DD247108A1

DD247108A1 - CAPACITED GAS INSULATED HIGH VOLTAGE SYSTEM

Info

Publication number: DD247108A1
Application number: DD28732986A
Authority: DD
Inventors: Dieter Burghardt; Heinz Gonschorek; Herbert Grasselt; Frank Otto; Jochen Schwarz
Original assignee: Liebknecht Transformat
Priority date: 1986-02-26
Filing date: 1986-02-26
Publication date: 1987-06-24

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Herstellung von druckgasisolierten metallgekapselten Hochspannungsgeraeten. Das Ziel der Erfindung besteht im Ausschluss von das elektrische Feld im Bereich des eine Strombahn innerhalb des koaxial angeordneten Gefaesses abstuetzenden Abstandshalters verzerrenden oder stoerenden Einfluessen. Die Erfindung loest die Aufgabe, mit einer das elektrische Feld im Bereich der Einspannstelle der Strombahn im Abstandshalter steuernden Elektrode, die auf der Strombahn angeordnet ist, auch die elektrisch leitenden Partikeln innerhalb des Isolierraumes elektrisch unwirksam abzulagern dadurch, dass als Steuerelektrode ein Metallwendel innerhalb einer Ringnut der Strombahn vorgesehen ist, die einen Faradyschen Kaefig bildet und somit einen feldarmen Raum umschliesst. Die Erfindung wird bei der Herstellung von elektrischen Hochspannungsleistungsschaltern angewandt. Fig. 1The invention relates to the field of production of pressure-gas-insulated metal-enclosed high-voltage devices. The object of the invention is to exclude distorting or disturbing influences in the area of the spacer supporting a current path within the coaxially arranged vessel. The invention solves the problem, with a the electric field in the region of the clamping of the current path in the spacer controlling electrode disposed on the current path, the electrically conductive particles within the Isolierraumes electrically ineffective deposited by the fact that a metal coil within an annular groove as the control electrode the current path is provided, which forms a Farady's cage and thus encloses a field-poor space. The invention is used in the manufacture of high voltage electrical circuit breakers. Fig. 1

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung wird auf dem Gebiet der Herstellung von elektrischen druckgasisolierten Hochspannungsgeräten wie z. B. Hochspannungsschaltanlagen wirksam und betrifft eine Maßnahme zur Vermeidung einer Verzerrung des elektrischen Feldes im Bereich der die Mittelelektroden zentrierenden Abstandshalter.The invention is in the field of production of electrical pressure gas insulated high voltage equipment such. As high-voltage switchgear effective and relates to a measure to avoid distortion of the electric field in the region of the center electrodes centering spacers.

Characteristic of the known technical solutions

In gekapselten gasisolierten Hochspannungsschaltanlage werden ein₍eine Spannung führender Leiter und ein geerdetes Gehäuse koaxial angeordnet und mit Hilfe von Abstandshaltern aus festem Isolierstoff zentriert.In encapsulated gas-insulated high-voltage switchgear, a _{(voltage-carrying} conductor and a grounded housing coaxially disposed and centered by means of spacers of solid insulating material.

An der jeweiligen Durchführungsstelle des die Strombahn bildenden Leiters durch den entsprechenden Abstandshalter treten dabei Verzerrungen des koaxialen elektrischen Feldes auf, die zur Herabsetzung der Durch- bzw. Überschlagsspannungen der Isolieranordnung führen. Für die Bemessung der Gasisolierung von Schaltanlagen ist das elektrische Feld in unmittelbarer Umgebung der Abstandshalter und in dem Abstandshalter selbst maßgebend, da die elektrische Festigkeit des Isoliergases an den Grenzflächen zwischen Gas- und Feststoffisolation geringer ist als in freien Gasstrecken und die Dauerfestigkeit des festen Isolierstoffes erheblich unter der Festigkeit des Isoliergases liegt. Außerdem läßt sich die elektrische Festigkeit eines Isoliergases und damit die Anfangs- und Durchschlagsspannungen der Gasstrecken durch eine Erhöhung der Gasdichte steigern, hingegen ist eine Steigerung der elektrischen Festigkeit des Abstandshaltermaterials nicht möglich, wobei noch, hervorgerufen durch technologische Schwankungen bei der Herstellung der Abstandshalter, unterschiedlich zulässige Höchstfeldstärken zu erwarten sind. Unter diesen Umständen wird die Beanspruchung der Feststoff isolation zum Kriterium für die Höhe der Nennspannung. Durch ein Einfügen von Steuerelektroden in dem Teil des Abstandshalters, der mit der Strombahn in Verbindung steht, und durch eine besondere Gestaltung der Strombahnteile selbst vor und hinter den Abstandshalter in unmittelbarer Umgebung desselben wurde es möglich, die Gefahr auftretender Durch- bzw. Überschlagspannung in der Isolieranordnung stark zu mindern und darüber hinaus eine Kordinierung der Anfangs- und Durchschlagsspannungen zu erreichen, derart, daß das elektrisch schwächste Glied die Gasstrecke darstellt.In this case, distortions of the coaxial electric field occur at the respective implementation site of the conductor forming the current path through the corresponding spacer, which leads to a reduction in the breakdown or flashover voltages of the insulating arrangement. For the design of the gas insulation of switchgear, the electric field in the immediate vicinity of the spacers and the spacer itself is authoritative, since the electrical strength of the insulating gas at the interfaces between gas and solid insulation is lower than in free gas lines and the fatigue strength of the solid insulating material considerably is below the strength of the insulating gas. In addition, the electrical strength of an insulating gas, and thus the initial and breakdown voltages of the gas trains can be increased by increasing the gas density, however, an increase in the electrical strength of the spacer material is not possible, and still, caused by technological variations in the production of the spacers different permissible maximum field strengths are to be expected. Under these circumstances, the stress of the solid insulation is the criterion for the height of the rated voltage. By inserting control electrodes in the part of the spacer, which communicates with the current path, and by a special design of the current path parts themselves in front of and behind the spacers in the immediate vicinity of the same, it became possible to reduce the risk of breakdown or flashover voltage in the To greatly reduce insulating arrangement and also to achieve a coordination of the initial and breakdown voltages, such that the electrically weakest link represents the gas line.

Dieses schwach inhomogene elektrische Feld in gasisolierten Hochspannungsgeräten kann durch vorhandene leitfähige Verunreinigungen, wie durch die Fertigung entstandene Metallspäne, Abrieb von bewegten Kontakten oder sonstigen Partikeln, die in dem mit Isoliergas gefüllten Raum zwischen Innenelektrode und diese umhüllender Außenelektrode frei beweglich vorhanden sind, derart gestört werden, daß das Isoliervermögen vermindert wird. Der Gefahr der Minderung des Isoliervermögens durch vorhandene Verunreinigungen muß bei der Dimensionierung der Hochspannungsanordnung Rechnung getragen werden, indem die Abmessungen derselben oder der Druck des Isoliergases vergrößert bzw. erhöht werden.This weakly inhomogeneous electric field in gas-insulated high-voltage devices can be so disturbed by existing conductive impurities such as metal chips produced by the production, abrasion of moving contacts or other particles which are freely movable in the space filled with insulating gas between the inner electrode and the outer electrode surrounding it in that the insulating capacity is reduced. The risk of reducing the insulating capacity by existing impurities must be taken into account in the dimensioning of the high voltage arrangement by the dimensions thereof or the pressure of the insulating gas increased or increased.

Diese Maßnahmen sind technisch und ökonomisch nachteilig. Es wurde folglich versucht, während der Fertigung und Montage Möglichkeiten zu finden, die mit dem Isoliergas gefüllten Räume in Hochspannungsanordnungen frei von allen Verunreinigungen zu halten. Durch Filterung des Gases, Reinigung aller Teile, mit denen das Isoliergas in Berührung kommt, und Schutz vor dem Eindringen von Staubteilchen aus der Luft bei dem Zusammenbau der gereinigten Teile können die Anzahl der schädlichen, frei beweglichen Partikeln in dem gasisolierten Raum auf sehr niedrige Werte gebracht werden. Da aber auch die Anwesenheit von nur einem vorzugsweise leitfäViigen Partikel in dem mit Isoliergas gefüllten Raum das Isoliervermögen derartiger Hochspannungsanordnung stark beeinträchtigt, führen diese vorgenannten, die Technologie und Montage kostenmäßig belastenden Maßnahmen nicht zu einem, den hierfür zu betreibenden Aufwand rechtfertigenden Ergebnis.These measures are technically and economically disadvantageous. Attempts have therefore been made during manufacturing and assembly to find ways to keep the spaces filled with the insulating gas in high-voltage assemblies free of all contaminants. By filtering the gas, cleaning all the parts with which the insulating gas comes into contact, and protecting it from the ingress of dust particles from the air in the assembly of the cleaned parts, the number of harmful, free moving particles in the gas-insulated space can be at very low levels to be brought. Since, however, the presence of only one preferably leitfäViigen particles in the space filled with insulating greatly impaired the insulating capacity of such high voltage arrangement, these aforementioned, the technology and assembly costly measures do not lead to a justification for this effort to be operated result.

Ziel der Erfindung Object of the invention

Die Erfindung zielt darauf ab, die Ablagerung von Partikeln an einer Elektrode des koaxialen Systems in der Umgebung eines Abstandshalters elektrisch unwirksam zu machen und damit mögliche irreversible Veränderungen des Abstandshalters infolge von Teilentladungen und/oder Überschlagen zu vermeiden und die Vorteile bei der Verwendung komprimierter elektronegativer Gase als Druckgasisolierung im Bereich der Unstetigkeiten der als Strombahn ausgebildeten Innenelektrode im Bereich der Abstandshalter zu erhalten.The invention aims to render electrically ineffective the deposition of particles on an electrode of the coaxial system in the vicinity of a spacer and thus avoid possible irreversible changes of the spacer due to partial discharges and / or overturning and the advantages of using compressed electronegative gases as pressure gas insulation in the region of the discontinuities of the formed as a current path inner electrode in the region of the spacers.

Darlegung des Wesens der Erfindung . .Explanation of the essence of the invention. ,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochspannungsdruckgasisolierung für vorwiegend stehend angeordnete metallgekapselte Hochspannungsgeräte, bei denen der Isolierraum zwischen einer als Innenelektrode ausgebildeten Strombahn und einem diese koaxial umhüllenden und auf Gegenpotential liegenden, als Außenelektrode ausgebildeten Gehäuse ein Isoliergas enthält und bei denen zur Feldsteuerung an der Durchführung eines die Strombahn zentrierenden und haltenden Abstandshalters auf der Strombahn eine Steuerelektrode vorgesehen ist, zu entwickeln, bei der die Steuerelektrode gleichzeitig einen für die Ablagerung der im Isolierraum vorhandenen und/oder im Schaltbetrieb entstehenden, insbesondere elektrisch leitenden Partikeln bestimmten feldschwachen Raum umschließt.The invention is based on the object, a high-pressure gas insulation for standing predominantly arranged metal-enclosed high voltage equipment, in which the insulating space between a formed as an inner electrode current path and a coaxially enveloping and lying on counter-potential, designed as an outer electrode housing containing an insulating gas and in which for field control at the Implementation of the current path centering and holding spacer on the current path, a control electrode is provided to develop, in which the control electrode at the same time for the deposition of existing in the insulating space and / or generated in switching operation, in particular electrically conductive particles determined field-weak space encloses.

Diese Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß eine gekapselte gasisolierte vorwiegend senkrecht angeordnete Hochspannungsanlage mit einem am Erdpotential anliegenden metallischen zylindrischen Gehäuse und mit einer gegenüber diesem Gehäuse über einem aus Isolierstoff bestehenden Abstandshalter mit einer Form, bei der die Grenzfläche zwischen Abstandshalter und Isoliergas, das sich zwischen Gehäuse und Strombahn befindet, an der Strombahn tiefer liegt als an dem Gehäuse, abgestützten Strombahn, die zur Steueruang des elektrischen Feldes an und in der Umgebung der Durchführungsstelle am Abstandshalter mit Elektroden versehen sind, die im Durchmesser den der Strombahn übertragen und vor bzw. vor und hinter dem Abstandshalter angeordnet sind, entwickelt wurde, bei der erfindungsgemäß die Strombahn im Bereich einer Durchführung durch den Abstandshalter eine ringförmige Ausnehmung aufweist', in dereine einen geschlossenen Ring bildende Metallwendel einliegt und mit der Strombahn unter Wirkung der eigenen Federspannung im elektrischen Kontakt steht. Die in der ringförmigen Ausnehmung der Strombahn einliegende Metallwendel besteht aus einer aus einem endlosen Federdraht gewicktelten Schraubenfeder und ist ringförmig ausgebildet. Ein Durchmesser des kreisförmigen Querschnittes, der von der Metallwendel eingeschlossen ist, ist kleiner als ein Durchmesser der Strombahn.This object has been achieved in that an encapsulated gas-insulated mainly vertically arranged high-voltage system with a voltage applied to the ground metallic cylindrical housing and with respect to this housing over a spacer consisting of insulating material with a shape in which the interface between spacer and insulating gas, which is between Housing and current path is located on the current path is lower than on the housing, supported current path, which are provided for controlling the electric field at and in the vicinity of the implementation site on the spacer with electrodes that transmit the diameter of the current path and before or before and behind the spacer, has been developed, according to the invention, the current path in the region of a passage through the spacer has an annular recess' in which a closed ring forming metal coil rests and with the current path un ter effect of their own spring tension is in electrical contact. The metal coil which is inserted in the annular recess of the current path consists of a helical spring wound from an endless spring wire and is of annular design. A diameter of the circular cross-section enclosed by the metal coil is smaller than a diameter of the flow path.

Ausführungsbeispiel -Exemplary embodiment

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. In the accompanying drawing show:

Fig. 1: einen trichterförmigen Abstandshalterfür eine Strombahn in einer gekapselten Hochspannungsanlage in senkrechterFig. 1: a funnel-shaped spacer for a flow path in a sealed high voltage system in vertical

Anordnung mit einer erfindungsgemäß angeordneten feldsteuernden Partikelfalle, Fig. 2: eine Einzelheit für A nach Fig. 1.Arrangement with a field-controlling particle trap arranged according to the invention, FIG. 2: a detail for A according to FIG. 1.

In einer nicht dargestellten gasisolierten Hochspannungsanlage ist ein trichterförmiger Abstandshalter 1 vorgesehen, der eine eine Spannung führende Strombahn 2 in einem am Erdpotential anliegenden metallischen zylindrischen Gehäuse 3, das die Strombahn umschließt, zentriert und haltert.In a gas-insulated high-voltage system, not shown, a funnel-shaped spacer 1 is provided, which centers and supports a voltage-carrying current path 2 in a voltage applied to the ground metallic cylindrical housing 3, which encloses the current path.

Der Abstandshalter 1 besteht aus einem Feststoffdielektrikum und ist mit einem Flansch 4 zwischen zwei Kapselungsabschnitten 5; 6 des zylindrischen Gehäuses 3, die gleichfalls mit je einem Flansch 7; 8 versehen sind, eingespannt. Der Abstandshalter besitzt in der vorgesehenen senkrechten Anordnung eine solche Form, bei der die Grenzfläche zwischen Abstandshalter 1 und Isoliergas, das sich zwischen dem als Außenelektrode ausgebildeten Gehäuse 3 und der die Innenelektrode darstellenden Strombahn 2 befindet, an der Strombahn 2 tiefer liegt als an dem als Außenelektrode dienenden Gehäuse 3. An einer Durchführung der zentrisch angeordneten Strombahn durch den Abstandshalter 1 ist im Abstandshalter 1 eine ringförmige innere Steuerelektrode 9 vorgesehen, die beiderseitig mit je einem wulstförmigen Bund 10 versehen ist. Die Strombahn 2 ist so durch den Abstandshalter 1 geführt, daß der Abstandshalter 1 mit der Strombahn 2 fest verschraubt ist. Hierzu ist die Strombahn 2 im äußeren Durchmesser 11 abgesetzt, und somit einseitig ein Anschlag 12 vorhanden. Zwischen diesem Anschlag 12 und einer Verschraubung 13 ist der Abstandshalter eingespannt. Zur Steuerung des elektrischen Feldes ist im Bereich der Schnittkante zwischen Oberfläche 14 der Strombahn 2 und Innenkontur 15 des Abstandshalters 1 eine geschlossene Metallwendel 16 vorgesehen. Diese Metallwendel 16 stellt eine Schraubenfeder, gewickelt aus einem endlosen Federdraht, dar und ist in eienr Ausnehmung 17 der Strombahn 2 angeordnet und stützt sich gegen die Innenkontur 15 des Abstandshalters 1, die im Bereich der Einspannstelleeingezogen ist, ab. Durch die Federspannung dieser Metallwendel 16 wird die Lage in der Ausnehmung 17, die als eine Ringnut ausgebildet ist, bestimmt. Die Kontur der Steuerelektrode ist durch den Querschnitt der Metallwendel 16 gegeben und kann den Felderfordernissen entsprechend eine Kreisfläche oder eine Ellipse darstellen.The spacer 1 consists of a solid dielectric and is provided with a flange 4 between two Kapselungsabschnitten 5; 6 of the cylindrical housing 3, which also each with a flange 7; 8 are provided, clamped. The spacer has in the intended vertical arrangement such a shape in which the interface between spacer 1 and insulating gas, which is located between the formed as an outer electrode housing 3 and the inner electrode representing current path 2, is lower at the current path 2 than at the On an implementation of the centrally arranged flow path through the spacer 1, an annular inner control electrode 9 is provided in the spacer 1, which is provided on both sides with a respective bead-shaped collar 10. The current path 2 is guided through the spacer 1, that the spacer 1 is firmly screwed to the current path 2. For this purpose, the current path 2 is offset in the outer diameter 11, and thus on one side a stop 12 is present. Between this stop 12 and a screw 13, the spacer is clamped. To control the electric field, a closed metal coil 16 is provided in the region of the cutting edge between the surface 14 of the current path 2 and the inner contour 15 of the spacer 1. This metal coil 16 is a coil spring, wound from an endless spring wire, and is located in a recess 17 of the current path 2 and is supported against the inner contour 15 of the spacer 1, which is in the region of the clamping device, from. Due to the spring tension of this metal coil 16, the position in the recess 17, which is formed as an annular groove determined. The contour of the control electrode is given by the cross section of the metal coil 16 and can represent the field requirements according to a circular area or an ellipse.

Diese Metallwendel 16 umschreibt einen Faradayschen Käfig, der elektrisch mit der Strombahn 2 verbunden ist. Die das elektrische Feld steuernde Metallwendel 16 umschließt als schraubenförmige Wicklung eine sogenannte Partikelfalle. Alle leitfähigen oder sonstigen Verunreinigungen, die sich im Raum, der mit Isoliergas gefüllt ist, befinden und durch die Meta I !wendel 16 hindurch in den durch diese umschriebenen Raum, z.B. aufgrund der Schwerkraft gelangen, werden elektrisch unwirksam gemacht. Die bekannte Wirkung des Faradayschen Käfigs dieser Metallwendel 16 schließt aus, daß auf die Partikeln elektodstatische Kräfte zur Wirkung kommen. Gleichzeitig geht von dieser Metallwendel 16 eine Steuerung des Feldlinien Verlaufs im Bereich der Abstandshalteinspannung in der Strombahn 1 aus. Die Metallwendel 16 ist so ausgeführt, daß im Inneren der erfindungsgemäß vorgesehenen MetaI!wendel 16, die an sich vom F.aradaysehen Käfig her bekannte Feldfreiheit weitestgehend erhalten'bleibt. Der Abstand zwischen zwei unmittelbar benachbarten Windungen der MetallwendelThis metal coil 16 circumscribes a Faraday cage, which is electrically connected to the current path 2. The electric field controlling metal coil 16 encloses a so-called particle trap as a helical winding. Any conductive or other contaminants present in the space filled with insulating gas and passing through the metal 16 through the space circumscribed by them, e.g. due to gravity, are rendered electrically ineffective. The well-known effect of the Faraday cage of this metal helix 16 precludes the effect on the particles of electrostatic forces. At the same time, control of the field lines in the region of the spacing voltage in the current path 1 starts from this metal filament 16. The metal filament 16 is designed so that inside the inventively provided MetaI helix 16, the field freedom, which is known per se from the F.araday cage, is largely retained. The distance between two immediately adjacent turns of the metal coil

16 ist erfindungsgemäß so groß gewählt, daß die zu entfernenden Partikeln zwischen diesen zwei Windungen hindurchtreten können, aber gleichzeitig auch so klein, daß keine unzulässig hohe Feldstärke an den Einzel drähten auftritt. Durch den gewählten Drahtdurchmesser der Metallwendel 16 ist gewährleistet, daß der Homogenitätsgrad der Isolieranordnung nicht den aus der. Technik bekannten geometrie-und druckabhängigen Grenzhomogenitätsgrad unterschreitet.16 is selected according to the invention so large that the particles to be removed can pass between these two turns, but at the same time so small that no unacceptably high field strength at the individual wires occurs. Due to the selected wire diameter of the metal coil 16 ensures that the degree of homogeneity of the insulating arrangement not from the. Technique known geometry and pressure dependent degree of limit homogeneity falls below.

Claims

Invention claim:

1. Encapsulated gas-insulated high-voltage system with a voltage applied to the ground metallic cylindrical housing and with respect to this housing via a predominantly consisting of insulating funnel-shaped spacers, current path, which provided for controlling the electric field at and in the vicinity of the implementation site on the spacer with electrodes are, which project in the diameter of the current path and are arranged in front of and behind the spacer, characterized in that the flow path (2) in the region of a passage 'through the spacer (1) has an annular recess (17) in which a a closed ring forming metal coil (16) rests and is in electrical contact with the current path (2) under the action of its own spring tension. ''

2. High-voltage system according to item 1, characterized in that the metal coil (16) is formed from an endless spring wire wound coil spring and annular.

3. High-voltage installation according to item 1 and 2, characterized in that the annular metal coil (16) "has a diameter which is smaller than the diameter (11) of the current path (2).

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