DE3616243C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Durchführung, insbesondere für hohe Spannungen, zur Verbindung eines mit einem inerten Gas unter hohem Druck isolierten elektrischen Gerätes, wie Transformator, Drosselspule, Meßwandler, Kondensator oder einer Schaltanlage, bestehend aus Trennern, Leistungsschaltern, Verbindungen und Sammelschienen, mit einer in atmosphärischer Luft liegenden Anschlußstelle, wobei die Durchführung zur Steuerung des elektrischen Feldes zwischen einem mit hoher Spannung beaufschlagten Hochspannungsleiter und einem auf Erdpotential liegenden Flansch eine oder mehrere rohrförmige Steuerelektrode(n) enthält und mit einem Überwurfisolator versehen ist, der mit einem inerten Gas niedrigen Druckes gefüllt ist, wobei ferner zwischen den Steuerelektroden und dem Hochspannungsleiter isolierende Lochscheiben angeordnet sind, die den geräteseitigen hohen Gasdruck und den niedrigen Gasdruck innerhalb des Überwurfisolators gasdicht voneinander trennen und die Steuerelektroden in einem vorbestimmten radialen Abstand von dem Hochspannungsleiter halten.

Mit einer solchen Durchführung wird eine stromführende elektrische Verbindung zwischen einem elektrischen Gerät, beispielsweise einem Transformator, einer Drosselspule, einem Meßwandler, einem Kondensator, die Verbindung aus einer Schaltanlage zu einer in atmosphärischer Luft liegenden Anschlußstelle, beispielsweise einer Freileitung, oder - im Falle eines Prüftransformators - die Verbindung einer hohen Spannung mit einem Prüfobjekt hergestellt. Die vorgenannten Geräte und Einrichtungen sind dabei mit einem inerten Gas isoliert, das unter hohem Druck steht.

Da der Überwurfisolator, insbesondere bei Verwendung im Freien, vorzugsweise ein mit Rippen versehener Porzellankörper ist, der bei ansonsten hoher Qualität den Nachteil einer geringen Berstdruckfestigkeit hat, wird der Gasinnendruck möglichst niedrig gehalten, was wegen der ohnehin nur geringen elektrischen Festigkeit der außen zur Einwirkung kommenden atmosphärischen Luft ausreichend ist.

Aus der DE 31 33 999 C2 ist eine gasisolierte Durchführung für hohe Spannungen der eingangs genannten Art bekannt, die einen ein Platzen des aus Porzellan bestehenden Überwurfisolators ausschließenden Aufbau besitzt. Bei dieser bekannten Durchführung umschließt ein aus mehreren Steuerelektroden bestehender zylindrischer Steuerkondensator einen zylindrischen Leiter. Der Kondensator ist mit seiner untersten Elektrode derart an einem Flansch befestigt, daß er in seinem Inneren eine erste Kammer bildet, die mit Schwefelhexafluorid (SF₆) unter hohem Druck als Isoliergas gefüllt ist. Außerhalb des Kondensators befindet sich eine zweite Kammer, die mit gleichem Gas unter niedrigem Druck gefüllt ist. Diese bekannte gasisolierte Durchführung besitzt daher einen explosionssicheren Aufbau, bei dem der aus Porzellan bestehende Überwurfisolator nicht unmittelbar mit dem hohen Druck beaufschlagt wird, solange die Dichtungen zwischen den Elektroden des Kondensators und den die einzelnen Elektroden gegeneinander elektrisch isolierenden Lochscheiben dem Überdruck des Gases standhalten.

Es besteht jedoch die Gefahr, daß die auf Zug beanspruchten Dichtungen bei steigendem Druck des in der ersten Kammer befindlichen Gases nachgeben und undicht werden, so daß das Gas aus der ersten in die zweite Kammer eindringen und den Überwurfisolator zum Bersten bringen kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Durchführung der eingangs erwähnten Art so zu verbessern, daß die innerhalb des Überwurfisolators vorgesehenen Steuerelektroden so konstruiert und angeordnet sind, daß bei geringem Materialaufwand und kleinem Raumbedarf mit Sicherheit verhindert wird, daß der hohe Gasdruck auf den empfindlichen Überwurfisolator einwirkt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jede der Steuerelektroden an ihrem geräteseitigen Ende durch eine ringförmige Abschlußelektrode gefaßt ist, die eine Ausnehmung, vorzugsweise eine Ausdrehung, zur Aufnahme einer Dichtung aufweist, gegen die die isolierenden Lochscheiben durch die Druckdifferenz zwischen dem geräteseitigen hohen Gasdruck und dem niedrigen Gasdruck innerhalb des Überwurfisolators gepreßt werden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Dichtungen, die die Räume mit unterschiedlichen Gasdrücken gasdicht voneinander trennen, mit steigendem Gasdruck zunehmend zusammengepreßt werden, so daß eine selbstdichtende Verbindung zwischen zwei benachbarten Elektroden entsteht.

Um einen Zusammenhalt der Bauteile der Durchführung während eines Transportes, wenn also kein Gasüberdruck vorhanden ist, zu gewährleisten, werden nach einer Weiterbildung der Erfindung die Lochscheiben mechanisch gegen die Dichtungen gepreßt, insbesondere durch eine als Ringelektrode dienende Halterung.

Zur Vermeidung lokaler Feldstärkeerhöhungen wird weiterhin vorgeschlagen, daß die Abschlußelektroden auf der Durchführungsinnenseite gerundet sind und auf der Geräteseite selbst oder in der Ausführung eines getrennten Ringes Wülste mit großen Radien besitzen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bestehen darin, daß die Dichtungen als Flach- oder O-Ringe ausgebildet sind und daß die Lochscheiben aus Gießharz bestehen und an ihren Rändern Ankröpfungen besitzen, so daß ein den Kriechweg verlängernder Konus entsteht.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem als Dichtung ein O-Ring verwendet wird, ist es vorteilhaft, daß ein zusätzlicher Ring mit einer entsprechenden Ausnehmung, vorzugsweise Ausdrehung verwendet wird, so daß der O-Ring zumindest teilweise gegen eine zylindrische Fläche gedrückt wird.

Andere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 die schematische Anordnung von druckdichten Verbindungen zwischen den Elektroden eines Hochspannungs-Preßgaskondensators,

Fig. 2 die konstruktive Ausbildung der druckdichten Verbindung zweier Elektroden zur Bildung zweier Druckräume bei einer Anordnung gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 eine Abwandlung der konstruktiven Ausbildung der druckdichten Verbindung zweier Elektroden zur Bildung zweier Druckräume.

In Fig. 1 weist ein Hochspannungs-Preßgaskondensator einen metallischen Flansch 1 auf, der mit einem Druckgefäß 2 dieses Preßgaskondensators druckdicht verbunden ist. An dem Flansch 1 ist über eine Ringdichtung 3 ein als Porzellanisolator ausgebildeter Überwurfisolator 4 angeordnet und über Spannschrauben 5 in üblicher Weise befestigt.

Zentral durch den Flansch 1 und den Überwurfisolator 4 erstreckt sich ein Hochspannungsleiter 6. Das Druckgefäß 2 ist an einem mit Rädern versehenen Gestell angeordnet.

Das obere Ende des Überwurfisolators 4 ist durch eine Deckplatte 7 abgeschlossen, durch die der Hochspannungsleiter 6 hindurchgeführt und gleichzeitig gehaltert ist. Die Deckplatte 7 trägt einen zentral angeordneten Zylinder 8 mit Armen 9, an denen einander gegenüberliegende Hochspannungs-Abschirmelektroden 10, 11 befestigt sind.

In der Öffnung des Flansches 1 sind rohrförmige Steuerelektroden 12, 13 koaxial zu dem Hohspannungsleiter 6 angeordnet. Dabei ist die äußere Steuerelektrode 12 an einem Ring 14 angebracht, der unter Zwischenschaltung einer Dichtung an dem Flansch 1 befestigt ist. Am oberen Ende sind, wie auch Fig. 2 zeigt, die Steuerelektroden 12, 13, die beispielsweise aus Aluminiumrohren verschiedener Länge bestehen, durch ringförmige Abschlußelektroden 12 a, 13 a gefaßt, die durch Abstandshalter 28, 29 auf einen vorbestimmten Abstand gehalten sind. Am unteren Ende sind die Steuerelektroden 12, 13 durch ringförmige Abschlußelektroden 12 b, 13 b gefaßt, zwischen denen zur Trennung in zwei Gasräume verschiedenen Druckes Lochscheiben 18, 19 gasdicht angeordnet sind.

Die Konstruktion der Fassung der Steuerelektroden 12, 13, der zugeordneten Abstandshalter 28, 29 und der Lochscheiben 18, 19 ergibt sich insbesondere aus der Fig. 2. Diese zeigt eine Ausführungsform der Erfindung mit zwei koaxialen Steuerelektroden 12, 13 mit unterschiedlicher Länge. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf eine Ausführungsform mit zwei Steuerelektroden beschränkt. Je nach Spannungshöhe können auch drei oder mehr als drei Steuerelektroden vorgesehen sein.

Wie die Fig. 2 zeigt, sind die Steuerelektrode 12, die an dem auf Erdpotential liegenden Flansch 1 isoliert befestigt ist, und die Steuerelektrode 13 an ihren unteren Enden jeweils mit einer ringförmigen Abschlußelektrode 12 b, 13 b versehen. Diese Abschlußelektroden 12 b, 13 b haben einen T-förmigen Querschnitt, sind zu den Steuerelektroden 12, 13 hin gerundet und haben jeweils eine Schulter 15, 16, 17 für die zur Bildung eines Druckgasmantels dienenden, aus Gießharz bestehenden Lochscheiben 18, 19. Da diese Lochscheiben 18, 19 die Form eines Kegelstumpfmantels haben, entsteht ein den Kriechweg verlängernder Konus. Am inneren und am äußeren Rand sind die Lochscheiben 18, 19 gekröpft, wobei der abgekröpfte Rand jeweils unter Zwischenschaltung einer flach ausgebildeten Dichtung 15 a, 16 a, 17 a an den Schultern 15, 16, 17 der Abschlußelektroden 12 b, 13 b anliegt und durch die Differenz des geräteseitigen hohen Druckes und des niedrigen Druckes des Isoliergases im Inneren des Überwurfisolators 4 an die Dichtungen 15 a, 16 a, 17 a gepreßt wird.

Zur Halterung der Durchführung während eines Transportes oder vor Inbetriebnahme, wenn also noch kein Isoliergas unter Druck eingefüllt worden ist, werden die Lochscheiben 18, 19 jeweils durch eine als Ringelektrode 20, 21 dienende Halterung an die Dichtungen 15 a, 16 a, 17 a angedrückt. Diese Ringelektroden 20, 21 bilden auf der Geräteseite einen Wulst mit einem großen Radius und sind jeweils mit einer Nut 20 a, 21 a versehen, die über den Mittelschenkel der Abschlußelektroden 12 b, 13 b greift und mittels Imbusschrauben 23 dort gehalten ist.

Es ist günstig, an den Stirnflächen der Abkröpfungen der Lochscheiben 18, 19 Metallhülsen 18 a, 18 b, 19 a anzugießen.

Zur Distanzierung der Steuerelektroden 12, 13 im Niederdruckraum des Überwurfisolators 4 dienen als Gießharzringe ausgebildete Abstandshalter 28, 29, die am Umfang versetzte Durchbrüche 28 a oder entsprechende Bohrungen aufweisen. Die Abstandshalter 28, 29 sind als konusförmig gekröpfte Lochscheiben ausgebildet, sind in den endseitig an den Steuerelektroden 12, 13 angeordneten Abschlußelektroden 12 a, 13 a gelagert und über ringförmige Elektroden 22 mittels Imbusschrauben 23 an den Abschlußelektroden 12 a, 13 a befestigt. Mit der Fläche des Innenrandes, und zwar bevorzugt mit einer Metallhülse 28 b, liegt der Abstandshalter 28 an der nächstkleineren Steuerelektrode 13 mit Spiel an, so daß diese an der Metallhülse 28 b gleiten kann.

Bei der in Fig. 3 dargestellten druckdichten Verbindung sind in Abwandlung des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 2 zwischen den benachbarten Steuerelektroden 32, 33, 34 als gasdichte Verbindung jeweils zwei Lochscheiben 38 a, 38 b, 39 a, 39 b in Richtung der Steuerelektroden 32, 33, 34 übereinander angeordnet. Die äußere Steuerelektrode 32 ist endseitig durch eine Abschlußelektrode 35 gefaßt, die eine Schulter 35 a aufweist. Die der Abschlußelektrode 35 gegenüberliegende Stelle der weiter innen liegenden Steuerelektrode 32, 34 ist durch eine Abschlußelektrode 24 unterteilt, die eine Schulter 24 a besitzt. Die beiden übereinander angeordneten Lochscheiben 38 a, 38 b sind zumindest an den Seiten, mit denen sie sich berühren, abgekantet und bilden einerseits mit einer umlaufenden Aufnehmung 24 b an der Außenseite der Abschlußelektrode 24 und andererseits mit einer umlaufenden Ausnehmung 35 b an der Innenseite der Abschlußelektrode 35 einen Hohlraum, der jeweils mit einer als O-Ring ausgebildeten Dichtung 15 b, 17 b ausgefüllt ist. Die mechanische Härte dieser Dichtungen 15 b, 17 b ist dem auf sie wirkenden Druck angepaßt.

In ähnlicher Weise wird zwischen der Steuerelektrode 33, 34 und einer etwaigen weiteren Steuerelektrode durch Anordnung von Lochscheiben und Abschlußelektroden ein druckdichter Mantel hergestellt.

Es ist günstig, die isolierenden Lochscheiben 38 a, 38 b, 39 a, 39 b innen und außen in Metallhülsen 41, 42, 43 zu fassen. Eine einfache Herstellung der Ausnehmung 24 b, 35 b, 36 b in den Abschlußelektroden 24, 35, 36 läßt sich durch eine rinnenförmige Ausbildung erreichen. Dabei ergibt sich durch einfaches Abkanten der Metallhülsen 41, 42, 43 ein rautenförmiger oder quadratischer Querschnitt für den Hohlraum bzw. für die Ausnehmungen 24 b, 35 b, 36 b zum Unterbringen der Dichtungen 15 b, 16 b, 17 b.

Als Anschlagbegrenzung der Lochscheiben 38 a, 38 b, 39 a, 39 b nach oben dienen vorzugsweise die Schultern 24 a, 35 a, 36 a an der Niederdruckseite der Abschlußelektroden 24, 35, 36.

Um die Lochscheiben 38 a, 38 b zu fixieren, solange noch kein ausreichender Gasüberdruck auf sie einwirkt, sowie zu deren Sicherung während eines Transportes ist die Abschlußelektrode 24 auf der Hochdruckseite mit einer umlaufenden Ausnehmung 24 c für ein Halteelement 24 d, z. B. ein Sprengring, versehen.

Es ist günstig, die Spalten zwischen den Lochscheiben 38 a, 38 b, 39 a, 39 b einerseits und den Abschlußelektroden 24, 35, 36 andererseits bei der Montage dieser Teile mit einer Paste aus Vaseline, der Titandioxid ("Rutil") beigemischt ist, auszufüllen, um die Spalten dielektrisch kurzzuschließen. Grundsätzlich kann aber auch das verwendete Isoliergas für eine ausreichende dielektrische Festigkeit genügen, insbsondere dann, wenn die isolierenden Lochscheiben 38 a, 38 b, 39 a, 39 b zum Erzielen einer verlängerten Kriechstrecke jeweils auf der einen Seite mit umlaufenden Rippen 26, 26 a und auf der Gegenseite mit Ringnuten 25, 25 a versehen sind.

Die Erfindung ermöglicht den Einbau einer beliebig großen Zahl von Steuerelektroden 12, 13, 32, 33, 34, wobei durch feinstufige Steuerung des elektrischen Feldes ein sehr kleiner Durchmesser für den Überwurfisolator 4 bei geringem Materialaufwand erzielbar ist. Der Hochspannungsleiter 6 und die Steuerelektroden 12, 13, 32, 33, 34 können durch Isoliergas mit frei wählbarem Druck, beispielsweise einem Druck von etwa 2,5 bar, im Hochdruckbereich gegeneinander isoliert werden. Dagegen wird der Überwurfisolator 4 zweckmäßig mit Isoliergas von Atmosphärendruck oder mit leichtem Überdruck von etwa 0,5 bar beaufschlagt.

Die an den Steuerelektroden 32, 33 angebrachten unteren Abschlußelektroden 32 a, 33 a dienen in bekannter Weise zur Vergleichmäßigung des elektrischen Feldes. Sie können mit den Metallhülsen 41, 42 mechanisch durch Stifte 30 verbunden oder auch verklebt sein. Die Metallhülsen 41, 42, 43 sind mit den Lochscheiben 38 a, 38 b, 39 a, 39 b ebenfalls verklebt oder vorzugsweise vergossen.

Die Erfindung kann bei allen Arten von gasisolierten Durchführungen, insbesondere bei hohen bis höchsten Spannungsebenen, angewendet werden, auch wenn sie auf solche Anwendungen nicht beschränkt ist.

Claims (12)

1. Durchführung, insbesondere für hohe Spannungen, zur Verbindung eines mit einem inerten Gas unter hohem Druck isolierten elektrischen Gerätes, wie Transforma­ tor, Drosselspule, Meßwandler, Kondensator oder einer Schaltanlage, bestehend aus Trennern, Leistungs­ schaltern, Verbindungen und Sammelschienen, mit einer in atmosphärischer Luft liegenden Anschluß­ stelle, wobei die Durchführung zur Steuerung des elektrischen Feldes zwischen einem mit hoher Spannung beaufschlagten Hochspannungsleiter (6) und einem auf Erdpotential liegenden Flansch (1) eine oder mehrere rohrförmige Steuerelektrode(n) (12, 13, 32, 33, 34) enthält und mit einem Überwurfisolator (4) versehen ist, der mit einem inerten Gas niedrigen Druckes gefüllt ist, wobei ferner zwischen den Steuerelektroden (12, 13, 32, 33, 34) und dem Hoch­ spannungsleiter (6) isolierende Lochscheiben (18, 19, 38 a, 38 b, 39 a, 39 b) angeordnet sind, die den geräteseitigen hohen Gasdruck und den niedrigen Gasdruck innerhalb des Überwurfisolators (4) gasdicht voneinander trennen und die Steuerelektroden (12, 13, 32, 33, 34) in einem vorbestimmten radialen Abstand von dem Hochspannungsleiter (6) halten, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede der Steuerelektroden (12, 13, 32, 33, 34) an ihrem geräteseitigen Ende durch eine ring­ förmige Abschlußelektrode (12 b, 13 b, 24, 35, 36) ge­ faßt ist, die eine Ausnehmung, vorzugsweise eine Aus­ drehung, zur Aufnahme einer Dichtung (15 a, 16 a, 17 a, 15 b, 16 b, 17 b) aufweist, gegen die die isolierenden Lochscheiben (18, 19, 38 a, 38 b, 39 a, 39 b) durch die Druckdifferenz zwischen dem geräteseitigen hohen Gasdruck und dem niedrigen Gasdruck innerhalb des Überwurfisolators (4) gepreßt werden.

2. Durchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochscheiben (18, 19, 38 a, 38 b, 39 a, 39 b) mechanisch gegen die Dichtungen (15 a, 16 a, 17 a, 15 b, 16 b, 17 b) gepreßt werden, insbesondere durch eine als Ringelektrode (20, 21) dienende Halterung.

3. Durchführung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abschlußelektroden (12 b, 13 b, 24, 35, 36) auf der Durchführungsinnenseite gerundet sind und auf der Geäteseite selbst oder in der Aus­ führung eines getrennten Ringes Wülste mit großen Radien besitzen.

4. Durchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen (15 a, 16 a, 17 a, 15 b, 16 b, 17 b) als Flach- oder O-Ringe ausgebildet sind.

5. Durchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Lochscheiben (18, 19, 38 a, 38 b, 39 a, 39 b) aus Gießharz bestehen und an ihren Rändern Anköpfungen besitzen, so daß ein den Kriechweg verlängernder Konus entsteht.

6. Durchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines O- Ringes als Dichtung (15 b, 16 b, 17 b) ein zusätzlicher Ring mit einer entsprechenden Ausnehmung, vorzugs­ weise Ausdrehung, verwendet wird, so daß der O-Ring zumindest teilweise gegen eine zylindrische Fläche gedrückt wird.

7. Durchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß an den Stirnflächen der Ankröpfungen der Lochscheiben (18, 19) Metallhülsen (18 a, 18 b, 19 a) angegossen sind.

8. Durchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß im Inneren des Überwurf­ isolators (4) zur radialen Distanzierung der Steuer­ elektroden (12, 13, 32, 33, 34) an deren oberen Enden ringförmige Abschlußelektroden (12 a, 13 a), vorgesehen sind und in diesem ein als Lochscheibe ausgebildeter konischer Abstandshalter (28, 29) befestigt ist, der mit der Innenfläche seines Loches an der im Durchmesser nächstkleineren Steuerelektrode (13) gleitfähig anliegt.

9. Durchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen zwei benachbarten Steuerelektroden (32, 34) zwei Lochscheiben (38 a, 38 b) in Richtung der Steuerelektroden (32, 34) übereinander angeordnet sind, die in ihrer horizontalen Trennebene mit den jeweiligen Abschlußelektroden (24, 35) Aus­ nehmungen (24 b, 35 b) für die Dichtungsringe (15 b, 17 b) bilden.

10. Durchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußelektroden (24, 35) jeweils mit einer Schulter (24 a, 35 a) als Anschlag für die Lochscheibe (38 a) versehen sind.

11. Durchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußelektrode (24) auf der Hochdruckseite mit einer umlaufenden Ausnehmung (24 c) für ein Halteelement (24 d) zur mechanischen Vorfixierung der Lochscheiben (38 a, 38 b) versehen sind.

12. Durchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochscheiben (38 a, 38 b, 39 a, 39 b) Oberflächen mit verlängerter Kriechstrecke, insbesondere umlaufende Rippen (26, 26 a) auf der einen Seite und umlaufende Ringnuten (25, 25 a) auf der gegenüberliegenden Seite aufweisen.