[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochspannungsdurchführung mit auf unterschiedlichem
elektrischen Potential liegenden Leiterteilen sowie mit einem zwischen diesen Leiterteilen
angeordneten Isolationskörper, der aus Isolierfolien gewickelt ist, dünne, mit einer
Noppung versehene elektrisch leitende Folien als Potentialsteuereinlagen enthält und
von einem gasförmigen Isoliermedium getränkt ist. Eine derartige Hochspannungsdurchführung
ist aus der FR-E-44 238 in Verbindung mit der FR-A-742 448 bekannt.
[0002] An den Anschlussstellen von elektrischen Einrichtungen mit hohen Betriebsspannungen
von beispielsweise 100 kV und höher müssen hochspannungsführende Teile dieser Einrichtungen
durch auf Erdpotential liegende Teile so isoliert hindurchgeführt werden, dass mit
Sicherheit Überschläge zwischen diesen Teilen vermieden werden. Eine entsprechende
Anschlussstelle stellt beispielsweise der Endverschluss eines Hochspannungskabels
oder der Anschluss eines Hochspannungstransformators dar. Auch bei Wandlern und Schaltanlagen
können entsprechende isolierte Durchführungen erforderlich sein.
[0003] Zur Vermeidung solcher unerwünschter Überschläge sind die auf Hochspannungspotential
liegenden elektrisch leitenden Teile in den Hochspannungsdurchführungen von besonderen
Durchführungsisolatoren umgeben, deren geometrische Abmessungen unter anderem durch
die geforderten elektrischen Festigkeitswerte festgelegt sind.
[0004] Ein aus der Literaturstelle «PROC. IEE», Vol. 112, Jan. 1965, Seiten 89 bis 102 bekannter
Durchführungsisolator ist aus flexiblen Kunststoffolien gewickelt. Ausserdem sind
in diesen Isolator noch dünne metallische Folien als sogenannte elektrisch leitende
Potentialsteuereinlagen konzentrisch zueinander und gegeneinander isoliert mit eingewickelt.
Mit diesen Einlagen lässt sich eine Steuerung der Spannungsverteilung über den Durchführungsisolator
und somit eine Erhöhung der Teilentladungs- und Stossspannungsfestigkeit erreichen
(vgl. z.B. P. Böning: Kleines Lehrbuch der elektrischen Festigkeit, Karlsruhe 1955,
Seiten 140 bis 142).
[0005] In dem bekannten gewickelten Durchführungsisolator vorhandene Spalte und Hohlräume
sollen mit Schwefelhexafluorid (SF.) als Isoliermedium gefüllt sein, da bekanntlich
die Teilentladungs-Einsatzfelds
tärke in SF
s mindestens doppelt so hoch ist wie in Luft. Die in dem Wickel des Isolators vorhandene
Luft muss deshalb abgepumpt und durch das SF
s-Gas ersetzt werden. Da ferner bei derartigen Hochspannungsdurchführungsisolatoren
aus gewickelten Isolierstoffolien mit kapazitiver Potentiatsteuerung die Teilentladungs-
und Stossspannungsfestigkeit im wesentlichen durch die axiale elektrische Feldstärke
an den äusseren Kanten der elektrisch leitenden Potentialsteuereinlagen begrenzt werden,
muss insbesondere gewährleistet sein, dass sich zumindest diese Kanten in dem besonderen
Isoliermedium befinden. Bei dem bekannten Durchführungsisolator ist jedoch ein Ersetzen
der Luft durch SF
s an diesen Stellen erschwert, da die dünnen Metallfolien der Potentialsteuereinlagen
flächig von den benachbarten Isolierfolien eingeschlossen sind und somit ein Gasaustausch
an ihneh verhältnismässig schwer zu erreichen ist.
[0006] Aus dem eingangs genannten Zusatzpatent FRE-E-44 238 zu dem Hauptpatent FR-A-742
448 ist ferner eine Hochspannungsdurchführung bekannt, deren Isolationskörper aus
trapezförmigen Isolierfolien aus Papier gewickelt ist. Diese Isolierfolien können
an ihren Kanten mit geprägten Bändern versehen sein. Ausserdem sind in den Isolationskörper
Potentialsteuereinlagen mit eingewickelt, die ebenfalls eine Prägung aufweisen.
[0007] Bei dieser Hochspannungsdurchführung ist zwar eine gute Durchlässigkeit des Isolationskörpers
mit einem Isoliermedium gewährleistet. Aufgrund der Verwendung von geprägten Bändern
an den Kanten der Isolierfolien hat jedoch der gesamte Isolationskörper nur eine verhältnismässig
geringe mechanische Festigkeit, so dass er für Betriebsspannungen von 100 kV und höher
nicht geeignet ist.
[0008] Aufgabe der Erfindung ist es, diesen bekannten Isolationskörper einer Hochspannungsdurchführung
so zu verbessern, dass er auch für Einrichtungen mit hohen Betriebsspannungen zu verwenden
ist und zugleich eine ausreichende Tränkung mit einem Isoliermedium, insbesondere
an seinen Potentialsteuereinlagen gewährleistet ist.
[0009] Diese Aufgabe wird für die eingangs genannte Hochspannungsdurchführung erfindungsgemäss
dadurch gelöst,
a) dass die Potentialsteuereinlagen 300 bis 700, vorzugsweise etwa 500 Noppen pro
cm2 aufweisen,
b) dass die Potentialsteuereinlagen jeweils eine Gesamtdicke haben, die mindestens
50% grösser ist als die Stärke einer entsprechenden Folie ohne Noppung und
c) dass die Lagen aus den Isolierfolien zum einen Teil aus glatten Kunststoffolien
und zum anderen Teil aus Kunststoffolien mit einer Noppung gewickelt sind, wobei zumindest
die den Potentialsteuereinlagen benachbarten Lagen aus den mit der Noppung versehenen
Kunststof folien bestehen.
[0010] Mit dieser Gestaltung der Hochspannungsdurchführung lässt sich vorteilhaft zum einen
gewährleisten, dass an den Potentialsteuereinlagen beim Wickelvorgang ausgebildete
Hohlräume, insbesondere an den Kanten, stets nur mit dem Isoliermedium gefüllt sind,
da zwischen den genoppten Steuereinlagen und den jeweils benachbarten Isolierfolien,
die ebenfalls geprägt sind, eine ausreichende Gasdurchlässigkeit besteht. Diese Gasdurchlässigkeit
ist durch die vorbestimmte Höhe der Noppen gewährleistet. Zum anderen weist der gewickelte
Isolationskörper auch eine ausreichende mechanische Festigkeit auf, d.h. ein Verrutschen
auf dem zentralen, als Wickeldorn dienenden Leiter bei senkrechter Anordnung der Hochspannungsdurchführung
kann vermieden werden. Dies folgt aus der verhältnismässig hohen, vorbestimmten Anzahl
der Noppen pro cm
2 seiner Potentialsteuereinlagen und aus dem besonderen Aufbau aus mit der Noppung
versehenen und glatten Kunststoffolien. Da geprägte Folien im allgemeinen mechanisch
verhältnismässig stabil sind, lässt sich der Durchführungsisolator mit solchen genoppten
Potentialsteuereinlagen und mit glatten und geprägten Kunststoffolien ohne Schwierigkeiten
verhältnismässig fest wikkeln. Dabei ist insbesondere die Gefahr vermindert, dass
bei dem Wickelvorgang Knicke in den Potentialsteuereinlagen auftreten, an deren Kanten
die elektrische Feldstärke in unerwünschter Weise erhöht wäre.
[0011] Vorteilhafte Ausgestaltungen der Hochspannungsdurchführung nach der Erfindung gehen
aus den Unteransprüchen hervor.
[0012] Zur weiteren Erläuterung der Erfindung und deren in den Unteransprüchen gekennzeichneten
Ausbildungen wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Fig. 1 eine Hochspannungsdurchführung
schematisch veranschaulicht ist. Fig. 2 zeigt schematisch einen gemäss der Erfindung
ausgebildeten Teil dieser Hochspannungsdurchführung.
[0013] Bei der in Fig. 1 als Längsschnitt dargestellten Hochspannungsdurchführung kann beispielsweise
von einem Teil des Endverschlusses eines Hochspannungskabels ausgegangen werden, wie
es aus der Veröffentlichung «PROC. IEE», Vol. 112, Jan. 1965, Seiten 89 bis 102 bekannt
ist. Die Durchführung enthält einen zentralen Leiter 2, der z.B. ein Kupferrohr ist
und auf Hochspannungspotential von über 200 kV bei 50 Hz liegt. Vorzugsweise besteht
der zentrale Leiter aus einem Edelstahl- oder Aluminiumrohr. Um den Leiter ist konzentrisch
ein Isolationskörper 3 angeordnet, der zwei abgeschrägte, kegelmantelförmige Seitenflächen
4 und 5 und dazwischen eine zylinderförmige Mantelfläche 6 hat. Dieser Isolationskörper
ist aus isolierenden Folien aus einem Kunststoffmaterial mit einer hohen Dielektrizitätskonstanten,
wie z.B. aus Polypropylen-Folien, gewickelt. In ihm sind konzentrisch zueinander und
isoliert gegeneinander sogenannte Kondensatoreinlagen 7 bis 10 vorgesehen, die in
der Figur durch zu dem zentralen Leiter 2 parallele Linien angedeutet sind. Diese
zur Potentialsteuerung dienenden und gemäss der Erfindung besonders gestalteten 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 Potentialgefälle ausbilden kann. Diese annähernd lineare Potentialcharakteristik
an den Seitenflächen 4 und 5 lässt sich dabei in bekannter Weise durch eine geeignete
Wahl der radialen Abstände zwischen den einzelnen Kondensatoreinlagen sowie durch
deren axiale Längen erreichen (vgl. z.B. US-A-3 462 545). Die innersten, leiternahen
und mit 8 und 9 bezeichneten Kondensatoreinlagen liegen z.B. auf Hochspannungspotential,
während sich die äusserste Kondensatoreinlage 10 an der Mantel
'- fläche 6 mit einem elektrischen Anschluss 11 auf Erdpotential befindet.
[0014] Zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit des Isolationskörpers 3 soll die in seinen bei
dem Wikkelvorgang ausgebildeten Hohlräumen vorhandene Luft durch ein isolierendes
Medium ersetzt sein. Geeignete Medien sind z.B. Gase wie Schwefelhexafluorid (SF
6) oder Stickstoff (N
2). Gemäss dem Ausführungsbeispiel nach der Figur sei eine SF
6-Tränkung des Isolationskörpers angenommen.
[0015] Falls die Hochspannungsdurchführung für eine auf Tieftemperatur 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-A-2 327 629).
[0016] Es hat sich nun gezeigt, dass bei einem Isolationskörper, der aus glatten Isolierfolien
und glatten Potentialsteuereinlagen gewickelt ist, die in dem Wickel eingeschlossene
Luft nur schwer durch ein isolierendes Medium wie z.B. SF. zu ersetzen ist. Da bekanntlich
die Teilentladungs-und Stossspannungs festigkeit einer Durchführung wesentlich durch
die axiale elektrische Feldstärke an den äusseren, d.h. an den den abgeschrägten Seitenflächen
4 und 5 zugewandten Kanten der elektrisch leitenden Potentialsteuereinlagen (Kondensatoreinlagen)
7 bis 10 begrenzt ist, muss gewährleistet sein, dass insbesondere diese Kanten sich
in dem isolierenden Medium und nicht in der bei dem Wickelvorgang mit eingeschlossenen
Luft befinden. Gemäss der Erfindung ist deshalb eine besondere Gestaltung der Potentialsteuereinlagen
vorgesehen. Diese Gestaltung geht aus Fig. 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.
[0017] Der Isolationskörper 3 einer Hochspannungsdurchführung nach der Erfindung enthält
gemäss dem in Fig. 2 als Längsschnitt dargestellten Teilstück 12 dünne Potentialsteuereinlagen,
die mit einer Noppung versehen sind und von denen in der Figur nureine einzige, mit
10 bezeichnete Kondensatoreinlage veranschaulicht ist. Die Kondensatorsteuereinlagen
können beispielsweise aus einer dünnen Folie aus einem Metall wie z.B. Aluminium hergestellt
sein, wie für glatte Folien allgemein aus der GB-A-991 546 bekannt ist. Auch mit einem
entsprechenden Metall kaschierte Folien aus einem Kunststoff wie Polyvinylchlorid
(PVC), Polyäthylen (PE), Polypropylen (PP) oder Polycarbonat (PC) sind als Potentialsteuereinlagen
geeignet. Diese Steuereinlagen enthalten erfindungsgemäss zwischen 300 und 700, vorzugsweise
etwa 500 Noppen pro cm
2.
[0018] Mit der Noppung sollen die Steuereinlagen jeweils eine Gesamtdicke erhalten, die
mindestens 50% grösser als die Stärke einer entsprechenden Folie ohne Noppung ist.
So kann z.B. eine 18
11m starke Aluminium-Folie verwendet werden, die mit der Noppung eine Gesamtdicke von
etwa 40 µm aufweist. Mit einer solchen genoppten Folie lässt sich wesentlich besser
beim Wickeln des Isolationskörpers 3 hantieren als mit einer glatten Folie, da die
genoppte Folie mechanisch stabiler ist. Der Isolationskörper ist ferner aus glatten
Isolationsfolien 14 gewickelt, die beispielsweise aus Polypropylen oder Polyäthylen
sind. Zwischen jeweils zwei Lagen aus glatten Isolationsfolien 14 befindet sich ferner
eine Lage aus geprägten Isolationsfolien 15. Diese Folien sind ebenfalls mit einer
Noppung versehen, wobei sie beispielsweise etwa 500 Noppen/cm
2 enthalten. Vorteilhaft sind jeweils zu den beiden Seiten der Potentialsteuereinlage
Kondensatoreinlage 10 deraritge geprägte Isolationsfolien 15 vorgesehen. Auf diese
Weise wird eine ausreichende Durchlässigkeit des Isolationskörpers 3 für das isolierende
Medium wie z.B. das SF
s-Gas gewährleistet. Insbesondere sind dann die durch die Noppung der Potentialsteuereinlage
(Kondensatoreinlage 10) und der benachbarten Isolationsfolien 15 ausgebildeten Hohlräume,
von denen in der Figur einige mit 16 bezeichnet sind, nach dem Wickelvorgang des Isolationskörpers
verhältnismässig leicht zu evakuieren und mit dem Isoliermedium zu füllen. In den
Figuren ist angenommen, dass der auf Hochspannungspotential liegende Leiterteil der
Hochspannungsdurchführung zentral angeordnet ist und die auf Erdpotential liegenden
Leiterteile ihn umgeben, wobei zwischen diesen Leiterteilen der Isolationskörper vorgesehen
ist. Die Hochspannungsdurchführung nach der Erfindung ist jedoch ebensogut auch für
elektrische Einrichtungen geeignet, bei denen auf der Aussenseite Hochspannungspotential
und innen Erdpotential anliegen.
1. Hochspannungsdurchführung mit auf unterschiedlichem elektrischen Potential liegenden
Leiterteilen sowie mit einem zwischen diesen Leiterteilen angeordneten Isolationskörper
(3), der aus Isolierfolien (14) gewickelt ist, dünne, mit einer Noppung versehene
elektrisch leitende Folien als Potentialsteuereinlagen (7 bis 10) enthält und von
einem gasförmigen Isoliermedium getränkt ist, dadurch gekennzeichnet,
a) dass die Potentialsteuereinlagen (7 bis 10) 300 bis 700, vorzugsweise etwa 500,
Noppen pro cm2 aufweisen,
b) dass die Potentialsteuereinlagen (7 bis 10) jeweils eine Gesamtdicke haben, die
mindestens 50% grösser ist als die Stärke einer entsprechenden Folie ohne Noppung
und
c) dass die Lagen aus den Isolierfolien (14) zum einen Teil aus glatten Kunststoffolien
und zum anderen Teil aus Kunststoffolien (15) mit einer Noppung gewickelt sind, wobei
zumindest die den Potentialsteuereinlagen (7 bis 10) benachbarten Lagen aus den mit
der Noppung versehenen Kunststoffolien (15) bestehen.
2. Hochspannungsdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Potentialsteuereinlagen
(7 bis 10) geprägte Aluminium-Folien vorgesehen sind.
3. Hochspannungsdurchführung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
als Potentialsteuereinlagen (7 bis 10) entsprechend geprägte Doppelschichtfolien mit
jeweils einer Schicht aus elektrisch leitendem Material und einer Schicht aus einem
isolierenden Material vorgesehen sind.
4. Hochspannungsdurchführung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Doppelschichtfolien
mit Aluminium kaschierte Folien aus einem Kunststoffmaterial vorgesehen sind.
1. Traversée haute tension comportant des éléments conducteurs portés à des potentiels
électriques différents, ainsi qu'un corps isolant (3) disposé entre ces éléments conducteurs
et enroulé à partir de feuilles isolantes (14), ledit corps isolant contenant, comme
insertions de contrôle du potentiel (7 à 10), des feuilles minces, électriquement
conductrices, pourvues d'un nopage et étant imbibées d'un milieu isolant gazeux, caractérisé
par le fait que:
a) les insertions de contrôle du potentiel (7 à 10) comportent 300 à 700, de préférence
500 nopes par centimètre carré;
b) les insertions de contrôle du potentiel (7 à 10) présentent chacune une épaisseur
totale qui est d'au moins 50% supérieure à l'épaisseur d'une feuille correspondante
sans nopage, et
c) les couches faites avec des feuilles isolantes (14) sont enroulées pour une partie
à partir de feuilles de matière plastique lisse et, pour une autre partie, à partir
de feuilles de matière plastique (15) avec nopage, au moins les couches qui sont voisines
des insertions de contrôle du potentiel (7 à 10) étant constituées par des feuilles
de matière plastique (15) pourvues de nopes.
2. Traversée haute tension selon la revendication 1, caractérisée par le fait que
des feuilles d'aluminium gaufrées sont prévues comme insertions de contrôle du potentiel
(7 à 10).
3. Traversée haute tension selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée par
le fait que l'on prévoit comme insertions de contrôle du potentiel (7 à 10) des feuilles
double couche gaufrées, avec respectivement une couche en un matériau électriquement
conducteur et une couche en un matériau isolant.
4. Traversée haute tension selon la revendication 3, caractérisée par le fait que
l'on prévoit comme feuilles double couche des feuilles en un matériau constitué par
de la matière plastique revêtue d'aluminium.
1. A high-voltage bushing having conductor portions which lie at different electrical
potentials and an insulating body (3) which is arranged between the conductor portions
and which is wound from insulating films (14) and contains thin electrically-conductive
foils having a knobbed structure which are provided as potential control inserts (7
to 10) and which body is impregnated with a gaseous insulating medium, characterized
in that
(a) the potential control inserts (7 to 10) have 300 to 700, preferably 500, small
knobs per square centimetre;
(b) the potential control inserts (7 to 10) in each case have an overall thickness
which is greater by at least 50% than the thickness of a corresponding foil without
a knobbed structure, and
(c) the layers consisting of the insulating films (14) are wound from smooth plastic
films, on the one hand, and from plastic films (15) having a knobbed structure, on
the other hand, at least the layers adjacent to the potential control inserts (7 to
10) consisting of the plastic films (15) which are provided with the knobbed structure.
2. A high-voltage bushing as claimed in claim 1, characterized in that embossed aluminium
foils are provided as potential control inserts (7 to 10).
3. A high-voltage bushing as claimed in claim 1 or 2, characterized in that appropriately
embossed double-layer foils, each having a layer of electically-conductive material
and a layer of an insulating material, are provided as potential control inserts (7
to 10).
4. A high-voltage bushing as claimed in claim 3, characterized in that films made
of a plastic material and covered with aluminium are provided as the double-layer
foils.