Beschichteter Leiter in einem Hochspannungsgerät und Verfahren zur Erhöhung der dielektrischen Festigkeit

Die Erfindung betrifft ein Hochspannungsgerät und ein Verfahren zur Erhöhung der dielektrischen Festigkeit in einem Hochspannungsgerät, wobei das Hochspannungsgerät ein Kapselungsgehäuse und wenigstens eine Durchführung aufweist, für wenigstens einen elektrischen Leiter in das Kapselungsgehäuse hinein und/oder aus dem Kapselungsgehäuse heraus.

Hochspannungsgeräte sind ausgebildet für Spannungen in einem zweistelligen Kilovolt-Bereich bis zu einem Spannungs-Bereich von einigen hundert Kilovolt, insbesondere 1200 kV, und für Ströme im Bereich von bis zu einigen hundert Kilo-Ampere. Hochspannungsgeräte umfassen z. B. Hochspannungsleistungsschalter, Trenner, Transformatoren, Ableiter, Messwandler und/oder Durchführungen. Hochspannungsgeräte, insbesondere Leistungsschalter sind z. B. ausgeführt als Freiluft- und/oder als Gas-Isolierte-Leistungsschalter, d. h. Gas- Insulated-Switchgears , welche als Live-Tank, d. h. auf Hochspannungspotential, mit einer Schalteinheit in einem Isolator angeordnet, oder als Dead-Tank, d. h. mit einer Schalteinheit in einem geerdeten Gehäuse angeordnet, ausgeführt sind.

Dead-Tank Gas-Isolierte-Leistungsschalter weisen ein Kapselungsgehäuse z. B. aus Aluminium auf, welches insbesondere in Form eines zylinderförmigen Kessels ausgeführt ist, und Durchführungen für elektrische Leiter, um Schalteinheiten, welche im Inneren des Kapselungsgehäuses angeordnet sind, mit Stromverbrauchern, Stromerzeugern und/oder Stromleitungen eines Stromnetzes zu verbinden. Die elektrischen Leiter sind im Betrieb, abhängig vom Betriebszustand, stromdurchflossene Leiter, z. B. bei einem geschlossenen Leistungsschalter und angelegter Hochspannung. Das Kapselungsgehäuse, insbesondere in Kesselform ist gasdicht ausgeführt, mit z. B. zwei insbe- sondere kreisrunden Öf fnungen, welche in Form von Flanschen ausgeführt sind, an welchen insbesondere hohl zylinderförmige Isolatorgehäuse gasdicht befestigt sind . In den I solatorgehäusen bzw . I solatoren verlaufen die elektrischen Leiter, ausgehend von äußeren Anschluss fahnen an einem gasdicht verschlossenen Ende der I solatoren, zu den Öf fnungen im Kapselungsgehäuse und hindurch zu z . B . der Schalteinheit , zum elektrischen Anschluss der Schalteinheit an Stromverbraucher, Stromerzeuger und/oder Stromleitungen des Stromnetzes .

Das Kapselungsgehäuse des Hochspannungsgerätes , insbesondere des Leistungsschalters , ist auf einem Träger angeordnet , z . B . auf Stahlstreben, welche insbesondere in einem Betonfundament mechanisch stabil verankert sind . Das Kapselungsgehäuse ist elektrisch geerdet , um Gefahren für Wartungspersonal und/oder Personen in der Umgebung zu minimieren . I solatoren, insbesondere in länglicher Hohl zylinder-Form, sind auf einer Seite des Kapselungsgehäuses angeordnet bzw . befestigt , die der Seite des Trägers gegenüber liegt , und weisen z . B . senkrecht oder gewinkelt vom Kapselungsgehäuse weg, insbesondere nach oben vom Kapselungsgehäuse weg . Dadurch ist ein ausreichender elektrisch isolierender Abstand der Anschlussfahnen vom Erdpotential und/oder Fundament gegeben, um elektrische Überschläge zu unterbinden . Im Inneren sind das Kapselungsgehäuse und die I solatoren mit einem I solier- und/oder Schaltgas befüllt , insbesondere SF ₆ .

Das I soliergas isoliert z . B die Schalteinheit und die elektrischen bzw . stromdurchflossenen Leiter im Inneren des Hochspannungsgerätes gegenüber dem geerdeten Kapselungsgehäuse . Im Bereich der Durchführungen, insbesondere der Übergänge von den kreisrunden Öf fnungen im Kapselungsgehäuse , welche in Form von Flanschen ausgeführt sind, zu den befestigten, insbesondere hohl zylinderförmigen I solatoren, ist eine ausreichende dielektrische Festigkeit zwischen dem geerdeten Kapselungsgehäuse und den elektrischen Leitern, insbesondere auf Hochspanungspotential , zu gewährleisten . Bei kreisrunden Öf f- nungen im Kapselungsgehäuse sind die elektrischen Leiter äquidistant zum Kapselungsgehäuse angeordnet, insbesondere senkrecht die Kreisebene der Öffnungen im Kreismittelpunkt durchstoßend. Die Öffnungen weisen eine Größe bzw. einen Umfang auf, welcher abhängig der maximalen Spannung des Hochspannungsgerätes und des verwendeten Isoliergases sowie dessen Drucks, eine ausreichende dielektrische Festigkeit gewährleistet, um elektrische Überschläge zwischen dem Leiter und dem Kapselungsgehäuse sicher zu verhindern.

Elektrische Felder bzw. Feldspitzen im Bereich der Öffnungen sind durch geerdete Elektroden, insbesondere kreisrunde, hohlzylinderförmige Metallelektroden im Inneren des Isolators angeordnet und am Flansch des Kapselungsgehäuses mechanisch befestigt, ausgehend vom stromdurchflossenen Leiter verändert bzw. verringert, d. h. abgeschirmt. Dadurch sind hohe Spannungen des Hochspannungsgerätes möglich, insbesondere im Bereich von einigen hundert Kilovolt, ohne elektrische Überschläge und/oder Kurzschlüsse zwischen elektrischen Leitern auf Hochspannungspotential im Hochspannungsgerät, insbesondere im Bereich der Durchführungen, und dem geerdeten Kapselungsgehäuse. Hohe Spannungsebenen des Hochspannungsgerätes erfordern für einen dauerhaften, sicheren Betrieb, große Durchmesser der Öffnungen im Kapselungsgehäuse, was mit hohen Kosten für Isolatoren mit großem Umfang verbunden ist, erfordern Schaltgase mit hoher dielektrischer Festigkeit, insbesondere SF ₆ , und/oder hohe Drücke der Schaltgase, was mit hohen Kosten für große Wandstärken der Isolatoren und Kapselungsgehäuse verbunden ist, um eine ausreichende mechanische Stabilität dauerhaft zu gewährleisten.

Schaltgase wie z. B. SF ₆ sind klimaschädlich. Alternative Schaltgase, wie z. B. Clean Air, d. h. gereinigte Luft, weisen eine geringere dielektrische Festigkeit auf. Der Einsatz klimafreundlicher Schaltgase, wie z. B. von Clean Air, erfordert somit größere Öf fnungsdurchmesser der Öffnungen im Kapselungsgehäuse und/oder höhere Drücke des Schaltgases, mit den zuvor beschriebenen Nachteilen . Maßnahmen, wie z . B . der Einsatz geerdeter Steuerelektroden, erhöhen die dielektrische Festigkeit nur in einem Maß , was für bestimmte Spannungsebenen nicht ausreichend ist . Dadurch ist der Einsatz der Hochspannungsleistungsschalter eingeschränkt .

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es , ein Hochspannungsgerät und ein Verfahren zur Erhöhung der dielektrischen Festigkeit in einem Hochspannungsgerät anzugeben, welche die zuvor beschriebenen Probleme lösen . Insbesondere ist es Aufgabe ein Hochspannungsgerät anzugeben, welches kostengünstig und materialsparend hohe Spannungsebenen ermöglicht , insbesondere bei Verwendung alternativer Schaltgase wie z . B . von Clean Air, bei hoher dielektrischer Festigkeit im Bereich von Durchführungen des Hochspannungsgerätes , insbesondere bei Verwendung von Schaltgasen mit geringen Gasdrücken, z . B . im Bereich der Umgebungsluft , und/oder bei Durchmessern der Durchführungen in der Größenordnung von Durchführungen in Hochspannungsgeräten befüllt mit SF ₆ oder kleiner .

Die angegebene Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Hochspannungsgerät mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 und/oder durch ein Verfahren zur Erhöhung der dielektrischen Festigkeit in einem Hochspannungsgerät , insbesondere einem zuvor beschriebenen Hochspannungsgerät , gemäß Patentanspruch 14 gelöst . Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Hochspannungsgerätes und/oder des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erhöhung der dielektrischen Festigkeit in einem Hochspannungsgerät , insbesondere einem zuvor beschriebenen Hochspannungsgerät , sind in den Unteransprüchen angegeben . Dabei sind Gegenstände der Hauptansprüche untereinander und mit Merkmalen von Unteransprüchen, und Merkmale der Unteransprüche untereinander kombinierbar .

Ein erfindungsgemäßes Hochspannungsgerät umfasst ein Kapselungsgehäuse und wenigstens eine Durchführung für wenigstens einen elektrischen Leiter . Der wenigstens eine elektrische Leiter führt in das Kapselungsgehäuse hinein und/oder aus dem Kapselungsgehäuse heraus . Der wenigstens eine elektrische Leiter ist mit einer I solierschicht beschichtet .

Die I solierschicht ermöglicht die Verwendung von Durchführungen mit geringem Durchmesser, insbesondere bei Verwendung von klimafreundlichen Schaltgasen, wie z . B . Clean Air, im Austausch mit klimaschädlichen Schaltgasen, wie z . B . SF ₆ . Das Hochspannungsgerät mit wenigstens einem elektrischen Leiter, welcher mit einer I solierschicht beschichteten ist , ist somit kostengünstig und materialsparend ausgeführt , insbesondere durch die Möglichkeit der Verwendung von Durchführungen mit geringem Durchmesser, insbesondere bei Verwendung von klimafreundlichen Schaltgasen wie z . B . Clean Air, und ermöglicht die Verwendung von Schaltgasen mit geringen Gasdrücken, z . B . im Bereich der Umgebungsluft , was Kapselungsgehäuse und I solatoren mit geringen Wandstärken erlaubt , bei hohen Spannungsebenen, mit hoher dielektrischer Festigkeit im Bereich der Durchführungen des Hochspannungsgerätes .

Bei einem gasisolierten Leistungsschalter zum Beispiel , mit einem elektrischen Leiter in einer Durchführung in bzw . aus dem Kapselungsgehäuse , tritt die höchste Feldstärke an der Oberfläche des elektrischen Leiters auf . Durch die auf den elektrischen Leiter aufgebrachte I solierschicht entsteht ein geschichtetes Dielektrikum, wodurch die Stelle der sonst höchsten Feldstärke an der Oberfläche des elektrischen Leiters abgesenkt und bei einer optimal gewählten I solierschichtdicke , die elektrische Feldstärke im kritischen Bereich näherungsweise vergleichmäßigt wird . Durch die I solierschicht wir zusätzlich die Wahrscheinlichkeit für freie Starkelektronen zur Einleitung eines elektrischen Durchschlages gehemmt . Lokale Feldüberhöhungen durch Oberflächenrauheit werden verringert oder verhindert . Dadurch wird die Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Hochspannungsgerätes erhöht , und Wartungsintervalle können reduziert werden, womit Personal und Kostenaufwand reduziert ist . Der wenigstens eine elektrische Leiter kann entlang seiner Länge vollständig mit einer I solierschicht beschichtet sein . Eine I solierung vollständig entlang der Länge des elektrischen Leiters weist die zuvor beschriebenen Vorteile auf , nicht nur im Bereich der Durchführung, sondern entlang des gesamten Leiters .

Der wenigstens eine elektrische Leiter kann alternativ ausschließlich im Bereich der Durchführung, insbesondere im Bereich einer Öf fnung im Kapselungsgehäuse , mit einer I solierschicht beschichtet sein . Dadurch wird Material und werden Kosten eingespart im Vergleich mit einer vollständigen Beschichtung, und eine gezielte vorteilhafte Beeinflussung des elektrischen Feldes im Bereich der Durchführung ist möglich . Durch Verlagerung von Feldanteilen von der Durchführung weg, können Überschläge im Bereich der Durchführung vermindert bzw . verhindert werden, und die dielektrische Festigkeit insbesondere im Bereich der Durchführung bzw . einer Öf fnung im Kapselungsgehäuse gesteigert werden, wobei der Bereich einen besonders kritischen Bereich bezüglich der Feldstärke und Überschlags- bzw . Kurzschlusswahrscheinlichkeit darstellt .

Die I solierschicht kann eine relative Permittivität im Bereich von 1 , insbesondere größer 1 , aufweisen . Durch die auf den elektrischen Leiter aufgebrachte I solierschicht , dessen relative Permittivität etwas größer als die von Gas ist , also größer als 1 , entsteht ein geschichtetes Dielektrikum, wodurch die Stelle der sonst höchsten Feldstärke an der Oberfläche des insbesondere metallischen Innenleiters abgesenkt und bei einer optimal gewählten I solierschichtdicke die elektrische Feldstärke im kritischen Bereich näherungsweise vergleichmäßigt wird . Durch die Optimierung der dielektrischen Permittivität des I solierschichtmaterials und der Dicke der Schicht kann die Feldstärke so eingestellt werden, dass die elektrische Feldstärke am metallischen Innenleiter, d . h . am elektrischen Leiter, und an der Oberfläche der aufgebrachten I solierschicht identisch sind .

Die I solierschicht kann aus mehr als einer Schicht bestehen, insbesondere mit abnehmender Permittivität von Schicht zu Schicht , insbesondere mit der höchsten Permittivität der Schicht direkt in Verbindung mit dem wenigstens einen elektrischen Leiter . Durch das Aufbringen weiterer I solierschichten mit unterschiedlicher relativer Permittivität , wobei z . B . die Permittivität der inneren Schicht am höchsten ist , und j ede weitere Schicht mit einer niedrigeren bzw . mit abnehmender Permittivität ausgebildet ist , j edoch mit einer Permittivität immer größer als die Permittivität von Gas , kann eine ausgeprägtere Vergleichmäßigung des elektrischen Feldes im Vergleich zu nur einer Schicht erreicht werden, um so die kritischen Bereiche dielektrisch weiter zu entlasten .

Die I solierschicht kann aus Silikon, Teflon, PTFE und/oder PCTFE sein, und/oder kann Silikon, Teflon, PTFE und/oder PCTFE umfassen . Diese Materialien sind kostengünstig, leicht zu verarbeiten, insbesondere als Schicht leicht aufbringbar, mit einer Permittivität größer 1 , elektrisch isolierend und somit gut geeignet als I solierschicht .

Die I solierschicht kann mit einer Schichtdicke im Bereich von Millimetern und/oder im Bereich von Zentimetern ausgebildet sein . Bei mehreren Schichten ist insbesondere eine Schichtdicke im Bereich von Millimetern gut elektrisch isolierend, wobei eine Gesamtschichtdicke im Bereich von Zentimetern liegen kann . Abhängig vom Material sind Schichtdicken ausreichend im Bereich von Millimetern oder Zentimetern, um die gewünschte Wirkung zu erreichen, mit den zuvor beschriebenen Vorteilen .

Die Dicke und die dielektrische Permittivität der I solierschicht kann derart ausgewählt sein, dass die Feldstärke an der Oberfläche des elektrischen Leiters , insbesondere in unbeschichteten Bereichen, und an der äußeren Oberfläche der Isolierschicht gleich groß sind . Dadurch sind Überschläge durch die I solierschicht hindurch und zwischen Leiter und Isolierschicht minimiert bzw . ausgeschlossen .

Das Kapselungsgehäuse kann einen Flansch aufweisen und ein Isolator, insbesondere ein hohlrohrf örmiger und/oder kreis zylinderförmiger I solator insbesondere aus Silikon, Keramik und/oder Kompositwerkstof f en mit insbesondere Rippen am äußeren Umfang, kann an dem Flansch mechanisch stabil befestigt sein, insbesondere mit einer Mittelachse des I solators kongruent einer Längsachse des wenigstens einen elektrischen Leiters . Ein Flansch ermöglicht eine mechanisch stabile , dauerhaft feste , und insbesondere gasdichte Befestigung eines Isolators am Kapselungsgehäuse . Damit ist ein gasdichtes Gehäuse des Hochspannungsgerätes mit Kapselungsgehäuse und I solatoren möglich, welches zumindest teilweise elektrisch abgeschirmte Leiter im Gehäuse aufweist . Die Leiter, Elektroden, und/oder Einrichtungen wie z . B . Schalteinheiten, insbesondere angeordnet im I solator und/oder Kapselungsgehäuse , sind dadurch z . B . gegen Wettereinflüsse geschützt .

Wenigstens eine Elektrode auf Erdpotential kann von der Durchführung umfasst sein, insbesondere räumlich umfasst sein . Dadurch ist eine weitere Abschirmung von elektrischen Feldern im Bereich der Öf fnungen im Kapselungsgehäuse gegeben, insbesondere eine gute Abschirmung der Öf fnungen gegenüber dem elektrischen bzw . stromdurchflossenen Leiter . Die Kombination einer Elektrode auf Erdpotential mit einer I solierschicht auf dem elektrischen Leiter ergibt eine hohe dielektrische Festigkeit im Bereich der Durchführungen und/oder im Bereich der Öf fnungen im Kapselungsgehäuse , mit den zuvor beschriebenen Vorteilen . Die Kombination erhöht die dielektrische Festigkeit insbesondere im Bereich der Durchführung zusätzlich zu einer Verwendung von nur einer oder mehrerer Isolierschichten . Die Anordnung der wenigstens einen Elektrode auf Erdpotential um den elektrischen Leiter herum, beab- standet zum elektrischen Leiter, welcher mit wenigstens einer Isolierschicht versehen ist , ermöglicht eine geerdete Anordnung bzw . Befestigung der Elektrode auf Erdpotential am Kapselungsgehäuse bzw . am Flansch des Kapselungsgehäuses um die Öf fnungen herum, mit hoher Schirmwirkung . Die wenigstens eine Elektrode auf Erdpotential kann aus einem Metall , insbesondere Kupfer, Aluminium, und/oder Stahl aufgebaut sein bzw . bestehen, und/oder aus einer metallischen Legierung . Metalle ergeben gute elektrische Schirmwirkungen, sind kostengünstig und leicht in beliebiger Form herstellbar bzw . leicht bearbeitbar .

Der I solator kann mit einer Mittelachse kongruent bzw . identisch einer Mittelachse wenigstens einer Elektrode auf Erdpotential und/oder der Längsachse des wenigstens einen stromdurchflossenen bzw . elektrischen Leiters angeordnet sein .

Dies ergibt eine platzsparende , kostengünstige Anordnung, mit guter Abschirmwirkung der Elektrode .

Wenigstens eine Schalteinheit eines Hochspannungsleistungsschalters kann umfasst sein, insbesondere im Kapselungsgehäuse angeordnet und/oder über den wenigstens einen elektrischen Leiter mit Stromverbrauchern, Stromerzeugern und/oder Leitungen eines Stromnetzes verbunden . Schalteinheiten von Hochspannungsleistungsschaltern werden in Kapselungsgehäusen der zuvor beschrieben Art verbaut , mit wenigstens einer Durchführung für wenigstens einen stromdurchflossenen bzw . elektrischen Leiter, womit die zuvor beschriebenen Vorteile insbesondere für die Hochspannungsleistungsschalter als Hochspannungsgeräte verbunden sind .

Der wenigstens eine elektrische Leiter kann aus einem Metall , insbesondere Kupfer, Aluminium, und/oder Stahl bestehen, und/oder aus einer metallischen Legierung . Der wenigstens eine elektrische Leiter kann die Form eines insbesondere kreiszylinderförmigen Balkens und/oder einer Stange aufweisen . Metalle , wie z . B . Kupfer, Aluminium, und/oder Stahl , sind gute elektrische Leiter und weisen geringe elektrische Verluste auch bei hohen Stromstärken, insbesondere im Bereich von bis zu einigen hundert Ampere , in einem Hochspannungsgerät auf . Damit ist eine gute elektrische Anbindung von elektrischen Einheiten des Hochspannungsgerätes , z . B . von Schalteinheiten, an äußere Stromverbraucher, Stromerzeuger und/oder Stromleitungen im Stromnetz , mit geringen elektrischen Verlusten im Betrieb des Hochspannungsgerätes möglich . Die abgerundete Form von elektrischen Leitern, insbesondere als kreis zylinderförmige Balken und/oder als Stangen ausgebildet , insbesondere mit einem Durchmesser im Bereich von Zentimetern, verhindert Spannungsüberhöhungen an Kanten und ergibt elektrische Feldverteilungen um den elektrischen Leiter im stromdurchflossenen Zustand, welche elektrische Überschläge im Bereich der Durchführungen minimieren bzw . verhindern .

Das Hochspannungsgerät , insbesondere das Kapselungsgehäuse und/oder die Durchführung, können mit Clean Air befüllt sein . Clean Air ist kostengünstig und umweltfreundlich, insbesondere Klimaneutral . Eine geringere dielektrische Festigkeit von Clean Air gegenüber herkömmlichen I soliergasen wie z . B . SF ₆ , kann durch die Verwendung einer I solierschicht auf dem elektrischen Leiter insbesondere im Bereich von Öf fnungen im Kapselungsgehäuse mit hindurchgeführten stromdurchflossenen bzw . elektrischen Leitern, ausgeglichen werden . Dadurch ist eine Verwendung von gleichen Kapselungsgehäusen für unterschiedliche I soliergase möglich, was einen einfachen Austausch in bestehenden Hochspannungsgeräten ermöglicht , bei Verwendung von I solierschichten auf den elektrischen Leitern insbesondere im Bereich der Durchführungen, mit klimafreundlichen Wirkungen, und kostengünstig hohe Stückzahlen bei neuen Anlagen ermöglicht , insbesondere bei Verwendung klimafreundlicher I soliergase . Kapselungsgehäuse und I solatoren mit kleinen Abmessungen können verwendet werden, was Material und Kosten spart , mit den zuvor beschriebenen Vorteilen .

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erhöhung der dielektrischen Festigkeit in einem Hochspannungsgerät , insbesondere in einem zuvor beschriebenen Hochspannungsgerät , umfasst , dass wenigstens ein elektrischer Leiter mit einer I solierschicht beschichtet wird, insbesondere in einem Bereich einer Durchführung für den wenigstens einen elektrischen Leiter in ein Kapselungsgehäuse des Hochspannungsgeräts hineinführend und/oder aus dem Kapselungsgehäuse heraus führend .

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erhöhung der dielektrischen Festigkeit in einem Hochspannungsgerät , insbesondere in einem zuvor beschriebenen Hochspannungsgerät , gemäß Anspruch 14 sind analog den zuvor beschriebenen Vorteilen des erfindungsgemäßen Hochspannungsgerätes gemäß Anspruch 1 und umgekehrt .

Im Folgenden wird ein Aus führungsbeispiel der Erfindung schematisch in den Figuren dargestellt und nachfolgend näher beschrieben .

Dabei zeigen die

Figur 1 schematisch einen elektrischen Leiter 4 mit einer Isolierschicht 5 beschichtet , und die

Figur 2 schematisch in Schnittansicht einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Hochspannungsgerätes 1 , mit einer Öf fnung in einem Kapselungsgehäuse 2 , und mit einer Durchführung 3 für einen stromdurchflossenen Leiter 4 durch die Öf fnung, wobei der elektrische Leiter 4 mit einer I solierschicht 5 beschichtet ist .

In Figur 1 ist eine elektrischer Leiter 4 dargestellt , welcher in einem erfindungsgemäßen Hochspannungsgerät als stromdurchflossener Leiter zum elektrischen Anschluss von Stromverbrauchern, Stromerzeugern und/oder Stromleitungen in einem Stromnetz verwendet wird . Der elektrische Leiter 4 ist in Form einer kreis zylinderförmigen Stange bzw . eines kreis zy- linderf örmigen Rohres ausgebildet, mit einer Mantelfläche, welche teilweise mit einer Isolierschicht 5 beschichtet ist. Der elektrische Leiter 4 ist z. B. aus und/oder umfasst Kupfer, Aluminium und/oder Stahl. Der Durchmesser ist z. B. im Bereich von 1 bis 10 Zentimetern und die Länge ist z. B. im Bereich von 1 bis 10 Metern.

Die Isolierschicht 5 ist aus und/oder umfasst z. B. Silikon, Teflon, PTFE und/oder PCTFE. Die Schichtdicke ist z. B. im Bereich von einigen Millimetern bis hin zu Zentimetern, insbesondere 1 Zentimeter. Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist der elektrische Leiter 4 nur teilweise mit der Isolierschicht 5 beschichtet, z. B. nur zur Hälfte seiner Länge. Dabei hängt die Beschichtungsdicke und Beschichtungslänge z. B. von der Form und Größe der Durchführung, den maximalen Stromstärken- und/oder Spannungen des Hochspannungsgerätes, der Materialwahl des Leiters 4 und der Materialwahl der Isolierschicht 5, und/oder der Form, Dicke und Länge des Leiters 4 ab. Eine Optimierung der Materialwahl, Dicke und Länge der Beschichtung des Leiters 4 mit einem elektrisch isolierenden Material erfolgt insbesondere derart, dass die Feldverteilung entlang des Leiters 4 im Bereich z. B einer Durchführung eines erfindungsgemäßen Hochspannungsgerätes vereinheitlicht wird .

In Figur 2 ist schematisch in Schnittansicht ein Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Hochspannungsgerät 1 gezeigt, mit einer Öffnung in einem Kapselungsgehäuse 2 des Hochspannungsgerätes 1. Die Öffnung umfasst einen Flansch 9, welcher ring- bzw. krempenförmig ausgebildet ist. Im Flansch 9 sind Bohrungen für Befestigungsmittel, z. B. Schrauben ausgebildet. Ein hohlrohrf örmiger Isolator 10 ist senkrecht auf dem Flansch 9 stehend angeordnet, und über die Befestigungsmittel, insbesondere Schrauben, mechanisch stabil am Flansch 9 befestigt. Das Kapselungsgehäuse 2 mit Flansch 9 ist z. B. aus einem Metall, insbesondere Aluminium ausgebildet. Der Isolator 10 ist z. B. aus Keramik, Silikon und/oder Kompositwerkstof f en . Am äußeren Umfang des Isolators 10 sind insbesondere krempenförmige Rippen zur Verlängerung von Kriechstromwegen ausgebildet .

Der hohlrohrf örmige Isolator 10, mit kreisrundem Querschnitt, weist eine Längsachse 6 auf, welche senkrecht auf der Öff- nungsebene der kreisrunden Öffnung steht, und die Öffnung im Kapselungsgehäuse 2 im Kreismittelpunkt schneidet bzw. durchstößt. Im Kapselungsgehäuse 2 ist z. B. eine Schalteinheit eines Hochspannungsleistungsschalters, umfasst vom erfindungsgemäßen Hochspannungsgerät 1, angeordnet und über Leiter 4 mit Stromverbrauchern, Stromerzeugern und/oder Stromleitungen eines Stromnetzes außerhalb des Kapselungsgehäuses 2 elektrisch verbunden. Ein elektrischer Leiter 4, der im Betrieb des Hochspannungsgerätes 1 bzw. im geschlossenen Zustand der Schalteinheit ein stromdurchflossener Leiter 4 ist, ist wie in Figur 1 im Detail dargestellt insbesondere Stangen- bzw. balkenförmig ausgebildet, mit einer Längsachse konkludent bzw. identisch der Längsachse 6 des Isolators.

Bei Stromfluss durch den elektrischen Leiter 4 besteht um den Leiter 4 ein elektrisches und magnetisches Feld. Der Leiter 4 ist auf Hochspannungspotential, insbesondere bis zu 1200 kV, und das Kapselungsgehäuse 2 ist geerdet, d. h. auf Erdpotential. Die Potentialdiff erenz zwischen geerdeten Kapselungsgehäuse 2 und stromdurchflossenen Leiter 4 kann zu Spannungsüberschlägen und/oder Kurzschlüssen führen. Um dies zu verhindern, weist die Öffnung im Kapselungsgehäuse 2 einen ausreichenden Radius aus, welcher einen minimalen Abstand zwischen Leiter 4 und Kapselungsgehäuse 4 gewährleistet, der ausreichend groß ist, um Spannungsüberschläge zu verhindern. Der notwendige minimale Abstand ist abhängig vom Isoliergas, mit dem das Kapselungsgehäuse 4 und der Isolator 10 befüllt sind, z. B. Clean Air, und vom Druck des Isoliergases, z. B. 1 bar. Weitere Maßnahmen können Verringerungen des minimalen Abstands ermöglichen. Eine Möglichkeit zur Verringerung des minimalen Abstands, bei ausreichender dielektrischer Festigkeit im Bereich der Öffnung im Kapselungsgehäuse 4, ist die Verwendung einer Elektrode 7 auf Erdpotential, wie in der Figur 2 dargestellt ist. Die Elektrode 7 ist aus einem Metall, insbesondere Aluminium, Kupfer und/oder Stahl, hohlzylinder- bzw. hohlrohrf örmig ausgebildet, mit kreisrundem Querschnitt. Die hohlrohrf örmige Elektrode 7, mit kreisrundem Querschnitt, weist eine Längs- bzw. Mittelachse 6 auf, welche senkrecht auf der Öffnungsebe- ne der kreisrunden Öffnung steht und die Öffnung im Kapselungsgehäuse 2 im Kreismittelpunkt schneidet bzw. durchstößt. Die Längs- bzw. Mittelachse der Elektrode 7 auf Erdpotential ist konkludent bzw. identisch der Längsachse 6 des Isolators 10. Die Elektrode 7 ist mit Befestigungsmitteln, z. B. Schrauben, am Flansch 9 des Kapselungsgehäuses 2 mechanisch stabil und elektrisch leitend befestigt, und ragt in den Isolator 10 bzw. in dessen Hohlraum im Inneren hinein. Die Elektrode 7 verändert das elektrische Feld zwischen Kapselungsgehäuse 2 und stromdurchflossenen Leiter 4 derart, dass Spannungsüberhöhungen an der Öffnung des Kapselungsgehäuses 2 bzw. des Flansches 9 durch die Elektrode 7 abgeschirmt werden bzw. in das Innere des Isolators 10 verlagert werden.

Erfindungsgemäß ist eine weitere Abschirmung des elektrischen Feldes bzw. Änderung des Feldes zwischen Kapselungsgehäuse 2 und elektrischen bzw. stromdurchflossenen Leiter 4, durch Verwendung einer Isolierschicht 5 auf dem elektrischen Leiter 4 möglich. Die Isolierschicht 5 verändert das elektrische Feld entlang des elektrischen Leiters 4 derart, dass es vereinheitlicht wird und weiter in das Innere des Isolators 10 und in das Kapselungsgehäuse 2 verlagert wird. Die Wahrscheinlichkeit für freie Starkelektronen zur Einleitung eines elektrischen Durchschlages zwischen elektrischen Leiter 4 und Kapselungsgehäuse 2 wird gehemmt. Lokale Feldüberhöhungen durch eine Oberflächenrauheit auf der Oberfläche des elektrischen Leiters 4 werden verringert oder verhindert. Dadurch werden Spannungsüberschläge und/oder Kurzschlüsse zwischen dem Kapselungsgehäuse 2 und dem stromdurchflossenen Leiter 4 verhindert, auch bei verringerter Größe der Öffnung im Kapselungsgehäuse 2 bzw. des Flansches 9, geringen Isoliergasdrücken, bei Verwendung alternativer Isoliergase wie z. B. Clean Air, und/oder erhöhten Spannungsebenen im Betrieb des Hochspannungsgerätes 1.

Damit sind Materialeinsparungen und geringere Kosten für Materialien bei geringeren Größen und Wandstärken von Kapselungsgehäusen 2 und Isolatoren 10 verbunden, geringeres Gewicht, bei erhöhter dielektrischer Festigkeit im Bereich der Durchführung 3 des stromdurchflossenen Leiters 4 durch die Öffnung im Kapselungsgehäuse 2, und es wird der Einsatz alternativer Schaltgase, wie z. B. von Clean Air, bei geringen Drücken, z. B. 1 bar, möglich. Die Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Hochspannungsgerätes 1 wird erhöht und Wartungsaufwand verringert.

Die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele können untereinander kombiniert werden und/oder können mit dem Stand der Technik kombiniert werden. So können z. B. Hochspannungsgeräte 1 Hochspannungsleistungsschalter, Trenner, Transformatoren, Ableiter, Messwandler und/oder Durchführungen umfassen. Hochspannungsgeräte 1, insbesondere Leistungsschalter sind z. B. als Gas-Isolierte-Leistungsschalter ausgeführt, d. h. Gas- Insulated-Switchgears . Das Grundprinzip, mit einer Isolierschicht auf einem Leiter in einer Durchführung des Leiters durch Öffnungen auf Erdpotential, ist auch in Freiluft- Leistungsschaltern bzw. Freiluft-Hochspannungsgeräten einsetzbar. Die Erfindung ist in Dead-Tank Anlagen einsetzbar, d. h. mit einer Schalteinheit in einem geerdeten Gehäuse angeordnet. Grundprinzipien sind aber ebenfalls in Live-Tank Anlagen einsetzbar, d. h. mit einer Schalteinheit auf Hochspannungspotential in einem Isolator angeordnet. Der elektrische Leiter 4 ist z. B. kreiszylinderförmig ausgebildet. Weitere Formen, z. B. mit elliptischem Querschnitt und/oder als Kegelstumpf ausgebildet, sind ebenfalls möglich. Das Kapselungsgehäuse 2 des Hochspannungsgerätes 1 ist z. B. kesselförmig ausgebildet, und über die Isolatoren 10 gasdicht abgeschlossen. Kessel sind z. B. kugel- oder zylinderförmig ausgebildet, weitere Formen sind ebenfalls möglich. Verbindungen zwischen Elementen des Hochspannungsgerätes erfolgen z. B. mechanisch stabil über Befestigungsmittel, insbesondere Schrauben, und wenigstens einen Flansch. Weitere bzw. alternative Verbindungstechniken, insbesondere Kleb-, Schweiß- und/oder Löt-Verbindungen, sind ebenfalls anwendbar. Die Verwendung von Dichtungen zur gasdichten Verbindung von Elementen, insbesondere Kupferdichtungen, ist möglich. Elektrodenenden, insbesondere der Elektrode 7 auf Erdpotential, sind z. B. abgerundet, um Feldüberhöhungen zu vermeiden. Weitere Formen der Elektrodenenden, z. B. gerade auslaufend, abgewinkelt, abgerundet mit unterschiedlichen Rundungsradien, sind möglich .

Die Isolierschicht 5 auf dem elektrischen Leiter 4 ist z. B. als eine Schicht oder als Schichtstapel aus mehreren Schichten ausgebildet. Dabei können die Schichten unterschiedliche Permittivität aufweisen, insbesondere abnehmende Permittivi- tät von Schicht zu Schicht, z. B. mit der höchsten Permittivität der Schicht direkt in Verbindung mit dem wenigstens einen elektrischen Leiter 4. Durch das Aufbringen weiterer Isolierschichten mit unterschiedlicher relativer Permittivität, wobei z. B. die Permittivität der inneren Schicht am höchsten ist, und jede weitere Schicht mit einer niedrigeren bzw. mit abnehmender Permittivität ausgebildet ist, jedoch mit einer Permittivität immer größer als die Permittivität von Gas, d. h. größer 1, kann eine ausgeprägtere Vergleichmäßigung des elektrischen Feldes im Vergleich zu nur einer Schicht erreicht werden, um so die kritischen Bereiche dielektrisch weiter zu entlasten. Be zugs Zeichen :

1 Hochspannungsgerät

2 Kapselungsgehäuse 3 Durchführung

4 stromdurchflossener Leiter

5 I solierschicht

6 Längs- bzw . Mittelachse

7 Elektrode auf Erdpotential 8 Kontaktmittel

9 Flansch

10 I solator