DD300495A7 - Verbundisolator mit lwl-kabel - Google Patents

Abstract

Die Erfindung Verbundisolator mit LWL-Kabel betrifft eine Anordnung zum Schutz vom LWL-Kabeln bei der UEberfuehrung vom Erd- auf Hochspannungspotential. Damit wird eine zuverlaessige und sichere Kombination aus LWL-Kabel und Isolator fuer LWL-Kabel, die unter Freiluftbedingungen zwischen erd- und hochspannungspotentialfuehrenden Anlagenteilen verlegt werden, geschaffen. Weiter sollen die LWL vor mechanisch, thermisch-elektrischen und Feuchtigkeitsbeanspruchungen, die im Herstellungsprozesz und Dauerbetrieb auftreten koennen, geschuetzt werden. Erfindungsgemaesz wird die Aufgabe dadurch geloest, dasz das LWL-Kabel im Bereich der Feldstaerkebeanspruchung bis auf LWL-Adern abgemantelt wird und durch ein GFK-Rohr, welches nachtraeglich mit einem Isolierstoff ausgefuellt und einer zusaetzlichen Wasserdampfsperre versehen ist, hindurchgefuehrt wird.{Verbundisolator; LWL-Kabel; LWL-Ader; Hochspannungspotential; Feldstaerke; GFK-Rohr; Wasserdampfsperre; Isolierstoff}

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Die Erfindung dient dem Aufbau von Meß- und Diagnosesystemen, die sich auf hochspannungsführenden Anlagenteilen befinden bzw. dem Aufbau von LWL-Informationsübertragungssystemen entlang "on Mittelspannungsfreileitungen der Elektroenergieversorgung.

Die Überführung von LWL-Kabeln vom Erd- auf Hochspannungspotential läßt sich prinzipiell in droi Varianten einteilen:

1. Aufbau des LWL-Kabels aus kriechstromfesten und UV-beständigen Polymeren mit dem Ziel, einen LWL-Kabelabschnitt als Isolator zu verwenden.

2. Aufbau einerzusätzlichen Schutzvorrichtung in Form einer Kombination aus Kabelendverschluß und Kabeldurchführung mit Hilfe keramischer oder polymerer Halbzeuge der Isolatorenfertigung. Dabei existiert die folgende Unterteilung:

Unter Verwendung herkömmlicher LWL-Kabel mit thermoplastischen Außenmänteln, wobei die Kabel- und Aderführung an den Isolatorarmaturen unterbrochen wird und über lose bzw. feste Kopplungen wiederhergestellt werden muß, oder Verwendung herkömmlicher LWL-Kabel, wobei nur die LWL-Adern durch den Isolator geführt werden. ZuL:

Im Europapatent OS 0112163 wi, d auf eine Vielzahl von möglichen Potentialüberbrückungen mit LWL-Kabel eingegangen. Dabei wird jeweils von einem quer- und längswasserdichten Kabelaufbau mit einem kriechstromfesten Außenmantelmaterial ausgegangen. Dieser Kabelaufbau erfordert hochwertige Polymerwerkstoffe (Silikonkautschuk bzw. EPDM), di& die Kabelkosten enorm anwachsen lassen und zusätzlich werden noch Halbzeuge aus kriechstromfesten Kunststoffen benötigt, um eine entsprechende Schutzvorrichtung zu erstellen. Damit wird der ökonomische Gesamtaufwand relativ groß. Bei den Beispielen, in denen das LWL-Kabel in sogenannte Rohre bzw. Umhüllungen mit Schirmen eingebettet wird, ist keine Aussage hinsichtlich der Abdichtung dieser Längsgrenzflächen gegeben. In den Ausführungsbeispielen werden überdurchschnittliche Längen bzw. Kriechwege für Rohre dargestellt, wodurch sowohl die Kosten als auch der Montageaufwand und Platzbedarf der Schutzvorrichtung ungünstig gestaltet wird.

In der internationalen Patentliteratur werden Lösungsvorschläge für eine Informationsübertragung vom Erd- auf Hochspannungspotential dargestellt, in denen optisch transparente Glasfasern in glasfaserverstärkte Kunststoffrohre implemontiert werden, welche anschließend als Strunk für Verbundisolatoren zum Einsatz kommen, z. B. PS 528067 und DE-OS 2716922.

Speziell zur DE-OS 2716922 ist festzustellen, daß das Einbetten und Mitführen von blanken Glasfasern in einem GFK-Stab sehr kompliziert ist, da im Verarbeitungsprozeß und im Dauerbetrieb infolge mechanischer Kräfte die Fasern zerstört bzw. die Dämpfung sehr stark erhöht wird. Das Abmanteln von LWL-Adern auf die Glas-Glas-Oberfläche über eine entsprechende Länge ist sehr aufwendig. Weiterhin ist bei beiden Lösungsvorschläger, der Anschluß der im GFK-Strunk befindlichen LWL und eventueller LWL, die außerhalb des Isolators weitergeführt werden, technologisch sehr schwierig realisierbar. Diese Aussagen gelten äquivalent für die PS 528067.

Die EP 0182 575 und die DE-OS 3426536 beinhalten elektrische Isoliereinrichtungen, die in Verbindung mit LWL genutzt werden. In der DE-OS 3426536 wird der LWL innerhalb einer oder mehrerer Isolatorsäulen vom Erd- auf Hochspannungspotential geführt, wobei an den jeweiligen Armaturen eine Unterbrechung der LWL-Verbindung in Form einer Steckerverbindung vorhanden ist. Diese Lösung ist daher nur für eine optische Kurzstreckenübertragung geeignet.

Dabei wird ein optisches Signal von bzw. zu einer Baugruppe, die direkt auf der hochspannungsführenden Armatur montiert ist, übertragen.

Die EP 0182575 stellt einen Isolator vor, der unter anderem auch im Inneren ein LWL-Kabel aufnehmen kann, speziell zur Überwindung von Potentialdifferenzen bei Stromschlaufenumgehungen an Abspannmasten. Die Erfindung bezieht sich nicht auf einen direkten Einsatz des Isolators für ein LWL-Kabel, das vom Erd- auf Hochspannungspotential überführt wird. Des weiteren ist das Aufbringen und sichere Abdichten des Isolators auf dem LWL-Kabel aus technologischer Sicht fragwürdig. Um z. B. die beschriebene spiralförmige Gestalt zu erzielen, muß eine Wärmebehandlung durchgeführt werden, bei der das LWL-Kabel Schaden nehmen kann.

In der DD-PS 251007 wird eine Potentialtrenneinrichtung für LWL vorgestellt. Diesel Lösungsvorschlag ist ausschließlich für den Einsatz in der LWL-Kurzstreckenübertragung geeignet, da an den Enden des Isolators jeweils eine Unterbrechung der LWL-Übertragungsstrecke vorgenommen werden muß. Auch wenn im Patentanspruch 3 eine Variante zur unterbrechungsfreien Verlegung der LWL im Isolator festgehalten ist, so ist dieser Vorschlag nicht realisierbar, da als Sekundärbeschichtung generell Polyamid eingesetzt wird. Dieses Polyamid besitzt einen Schmelzpunkt von ca. 125°C und bewirkt bei darüber hinausgehender Erwärmung irreversible Schädigungen am LWL. Der vorgesehene Schrumpfschlauch, zur Abdichtung des LWL mit dem Schutzrohr, muß auf eine Temperatur von 160⁰C erwiirmt werden, um seine Funktion zu erfüllen.

Die DD-PS 258668 beschreibt einen Lösungsvorschlag, wobei ein LWL-Kabel durch ein Kunststoffrohr geführt wird und dieses Rohr mit einer Isolierflüssigkeit gefüllt wird. Hierbei erscheint die Abdichtung des Kunststoffrohres mit dem LWL-Kabel als technologisch schwer realisierbar. Das verwendete LWL-Kabel darf keine Feuc, uigkeitslängs- und -querdiffusion aufweisen, was bei den verfügbaren Kabeln noch nicht der Fall ist. Weiterhin erscheint die Konstanz der Kunststoffe (PVC, PE) unter der Einwirkung von Öl und elektrischen Feldkräften als nicht gegeben.

Die DE-OS 3544142,2901872 und 3346728 haben alle einen Isolator mit LWL zum Gegenstand, wobei die LWL unterbrechungsfrei bzw. ohne unbedingte Stecker-Stecker-Kopplung durch den Isolator geführt sind und an eine weitere LWL-Strecke angeschlossen werden können. Allen drei Lösungen ist weiterhin gemeinsam die Führung der LWL zwischen dem Strunk und der äußeren Schirmhülle. Da bei Verbundisolatoren Verbundzonen die Schwachpunkte darstellen, an denen es zum Teilentladungs-Einsatz bis hin zur Zerstörung der Isolatoren kommen kann, ist die Führung der LWL genau in dieser Zwischenschicht ungünstig. Zum einen werden zusätzliche Verbundzonen mit unterschiedlichen Materialien und Längenausdehnungen genau in der bereits kritischen Zone geschaffen und zum anderen ist diese Anordnung aus technologischer Sicht ungünstig. Die LWL können beim Aufbringen der Schirme schnell zerstört bzw. beschädigt werden. Die DE-PS 3207306 stellt einen Keramikisolator vor, in dessen äußerer Schicht ein LWL-Kabel spiralförmig mitgeführt und eingebrannt wird. Diese Lösung ist aufgrund der geringen Temperaturbeständigkeit der Aufbauelemente des LWL-Kabels nicht realistisch.

Ziel der Erfindung ist sowohl eine technologisch und ökonomisch günstige als auch eine zuverlässige, sichere und kompatible Kombination aus LWL und Isolator für die Übertragung von Informationen zwischen Hochspannungs- und Erdpotential unter Freiluftbedingtingen für alle LWL-Kabelarten bei Ausschluß der Nachteile von bekannten technischen Lösungen. Die zu lösende technische Aufgabe besteht darin, eine Kombination aus LWL und Isolator, mit welchem optische Signale von einem Hochspannungspotential auf ein Bezugspotential, vorzugsweise Erdpotential, übertragen werden können, ohne daß Beeinträchtigungen durch Umgebungsbedingungen wie Feuchte, Niederschläge, Luftverunreinigungen, Sonnenstrahlen, mechanische Belastungen oder elektrische Teilentladungen auftreten, zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein LWL-Kabel ohne Unterbrechung der optischen Faser in einem speziell dafür gefertigten Kunststoff-Vorbundisolator, d.h. innerhalb «ines faserverstärkten rohrförmigen Isolatorstrunks so geführt und abgedichtet wird, daß eine elektrisch und mechanisch sichoro LWL-Übertragungsstrecke entsteht. Der als Kombination aus LWL und Isolator (Figur 1) bezeichnete Verbund von LWL-Kabel und Kunststoffisolator besteht im wesentlichen aus einem faserverstärkten Rohr, durch v-elches das bis auf die LWL-Adern abgemantelte LWL-Kabel verläuft und mit einem festen oder elastischen Isolierstoff ausgefüllt ist, zwei metallische Hohlarmaturen, welche fest mit den stirnseitigen Enden des Rohres verbunden sind sowie eine Schirmhülle aus einem kriechspursicheren und witterungsbeständigen Isolierstoff, welche ebenfalls fest mit der Außenseite des Rohres bzw. den Armaturen verbunden ist. Innerhalb der Armaturen befindet sich ein Hohlraum, durch den das LWL-Kabel geführt wird. Das vollständig ummantelte LWL-Kabel reicht in die Armaturen hinein und wird durch eine Schelle oder eine andere Preß- bzw. Klemmvorrichtung mechanisch entlastet. Der Hohlraum der Armatur ist mit einem festen oder elastischen Isolierstoff ausgefüllt, um ein Eindringen von Wasser oder Schmutz zu vermeiden. Die stirnseitigen Enden des GFK-Rohres sind mit einer metallischen Platte oder Folie versehen. Die äußeren Abmessungen des Isolators (Bauhöhe, Schirmdurchmesser u. a.) werden den Spannungsbeanspruchungen und Fremdschichtbelastungen in bekannterWeise angepaßt. Mit dieser Schutzvorrichtung ergeben sich vor allem folgende Vorteile gegenüber bekannten technischen Lösungen: Vermeidung von Wasserdiffusion längs des LWL-Kabels innerhalb des Isolators und damit Vermeidung innerer thermischer und elektrischer Schädigungen; mechanisch sichere Verlegung der sensiblen optischen Fasern innerhalb des Isolators; unterbrechungsfreie Verlegung und Vermeidung zusätzlicher optischer Dämpfungen. Der für die Kombination aus LWL und Isolator verwendete Isolator dient nicht gleichzeitig zur Aufnahme des Leiterseils einer Freileitung. Die Forderungen an die mechanischen Festigkeiten sind deshalb im Vergleich zu Verbundisolatoren für Leiterseilbefestigungen gering, wodurch technologisch einfache Konstruktionen möglich sind.

Figur 2 zeigt eine Schutzvorrichtung für die Abführung eines LWL-Kabels von einem Leiterseil einer Mittelspannungsfreileitung. Der dafür verwendete Kunststoff-Verbundisolator besitzt einen glasfaserverstärkten rohrförmigen Isolatorstrunk 1, durch welchen das bis auf die LWL-Adern 2 abgemantelte LWL-Kabel 3 ohne Unterbrechung der optischen Faser verläuft. Die LWL-Adern sind durch Distanzstücke 4 positioniert und Her Hohlraum zwischen LWL-Adern und GFK-Rohr mit Polyurethan-Hartschaumstoff Γ ausgeschäumt. Auf die Außenseite den GFK-Rohres sind Schirme 6 aus Silikongummi aufgeschoben, welche einen etwas kleineren Innendurchmesser gegenüber dem Außendurchmesser des Rohres besitzen. Dadurch wird eine Flächenpressung der Schirme auf das Rohr erreicht. Zusätzlich befinc'et sic.'i eine Fettschicht zwischen Rohrwand und Schirminnenseite. Die Einzelschirme sind untereinander durch Vulkanisation 14 fest verbunden, so daß kein - Hohlräume entstehen können. An den Stirnseiten des GFK-Rohres ist eine Metallfolie 7 stoffschlüssig angebracht, die ein zusätzlicher Schutz vor eindringendem Wasser ist. Die stirnseitigen Armaturen 8 sind mit dem GFK-Rohr stoff- und formschlüssig fest verbunden, z. B. unter Verwendung eines geeigneten Klebers 13. Die Verbindung Armatur-Schirm ist ebenfalls stoff- und formschlüssig ausgeführt. Innerhalb des Hohlraumes 9 in der Armatur befindet sich der Übergang 10 eier LWL-Adern zum vollständig ummantelten LWL-Kabel. Der Hohlraum ist durch einen geeigneten, gießfähigen Isolierstoff 11 ausgefüllt. Damit sind alle Verbindungsstellen innerhalb und außerhalb der Schutzvorrichtung fest verbunden und abgedichtet. Das aus den Armaturen austretende LWL-Kabel ist zusätzlich durch eine geeignete Klemm- oder Preßverbindung 12 mechanisch entlastet.

In Betracht gezogene Druckschriften: DD 258668 (G02B6/00) DE-OS 3346728 (H01B17/02)

Claims (3)

1. Verbundisolator mit LWL-Kabel zur Realisierung von LWL-Übertragungsstrecken auf Starkstromfreileitungen, bei dem das LWL-Kabel durch ein faserverstärktes Rohr und über Abdichtungen aus den stirnseitigen Armaturen geführt wird, wobei das LWL-Kabel im Bereich des rohrförmigen Isolatorstrunks bis auf die LWL-Adern abgemantelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die LWL-Adern im faserverstärkten, mit einem Isolierstoff ausgefüllten Rohr in definierten Abständen untereinander geführt werden und die Stirnflächen des Isolierstoffes im faserverstärkten Rohr mit metallischen Abdeckungen versehen sind.

2. Verbundisolator mit LWL-Kabel gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der faserverstärkte rohrförmige Kern des Isolators vorzugsweise mit Polyurethan-Hartschaumstoff ausgeschäumt ist.

3. Verbundisolator mit LWL-Kabel gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als faserverstärkter rohrförmiger Kern vorzugsweise ein GFK-Rohr verwendet wird, das auf seiner Außenseite mit einer kriechspurfesten und witterungsbeständigen Isolierhülle, die vorzugsweise aus einem Isoliermaterial besteht, fest verbunden ist.