DD97100B1 - Elektrodenanordnung zur steuerung des elektrischen feldes in sf tief 6-isolierten schaltanlagen und anderen gekapselten gasisolierungen - Google Patents

Description

Erfinder zugl. Anmelder: Berlin, den 30.5.72

TRO 4237 Prof. Dr, habil. Wo If gang Mos oh.

Dr. Ing. Wolfgang Hauschild Dipl.-Phys.Herbert Grasselt Ing. Fritz Paul

Zuste11ungsbevollmächtigter:

Pat,- Ing. Günter Sobek

VEB Transformatorenwerk

Karl Liebknecht - Patentabteilung

116 Berlin

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Anordnung zur Steuerung des elektrischen Feldes in SF^-isolierten Schaltanlagen und anderen gekapselten GasIsolierungen

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Steuerung des elektrischen Feldes in SF^-isolierten Schaltanlagen, Rohrgaskabeln und anderen gekapselten Gasisolierungen (im weiteren: gekapselte Gasisolicrungen) sowohl innerhalb als auch außerhalb der isolierenden Abstandshalter.

Das elektrische Feld gekapselter Gasisolierungen läßt sich auf die Grundform des koaxialen Zylinderfeldes zurückführen. Die Innenelektrode (meist stromführender Leiter) wird durch Abstandshalter aus festen Isolierstoffen (z.B. gemagerte Gießharze) mechanisch festgelegt. Das elektrische Feld in unmittelbarer Umgebung der Abstandshalter und in den Abstandshaltern selbst ist maßgebend für die Bemessung der Gasisolierung überhaupt, da die elektrische Festigkeit des Isoliergases an Isolierstoffgrenzflächen geringer als in freien Gasstrecken ist, die Dauerfestigkeit des festen Isolierstoffes erheblich unter der Festigkeit des Isoliergases liegen kann und Teilentladungen vermieden werden sollen.

Die bekannten gekapselten Gasisolierungen enthalten entweder durchschlagbare scheibenförmige Abstandshalter Durchschlagstrecken im festen Isolierstoff und im Gas sind

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etwa gleich lang - oder nichtdurchsсklagbare (trichterförmige) Abstandshalter - durch spezielle Formgebung ist die Durchschlagstrecke im festen Isolierstoff länger als die im Gas -.

Um die hohen Feldstärken für den Fall der durchschlagbaren Abstandshalter beherrschen zu können, bedarf es eines hohen technologischen Aufwandes zur Vermeidung von Schwachstellen im Feststoff. Nachteilig ist der für die Verminderung hoher Feldstärken benötigte Materialaufwand bei der Ausführung von geeignet ausgebildeten Grenzflächen. Um die Feldstärke im Gasspalt zwischen Abstandshalter und Innenleiter in erträglichen Grenzen zu halten, v/ird nach dem Prinzip der Mehrfachschichtung von Isolierstoffen der Abstandshalter am Innenleiter wesentlich verbreitert.

Aber auch durch diese konstruktive Maßnahme kann die Teilentladungsfreiheit nicht für alle Beanspruchungsarten gewährleistet werden.

Bei den trichterförmigen Abstandshaltern sind die Feldstärken, bedingt durch das Prinzip der Mehrfachschichtung, geringer. Jedoch treten im Gasspalt zwischen Abstandshalter und Innenleiter noch hohe Feldstärken auf. Um Teilentladungen in diesem Spalt weitgehend zu vermeiden, ist es bekannt, im Abstandshalter teilweise einen auf dem Innenleiter sitzenden Ring als vorgeschobene Elektrode (Steuerelektrode) anzuordnen. Der Vorteil, den diese Elektrode für die Feldstärke an der Grenzfläche bringt, wird aber mit höheren Feldstärken im Feststoff erkauft. Die höchsten Feldstärken im Gas treten aber nahe der Grenzfläche stets im Gasraum innerhalb des trichterförmigen Abstandshalters auf.

Dadurch sind nie Durchschläge sondern nur Überschläge zu erwarten. Solche überschlage können z.B. bei der Prüfung zur Beschädigung des Abstandshalters führen. Der Nachteil dieser konstruktiven Ausführung besteht darin, daß nach jedem Überschlag der Abstandshalter mit hohem Arbeits-

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aufv/and ausgewechselt v/erden muß. Bei den bisher beschriebenen, bekannten Bauformen der Abstandshalter läßt sich eine Koordinierung der Isolierstrecken derart, daß die Durchschlagspannung der reinen Gasstrecke niedriger als die Überschlagspannung an der Grenzfläche und diese niedriger als die Anfangsspannung im festen Isolierstoff ist, bei gleichzeitiger Vermeidung von Teilentladungen nicht oder nur mit sehr hohem technologischen Aufwand und erheblichem Materialeinsatz realisieren.

So ist es bekannt, DE-OS 1 6iS 039, zwischen einen scheibenförmigen Abstandshalter und den Leiter in einer gekapselten Hochspannungsschaltanlage eine Abschirmung vorzusehen, die an dieser Haltestelle durch eine Feldsteuerung eine günstige Belastung erbringen soll. Der Nachteil dieser technischen Lehre ist darin zu sehen, daß wohl ein Überschlag in der freien Gasstrecke unwahrscheinlicher wird, aber das Problem der Herabsetzung der Beanspruchung im Feststoff ungelöst bleibt. Außerdem ist diese Lösung bei trichterförmigen Abstandshaltern nicht verwendbar und die für eine Montage der Abschirmung erforderliche Trennfuge führt zu einer Feldstärkeerhöhung an der höchstbeanspruchten Stelle.

Eine andere bereits bekannte Lösung, DE-AS 1 490 092, beschreibt einen trichterförmigen Abstandshalter für einen Stromleiter für gas- oder flüssigkeitsisolierte Hochspannungsverteilungsanlagen, bei dem durch eine DtWcJv messerreduzierung des Leiters im Bereich der Einspannstelle eine geringere Feldstärke erreicht wird. Dabei ergibt sich aber im Innern des Abstandshalters eine hohe Gefährdung hinsichtlich eines Überschlages, die auch durch Kunststoffkappen auf den Schirmen nicht zu beherrschen ist.

Beide Lösungen bieten nur Ansatzpunkte zur Lösung von Teilproblemen und bieten keinen universellen Schutz der Anlage,

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Zweck der Erfindung ist es, die Steuerung des elektrischen Feldes innerhalb und außerhalb der Abstandshalter in gekapselten Gasisolierungen mit koaxialem Grundfeld zu verbessern, wobei ein hoher Materialaufwand und zusätzliche technologische Aufwendungen vermieden werden sollen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde. Steuerelektroden unter Vermeidung von Teilentladungen innerhalb und außerhalb der Abstandshalter anzuordnen und sie konstruktiv derart zu gestalten, daß bei geeigneter Wahl des Isoliergasdruckes und des festen Isolierstoffes die Durchschlagspannung der freien Gasstrecke niedriger als die Überschlagspannung an der Grenzfläche und diese niedriger als die Anfangsspannung im festen Isolierstoff ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Abstandshalter, dessen innere Steuerelektrode mit ringförmigen, seitlichen Wülsten versehen ist, von zwei mit einem Profil zur Feldsteuerung versehenen Verbindungselementen derart gehalten wird, daß der durch eine weitere ringförmige äußere Steuerelektrode gebildete Durchmesser des Verbindungselements, der über den Nenndurchmesser des stromführenden Leiters hinausragt, größer als der durch die ringförmige innere Steuerelektrode gebildete Durchmesser, und dieser größer als der zur gleichen inneren Steuerelektrode gehörende kleinere Durchmesser ist. Hierbei sind die im Gasraum befindlichen äußeren Steuerelektroden für die Kategorie der scheibenförmigen Abstandshalter auf beiden Seiten des Abstandshalters, für die trichterförmigen Abstandshalter nur im Gasraum außerhalb des Abstandshalters angeordnet. Zur Verbesserung der Steuerwirkung erfolgt im Bereich der Steuerelektroden vorteilhaft eine Änderung der Dicke des Abstandshalters. Die erfindungsgemäßen konstruktiven Maßnahmen können sich auch auf den Bereich des Außenleiters beziehen. Der besondere Effekt der Erfindung ist darin zu sehen, daß unzulässig hohe Spannungsbeanspruchungen zu Durchschlägen

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der freien Gasstrecke und nicht au Überschlägen am Abstandshalter führen, wobei der Durchschlagsort sov/eit vom Abstandshalter entfernt ist, daß dessen Oberfläche nicht irreversibel geschädigt wird. Gleichzeitig wird das Feld im Abstandshalter so gestaltet, daß insbesondere durch Betriebsspannungen keine unzulässigen Materialbeanspruchungen auftreten.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Der in der Zeichnung dargestellte Abstandshalter ist eine ttichterförmige Konstruktion bei unterschiedlichem Durchmesser des Innenleiters. Er wird durch die Verbindungselemente verklemmt und so mechanisch am Innenleiter befestigt.

Zum besseren "Verständnis sind die Äquipotentiallinien (Abstand entspricht jeweils 10 9o der Gesamtspannung) eingezeichnet. Bezogen auf den Innenleiter 7 wird im Gasraum außerhalb des Abstandshalters 2 eine ringförmige äußere Steuerelektrode 3 angeordnet, die durch geeignete Ausbildung des äußeren Verbindselementes 8 oder einen aufgeschobenen Ring realisiert wird. Im Inneren des Abstandshalters 12 ist eine ringförmige innere Steuerelektrode 4 mit seitlichen Wülsten angeordnet. Die innere Steuerelektrode im Abstandshalter 12 und die mit einem Profil zur Feldsteuerung versehenen Verbindungselemente 8 und 5 des Innenleiters 7 besitzen in der Nähe derGrenzflächen 6 gleiche Durchmesser 13. An den Stoßstellen 10 sind aus technologischen Gründen die innere Steuerelektrode 4 und die Verbindungselemente 8 und 9 mit einem kleinen Radius versehen. Um die Feldsteuerung weiter zu verbessern und die Wirkung der Steuerelektroden zu unterstützen, sind in der Umgebung des Innenleiters 7 die Grenzflächen 6 des Abstandshalters 12 aufeinander zugeneigt. Wenn an der äußeren Einspannstelle des Abstandshalters konstruktiv bedingt hohe Feldstärken auftreten, (z.B. beim Verhältnis "Außenleiterdurchmesser : Innenleiterdurchmesser" kleiner

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als ⁿe"), sind die für die Einspannstelle an der Innenelektrode beschriebenen Maßnahmen auch für die äußere Einspannstelle entsprechend anzuwenden.

Da die beschriebene Ausführung scharfe Kanten sowie einen Zwickel an der Stoßstelle fO vermeidet und der Gasspalt durch die innere Steuerelektrode 4 feldfrei ist, treten beigeeignet gewähltem Isoliergasdruck keine Teilentladungen auf« Der Verlauf der Äquipotentiallinien zeigt anschaulich, daß die Höchstfeldstärke an der Steuerelektrode 3 auftritt, während an der Grenzfläche 6 und im Abstandshalter 12 selbst erheblich .niedrigere Feldstärken herrschen. Werden der Isoliergasdruck und der feste Isolierstoff geeignet gewählt, so erfolgt der Durchschlag der reinen Gasstrecke stets zwischen der Steuerelektrode und dem Außenzylinder 11 im Gasraum außerhalb des Abstandshalters.

Die Durchschlagspannung dieser Strecke ist niedriger als die Überschlagspannung entlang der Grenzflächen 6 und diese niedriger als die Anfangsspannung im festen Isolierstoff.

Claims (4)

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   Patentansprüche;

   1. Anordnung zur Steuerung des elektrischen Feldes in gekapselten Gasisolierungen mit einer durch Abstandshalter mit innerer Steuerelektrode gehaltenen Innenelektrode, die einen gleichen oder unterschiedlichen Durchmesser aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandshalter (12), dessen innere Steuerelektrode (4) mit ringförmigen, seitlichen Wülsten versehen ist.von zwei mit einem Profil zur Feldsteuerung versehenen Verbindungselementen (8, 9) derart gehalten ist, daß der durch eine weitere ringförmige äußere Steuerelektrode (3) gebildete Durchmesser (5) des Verbindungselementes (8), der größer als der Nenndurchmesser (14) des stromführenden Leiters (7) ist, größer als der durch die ringförmige innere Steuerelektrode (4) gebildete größte Durchmesser (13) und dieser größer als der zur gleichen Steuerelektrode (4) gehörende kleinere Durchmesser (15) ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Gasraum befindlichen Teile der Steuerelektroden bei scheibenförmigen Abstandshaltern auf beiden Seiten, bei trichterförmigen Abstandshaltern nur auf der äußeren Seite angeordnet sind.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Dicke der Abstandshalter im Bereich der Steuerelektroden ändert.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3f dadurch gekennzeichnet, daß die genannten konstruktiven Merkmale sich nicht nur auf den Bereich des Innenleiters (7)> sondern auch auf den des Außenleiters (11) beziehen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen