Aus Abschnitten zusammengesetzter, mit Druckgas isolierter Hochspannungsleiter
Die Erfindung betrifft einen aus Abschnitten zusammengesetzten mit Druckgas isolierten Hochspannungsleiter mit einer rohrförmigen äusseren Hülle und einem rohrförmigen Leiter, welcher innerhalb der Hülle angeordnet ist, wobei Distanzteile zur Befestigung des Leiters in der Hülle vorgesehen sind.
Mit Druckgas isolierte Hochspannungsleiter enthalten normalerweise einen im allgemeinen rohrförmigen inneren Leiter, welcher zentral in einem geerdeten metallischen Rohr mit grösserem Durchmesser mit der Hilfe einer festen Scheibe oder eines konischen Isolators abgestützt ist. Der metallische Leiter ist gegenüber der rohrförmigen Hülle durch Ikomprimiertes Gas wie z. B.
Schwefelhexafluorid (SF-6) isoliert. Solche metallisch umhüllte Hochspannungsleiter können als Verbindungsschienen in elektrischen Unterstationen oder an Generatorstationen verwendet werden oder auch zur Übertra- gung von elektrischer Leistung über kurze, mittlere und grosse Entfernungen. Die metallisch umhüllten elektrischen Hochspannungsleiter können unterirdisch angeordnet sein oder in einer geeigneten Höhe über dem Boden abgestützt sein. Der wichtigste Vorteil derartiger isolierter Leitungen gegenüber den normalen offenen Leitungen besteht in einer besonders grossen Verminderung des Raumbedarfes.
Normale offene Leitungen für sehr hohe Spannungen erfordern in Luft Entfernungen von 2,4 bis 4,5 m über dem Boden und Entfernungen der einzelnen Phasen von 4,5 bis 7,5 m. Leiter des metallisch umhüllten, mit Druckgas isolierten Typs können Bodenentfernungen von 10 bis 25 cm aufweisen und Phasenentfernungen von 60 bis 105 cm bei der gleichen Spannung. Zusätzlich haben die mit komprimiertem Gas isolierten Leitungen, bei welchen jede Phase eine geerdete metallische Hülle aufweist, eine grössere Zuverlässigkeit und Sicherheit gegenüber den normalen offenen Leitern für sehr hohe Spannungen.
Es wurde bereits eine bedeutende Forschungsarbeit auf dem Gebiet der mit komprimiertem Gas isolierten elektrischen Leiter geleistet, wobei einige wenige Anlagen aufgebaut wurden. Alle bisher verwendeten Bauwei sen bedienen sich verschraubter und mit Dichtungen versehener Verbindungen für die Hüllenrohre. Die Hüllen sind mit Flanschen versehen, welche an den einzelnen Abschnitten des Rohres festgeschraubt sind. Benachbarte Abschnitte sind miteinander Idurch eine Mehrzahl von Schrauben verschraubt, die am Umfang der Flansche derart angeordnet sind, dass die Achsen der Schrauben im wesentlichen parallel zur Achse des Leiters verlaufen.
Derartige Verbindungen zwischen benachbarten Abschnitten müssen in der Regel an der Stelle jedes stützenden Isolators verwendet werden, welcher zum Festhalten des Leiters in einer konzentrischen Stellung zum Hüllenrohr dient. Es werden Dichtungen zur Verhinderung des Entweichens des Gases in die Atmosphäre verwendet, welche zwischen den verschraubten Flanschen angeordnet sind. Die Erfahrung hat gezeigt, dass diese Dichtungen, ob sie aus Kork oder verschiedenen Typen von natürlichem oder synthetischem Gummi hergestellt sind, alle einer Alterung ausgesetzt sind und nach einer gewissen Zeit eine Tendenz zum Lecken haben. Diese Tendenz wird durch die Temperaturänderungen des Leiters im Betrieb beschleunigt.
In Fällen, wo eine Feststellung des Entweichens von Gas erfolgt, bevor ein zu grosser Druckabfall im Rohr entsteht, ist der Ersatz des Gases (wie z. B. SF-6) sehr kostspielig. In Fällen, wo der Druckabfall gross ist, kann ein Kurzschluss in der Leitung entstehen, da die dielektrische Festigkeit des Gases durch seine Drucksenkung vermindert wird.
Die Erfindung hat die Schaffung eines Hochspannungsleiters der erwähnten Art zum Ziel, bei welchem der Zusammenbau an der Montagestelle wesentlich vereinfacht ist, wobei gleichzeitig ein ausgezeichneter Schutz gegen Entweichen von Gas dadurch erreicht wird, dass eine neuartige Dichtungsanordnung verwendet wird, welche das Entweichen von Gas aus dem Innenraum der Hülle verhindert. Gleichzeitig soll durch die Erfindung eine Anordnung geschaffen werden, bei welcher verhindert wird, dass Verunreinigungen, insbesondere metallische Teilchen, in die Hülle eines mit Druckgas isolierten Hochspannungsleiters während des Zusammenbaues gelangen.
Der erfindungsgemässe Hochspannungsleiter, durch welchen dieses Ziel erreicht wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Distanzteil ein ringförmiger Teil aus isolierendem Material ist, der in einer zentralen Öffnung den Leiter aufnimmt und einen Umfangsrand aufweist, welcher sich auf der Innenfläche der Hülle abstützt, dass die Hülle an einem Ende mit einem ausgeweiteten Abschnitt versehen ist, welcher im Innenraum der Hülle mit dem Rest der Hülle eine Schulter bildet, wobei der Umfangsrand des Distanzteiles gegen die Schulter abgestützt ist, und dass ein rohrförmiger Abschlussteil in das Ende der Hülle eingeschoben ist, wobei das Ende des Abschlussteiles in der Hülle gegen den Umfangsrand des Distanzteiles abgestützt ist, den Rand des Distanzteiles gegen die Schulter drückt und auf diese Weise den Umfangsrand starr gegenüber dem Ende des Abschlussteiles und der Schulter festhält.
Der erfindungsgemässe Hochspannungsleiter enthält eine Hülle und einen z. B. konzentrisch darein angeordneten rohrförmigen Leiter, welcher in der Hülle durch z. B. scheibenförmige Distanzteile befestigt ist, welche in geeigneten Entfernungen entlang der Länge der Hülle angeordnet sind. Vorzugsweise können mindestens drei derartige Distanzteile in jedem Abschnitt der Hülle vorgesehen sein, wobei sich je einer im Bereich seiner Enden befindet, während mindestens einer ,der Distanzteile zwischen den Enden des Abschnittes angeordnet ist.
Die Distanzteile, welche sich an den Enden der Abschnitte der Hülle befinden, haben eine Umfangsfläche, welche sich gegen eine durchgehende Schulter abstützt, die im Innenraum der Hülle ausgebildet ist. Der Distanzteil wird dabei fest gegen die Schulter der Hülle durch einen Endteil gedrückt, welches in das Ende der Hülle eingeschoben ist und dass einen um ein geringes Mass kleineren äusseren Durchmesser aufweist, als der innere Durchmesser der Hülle ist. Der innere Rand des Endteiles stützt sich gegen die Hülle und ist gegen die Schulter abgestützt.
Der Aufbau der Abschnitte der Hülle in der beschriebenen Weise gestattet eine genaue Kontrolle der einzelnen Abschnitte, wenn sie mit komprimiertem Gas vor dem Versand an die Baustelle gefüllt werden.
Benachbarte Abschnitte der Leitung werden an der Baustelle mittels eines Verbindungsteiles verbunden, welcher über die Abschnitte geschoben wird und mit ihnen verschweisst wird, so dass eine gute Dichtung der Leitung erhalten wird. Da die isolierenden Distanzteile bereits in der Fabrik eingebaut wurden, ist dadurch die Montagearbeit wesentlich vereinfacht, da sie nur eine Schweissverbindung des Verbindungsteiles mit den benachbarten Abschnitten der Leiter erfordert.
Zusätzlich zur Verhinderung eines Entweichens von Gas zwischen der Innenfläche der Hülle und dem äusseren Umfang des isolierenden Distanzteiles wird durch das Auffüllen eines bestehenden Spaltes zwischen diesen Teilen ein weiterer Sohutz gegen die Entstehung einer Koronaentladung an dieser Stelle erhalten, wodurch weiter die Zuverlässigkeit und Sdie Sicherheit der Leitung erhöht wird.
Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Es zeigt:
Fig. la eine Ansicht mit Teilschnitt eines scheibenförmigen isolierenden Distanzteiles, welcher beim erfindungsgemässen Leiter verwendet wird,
Fig. 1b eine Seitenansicht des Distanzteiles aus der Fig. la,
Fig. 2 eine Ansicht mit Teilschnitt eines Abschnittes der Hülle, bei welcher isolierende Distanzteile des Typs nach den Figuren la und lb verwendet werden, und
Fig. 3 eine Ansicht mit Teilschnitt mit der Darstellung der Anordnung, durch welche zwei Hüllen des Typs nach der Fig. 2 miteinander verbunden werden können.
Die Figuren la und lb zeigen einen isolierenden Distanzteil 10 des Typs, welcher mit Vorteil bei einem Hochspannungsleiter verwendet werden kann. Der isolierende Distanzteil 10 ist im wesentlichen scheibenförmig. Die radialen Flächen 11a und 1 ib sind gekrümmt, wobei die Dicke des Distanzteiles am grössten in seiner Mitte ist und sich zum äusseren Umfang des Distanzteiles verjüngt. Der äussere Umfang 12 ist durch eine im wesentlichen zylindrische Fläche gebildet, die den ganzen Distanzteil 10 umgibt und eine zentral angeordnete Nut 13 enthält. Die Fläche 12 ist mit den gekrümmten Flächen 11a und lib durch abgeschrägte Flächen 14a und 14b verbunden, welche als Stützflächen in einer Weise verwendet werden, die später eingehend beschrieben wird.
Der Distanzteil ist vorzugsweise aus einem Epoxydharz hergestellt, kann jedoch auch aus einem anderen geeigneten Isoliermaterial bestehen, welohes für die sehr hohen Spannungen geeignet ist.
Der Distanzteil 10 ist mit einer zentralen Öffnung 15 (siehe auch Fig. lb) versehen, welche die Durchführung des rohrförmigen inneren Leiters in einer näher zu beschreibenden Weise gestattet. Der innere Umfang des Distanzteiles ist im Bereich der Öffnung 15 mit einer ringförmigen Ausnehmung 16 versehen, in welcher ein metallischer leitfähiger Ring 17 angeordnet ist. Der Ring 17 ist am Umfang zusammenhängend und füllt die ganze Ausnehmung 16 aus. Der Ring 17 ist mit einer rechteckigen Ausnehmung 18 für die Aufnahme von Fixierkolben versehen, die im rohrförmigen Leiter angeordnet sind und zur Befestigung der Distanzteile am rohrförmigen Leiter und zur Verhinderung einer gegenseitigen Bewegung zwischen dem isolierenden Distanzteil und dem Leiter dienen.
Der metallische leitfähige Ring 17 verhindert die Bildung von Koronaentladungen zwischen dem Distanzteil 10 und dem rohrförmigen Leiter welchen er stützt (siehe Fig. 2).
Die Figur 2 zeigt einen typischen Abschnitt der Hülle, bei welcher isolierende Distanzteile des Typs nach den Figuren 1a und 1b verwendet werden.
Der in der Fig. 2 dargestellte Abschnitt 20 des mit Druckgas isolierten Hochspannungsleiters enthält eine längliche rohrförmige Hülle 21, welche einen hohlen rohrförmigen Leiter 22 umgibt, der in einer konzentrischen Stellung zur Hülle durch die Distanzteile 10 gehalten wird, welche sich an entgegengesetzten Enden des Leiterabschnittes befinden. Ausserdem ist an einer Stelle zwischen den Enden des Abschnittes 20 minde- stens ein zusätzlicher Distanzteil 23 vorgesehen. Zum Verständnis der vorliegenden Erfindung reicht aus zu wissen, dass der Distanzteil 23 zur konzentrischen Abstützung des rohrförmigen Leiters 22 in der Hülle 21 dient.
Da der linke und der rechte Distanzteil 10 an den Enden des Abschnittes 20 in im wesentlichen gleicher Weise befestigt sind, so genügt eine Beschreibung der an der rechten Seite befindlichen Anordnung des Distanzteiles, wobei es sich versteht, dass die Anordnung an der linken Seite bezüglich ihrer Ausbildung und ihrer Funktion im wesentlichen gleich ist.
Die Hülle 21 ist an ihrem rechten Ende mit einem ausgeweiteten Abschnitt 21a versehen, welcher mit dem restlichen Teil der Hülle 21 durch eine Schulter 21b verbunden ist. Der rechte isolierende Distanzteil 10 ist am rohrförmigen Leiter 22 befestigt, welcher durch die zentrale Öffnung 15 des Distanzteiles durchgeschoben ist. Der rohrförmige Leiter 22 ist mit einem Paar von Öffnungen 24 und 25 versehen, deren Achsen 26 diametral zum rohrförmigen Leiter 22 verlaufen. Im Innenraum des rohrförmigen Leiters 22 ist ein Paar von Kolben 27 und 28 angeordnet, welche durch eine Druckfeder 29 durch die Öffnungen 24 und 25 nach aussen gedrückt werden. Die Kolben dienen zur Befestigung des Distanzteiles 10 am rohrförmigen Leiter 22 in der folgenden Weise.
Wenn die Kolben 27 und 28 sowie die Druckfeder 29 im rohrförmigen Leiter 22 angeordnet sind, werden sie zueinander bewegt, !damit der isolierende Distanzteil 10 frei über die Öffnungen 24 und 25 geschoben werden kann. Die Kolben 27 und 28 werden darauf gelöst und der Distanzteil 10 nach links bewegt, bis sich die Ausnehmung 18 über den Öffnungen 24 und 25 befindet In diesem Augenblick schnappen die Kolben 27 und 28 nach aussen und in die Ausnehmung 18. Die Kolben werden durch die Kraft der Druckfeder 29 in ihrer äusseren Stellung in der Ausnehmung 18 gehalten.
wodurch eine gegenseitige Verschiebung zwischen dem isolierenden Distanzteil 10 und dem rohrförmigen Leiter 22 verhinldert wird.
Der rohrförmige Leiter 22 ist ausserdem mit einer Nut 30 versehen, welche zusammenhängend die Dichtung 31 umgibt. Die Dichtung 31 stützt sich fest gegen die inneren Flächen des leitfähigen Ringes 17, so dass ein Entweichen des Druckgases unter der Dichtung in beiden Richtungen verhindert wird. Sobald der isolierende Distanzteil 10 fest am rohrförmigen Leiter 22 befestigt ist, wird der Leiter 22 in die Hülle 21 in der durch den Pfeil 32 dargestellten Richtung eingeschoben.
Entlang der abgeschrägten Kante 14b des Distanzteiles 10 ist eine ringförmige Dichtung 33 angeordnet, welche zwischen der schrägen Kante 14b und der Schulter 21b der Hülle 21 eingeklemmt ist, wenn der rohrförmige Leiter 22 fest in die Hülle 21 gedrückt wird. Die Dichtung ist vorzugsweise an ihren beiden Seiten mit einem Überzug eines ungefüllten Epoxydharzes versehen, bevor sie in ihre Stellung gebracht wird, in welcher sie gegen die Schulter der Hülle angepresst wird. Eine zweite Dichtung 34, sdie im wesentlichen gleich ist wie die Dichtung 33, wird in ähnlicher Weise an beiden ihren Flächen mit einem ungefüllten Epoxydharz überzogen unid wird in ihre Stellung gegen die schräge Kante 14a gedrückt, die am Umfang des isolierenden Distanzteiles 10 ausgebildet ist.
Darauf wird in das rechte Ende der Hülle 21 in der in der Fig. 2 dargestellten Weise ein Endteil 35 eingeschoben, welcher einen Teil mit grösserem Durchmesser 35a aufweist, welcher mit einem Teil 35b mit kieinerem Durchmesser durch eine Schulter 35c verbunden ist. In der eingeführten Stellung stützt sich seine linke Kante 35d fest gegen die mit dem Uberzug versehene Dichtung 34. Auf den Endteil 35 wird mit einem druck eingewirkt, welcher ausreicht, die Dichtungen 33 und 34 zu komprimieren und dadurch den isolierenden Distanzteil 10 fest zwischen der Schulter 21b der Hülle 21 und der Kante 35d des Endteile 35 zu befestigen.
Während dieser Druck wirkt, wird der Endteil 35 durch eine Punktschweissung mit der Hülle 21 im Bereich 36 der Schulter 35c verbunden, so dass der Endteil 35 fest in seiner Stellung gehalten wird, wenn der Haltedruck zu wirken aufhört. Die Schweissnaht wird darauf abgedichtet und glatt geschliffen, damit der Endteil 35 zur Verbindung benachbarter Leitungsabschnitte verwendet werden kann, wie es im folgenden genau beschrieben wird.
In gleichmässigen Abständen sind am Umfang der Hülle 21 Öffnungen 37 ausgebildet, die sich direkt über der Nut 13 des isolierenden Distanzteiles 10 befinden (siehe Fig. 2). Diese Öffnungen 37 befinden sich unmittelbar über der Nut 13, wenn die Dichtungen 33 und 34 zusammengedrückt sind. Der Hohlraum, welcher durch die Nut 13 und die benachbarte Innenwand der Hülle 21 gebildet wird, ist vollständig durch eine Einspritzung eines Epoxydharzes ohne Füllmittel bei geeignetem Druck durch die Öffnungen 37 aufgefüllt.
Um zu gewährleisten, dass der Hohlraum gefüllt ist, wird das Epoxydharz dadurch eine Spritzpistole oder unter dem Einfluss von Druckluft in die unterste Öffnung 37' so lange eingeführt, bis das Epoxydharz an der obersten Öffnung 37" erscheint. Ein Entweichen des Epoxydharzes aus dem Hohlraum wird durch die Dichtungen 33 und 34 verhindert. Nach der Einspritzung des Epoxydharzes werden Verschlussschrauben in die Öffnungen 37 wie auch in die Öffnungen 37' und 37" eingeführt, welche in ein Gewinde in den Öffnungen eingeschraubt werden. Sobald die Schrauben in den Öffnungen angeordnet sind, wird die Hülle über die Schrauben verschweisst, so dass diese Öffnungen verschlossen werden.
Wie bereits vorher erwähnt wurde ist der linke isolierende Distanzteil 10 in einer gleichen Weise befestigt.
Benachbarte Abschnitte der Hülle sind miteinander in einer Weise verbunden, welche am besten aus der Fig.
3 hervorgeht. Diese zeigt einen Teil eines linken Abschnittes und einen Teil eines rechten Abschnittes. Eine nachgiebige Leiteranordnung, welche ein Paar von parallelen elastischen Leiterteilen 41 und 42 enthält, ist mit ihrem rechten Ende am linken Ende des rohrförmigen Leiters 22' in einer geeigneten Weise wie z. B.
durch Schweissnähte 43 und 44 befestigt. Der rohrförmige Leiter 22 erstreckt sich um eine grössere Entfernung über seinem Endteil 35 hinaus, als sich der rohrförmige Leiter 22' über seinen Endteil 35' hinaus erstreckt. Die linken Enden der Leiterteile 41 und 42 sind mit dem rechten Ende des Leiters 22 z. B. durch Schweissnähte an den Stellen 45, 46, 47 und 48 verbunden. Die gebogenen Teile 41a und 42a der Leiter 41 und 42 haben den Zweck, eine Dehnung und eine Schrumpfung dieser Leiter wie auch der Leiter 22 und 22' zu gestatten. Wie bereits erwähnt wurde, ist der Distanzteil 10' am rohrförmigen Leiter 22' befestigt.
Die Kolbenanordnung 27 bis 29, die in der Fig. 2 dargestellt ist, fehlt jedoch in diesem Falle beim Distanzteil 10, da mit der Leiter 22 gegenüber dem Distanzteil 10 bewegt werden kann, um eine Dehnung und ein Schrumpfen des rohrförmigen Leiters 22 während !des Betriebes zu gestatten.
Nachdem die Montageschweissungen 43 bis 48 beendet sind, wird eine zylindrische Hülle 49 über die parallelen leitfähigen Teile 41 und 42 sowie über die
Schweissnähte gezogen. Kurz vor der Ausführung der
Montageschweissungen 43 bis 48 wird die rohrförmige
Hülle 49 an der linken Seite des zu schweissenden
Bereiches angeordnet und darauf in die Stellung nach der Fig. 3 geschoben. Stellschrauben 50 werden in geeignete Gewindebohrungen in der Hülle 49 eingeführt, um die Hülle 49 in der Stellung nach der Fig. 3 zu halten. Die Hülle 49 bildet eine glatte leitfähige Ober fläche um die Anordnung herum, welche sie umgibt, und verhindert dadurch die Entstehung von Koronaent ladungen.
Eine Hülle 51, welche vorzugsweise über den linken
Leitungsabschnitt gezogen wird, welcher den Distanzteil
10 enthält, wird über diese Anordnung geschoben, um ausreichenden Raum zum Einbau der Leiterteile 41 und
42 zu gewähren.
Die Endteile 35 und 35' sind vorzugsweise mit durchgehenden ringförmigen Nuten 52 bzw. 52' verse hen, welche die äussere Fläche der Endteile umgeben.
Die Nuten enthalten Dichtungen 53 und 53', welche zum Abdichten des in der Hülle 51 eingeschlossenen
Raumes dienen, wenn sich diese in der Stellung nach der
Fig. 3 befindet.
Die Hülle 51 wird, wenn sie in die Stellung nach der
Fig. 3 geschoben wird, mit Dichtschweissungen 54 und
54' versehen, wodurch der durch die Hülle 51 umschios- sene Innenraum vollständig abgedichtet wird und das
Entweichen von Druckgas aus dem Innenraum der
Leitung verhindert wird. Die Dichtungen 53 und 53' hindern gleichzeitig metallische Teilchen, Gase oder andere schädliche Elemente am Eintritt in den Innen raum der Hälle 51, nachdem diese in ihrer Stellung angebracht wurde. Wenn einmal die Schweissnähte 54 und 54' ausgeführt sind, ist die Funktion der Dichtungen
53 und 53' beendet.
Um eine Dehnung und ein Schrumpfen der Hüllen
21 und 21' zuzulassen, ist der zentrale Teil der Hülle 51 mit einem ringförmigen Abschnitt 55 versehen, der teilweise offen ist und an den Kanten des offenen
Bereiches mit der Hülle 51 entsprechend der Darstellung in der Fig. 3 verbunden ist, so dass eine Dehnung und ein Schrumpfen der Hüllen 21 und 21' sowie der
Abschnitte der Hülle 51, welche sich links und rechts vom torusförmigen Abschnitt 55 befinden, ermöglicht wird.
Wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, ist der Zusammen bau benachbarter Abschnitte an der Baustelle unabhän gig vom Einbau der isolierenden Distanzteile, welche bereits in der Fabrik vollständig eingebaut werden.
Dadurch wird die Notwendigkeit einer Abdichtung der
Distanzteile an der Baustelle vermieden und gleichzeitig die Anzahl der Montagearbeiten vermindert, die an der
Baustelle auszuführen sind. Zusätzlich zu diesem Vorteil kann jeder durch Druckgas abgedichtete Leiterabschnitt vollständig und genau geprüft werden, so dass seine
Dichtheit vor dem Versand zur Baustelle festgestellt werden kann. Dadurch werden weiter die Montage arbeiten vereinfacht und zeitlich verkürzt.