DE3703695C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine gasisolierte elektrische Vorrich­ tung, umfassend ein hermetisch dichtes Gehäuse mit einer Vielzahl von elektrisch leitenden Gehäuseabschnitten, die jeweils ein Flanschende aufweisen, welche mit Befestigungs­ mitteln aneinander befestigt sind; und einen Hochspannungs­ leiter, der innerhalb des mit Isoliergas gefüllten Gehäuses mit einem elektrisch isolierenden Abstandshalter elektrisch isoliert gelagert ist, wobei der Abstandshalter hermetrisch dicht und sicher an seinem Außenumfang zwischen den Flansch­ enden der Gehäuseabschnitte gehalten ist.

Fig. 1 zeigt im Querschnitt ein Beispiel einer herkömmlichen gasisolierten elektrischen Vorrichtung, während Fig. 2 im Schnitt eine Dichtungsanordnung für die hermetisch dichten Gehäusebereiche der gasisolierten elektrischen Vorrichtung zeigt.

Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich, weist die herkömmliche gasisolierte elektrische Vorrichtung ein metallisches, hermetisch dichtes Gehäuse 1, das geerdet ist, einen Hochspannungsleiter 2 sowie einen isolierenden Abstands­ halter 3 auf, um den Hochspannungsleiter 2 innerhalb des Gehäuses 1 isoliert zu tragen. Das hermetisch dichte Gehäuse 1 weist eine Vielzahl von Gehäuseabschnitten 1 a auf, die hermetisch dicht miteinander verbunden sind, und zwar mit Dichtungsanordnungen, die nachstehend näher beschrieben sind. Die Hochspannungsleiter 2 sind jeweils in einem Gehäuseabschnitt 1 a des Gehäuses 1 angeordnet und mit Verbindern 4 verbunden, die mit Abschirmungen 5 zur Ab­ schirmung der jeweiligen Verbinder 4 versehen sind. Ein elektrisch isolierendes Druckgas 6 ist innerhalb des jeweiligen Gehäuseabschnitts 1 a des unterteilten Metall­ gehäuses 1 eingeschlossen.

Die gasisolierte elektrische Vorrichtung enthält ferner eine Vielzahl von Dichtungsanordnungen, um die unterteilten metallischen Gehäuseabschnitte 1 a miteinander in hermetisch dichter Weise zu verbinden. Jede Dichtungsanordnung weist zwei Flansche 8, die integral mit dem metallischen Gehäuse­ abschnitt 1 a ausgebildet sind, sowie einen Umfangsflansch­ bereich am isolierenden Abstandshalter 3 auf. Die Flansche 8 und der isolierende Abstandshalter 3 haben Durchgangslöcher, die in axialer Richtung ausgebildet sind, und ein Bolzen oder eine Schraube 9 ist durch die jeweiligen Durchgangslöcher hindurchgesteckt, um sie hermetisch dicht mit einer Mutter 9 a zu verbinden, die mit der jeweiligen Schraube 9 in Eingriff steht.

Jeder Flansch ist an derjenigen Seitenfläche, wo der isolierende Abstandshalter 3 mit dem Flansch 8 in Kontakt kommt, mit einer Ringnut 10 versehen, um darin einen O-Ring 11 aufzunehmen. Wenn die Flansche 8 und der zwischen den Flanschen 8 ange­ ordnete, isolierende Abstandshalter 3 mit der Schraube mit­ einander verbunden sind, so ist das jeweilige metallische Gehäuse 1 hermetisch dicht mit dem O-Ring 11 in der jeweiligen Nut 10 abgedichtet, um dadurch das Druckgas im jeweiligen Gehäuseabschnitt 1 a einzuschließen.

Ein derartig aufgebautes herkömmliches Gehäuse 1 bringt jedoch die Probleme mit sich, daß es schwierig ist, die Flansche 8 zu bearbeiten, da sie integral mit dem Gehäuse­ abschnitt 1 a ausgebildet sind. Wenn elektrisch leitende Fremdkörper, wie z. B. Metallpulver und Staub, in dem Gehäuse 1 vorhanden sind, so haften derartige elektrisch leitende Teilchen an dem Verbindungsbereich zwischen den Flanschen 8 und dem isolierenden Abstandshalter 3, was zur Folge hat, daß dadurch die Haltespannungs- oder Spannungsfestigkeits­ eigenschaften schlechter werden.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DD-PS 1 27 989 bekannt, wobei es darum geht, betriebssichere und funktionssichere Hochspannungsgeräte anzugeben, ohne daß zu diesem Zweck ein hoher Aufwand in der Fertigung und Montage hinsichtlich der inneren Sauberkeit betrieben werden muß, wobei dennoch eine gute Spannungsfestigkeit gewährleistet sein soll.

Bei der Anordnung gemäß der DD-PS 1 27 989 wird auf die innere Mantelfläche der Außenelektrode eine beliebig dünne Schicht eines Dielektrikums aufgebracht und ein spezieller Abstandshalter für zumindest eine Innenelektrode mit einer Form verwendet, deren Geometrie wichtig ist. Die Grenzfläche zwischen Abstandshalter und Isoliergas an der Innenelektrode liegt nämlich höher als an der inneren Mantelfläche der Außenelektrode, wobei zugleich ein monotoner Abfall der Konturlinie im Querschnitt des Abstandshalters von der vertikal angeordneten Innenelektrode zu der sie umhüllenden Außenelektrode vorgesehen ist.

Bei der Anordnung gemäß der DD-PS 1 27 989 ist die innere Mantelfläche der Außenelektrode in dem Bereich der geringsten Feldstärke mit der Schicht des Dielektrikums versehen. Dadurch wird nämlich eine Berührung von Verunreinigungs-Partikeln mit der Außenelektrode und damit eine elektrische Aufladung am Potential der Außenelektrode verhindert und gleichzeitig ein Influenzieren der Partikel in der Weise erreicht, daß sowohl eine elektrische Kraft als auch die Schwerkraft der Partikel wirken, also eine resultierende Kraft in Richtung zur Außenelektrode, mit der Folge, daß diese Verunreinigungs- Partikel an der inneren Mantelfläche der Außenelektrode elektrisch haften. Durch die Verwendung von speziellen Beschichtungen in Kombination mit einer bestimmten Geometrie wird dabei in vertikaler Anordnung durch den Einfluß der Schwerkraft die gewünschte Funktionssicherheit erreicht.

Aus der US-PS 38 56 978 sind verschiedene Ausführungsformen von Teilchenfallen bekannt. Zu diesem Zweck werden konzen­ trische Metallringe im Abstand von einem dazwischenliegenden Abstandshalter verwendet, wobei die Zwischenbereiche zwischen dem Abstandshalter und dem jeweiligen konzentrischen Metallring mit speziellen Kunststoff-Beschichtungen versehen sind, um auf diese Weise Verunreinigungs-Partikel festzuhalten. Die JP-DS "Patents Abstracts of Japan", 1979, Vol. 3, No. 159, E-162 beschreibt eine Anordnung, bei der ein Isolator gegen anormale Spannungen geschützt werden soll. Zu diesem Zweck sind dort Befestigungsflansche einer elektrischen Schaltein­ heit über einen Isolator, eine Buchse sowie eine Dichtung mit Schraubbolzen zusammengeklemmt. Ein Isolierrohr und eine isolierende Beilagscheibe stehen mit dem Schraubbolzen in Eingriff, um für eine elektrische Isolierung zu sorgen. Weiterhin sind ein Paar von Schutzelektroden mit demselben Schraubbolzen über Elektrodenträger einander gegenüberliegend angeordnet, wobei ihr Abstand einstellbar ist.

Ausgehend von einer gasisolierten elektrischen Vorrichtung der eingangs genannten Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine derartige Vorrichtung dahingehend zu verbessern, daß sie ohne aufwendige Bearbeitung einfach herstellbar und montierbar ist, einwandfreie Verbindungen von Flanschen und Abstandshaltern gewährleistet sowie auch bei vorhandenen Verunreinigungs-Partikeln eine hohe Spannungsfestigkeit besitzt.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß zwischen dem Flanschende und dem Außenumfang des Abstandshalters ein elektrisch leitender Fangring sandwichartig dicht eingespannt ist, um daß der Fangring von außen nach innen einen Ring­ körper, mit dem der Fangring zwischen dem Abstandshalter und dem Flanschende des Gehäuseabschnitts befestigt ist, und einen radialen Vorsprung reduzierter Dicke aufweist, der von dem Innenumfang des Ringkörpers radial nach innen vorsteht und zusammen mit einem ringförmigen axialen Vorsprung, der vom Innenumfang des radialen Ursprungs in axialer Richtung zum Abstandshalter vorsteht und mit diesem einen Ringspalt bildet, eine ringförmige Aussparung bildet.

In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, daß der Fangring in den beiden Seitenflächen des Ringkörpers jeweils mit einer eingeformten Ringnut versehen ist, in die jeweils ein Dichtungsring eingesetzt ist.

Weiterhin ist es bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor­ teilhaft, wenn die Flanschenden der Gehäuseabschnitte, die Fangringe und die Abstandshalter jeweils fluchtende axiale Durchgangslöcher für Befestigungsschrauben mit Muttern aufweisen. Auf diese Weise läßt sich die Vorrichtung in einfacher und zuverlässiger Weise montieren.

In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vor­ gesehen, daß der Innenumfang des Fangringes einen im wesentlichen abgerundeten Querschnitt aufweist. Dadurch wird in vorteilhafter Weise die Konzentration des elektrischen Feldes geschwächt.

Bei einer speziellen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der Fangring einen Innendurchmesser auf, der im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Gehäuse­ abschnitts ist. Bei einer anderen speziellen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung hat der Fangring einen Innendurchmesser, der kleiner als der Innendurchmesser des Gehäuseabschnitts ist.

Bei einer weiteren speziellen Ausführungsform gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß der isolierende Abstandshalter ein ringförmiges dickes Teil an seinem Außenumfang sowie ein radial anschließendes dünnes Teil aufweist, daß der Fangring zwischen dem dicken Teil des Abstandshalters und dem Flansch­ ende befestigt ist, und daß der axiale Vorsprung des Fang­ ringes sich zu dem dünnen Teil des Abstandshalters erstreckt.

Dabei erweist es sich als zweckmäßig, wenn bei dieser Ausführungsform das dünne Teil mit einer Schulter gegenüber dem dicken Teil des Abstandshalters abgesetzt ist. Dadurch wird zusammen mit der ringförmigen Aussparung im Fangring die Teilchenfalle geringer elektrischer Feldstärke gebildet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von bevor­ zugten Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine herkömmliche gasisolierte elektrische Vorrichtung;

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht zur Erläuterung einer Dichtungsanordnung zur Verbindung von Gehäuseabschnitten zur Verwendung bei der gasisolierten elektrischen Vorrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittansicht einer Dichtungsanordnung zum hermetisch dichten Verbinden von Gehäuseabschnitten gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 eine vergrößerte Schnittansicht zur hermetisch dichten Verbindung von Gehäuse­ abschnitten gemäß einer zweiten Ausführungs­ form der Erfindung; und in

Fig. 5 eine vergrößerte Schnittansicht einer Dichtungsanordnung zur hermetisch dichten Verbindung von Gehäuseabschnitten gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 3 zeigt in einer vergrößerten Schnittansicht eine Dichtungsanordnung 20 zur hermetisch dichten Verbindung von Gehäuseabschnitten 1 a einer gasisolierten elektrischen Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Abgesehen von der Dichtungsanordnung ist diese gasisolierte elektrische Vorrichtung im wesentlichen in gleicher Weise aufgebaut wie die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung.

Gemäß der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform weist die Dichtungsanordnung 20 Flansche 21, die an beiden Enden jedes Abschnitts 1 a des metallischen Gehäuses 1 integral angeformt sind, und ein Paar von ringröhrenförmigen oder torusförmigen metallischen Verschlußringen oder Fangringen 22 auf, die jeweils einen im wesentlichen rechteckigen Quer­ schnitt haben. Der Fangring 22 ist mit einem Ringkörper 22 a versehen, an dem der Fangring 22 zwischen dem Abstands­ halter 23 und dem Ringflansch 21 des jeweiligen Abschnitts 1 a befestigt ist. Ein radialer Vorsprung 22 b reduzierter Dicke ist am Innenumfang des Ringkörpers 22 a ausgebildet und erstreckt sich zur Innenseite des Gehäuses 1 radial nach innen.

Der Fangring 22 ist außerdem mit einem ringförmigen axialen Vorsprung 22 c versehen, der sich von dem Innenumfang des jeweiligen radialen Vorsprunges 22 b in axialer Richtung zu dem Abstandshalter 23 hin erstreckt, so daß ein Ringspalt 22 d zwischen der Spitze des radialen Vorsprunges 22 b und der Seitenwand des Abstandshalters 23 gebildet wird. Die Fangringe 22 sind an beiden Seiten des isolierenden Abstandshalters 23 angeordnet und sandwichartig zwischen den Flanschen 21 vorge­ sehen.

Die Flansche 21, die metallischen Fangringe 22 und der isolierende Abstandshalter 23 sind jeweils mit einem Durch­ gangsloch 24 in axialer Richtung versehen, in welches ein Bolzen bzw. eine Schraube 25 eingesetzt und mit einer aufgeschraubten Mutter 25 a versehen ist, um diese Teile der Dichtungsanordnung 20 miteinander zu verbinden. Jeder metallische Fangring 22 ist an seinen beiden Seiten mit einer Ringnut 26 versehen, in der jeweils ein Dichtungsring, beispielsweise ein O-Ring 27 gehalten ist, um den jeweiligen Abschnitt des unterteilten Gehäuses 1 hermetisch abzudichten, wenn das Gehäuse zusammengebaut ist.

Weiterhin ist der metallische Fangring 22 an seiner einen Seite, die der Seitenfläche des isolierenden Abstandshalters 23 gegenüberliegt, mit einer ringförmigen Aussparung 28 versehen. Der metallische Fangring 22 ist weiterhin an seinem inneren Umfangsende mit einem abgerundeten Teil 29 versehen, das eine vorgegebene Krümmung besitzt, und ein Seitenbereich des abgerundeten Teiles 29 steht zur Seitenfläche des isolierenden Abstandshalters 23 vor, so daß zwischen ihnen ein schmaler Pfad gebildet ist, wenn der metallische Fang­ ring 22 mit dem isolierenden Abstandshalter 23 verbunden ist.

Somit bildet die ringförmige Aussparung 28 einen kleinen Ringraum oder beutelförmigen Raum 31, der eine Öffnung besitzt, die der Innenseite des Gehäuses 1 zugewandt ist, so daß ein Bereich geringer elektrische Feldstärke innerhalb des kleinen Ringraumes 31 gebildet wird. Wenn daher irgend­ welche losen Teilchen, wie z. B. Metallpulver oder Staub in dem dichten Gehäuse 1 vorhanden sind, die beispielsweise während der Montage eindringen können, so werden diese Teilchen aufgrund der Eigenschaften des elektrischen Feldes in dem Ringraum 31 gefangen, und es ist für die Teilchen schwierig, aus diesem Ringraum zu entweichen. Somit kann dieser Bereich mit niedriger elektrischer Feldstärke als Teilchenfalle angesehen werden.

Ein vorteilhafter Effekt der gasisolierten elektrischen Vorrichtung gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß der metallische Fangring 22 separat von den anderen Komponenten der Vorrichtung, wie z. B. den großen Gehäuseabschnitten, hergestellt werden kann, was zu einer leichteren Bearbeitbarkeit und geringen Her­ stellungskosten führt.

Gemäß einer anderen Ausführungsform, die in Fig. 4 dargestellt ist, enthält die Dichtungsanordnung 20 Metallringe 40, die jeweils einen kleineren Innendurchmesser als der jeweilige Flansch 21 aufweisen. Dadurch kann das elektrische Feld des Kontaktbereiches zwischen dem isolierenden Abstands­ halter 23 und den Metallringen 40 weiter reduziert werden, so daß die Haltespannungseigenschaften des Gehäuses 1 weiter verbessert werden können.

Bei einer weiteren Ausführungsform gemäß Fig. 5 enthält die Dichtungsanordnung 20 einen isolierenden Abstandshalter 50, der an seinem Flanschbereich mit angeformten Schultern 51 versehen ist. Ferner weist die Dichtungsanordnung 20 Metall­ ringe 52 auf, die jeweils an ihrer einen Seite des inneren am Umfang abgerundeten Endteiles 53 jeweils mit einem Vor­ sprung 54 versehen sind, der diametral in Richtung der Seitenfläche des dünnen Bereiches des isolierenden Abstands­ halters 50 vorsteht, wie sich im Vergleich zum Metallring 40 in Fig. 4 ergibt, so daß dadurch ein Bereich mit niedrigerem elektrischen Feld als beim Bereich 31 der oben beschriebenen Ausführungsformen gemäß Fig. 3 und 4 gebildet wird.

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, ist gemäß der Erfindung eine Dichtungsanordnung vorgesehen, um das metallische Gehäuse 1 hermetisch dicht zu verschließen, wobei ein Paar von Metallringen vorgesehen ist, die sandwichartig zwischen den Flanschen und in Kontakt mit dem isolierenden Abstandshalter angeordnet sind. Diese Ringe sind jeweils in ihrem seitlichen Bereich, wo der isolierende Abstands­ halter mit den Ringen in Kontakt kommt, wenn die gasisolierte elektrische Vorrichtung zusammengebaut ist, mit einem kleinen Ringraum oder einem taschenförmigen oder beutel­ förmigen Raum versehen, der eine zur Innenseite des Gehäuses gerichtete Öffnung besitzt, derart, daß darin ein Bereich mit niedrigem elektrischen Feld gebildet ist. Auch wenn daher Verunreinigungen oder elektrisch leitende Teilchen, wie z. B. Metallpulver und/oder Staub in dem dichten Metallgehäuse vorhanden sind, werden diese Teilchen oder Verunreinigungen in dem Bereich mit niedrigem elektrischen Feld gefangen, so daß verhindert wird, daß die Haltespannungseigenschaften des Metallgehäuses in irgendeiner Weise beeinträchtigt werden. Weiterhin können derartige Metallringe separat von den anderen Komponenten und Bauteilen der gasisolierten elektrischen Vorrichtung hergestellt und bearbeitet werden, so daß die Bearbeitungsmöglichkeiten verbessert und die Kosten der gasisolierten elektrischen Vorrichtung verringert werden.

Claims (9)

1. Gasisolierte elektrische Vorrichtung, umfassend

• - ein hermetisch dichtes Gehäuse (1) mit einer Vielzahl von elektrisch leitenden Gehäuseabschnitten (1 a), die jeweils ein Flanschende (21) aufweisen, welche mit Befestigungsmittel (25, 25 a) aneinander befestigt sind; und
• - einen Hochspannungsleiter (2), der innerhalb des mit Isoliergas (6) gefüllten Gehäuse (1) mit einem elektrisch isolierenden Abstandshalter (23, 50) elektrisch isoliert gelagert ist, wobei der Abstandshalter (23, 50) hermetisch dicht und sicher an seinem Außenumfang zwischen den Flanschenden (21) der Gehäuseabschnitte (1 a) gehalten ist,

dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Flanschende (21) und dem Außenumfang des Abstandshalters (23, 50) ein elektrisch leitender Fangring (22, 40, 52) sandwichartig dichteingespannt ist,
und daß der Fangring (22, 40, 52) von außen nach innen einen Ringkörper (22 a), mit dem der Fangring (22, 40, 52) zwischen dem Abstandshalter (23, 50) und dem Flanschende (21) des Gehäuseabschnitts (1 a) befestigt ist, einen radialen Vorsprung (22 b) reduzierter Dicke aufweist, der von dem Innenumfang des Ring­ körpers (22 a) radial nach innen vorsteht und zusammen mit einem ringförmigen axialen Vorsprung (22 c), der vom Innenumfang des radialen Vorsprungs (22 b) in axialer Richtung zum Abstands­ halter (23) vorsteht und mit diesem einen Ringspalt (22 d, 31) bildet, eine ringförmige Aussparung (28) bildet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fangring (22, 40, 52) in den beiden Seitenflächen des Ringkörpers (22 a) jeweils mit einer eingeformten Ringut (26) versehen ist, in die jeweils ein Dichtungsring (27) eingesetzt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanschenden (21) der Gehäuseabschnitte (1 a), die Fangringe (22, 40, 52) und die Abstandshalter (23, 50) jeweils fluchtende axiale Durchgangslöcher (24) für Befestigungs­ schrauben (25) mit Muttern (25 a) aufweisen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenumfang des Fangringes (22, 40, 52) einen im wesentlichen abgerundeten Querschnitt (29, 53) aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Fangring (22, 52) einen Innendurchmesser aufweist, der im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Gehäuse­ abschnitts (1 a) ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Fangring (40) einen Innendurchmesser aufweist, der kleiner ist als der Innendurchmesser des Gehäuseab­ schnitts (1 a).

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der isolierende Abstandshalter (50) ein ringförmiges dickes Teil an seinem Außenumfang sowie ein radial an­ schließendes dünnes Teil aufweist,
daß der Fangring (52) zwischen dem dicken Teil des Abstands­ halters (50) und dem Flanschende (21) befestigt ist,
und daß der axiale Vorsprung (54) des Fangringes (52) sich zu dem dünnen Teil des Abstandshalters (50) erstreckt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das dünne Teil mit einer Schulter (51) gegenüber dem dicken Teil des Abstandshalters (50) abgesetzt ist.