Title:
Hochspannungsisolator
Kind Code:
A1


Abstract:

Die Erfindung betrifft einen Hochspannungsisolator (1) mit einem um einen Hochspannungsleiter (3) herum angeordneten Isolierkörper (2). Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Hochspannungsisolator eine den Isolierkörper zumindest teilweise umgreifende Dämpfungskammer (6) aufweist, die mit einem elektrisch isolierenden Dämpfungsmittel zur Dämpfung äußerer mechanischer Krafteinwirkung auf den Isolierkörper (2) gefüllt ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Transformatordurchführung (10) zum elektrisch isolierenden Herausführen eines Hochspannungsleiters aus einem Transformatorgehäuse (12), die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Transformatordurchführung einen erfindungsgemäßen Hochspannungsisolator umfasst.




Inventors:
Juntermanns, Paul (Kerpen-Sindorf, DE)
Langens, Achim (53797, Lohmar, DE)
Application Number:
DE102015211939A
Publication Date:
12/29/2016
Filing Date:
06/26/2015
Assignee:
Siemens Aktiengesellschaft, 80333 (DE)
International Classes:



Claims:
1. Hochspannungsisolator (1) mit einem einen Hochspannungsleiter (3) umgebenden Isolierkörper (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Hochspannungsisolator (1) eine den Isolierkörper (2) zumindest teilweise umgreifende Dämpfungskammer (6) aufweist, die mit einem elektrisch isolierenden Dämpfungsmittel zur Dämpfung äußerer mechanischer Krafteinwirkung auf den Isolierkörper (2) gefüllt ist.

2. Hochspannungsisolator (1) nach Anspruch 1, wobei der Hochspannungsisolator (1) ein erstes Rohr (4) und ein zum ersten Rohr beabstandetes zweites Rohr (5) umfasst, die jeweils zum Hochspannungsleiter (3) konzentrisch angeordnet sind und die Dämpfungskammer (6) zumindest teilweise begrenzen.

3. Hochspannungsisolator (1) nach Anspruch 2, wobei das erste und/oder das zweite Rohr (4, 5) aus einem Kunststofffaser-Verbundwerkstoff, einem Metallmatrix-Verbundwerkstoff, einem keramischen Faserverbundwerkstoff oder einem Hartmetall hergestellt ist.

4. Hochspannungsisolator (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Dämpfungsmittel eine elektrische Leitfähigkeit von weniger als 0,001 S/m aufweist.

5. Hochspannungsisolator (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Dämpfungsmittel eine Dämpfungsflüssigkeit ist.

6. Hochspannungsisolator (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Dämpfungsflüssigkeit eine schwer entflammbare Flüssigkeit ist.

7. Hochspannungsisolator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Dämpfungsmittel ein Trockenschaumstoff ist.

8. Hochspannungsisolator (1) nach Anspruch 7, wobei der Trockenschaumstoff ein PUR-Schaum ist.

9. Hochspannungsisolator (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Isolierkörper (2) einen Wicklungskörper aus konzentrisch um den Hochspannungsleiter (3) angeordneten elektrisch leitenden Einlagen (21) umfasst, die durch Isolierlagen (22) voneinander getrennt sind, wobei die Dämpfungskammer (6) radial außen am Wicklungskörper angeordnet ist.

10. Hochspannungsisolator (1) nach Anspruch 9, wobei der Wicklungskörper eine Harzimprägnierung aufweist.

11. Transformatordurchführung (10) zum elektrisch isolierenden Herausführen eines Hochspannungsleiters (11) aus einem Transformatorgehäuse (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Transformatordurchführung (10) einen Hochspannungsisolator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 umfasst.

Description:

Die Erfindung betrifft einen Hochspannungsisolator mit einem einen Hochspannungsleiter umgebenden Isolierkörper.

Hochspannungsisolatoren dieser Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie haben im Allgemeinen die Aufgabe, eine sich auf Hochspannungspotential befindende Hochspannungsleitung, die üblicherweise den stromführenden Hochspannungsleiter umfasst, von einer sich im Wesentlichen auf Erdpotential befindenden Wandung zu isolieren, durch die die Hochspannungsleitung durchgeführt werden soll. Dabei handelt es sich beispielsweise um eine Hochspannungsleitung, die aus einem Transformatorgehäuse herausführt, wobei das Transformatorgehäuse mit einer Isolierflüssigkeit, beispielsweise Öl, gefüllt ist. Des Weiteren können Hochspannungsisolatoren beispielsweise auch als Hochspannungsdurchführungen in Anlagen der Hochspannungsgleichstromübertragungstechnik (HGÜ) eingesetzt werden. Hochspannungsisolatoren müssen dabei hervorragende Isolierfähigkeit aufweisen, weil sie üblicherweise Spannungen von mehreren hundert Kilovolt isolieren müssen. Der Isolierkörper umgibt üblicherweise einen axialen Abschnitt des Hochspannungsleiters und verhindert auf diese Weise elektrische Überschläge zwischen dem Hochspannungsleiter und der Wandung.

In manchen Anwendungen kann es vorkommen, dass elektrische Anlangen und insbesondere darin eingesetzte Hochspannungsisolatoren mechanischer Krafteinwirkung ausgesetzt werden. Bei der mechanischen Krafteinwirkung kann es sich sowohl um äußere Umwelteinflüsse als auch beispielsweise um Zusammenstöße bei Unfällen mit Fahrzeugbeteiligung oder gar Beschuss mit Feuerwaffen handeln. Durch solche Krafteinwirkungen kann der Hochspannungsisolator bzw. der Isolierkörper beschädigt werden, so dass dessen elektrische Isolierfähigkeit beeinträchtigt wird. Dadurch kann es unter Umständen zu einem Ausfall der gesamten elektrischen Anlage kommen, in der der Hochspannungsisolator eingesetzt ist.

Ein weiteres Problem tritt bei Transformatoranlagen auf, die ölisolierte Transformatoren umfassen. Durch eine mechanische Krafteinwirkung, kann die Isolierfähigkeit des Hochspannungsisolators, der in diesem Zusammenhang eine Transformatordurchführung ausbildet, derart beeinträchtigt werden, dass durch elektrische Überschläge eine Entzündung des Isolieröls zu einem Brand der gesamten Transformatoranlage führen kann.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Hochspannungsisolator vorzuschlagen, der gegenüber mechanischer Krafteinwirkung möglichst unempfindlich ist.

Die Aufgabe wird bei einem artgemäßen Hochspannungsisolator dadurch gelöst, dass der Hochspannungsisolator eine den Isolierkörper zumindest teilweise umgreifende Dämpfungskammer aufweist, die mit einem elektrisch isolierenden Dämpfungsmittel zur Dämpfung äußerer mechanischer Krafteinwirkung auf den Isolierkörper gefüllt ist.

Demnach bietet der erfindungsgemäße Hochspannungsisolator einen zusätzlichen Schutz vor mechanischer Krafteinwirkung. Wird beispielsweise eine punktuelle mechanische Kraft auf den Hochspannungsisolator ausgeübt, so kann mittels des Dämpfungsmittels diese Kraft gedämpft und auf eine größere Wirkungsfläche verteilt werden. Auf diese Weise kann eine mögliche Verformung des Isolierkörpers vermieden oder zumindest vermindert werden. Eine Verminderung der Isolierfähigkeit des Hochspannungsisolators aufgrund dessen Deformation kann dementsprechend minimiert werden.

Handelt es sich bei der mechanischen Krafteinwirkung um einen Schuss mit einem Projektil, so kann das Projektil in der Dämpfungskammer aufgefangen werden, bevor es den Isolierkörper erreicht. Die Energie des Projektils nimmt in diesem Fall das Dämpfungsmittel zumindest teilweise auf. Dabei kann es zwar zu einer Beschädigung des Hochspannungsisolators kommen, ein Eindringen des Projektils in den Isolierkörper kann jedoch verhindert werden. Im Fall einer Transformatoranlage kann auf diese Weise das Risiko einer Entzündung des Isolieröls direkt durch das Projektil oder indirekt durch einen elektrischen Überschlag vermindert werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst der Hochspannungsisolator ein erstes, inneres Rohr und ein zum ersten Rohr beabstandetes zweites, äußeres Rohr, die jeweils zum Hochspannungsleiter konzentrisch angeordnet sind und die Dämpfungskammer zumindest teilweise begrenzen. Die Dämpfungskammer weist hierbei eine im Wesentlichen zylindrische Form auf, wobei der durch die beiden konzentrischen Rohre begrenzter Zylinder den Isolierkörper umgreift. Eine äußere punktuelle Krafteinwirkung auf den Hochspannungsisolator verformt unter Umständen das äußere der beiden Rohre und nimmt einen Teil der Energie der Krafteinwirkung auf. Die restliche Kraft kann zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, vom Dämpfungsmittel aufgenommen werden. Die anfänglich punktuelle Kraft wird vorteilhafterweise innerhalb der Dämpfungskammer verteilt, so dass diese sich auf das innere der beiden Rohre nicht mehr punktuell, sondern flächig auswirkt. Die Gefahr einer starken Verformung oder gar einer Durchschlagung des inneren Rohres kann auf diese Weise minimiert werden. Der von der Dämpfungskammer abgeschirmte Isolierkörper bleibt weitgehend unbeschädigt und behält seine Isolierfähigkeit weitgehend bei.

Das erste und das zweite Rohr können sich jeweils axial entlang des gesamten Hochspannungsisolators erstrecken, wodurch der Hochspannungsisolator umfassend geschützt ist.

Radial außen am Hochspannungsisolator können weitere Isolationselemente angebracht sein, wie beispielsweise Silikon- oder Keramikabschirmungen. Diese können beispielsweise am äußeren der beiden Rohre angebracht sein.

Der Hochspannungsisolator kann ferner Befestigungselemente aufweisen, die zum Befestigen des Hochspannungsisolators an Bauteilen einer Hochspannungsanlage, beispielsweise einem Transformator- oder Schaltanlagengehäuse eingerichtet sind.

Bevorzugt besteht das erste und/oder das zweite Rohr aus einem Kunststofffaser-Verbundwerkstoff, einem Metallmatrix-Verbundwerkstoff, einem keramischen Faserverbundwerkstoff oder einem Hartmetall. Diese Materialien und ihre Herstellung sind dem Fachmann an sich bekannt. Sie sind besonders widerstandsfähig gegenüber mechanischen Kraftwirkungen. Besonders bevorzugt sind Materialien, die elektrisch isolierend sind, wie Kunststoffe oder Keramik.

Es wird als vorteilhaft angesehen, wenn das Dämpfungsmittel eine elektrische Leitfähigkeit von weniger als 0,001 S/m (Siemens pro Meter), besonders bevorzugt 0,0001 S/m, aufweist. Dazu eignen sich beispielsweise einige Kunststoffe, wie weiches PVC, aber auch Schüttungen oder Schäume.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Dämpfungsmittel eine Dämpfungsflüssigkeit. In dieser Form hat das Dämpfungsmittel besonders günstige dämpfende Eigenschaften.

Es kann vorkommen, dass durch entsprechend schwere Beschädigung der Dämpfungskammer die Dämpfungsflüssigkeit aus der Dämpfungskammer nach außen tritt. Daher ist es im Allgemeinen von Vorteil, wenn die Dämpfungsflüssigkeit relativ zäh ist. Eine solche Zähigkeit kann beispielsweise mit Silikonölen erreicht werden. Vorteilhafterweise weist die Dämpfungsflüssigkeit bei Raumtemperatur eine Viskosität von mehr als 103 Pa·s, besonders bevorzugt mehr als 104 Pa·s, auf.

Vorzugsweise ist Dämpfungsflüssigkeit eine schwer entflammbare Flüssigkeit. Eine Flüssigkeit wird als schwer entflammbar bezeichnet, wenn deren Brennpunkt oberhalb von 300 Grad Celsius liegt. Geeignete schwer entflammbare Dämpfungsflüssigkeiten sind beispielsweise hochmolekulare Kohlenwasserstoffe, natürliche oder synthetische Esther oder auch die bereits erwähnten Silikonöle. Durch die Verwendung von schwer entflammbaren Dämpfungsflüssigkeiten wird die Brandgefahr der elektrischen Anlage, in der der Hochspannungsisolator eingesetzt ist, minimiert.

Das Dämpfungsmittel kann auch als ein Feststoff vorliegen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung der Erfindung ist das Dämpfungsmittel ein Trockenschaumstoff. Der Trockenschaumstoff hat den Vorteil, dass auch bei Beschädigung der Dämpfungskammer nicht nach außen treten kann und der Hochspannungsisolator auch nach einer erfolgten äußeren Krafteinwirkung im Allgemeinen in seiner Funktion nicht beeinträchtigt ist.

Bevorzugt ist der Trockenschaumstoff ein Polyurethan-Schaum (PUR-Schaum). Ferner kann der Trockenschaumstoff mit einem isolierenden Gas, wie beispielsweise dem SF6 aufgeschäumt sein. Dies steigert die Isolierfähigkeit des Dämpfungsmittels und damit des gesamten Hochspannungsisolators.

Bevorzugt umfasst der Isolierkörper einen Wicklungskörper aus konzentrisch um den Hochspannungsleiter angeordneten elektrisch leitenden Einlagen, die durch Isolierlagen voneinander getrennt sind, wobei die Dämpfungskammer radial außen am Wicklungskörper angeordnet ist. Die elektrischen Einlagen dienen zur elektrischen Feldsteuerung und werden auch als Steuereinlagen bezeichnet. Die Feldsteuerung verbessert durch eine gleichmäßige Verteilung der Spannungsabfälle zwischen Hochspannungsleiter und Wandung eine die Isoliereigenschaften des Hochspannungsisolators.

Vorzugsweise weist der Wicklungskörper eine Harzimprägnierung auf. Dazu ist der Isolationskörper mit einem Harz, beispielsweise einem Epoxy-Harz, getränkt. Die Isolierlagen des Isolierkörpers können beispielsweise Papier, wie Krepppapier, oder Vlies enthalten, wobei die Isolierlagen im Herstellungsprozess der Hochspannungsdurchführung auf einen Wickelträger, beispielsweise den Hochspannungsleiter aufgewickelt werden. Der Isolierkörper mit den aufgewickelten Isolier- und Steuereinlagen wird anschließend in einem Harz oder Harzgemisch getränkt, so dass nach einem Aushärten der Harzmasse ein kompakter Block entsteht, der keine eingeschlossenen Hohlräume enthält. Auf diese Weise können besonders gute isolierende Eigenschaften des Hochspannungsisolators erreicht werden.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Transformatordurchführung zum elektrisch isolierenden Herausführen eines Hochspannungsleiters aus einem Transformatorgehäuse vorzuschlagen, die gegenüber einer mechanischen Krafteinwirkung möglichst unempfindlich ist.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Transformatordurchführung einen erfindungsgemäßen Hochspannungsisolator umfasst.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Transformatordurchführung ergeben sich aus den zuvor im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Hochspannungsisolator ergebenden Vorteilen in entsprechender Weise.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hochspannungsisolators in schematischer Querschnittsdarstellung;

2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Transformatordurchführung in schematischer Querschnittsdarstellung.

Im Einzelnen zeigt 1 einen Seitenquerschnitt durch einen Hochspannungsisolator 1. Der Hochspannungsisolator 1 weist einen Isolierkörper 2 der um einen Hochspannungsleiter 3 herum angeordnet ist und ihn auf einem axialen Längenabschnitt umgibt. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Hochspannungsisolator 1 eine Zylindersymmetrie auf. Die Symmetrieachse des zylindersymmetrischen Hochspannungsisolators 1 ist mittels einer unterbrochenen Linie 9 dargestellt.

Der Isolierkörper 2 umfasst konzentrisch um den Hochspannungsleiter 3 angeordnete Steuereinlagen 21 aus Aluminiumfolie, die voneinander durch Isolierlagen 22 aus harzgetränktem Papier getrennt sind.

Der Hochspannungsisolator 1 umfasst ein erstes Rohr 4 sowie ein zum ersten Rohr 4 beabstanded angeordnetes zweites Rohr 5. Das erste Rohr 4 und das zweite Rohr 5 sind jeweils konzentrisch um den Hochspannungsleiter 3 angeordnet. Axial zwischen dem ersten Rohr 4 und dem zweiten Rohr 5 ist ein Hohlraum ausgebildet, der die Dämpfungskammer 6 ausbildet. Die Dämpfungskammer 6 ist mit einem Dämpfungsmittel gefüllt. Im in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Dämpfungsmittel ein Hartschaum aus Polyurethanschaum.

Radial außen am Hochspannungsisolator 1 sind tellerförmige Isolierelemente 7 angeordnet, die aus einem Silikon-Verbundwerkstoff geformt sind. Der Hochspannungsisolator 1 umfasst ferner Befestigungsmittel 8, die zum Befestigen des Hochspannungsisolator 1 an einer Wandung eingerichtet sind. Da die Befestigungsmittel 8 mit einer erdverbundenen Wandung verbunden sind, liegen die Befestigungsmittel 8 auf einem Erdpotenzial. Der Hochspannungsleiter 3 liegt dem gegenüber auf Hochspannungspotenzial, im dargestellten Beispiel auf 420 kV.

Eine punktuelle Krafteinwirkung auf den Hochspannungsisolator 1 die von außerhalb des Hochspannungsisolator 1 kommt, beispielsweise durch ein auf den Hochspannungsisolator 1 abgeschossenes Projektil, deformiert zunächst punktuell das zweite äußere Rohr 5. Das Projektil durchdringt das zweite Rohr 5 und dringt damit in die Dämpfungskammer 6 ein. Die Energie des Projektils wird in der Dämpfungskammer 6 durch das Dämpfungsmittel absorbiert. Eine übrige Kraft des Projektils wird derart in der Dämpfungskammer bzw. dem Dämpfungsmittel verteilt, dass ein dadurch erzeugter Druck über eine vergrößerte Fläche des ersten Rohres 4 verteilt wird. Eine starke Deformation oder gar eine Durchbrechung des ersten Rohres 4 kann auf diese Weise verhindert werden. Die Isolierfähigkeit des Isolierkörpers 2 bleibt demnach auch im Falle einer äußeren punktuellen Krafteinwirkung erhalten.

2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Transformatordurchführung 10. Die Transformatordurchführung 10 ist dazu eingerichtet, einen auf Hochspannung sich befindenden Hochspannungsleiter 11 aus einem Transformatorgehäuse 12 eines Leistungstransformators 13 herauszuführen.

Die in 2 gezeigte Transformatordurchführung 10 stellt einen elektrischen Übergang vom Transformator 13 zu einem nicht dargestellten Freiluft-Hochspannungsanschluss bereit. Die Transformatordurchführung 10 erstreckt sich von seinem hochspannungsseitigen bzw. transformatorseitigen – in 2 unteren – Ende durch einen nicht dargestellten Tragflansch zur Befestigung am Transformatorgehäuse 12 zum Freiluft-Hochspannungsanschluss hin.

Das Transformatorgehäuse 12 ist dabei mit einem Isolieröl 14 gefüllt. Die Transformatordurchführung 10 weist einen Isolierkörper 15, der konzentrisch um den Hochspannungsleiter 11 angeordnet ist. Außen am Isolierkörper 15 ist eine zylindrische Dämpfungskammer 16 angebracht. Die Dämpfungskammer 16 erstreckt sich in einer Längsrichtung der Transformatordurchführung 10 von der Wandung des Transformators 13 bis zu einem in 2 nicht dargestellten dem Transformator abgewandten Ende der Transformatordurchführung 10. Mittels der Dämpfungskammer 16 und des darin angeordneten Dämpfungsmittels kann eine Beschädigung des Isolierkörpers der Transformatordurchführung 10 verhindert werden derart, dass das Risiko einer Entzündung des Isolieröls 14 minimiert wird.