil, eine Beeinflus- sung der Isolierbeanspruchung über eine be trächtliche Länge zu ermöglichen, ohne eine Hülle von übergrossem äussern Durchmesser zu benötigen.
Bei höheren Spannungen kann beispielsweise die Reihe der leitenden Ein lagen am einen Ende in der Nähe der innern Oberfläche 'beginnen, dann nach aussen in die Nähe der äussern Oberfläche der Hülle sich erstrecken, dann wieder einwärts gegen die innere Oberfläche und darin wieder aus wärts gegen die äussere Oberfläche der Hülle verlaufen.
Es hat sich herausgestellt, dass in solchen Hüllen die Kanten der dünnen leitenden Schichten Konzentrationen des: elektrischen Feldes verursachen, welche die gewünschten Bedingungen stören, hohe lokale Beanspru- chungen hervorrufen und so Schwierigkeiten für eine befriedigende Konsrkuktion von Hüllen dieser Art für sehr hohe Spannungen bereiten.
Dementsprechend musste zur Ver meidung von Fehlkonstruktionen die radiale dielektrische Beanspruchung so niedrig ge halten werden, dass solche Hüllen für sehr hohe Spannungen, wie 132 kV und darüber, unverhältnismässig gross und teuer wurden.
Durch vorliegerude Erfindung wird eine verbesserte Konstruktion geschaffen, durch welche eine ökonomische Herstellung von solchen Hüllen und Hülsen auch für sehr hohe Spannungen möglich ist.
Die Erfindung besteht darin, dass die zwischen den dielektrischen Schichten im Be reich der Kanten der leitenden Einlagen vor handenen Räume unter dem Einfloss des Druckes eines Gases stehen, dessen Druck höher als der Atmosphärendruck ist.
Es sind Ausführungsformen des Leiters nach der Erfindung möglich, bei welchen die Räume, welche zwischen benachbarten Windungen des dielektrischen Materials an den Kanten der eingefügten leitenden Lagen vorhanden sind, mit festen, flüssigen oder halbflüssigen Stoffen ausgefüllt sind.
Es sind aber auch Ausführungsformen möglich, bei welchen diese Räume im Gegenteil frei von solchen Stoffen gehalten und mit Gas unter einem wesentlich über Atmosphären druck liegenden Druck gefüllt sind. Die Hülle kann bei diesen letzteren Ausführungs- formen z. B. aus übereinanderliegenden Schichten aus dielektrischem Material<B>ge-</B> bildet sein, das kein Gas enthält und gegen Gas undurchlässig ist.
Die Imprägnierung oder das sonstige Verfahren zur Erzielung der notwendigen Eigenschaft des dielektri- schen Materials kann ausgeführt sein, bevor das Material zu einer Hülle aufgewickelt wird.
Die Imprägnierung von für die Her stellung der Hülle -geeignetem Papier kann mit derin den brit. Patentschriften Nr.<B>373697</B> und 545315 beschriebenen Apparaten ausge- führt werden.
Bei einer andern Ausführungsform ist die Hülle mit ,Öl imprägniert (oder einem andern flüssigen Dielektrikum) und befindet sich in einem Ölbad in ;einem Behälter, dessen oberer Teil einen mit Druckgas gefüllten Raum enthält.
Das Gas wirkt auf das öl, das ein elastisches Kissen bildet, durch welches der Druck auf das Dielektrikum in einer Höhe, die wesentlich über Atmosphärendruck liegt, und unter geringen Schwankungen im Bereich der Betriebsbedingungen aufrecht erhalten wird.
Diese Ausführungsformen von Hüllen können z. B. verwendet werden, um das ent blösste Dielektrikum am Ende -eines Hoch spannungskahels einzuhüllen, oder sie kön nen bei einer Verbindungsstelle von zwei Kabeln oder als Umhüllung für einen Leiter, welcher durch die Gehäusewandung eines Apparates hindurchgeführt ist, Anwendung finden.
Auf der beiliegenden Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegen standes veranschaulicht, und zwar sind die Enden von zwei Kabelleitern von Hoch spannungskabeln (für 132 kV geeignet) mit daran angebrachten Kabelendverschlüssen ge zeigt.
In Fig. 1 ist im Längsschnitt ein End- verschluss für ein gasgefülltes Kabel von der im schweizer. Patent Nr.167915 beschrie- benen Art dargestellt.
Fig. 2 zeigt im. Längsschnitt den innern Teil eines Endverschlusses eines ganz mit imprägniertem Papier isolierten Kabels. Der äussere Teil dieses Kabelendverschlusses ist gemäss Fig. 1 ausgeführt und nicht darge stellt.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Art von Kabeln besteht das Dielektrikum aus auf gewickelten imprägnierten Papierbändern, und es isst kein weiteres Imprägniermittel in den Räumen zwischen den Windungen bezw. Schichten des Diel:ektrikums aus Papier vor handen.
Diese Räume sind vielmehr mit Druckgas gefüllt, das somit einen Teil eines zusammengesetzten Dielektrikums bildet.
Die gezeichneten Kabelendverschlüsse eines solchen Kabels weisen zwei koaxiale Kammern auf, welche durch die Metallplatte 1, den innern und den äussern Porzellaniso- laA!or 2 und 3 und die innere und äussere Abschlusskappe 4 und 5 gebildet sind.
An ihrem untern Ende ist die innere Kammer durch die mit der Platte 1 verbundene, nach abwärts ragende Stopfbüchse 6 abgeschlos sen. Das uniere Ende der Stopfbüchse 6 ist auf die innere Kabelbewehrung 7 passend aufgezogen; und gegen diese durch eine Blei- dichtung 8 abgedichtet.
Am untern Ende der Stopfbüchse 6 ist eine Gaszufuhrhüchse 9 angebracht. Oberhalb des Endes der innern Bewehrung 7 ist bei 11 ein kurzes Stück der Abschirmung auf dem Kabeldielektrikum blossgelegt, und oberhalb dieser Stelle ist das imprägnierte PapIerdielektrikum 12 des Kabels blossgelegt. Dieses Dielektrikum ist auf eine kurze Länge,
des Leiters 13 am obern Ende entfernt. Das Ende des Leiters 13 ragt in einen Kabelschuh 14, der mit einer Trar verse 15 verbunden ist, die einen Teil eines Ringes 16 bildet. Der Ring 16 ist am obern Ende des innern Isolators 2 befestigt und trägt die innere Kappe 4.
Auf diese Weise ist eine Verbindung des Kabelleiters 13 nach der Kappe 4 und dem von ihr getragenen Endbolzen 17 hergestellt, welcher durch die äussere Kappe 5 hindurchgeht.
Die Hülle vom Kondensatortypus ist auf einem mit einem Kunstharz imprägnierten Papierrohr 18 aufgebaut und weist Win dungen 19 aus einem imprägnierten Papier auf, zwischen welchen elektrisch leitende Einlagen (Metallfolien) 20 eingelegt sind. Diese Einlagen beginnen oben nahe der Aussenfläche der Hülle, weisen voneinander in radialer Richtung Abstände auf, sind in der Längsrichtung der Hülle gegeneinander verschoben und bilden Belege in Reihe ge schalteter Kondensatoren.
Die Reihe der Ein lagen verläuft von oben nach unten zuerst nach einwärts gegen das Rohr 18 und dann wieder nach auswärts., so dass die ersten und let7Aen Lagen in der Nähe der Aussenfläche der Hülle liegen. Die erste Lage ist mittels des Leiters 21 mit dem Kabelschuh 14 ver bunden und besitzt so das: Potlential des Kabelleifers: Die letzte Lage ist in nach- stehend beschriebener Weise mit der bei 11 blossgelegten Abschirmung und der innern Beinehrung 7 verbunden und hat so das gleiche Potential wie diese Teile:;
das ist meist dasjenige der Erde. Diese Ausbildung der Hiille bewirkt eine im wesentlichen gleichförmige Verteilung der Längsbeanspru chung vom obern nach dem untern Ende des blossgelegten Kabeldielektrikums 12, und zwar über den Raum, über den die leitenden Einlagen 20 sich erstrecken.
Das Rohr 18 passt ziemlich genau auf das Kabeldielektrikum 12 und ist, wie gesagt, so angeordnet, dass sein oberes Ende bis zur Kante des Dielektrikums reicht, wo letzteres weggeschnitten wird, um den Leiter 13 bloss zulegen. Über das, -Ende des Dieelektrikums und das obere Ende der Hülle ist eine Wick lung von mit Lack getränktem Seidenband gelegt, welche diese Teile und den Leiter ge gen den Stoff abschliesst, mit welchem die innere Kammer bis zum Spiegel 23 angefüllt ist.
Eine ähnliche Füllung befindet sich in der äussern Kammer bis zum obern Ende des Isolators 3.
Am untern Ende der Hülle erstreckt sich das Rohr 18 über das untere Ende der letz ten Lage 20 der Serie von Lagen hinaus, und das Dielektrikum 19 nimmt kegelförmig von aussen nach innen ab.
Über diesen kegeligen Teil des Endes des Dielektrikums 19 der Hülle und dem benachbarten Dielektrikum des Kabels ist ein Körper 26 aus dielektri- schem Material aufgebracht, der aus einer satt aufgebrachten Wicklung aus mit Lack imprägniertem Seidenband besteht.
Auf die sem Körper ist eine Deckschicht 28 aus einem leitenden Band angebracht, welches eine Ver bindung mit der innern Bewehrung 7 her stellt und eine äussere leitende Deckschicht bildet.
Das leitende Band 28 ist bei 24 mit dem Ende der äussersten leitenden Lage 20 der Hülle verbunden Durch das Rohr 50, die Gaszufuhrbüchse 9 und Löcher 51 in der innern. Bewehrung 7 wird das Gas unter hohem Druck in das Kabel geleitet, so dass alle Räume zwischen den Windungen des Papiers mit Gas unter einean wesentlich über Atmosphärendruek lie genden Druck gefüllt sind.
Der Druck kann beispielsweise 15 kgjcm2 betragen. Das Druck- gas tritt vom untern Ende des blossgelegten Kabeldielektrikums in die Zwischenräume des Körpers 26 und von dort in die Räume zwischen den Papierwindungen ein,
aus wel chen die Kondensatorhülle 19 aufgebaut ist. In ähnlicher Weise gelangt das Gas am obern Ende des blossgelegten Kabe;ldielektrikums in die Zwischenräume der Wicklung 22 und von dort zwischen die Papierschichten der Hülle.
Die Körper 22 und 26 aus dielektrischem Material an, den beiden Endender Hülle sind für Gas unter hohem Druck durchlässig, aber nicht für die Füllmasse.
Von der Oberfläche des Leiters 13 am obern Ende des Kabels führt ein Rohr 52 nach oben, durchdringt die Wicklung 22 und mündet in die Kappe 4 oberhalb des Spiegels 23 der Füllmasse. Auf diese Weise ist die ganze innere Kammer unter. gleichmässigem Druck.
Das in Fig. 2 gezeigte Ausführungsbei spiel gleicht in vielen Punkten dem soeben in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen. Da das Kabel nicht gasgefüllt ist, so ist keine Büchse zur Zufuhr von Gas vorhanden. Die Hülle 18, 19, 20 ist ganz mit Öl imprägniert oder mit einer Masse, welche die Räume zwi schen den Schichten des Papiers im Bereich der Kanten der Metallfolien 20 anfüllt. Das obere Ende der Hülle und dasjenige des Kabeldielektrikums sind nicht verdeckt.
Sie sind in Berührung mit dem Isoliermaterial, mit welchem die innere Kammer bis zum Spiegel 23 gefüllt ist. Dieses Material ist 01 oder eine Masse von viel geringerer Viskosität als diejenige der in Fig. 1 verwendeten Masse, so dass der Flüssigkeitsdruck sich rasch in die Hülle fortpflanzt und die Flüssigkeit alle Räume, welche zwischen den Papierschichten existieren,
ausfüllt. Der Raum oberhalb des Spiegels, 23 ist mit Druckgas gefüllt, welches durch das Rohr 53 eingeführt und durch das Ventil 54 im untern Teil der Kammer ge regelt wird und durch die Füllmasse in den Raum oberhalb des Spiegels 23 hindurch strömt.
Der verwendete Gasdruck ist über Atmo- sphärendxuck, z. B. 4 Atm. oder höher. Die genaue Höhe hängt in manchen Fällen von der Art des Apparates ab, dem der Erfin dungsgegenstand zugeordnet ist. Verschiedene Gase können verwendet werden, einschliess lich Stickstoff, Freon (Dichlordifluormethan), Schwefelhexafluol-id und Mischungen der selben.