Hochspannungsgerät und Verfahren zur Erhöhung der dielektrischen Festigkeit in dem Hochspannungsgerät

Die Erfindung betri f ft ein Hochspannungsgerät und ein Verfahren zur Erhöhung der dielektrischen Festigkeit in dem Hochspannungsgerät , wobei das Hochspannungsgerät ein Kapselungsgehäuse und wenigstens eine Durchführung aufweist , für wenigstens einen stromdurchflossenen 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, Trans formatoren, Ableiter, Messwandler und/oder Durchführungen . Hochspannungsgeräte , insbesondere Leistungsschalter sind z . B . ausgeführt als Freiluft- und/oder als Gas- I solierte-Leistungsschalter, d . h . Gas- Insulated-Switchgears , welche als Live-Tank, d . h . auf Hochspannungspotential , mit einer Schalteinheit in einem I solator angeordnet , oder als Dead-Tank, d . h . mit einer Schalteinheit in einem geerdeten Gehäuse angeordnet , ausgeführt sind .

Dead-Tank Gas- I solierte-Leistungsschalter weisen ein Kapselungsgehäuse z . B . aus Aluminium auf , welches insbesondere in Form eines zylinderförmigen Kessels ausgeführt ist , und Durchführungen für stromdurchflossene Leiter, um Schalteinheiten, welche im Inneren des Kapselungsgehäuses angeordnet sind, mit Stromverbrauchern, Stromerzeugern und/oder Stromleitungen eines Stromnetzes zu verbinden . Das Kapselungsgehäuse insbesondere in Kessel form ist gasdicht ausgeführt , mit z . B . zwei insbesondere kreisrunden Öf fnungen, welche in Form von Flanschen ausgeführt sind, an welchen insbesondere hohlzylinderförmige I solatorgehäuse gasdicht befestigt sind . In den I solatorgehäusen bzw . I solatoren verlaufen die stromdurchflossenen 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 Anschluss fahnen 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 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 hohlzylinderförmigen I solatoren, ist eine ausreichende dielektrische Festigkeit zwischen dem geerdeten Kapselungsgehäuse und den stromdurchflossenen Leitern, insbesondere auf Hochspanungspotential , zu gewährleisten . Bei kreisrunden Öf fnungen im Kapselungsgehäuse sind die elektrischen bzw . stromdurchflossenen Leiter äquidistant zum Kapselungsgehäuse ange- ordnet, 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 bzw. stromdurchflossenen 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, und/oder von I solierlacken auf Leitern und/oder Flanschen des Kapselungsgehäuses , 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 13 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 stromdurchflossenen bzw . elektrischen Leiter . Im Weiteren wird für elektrische Leiter das Synonym stromdurchflossene Leiter verwendet , um die Wirkung der Erfindung insbesondere bei Stromfluss im Leiter zu beschreiben . Der wenigstens eine Leiter führt in das Kapselungsgehäuse hinein und/oder aus dem Kapselungsgehäuse heraus . Wenigstens eine Elektrode auf freiem Potential ist von der Durchführung umfasst .

Die wenigstens eine Elektrode auf freiem Potential 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 einer Elektrode auf freiem Potential ist somit kostengünstig und materialsparend, 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 .

Wenigstens eine Schalteinheit eines Hochspannungsleistungsschalters kann vom Hochspannungsgerät umfasst sein, insbesondere im Kapselungsgehäuse angeordnet und/oder über den wenigstens einen stromdurchflossenen 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 Hochspan- nungsleistungsschalter als Hochspannungsgeräte verbunden sind .

Die wenigstens eine Elektrode auf freiem Potential kann zylinderförmig ausgebildet sein . Eine zylinderförmige Elektrode , insbesondere mit kreisrundem Querschnitt , ist einfach und kostengünstig, und kann um den stromdurchflossenen bzw . elektrischen Leiter äquidistant angeordnet werden .

Die wenigstens eine Elektrode auf freiem Potential kann mit einer Mittelachse kongruent bzw . identisch einer Längsachse des wenigstens einen stromdurchflossenen Leiters angeordnet sein . Damit ist eine optimale Abschirmung von elektrischen Feldern der Durchführung gegeben, insbesondere im Bereich der Öf fnungen im Kapselungsgehäuse .

Wenigstens eine Elektrode auf Erdpotential kann von der Durchführung umfasst sein, insbesondere räumlich umfasst sein . Die wenigstens eine Elektrode auf Erdpotential kann be- abstandet zu der wenigstens einen Elektrode auf freiem Potential angeordnet sein . Die wenigstens eine Elektrode auf Erdpotential kann die wenigstens eine Elektrode auf freiem Potential zumindest teilweise räumlich umschließen . 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 stromdurchflossenen Leiter . Die Kombination einer Elektrode auf Erdpotential mit einer Elektrode auf freiem Potential 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 Abschirmung zusätzlich zu einer Verwendung von nur einer Elektrode bzw . eines Elektroden-Typs . Die Anordnung der wenigstens einen Elektrode auf Erdpotential um die wenigstens eine Elektrode auf freiem Potential herum, ermöglicht eine geerdete Anordnung bzw . Befestigung der Elektrode auf Erdpo- tential am Kapselungsgehäuse bzw . am Flansch des Kapselungsgehäuses um die Öf fnungen herum .

Die wenigstens eine Elektrode auf freiem Potential kann mit einer Mittelachse kongruent bzw . identisch der Mittelachse der wenigstens einen Elektrode auf Erdpotential angeordnet sein . Die wenigstens eine Elektrode auf freiem Potential kann entlang der Mittelachse länger als die wenigstens eine Elektrode auf Erdpotential ausgebildet sein . Dadurch ist eine optimale Abschirmung der Öf fnungen im Kapselungsgehäuse gegenüber den elektrischen bzw . stromdurchflossenen Leitern gegeben, mit den zuvor beschriebenen Vorteilen .

Die wenigstens eine Elektrode auf freiem Potential kann durch einen elektrisch isolierenden Abstandshalter, insbesondere aus Keramik, Kunststof f , Silikon, PTFE , Teflon, Epoxidharz und/oder einem Kompositwerkstof f , insbesondere äquidistant zu dem wenigstens einen stromdurchflossenen Leiter insbesondere am Kapselungsgehäuse gehaltert sein . Der elektrisch isolierende Abstandshalter sorgt dafür, dass die wenigstens eine Elektrode auf freiem Potential nicht geerdet wird und auf freiem Potential ist , und somit eine optimale Abschirmung ergibt , insbesondere bei äquidistanter Anordnung zu dem wenigstens einen stromdurchflossenen Leiter . Materialien wie z . B . Keramik, Kunststof f , Silikon, PTFE , Teflon, Epoxidharz und/oder einem Kompositwerkstof f weisen eine gute elektrisch isolierende Wirkung auf und sind kostengünstig, mechanisch stabil , und ermöglichen eine mechanisch dauerhaft stabile Halterung der wenigstens einen Elektrode auf freiem Potential insbesondere am Kapselungsgehäuse äquidistant zu dem wenigstens einen stromdurchflossenen Leiter .

Das Kapselungsgehäuse kann einen Flansch aufweisen und ein Isolator, insbesondere ein hohlrohrf örmiger und/oder kreis zylinderförmiger I solator mit insbesondere Rippen am äußeren Umfang, kann an dem Flansch mechanisch stabil befestigt sein . Ein Flansch ermöglicht eine mechanisch stabile , dauerhaft feste , und insbesondere gasdichte Befestigung eines I solators 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 Elektroden, insbesondere angeordnet im I solator und/oder Kapselungsgehäuse sind z . B . gegen Wettereinflüsse geschützt .

Der I solator kann mit einer Mittelachse kongruent bzw . identisch der Mittelachse der wenigstens einen Elektrode auf freiem Potential und/oder der Längsachse des wenigstens einen stromdurchflossenen Leiters angeordnet sein . Dies ergibt eine platzsparende , kostengünstige Anordnung, mit guter Abschirmwirkung der Elektrode .

Die wenigstens eine Elektrode auf freiem Potential kann in das Kapselungsgehäuse ragen und/oder in den I solator ragen . Eine Führung der Elektrode auf freiem Potential in das Kapselungsgehäuse hinein und in den I solator hinein, durch die Öf fnung hindurch, ergibt eine hohe Abschirmwirkung der Öf fnung im Kapselungsgehäuse durch die Elektrode auf freiem Potential , mit den zuvor beschriebenen Vorteilen .

Die wenigstens eine Elektrode auf freiem Potential 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 .

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 der wenigstens einen Elektrode auf freiem Potential 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 Einbau von Elektroden auf freiem Potential , 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 eine Elektrode auf freiem Potential , umfasst von wenigstens einer Durchführung für wenigstens einen stromdurchflossenen Leiter in ein Kapselungsgehäuse des Hochspannungsgeräts hineinführend und/oder aus dem Kapselungsgehäuse heraus führend, die dielektrische Festigkeit erhöht gegenüber einer Durchführung ohne Elektrode auf freiem Potential .

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erhöhung der dielektrischen Festigkeit in einem Hochspannungsgerät , insbesondere in einem zuvor beschriebenen Hochspannungsgerät , gemäß Anspruch 13 sind analog den zuvor beschriebenen Vorteilen des erfindungsgemäßen Hochspannungsgerätes gemäß Anspruch 1 und umgekehrt .

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

Dabei zeigt die

Figur schematisch in Schnittansicht einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Hochspannungsgerätes 1 , mit einer Öffnung in einem Kapselungsgehäuse 2, und mit einer Durchführung 3 für einen stromdurchflossenen Leiter 4 durch die Öffnung, wobei eine Elektrode 5 auf freiem Potential von der Durchführung 3 umfasst ist .

In Figur 1 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 9 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, welcher im Weiteren allgemein für alle Schalterstellungen bzw. Zustände von Hochspannungseinrichtungen als stromdurchflossener Leiter 4 bezeichnet wird, um seine Wirkung gegen- über der Öffnung und von Elektroden auszudrücken, ist insbesondere stangen- bzw. balkenförmig ausgebildet, mit einer Längsachse konkludent bzw. identisch der Längsachse 6 des Isolators. Der stromdurchflossene Leiter 4 ist z. B. aus Kupfer, Aluminium und/oder leitfähigem Stahl.

Bei Stromfluss durch den stromdurchflossenen 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, wie z. B. ein Isolierlack auf dem Leiter 4 und/oder dem Inneren des Kapselungsgehäuses 4 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 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 I solator 10 hinein . Die Elektrode 7 verändert das elektrische Feld zwischen Kapselungsgehäuse 2 und stromdurchflossenen Leiter 4 derart , dass Spannungsüberhöhungen an der Öf fnung des Kapselungsgehäuses 2 bzw . des Flansches 9 durch die Elektrode 7 abgeschirmt werden bzw . in das Innere des I solators 10 verlagert werden .

Erfindungsgemäß ist eine weitere Abschirmung des elektrischen Feldes bzw . Änderung des Feldes zwischen Kapselungsgehäuse 2 und stromdurchflossenen Leiter 4 , durch Verwendung einer Elektrode 5 auf freiem Potential möglich . Die Elektrode 5 ist aus einem Metall , insbesondere Aluminium, Kupfer und/oder Stahl , hohl zylinder- bzw . hohlrohrf örmig ausgebildet , mit kreisrundem Querschnitt . Der Querschnitt ist kleiner als der Querschnitt der Elektrode 7 . Die hohlrohrf örmige Elektrode 5 , mit kreisrundem Querschnitt , weist eine Längs- bzw . Mittelachse 6 auf , welche senkrecht auf der Öf fnungsebene der kreisrunden Öf fnung steht und die Öf fnung im Kapselungsgehäuse 2 im Kreismittelpunkt schneidet bzw . durchstößt . Die Längs- bzw . Mittelachse der Elektrode 5 auf freiem Potential ist konkludent bzw . identisch der Längsachse 6 des I solators 10 und der Mittelachse der Elektrode 7 auf Erdpotential .

Die Elektrode 5 ist über einen Abstandshalter 8 am Flansch 9 des Kapselungsgehäuses 2 mechanisch stabil und elektrisch isoliert befestigt , und ragt sowohl in den I solator 10 hinein als auch in das Kapselungsgehäuse 2 hinein . Die Elektrode 5 ragt weiter in den I solator 10 hinein als die Elektrode 7 , und schirmt die Elektrode 7 auf Erdpotential gegenüber dem stromdurchflossenen Leiter 4 ab . Der Abstandshalter 8 ist aus einem elektrisch isolierenden Material , insbesondere aus Keramik, Kunststof f , Silikon, PTFE , Teflon, Epoxidharz und/oder einem Kompositwerkstof f . Der Abstandshalter fixiert die Elektrode 5 auf freiem Potential insbesondere äquidistant zum stromdurchflossenen Leiter 4 und zum Kapselungsgehäuse 2, d. h. zum Flansch 9.

Die Elektrode 5 auf freiem Potential verändert das elektrische Feld zwischen Kapselungsgehäuse 2 und stromdurchflossenen Leiter 4 derart, dass Spannungsüberhöhungen an der Öffnung des Kapselungsgehäuses 2 bzw. des Flansches 9 sowie an der Elektrode 7 auf Erdpotential durch die Elektrode 5 auf freiem Potential abgeschirmt werden bzw. abgeschwächt weiter in das Innere des Isolators 10 und in das Kapselungsgehäuse 2 verlagert werden. 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, insbesondere Leistungsschalter sind z.

B. als Gas-Isolierte-Leistungsschalter ausgeführt, d. h. Gas- Insulated-Switchgears . Das Grundprinzip, mit einer Elektrode auf freiem Potential in einer Durchführung von Leitern 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. Die Elektrode 5 auf freiem Potential ist z. B. hohlzylinderförmig ausgebildet. Weitere Formen, z. B. mit elliptischem Querschnitt und/oder als Kegelstumpf ausgebildet, sind ebenfalls möglich.

Das Kapselungsgehäuse 2 des Hochspannungsgerätes 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. Der Abstandshalter ist z. B. scheibenförmig aus einem Teil. Alternativ sind mehrteilige Abstandshalter mit gleichen oder unterschiedlichen Teil-Formen verwendbar. Elektrodenenden sind z. B. abgerundet, um Feldüberhöhungen zu vermeiden. Weitere Formen der Elektrodenenden, z. B. gerade auslaufend, abgewinkelt, abgerundet mit unterschiedlichen Rundungsradien, sind möglich .

Be zugs Zeichen :

1 Hochspannungsgerät

2 Kapselungsgehäuse

3 Durchführung

4 stromdurchflossener Leiter 5 Elektrode auf freiem Potential

6 Längs- bzw . Mittelachse

7 Elektrode auf Erdpotential

8 Abstandshalter 9 Flansch

10 I solator