DE10059165A1

DE10059165A1 - Isolator für eine gasisolierte Leitung, enthaltend mehrere solcher Isolatoren

Info

Publication number: DE10059165A1
Application number: DE2000159165
Authority: DE
Inventors: Bodo Bruehl
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Priority date: 2000-11-29
Filing date: 2000-11-29
Publication date: 2002-06-06

Abstract

Der Isolator (4) stützt einen hochspannungsführenden Stromleiter (3) auf der Innenseite einer isoliergasgefüllten Kapselung (2) einer gasisolierten Leitung (1) ab. Er ist federelastisch verformbar ausgebildet und kann vor dem Einbringen des Stromleiters (3) in die Kapselung bei der Montage der gasisolierten Leitung (1) auf den Stromleiter (3) aufgeschnappt werden. Der Isolator (4) weist eine axial um den Stromleiter (3) mit einem Umfangswinkel (alpha) von mehr als 180 DEG geführte, federelastisch verformbare Manschette (6) auf sowie zwei an die Manschette (6) angeformte Stützelemente (7, 8). Nach Einbringen des Isolators (4) in die Kapselung (2) wirkt mittig zwischen den beiden Stützelementen (7, 8) eine Kraft, wie beispielsweise die Schwerkraft, welche die beiden Stützelemente aufspreizt. Die Manschette (6) umschließt nun den Stromleiter mit einer durch das Aufspreizen vorgegebenen Klemmkraft und setzt dementsprechend den Isolator (4) am Stromleiter (3) fest.

Description

TECHNISCHES GEBIET

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Isolator nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und von einer gasisolierten Leitung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 8.

STAND DER TECHNIK

Ein derartiger Isolator und eine derartige gasisolierte Leitung sind in DE 196 23 723 A1 beschrieben. Die gasisolierte Leitung weist einen zylindersymmetrisch ausgebildeten, hochspannungsführenden Stromleiter, ein isoliergasgefülltes Kapselungsrohr und mehrere den Stromleiter im Kapselungsrohr vorwiegend zentrisch haltenden Isolatoren auf. Jeder der Isolatoren ist nach Art eines Hufeisens gebogenen und federelastisch verformbar ausgebildet. Bei der Herstellung der gasisolierten Leitung werden mehrere solcher Isolatoren durch Aufstecken oder Aufschieben auf den Stromleiter aufgeschnappt. Nach dem Einbringen des Stromleiters in das Kapselungsrohr liegen dann die Isolatoren mit einer grossen Stützfläche auf der Innenseite des Kapselungsrohrs auf. Insbesondere bei der Herstellung langer Leitungsabschnitte bedarf es jedoch eines grossen Kraftaufwandes, um den Stromleiter ins Kapselungsrohr einzuführen.

KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen angegeben ist, liegt die Aufgabe zugrunde, einen Isolator der eingangs genannten Art zu schaffen, der eine einfache Montage und sichere Positionierung eines Stromleiters in einer isoliergasgefüllten Kapselung ermöglicht, sowie eine gasisolierte Leitung der eingangs genannten Art anzugeben, welche nicht nur leicht zu fertigen ist, sondern sich zugleich durch günstige dielektrische Eigenschaften auszeichnet.

Der Isolator nach der Erfindung weist einen Isolatorkörper auf mit einer federelastisch verformbaren Manschette und mit zwei an die Manschette angeformten Stützelementen. Manschette und Stützelemente sind so ausgebildet und angeordnet, dass bei einer gasisolierten Leitung, in der der Isolator zum Abstützen eines axialsymmetrisch ausgebildeten Stromleiters in einer isoliergasgefüllten Kapselung dient, die Manschette axial um dem Leiter mit einem Umfangswinkel von mehr als 180° geführt ist und die beiden Stützelemente axial um einen Winkel von weniger als 180° gegeneinander versetzt auf der Kapselung abgestützt sind. Ein solcher Isolator wird bei der Montage der gasisolierten Leitung auf den Stromleiter aufgeschnappt. Bedingt durch die seitliche Anordnung der beiden Stützelemente verklemmt die Manschette den Stromleiter aufgrund seines Eigengewichts oder einer anderen radial auf den Stromleiter wirkenden Kraft, wie etwa der Resultierenden von seinem Eigengewicht und von kurvenbedingten Biegelasten, und setzt so den Isolator am Stromleiter fest.

Werden erhöhte Anforderungen an die axiale Positionierung des Stromleiters am Isolator gestellt, so kann an der Manschette ein Sicherungselement vorgesehen sein, welches beim Aufschnappen des Isolators in den Leiter eingreift. Ein solches Sicherungselement weist mit Vorteil einen an die Manschette angeformten und in eine Öffnung des Stromleiters führbaren Zapfen auf.

Vorteilhafterweise sind die Manschette und die Stützelemente vorwiegend aus einem thermoplastischen Polymer gebildet. Ferner sind im allgemeinen auf einer dem Leiter zuwendbaren Seite der Manschette und/oder an Enden der Stützelemente, welche auf der Kapselung abgestützt werden, Feldsteuerelemente aus einem elektrisch leitfähigen, thermoplastischen Polymer angeordnet. Der Isolator weist dann nicht nur hervorragende dielektrische Eigenschaften auf, sondern er kann dann auch besonders einfach gefertigt werden.

Die gasisolierte Leitung nach der Erfindung enthält mehrere erfindungsgemässe Isolatoren. Die Isolatoren liegen mit ihren beiden Stützelementen jeweils lediglich an zwei definierten Punkten auf der Kapselung auf und bilden dort mit der Kapselung und dem Isoliergas zwei wohl definierte, dielektrisch einfach abzusteuernde Tripelpunkte. Daher zeichnet sich die gasisolierte Leitung nach der Erfindung durch gute dielektrische Eigenschaften aus.

Werden die Isolatoren so angeordnet, dass sie entgegen einer vom Stromleiter eingeleiteten und über die beiden Stützelemente auf die Kapselung wirkenden Kraft innerhalb der Kapselung in radialer Richtung verschiebbar sind, so können bei der Montage der Leitung der Stromleiter und die daran befestigten Isolatoren besonders einfach in die Kapselung eingeschoben werden. Der Stromleiter und die vormontierten Isolatoren können dann nämlich mit Hilfe eines Rollschlittens praktisch kräftefrei in die Kapselung eingefahren werden. Hierbei werden Stromleiter und Isolatoren gegenüber der Innenseite der Kapselung angehoben. Beim Einfahren wird so jeglicher Kontakt zwischen den Isolatoren und der Innenseite der Kapselung vermieden. Reibungsbedingter Abrieb und Verschleiss der Isolatoren und der Kapselung während der Montage entfallen daher weitgehend. Da nach Einbau und Festsetzen des Stromleiters in der Kapselung noch ein verhältnismässigg grosser Freiraum zwischen dem Stromleiter bzw. den Isolatoren und der Kapselung verbleibt, kann die fertigmontierte Leitung auch nach Fertigstellung durch Einbringen von Kontrollinstrumenten und Reparaturmitteln, beispielsweise mit Hilfe eines im Freiraum durch die Kapselung geführten Rohrmolchs, inspiziert und gegebenenfalls auch repariert werden.

Um den Stromleiter auch dann zu positionieren, falls eine entgegen den Stützelementen gerichtete Kraft auf ihn wirkt, empfiehlt es sich, zwei im Zuge der Leitung benachbarte Isolatoren gegeneinander verdreht anzuordnen. Je nach Richtung und Stärke der wirksamen Kraft empfiehlt es sich, einen mehr oder weniger grossen Drehwinkel zu wählen und den Abstand der Isolatoren entsprechend gross oder klein zu bemessen. Ist die Richtung der wirksamen Kraft unbestimmt, so reicht es im allgemeinen aus, wenn die benachbarten Isolatoren um ca. 180° gegeneinander verdreht sind.

In Kurvenabschnitten der gasisolierten Leitung können die Isolatoren durch Verdrehung gegenüber der Horizontalen so eingebaut werden, dass die resultierende, radial wirkende Kraft, zusammengesetzt aus dem Gewicht des Stromleiters und beispielsweise der Biegekraft des Leiters im Kurvenabschnitt mittig zwischen den beiden Stützelementen jedes der Isolatoren wirkt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung und die damit erzielbaren weiteren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt:

Fig. 1 eine Aufsicht auf einen quer zum Stromleiter geführten Schnitt durch eine gasisolierte Leitung nach der Erfindung, und

Fig. 2 eine Seitenansicht der gasisolierten Leitung nach dem Entfernen eines Teils einer Kapselung der Leitung.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

In allen Figuren beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleichwirkende Teile. Eine in Fig. 1 dargestellte und mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete gasisolierte Leitung repräsentiert eine Phase einer mehrphasigen Wechselstromleitung oder einen Gleichstromleiter mit einer Spannung von jeweils bis zu mehreren hundert kV. Diese gasisolierte Leitung weist einen Stromleiter 3 auf, welcher auf mehreren - in einer als Rohr ausgebildeten Kapselung 2 angeordneten - Isolatoren abgestützt ist. Von den Isolatoren ist lediglich ein mit dem Bezugszeichen 4 gekennzeichneter Isolator dargestellt.

Die Kapselung 2 ist mit einem Isoliergas, wie etwa SF₆, gefüllt. Der Druck des Isoliergases reicht im allgemeinen von Atmosphärendruck bis zu einigen bar. Das Material der Kapselung 2 ist Metall, beispielsweise Aluminium oder Stahl, oder Kunststoff, insbesondere auf der Basis eines Polymers. Der Kunststoff kann durch Zugabe von leitfähigen Füllstoffen elektrisch leitfähig sein, kann aber auch isolierend ausgeführt sein und eine potentialsteuernde Aussenbeschichtung aus einem leitfähigen Kunststoff aufweisen. Der leitfähige Kunststoff kann beispielsweise ein mit Leitfähigkeitsruss gefüllter Thermoplast, wie etwa Polyäthylen oder Polypropylen, sein.

Der Stromleiter 3 ist ebenfalls als Rohr ausgebildet. Kapselung 2 und Stromleiter 3 weisen zumindest abschnittsweise eine gemeinsame Achse 5 auf. Zumindest in diesem Abschnitt ist der Stromleiter 3 axialsymmetrisch ausgebildet und auf dem Isolator 4 abgestützt.

Der Isolator 4 weist eine federelastisch verformbare Manschette 6 auf, welche axial um den Stromleiter 3 mit einem Umfangswinkel alpha von mehr als 180° geführt ist. An die Manschette 6 sind zwei Stützelemente 7, 8 angeformt, welche axial um einen Winkel beta von weniger als 180° gegeneinander versetzt auf der Kapselung 2 abgestützt sind. An der dem Stromleiter 3 zugeordneten Seite der Manschette 6 ist ein Sicherungselement 9 vorgesehen. Ferner weist der Isolator 4 Feldsteuerelemente 10, 11, 12 auf.

Zur Herstellung der gasisolierten Leitung wird der Isolator 4 auf den Stromleiter 3 aufgeschnappt. Die Manschette 6 umfasst dann den Stromleiter 3 mit dem Winkel alpha. Durch eine im Leiterrohr vorgesehene Öffnung ist dann das Sicherungselement 9 geführt, welches den Isolator 4 gegenüber Verschiebungen in axialer Richtung und gegenüber Verdrehungen in Umfangsrichtung sichert. Anstelle der Öffnung kann der Stromleiter 3 auf seiner Aussenseite auch eine Vertiefung aufweisen, in die das Sicherungselement 9 eingreift. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, enthält das Sicherungselement mindestens einen an die Manschette 6 angeformten und in eine Öffnung des Leiters geführten Zapfen. Dieser Zapfen ist aus fertigungstechnischen und dielektrischen Gründen mit Vorteil kegelig oder zylinderförmig ausgeführt und gewährleistet nach Einrasten in der Öffnung eine besonders vorteilhafte Sicherung des Isolators 4 auf dem Stromleiter 3.

Durch die um dem Winkel beta versetzte Anordnung der beiden Stützelemente wird Selbstklemmung erreicht. Unter der Wirkung einer mittig zwischen den beiden Stützelementen wirkenden Kraft, in Fig. 1 etwa der Schwerkraft, werden die beiden Stützelemente aufgespreizt. Die Manschette umschliesst nun den Stromleiter mit einer durch das Aufspreizen vorgebenen Klemmkraft und setzt dementsprechend den Isolator 4 am Stromleiter 3 fest. Wegen der gespreizten Anordnung der Stützelemente 7, 8 positioniert der Isolator 4 den Stromleiter 3 im wesentlichen nur in Richtung der Stützelemente. In Gegenrichtung kann er gegebenenfalls verlagert werden. Daher empfiehlt es sich bei erhöhten mechanischen Belastungen der gasisolierten Leitung, zwei im Zuge der Leitung nebeneinander liegende Isolatoren gegeneinander um die Achse 5 verdreht, vorzugsweise um einen Winkel von ca. 180°, anzuordnen. Eine Verlagerung des Stromleiters ist auch dann nicht mehr möglich, wenn Kräfte aus beliebigen Richtungen auf ihn wirken. An Stellen der gasisolierten Leitung, an denen nicht nur die Schwerkraft auf den Stromleiter wirkt, sondern - wie insbesondere - in Kurvenabschnitten zusätzlich Biegekräfte oder durch das magnetische Feld des Leiterstroms hervorgerufene elektrodynamische Kräfte, empfiehlt es sich, den Isolator derart einzubauen, dass die radial wirkende mechanische Kraft, welche aus Leitergewicht und zusätzlicher Kraft resultiert, mittig zwischen den beiden Stützelementen wirkt.

Wird in der Leitung auf eine allseits wirkende Abstützung verzichtet, d. h. sind alle Isolatoren entgegen einer vom Stromleiter eingeleiteten und über die beiden Stützelemente auf die Kapselung wirkenden Kraft innerhalb der Kapselung vorwiegend in einer Richtung radial verschiebbar, so kann der Stromleiter mit den vormontierten Isolatoren - beispielsweise auf einem Rollschlitten - in die Kapselung eingefahren werden.

Die Manschette 6 und die Stützelemente 7, 8 sind vorwiegend aus einem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere auf der Basis eines Polymers, geformt, welcher den Anforderungen des Isolators 4 an die elektrische und mechanische Festigkeit sowie die Temperatur- und Alterungsbeständigkeit genügt und sich vor allem auch durch eine geringe Kriechverformung bei mechanischer und thermischer Belastung auszeichnet. Geeignete Thermoplaste sind Polysulfon (PSU), Polyethersulfon (PES), Polycarbonat (PC), Polyetherimid (PEI), Polyphenylensulfid (PPS), Polyamidimid (PAI), Polyphthalamid (PPA), Polyimid (PI) oder Polyethertherketon (PEEK).

Auch duroplastische Polymere, etwa auf der Basis von flexibilisierten oder faserverstärkten Epoxiden oder Polyestern, können als Material für den Isolator 4 eingesetzt werden.

Aus elektrischen Gründen ist es vorteilhaft, in den Isolator 4 die Feldsteuerelemente 10, 11 und 12 einzuformen, welche wie das Feldsteuerelement 10 auf der Innenseite der Manschette 6 und wie die Feldsteuerelemente 11 und 12 an den auf der Kapselung 2 aufliegenden Enden der Stützelemente 7 und 8 vorgesehen sind. Diese Feldelemente homogenisieren das elektrische Feld in den durch das Aufeinandertreffen von potentialführendem Teil (Stromleiter 3, Kapselung 2), Isolator 4 und Isoliergas dielektrisch besonders kritischen Tripelbereichen der gasisolierten Leitung. Die Feldsteuerelemente können aus Metall oder aber auch aus einem Kunststoff mit gezielt eingestellten elektrischen Eigenschaften, beispielsweise mit einem spezifischen elektrischen Widerstand im Bereich zwischen 10 und 10⁵ Ohm cm und einer Dielektrizitätskonstanten grösser 30, gebildet sein. Mit Vorteil sind diese Feldsteuerelemente 10, 11, 12 von einem elektrisch leitfähigen, thermoplastischen Polymer gebildet. Sind Manschette 6 und Stützelemente 7, 8 ebenfalls aus einem thermoplastischen Material, so kann ein Feldsteuerelemente enthaltender Isolator 4 fertigungstechnisch besonders einfach, etwa durch Spritzgiessen oder Extrudieren, hergestellt werden.

Bezugszeichenliste

1

gasisolierte Leitung

2

Kapselung

3

Stromleiter

4

Isolator

5

Achse

6

Manschette

7

,

8

Stützelemente

9

Sicherungselemente

10

,

11

,

12

Feldsteuerelemente

Claims

1. Isolator (4) zum Abstützen eines zumindest abschnittsweise überwiegend axialsymmetrisch ausgebildeten und zur Führung von Hochspannung vorgesehenen Stromleiters (3) auf der Innenseite einer isoliergasgefüllten Kapselung (2) mit einem federelastisch verformbaren und auf den Leiter aufschnappbaren Isolatorkörper, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolatorkörper eine axial um den Leiter (3) mit einem Umfangswinkel (alpha) von mehr als 180° führbare, federelastisch verformbare Manschette (6) aufweist sowie zwei an die Manschette (6) angeformte Stützelemente (7, 8), welche axial um einen Winkel (beta) von weniger als 180° gegeneinander versetzt auf der Kapselung (2) abstützbar sind.

2. Isolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Manschette (3) ein Sicherungselement (9) vorgesehen ist, welches beim Aufschnappen der Manschette (6) in den Leiter (3) eingreift.

3. Isolator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (9) mindestens einen an die Manschette (6) angeformten und in eine Öffnung des Leiters (3) führbaren Zapfen aufweist.

4. Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer dem Leiter (3) zuwendbaren Seite der Manschette (6) und/oder an auf die Kapselung (2) führbaren Enden der Stützelemente (7, 8) Feldsteuerelemente (10, 11, 12) angeordnet sind.

5. Isolator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Feldsteuerelemente von einem elektrisch leitfähigen, thermoplastischen Polymer gebildet ist.

6. Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Manschette (6) und die Stützelemente (7, 8) vorwiegend von einem thermoplastischen Polymer gebildet sind.

7. Isolator nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermoplast Polysulfon (PSU), Polyethersulfon (PES), Polycarbonat (PC), Polyetherimid (PEI), Polyphenylensulfid (PPS), Polyamidimid (PAI), Polyphthalamid (PPA), Polyimid (PI) oder Polyethertherketon (PEEK) ist.

8. Gasisolierte Leitung mit einer isoliergasgefüllten Kapselung (2), einem vorwiegend axialsymmetrisch ausgebildeten Stromleiter (3) zum Führen von Hochspannung und mehreren Isolatoren (4) zum Abstützen des Stromleiters (3) auf der Innenseite der Kapselung (2) mit jeweils einem elastisch verformbaren und auf den Leiter (3) aufschnappbaren Isolatorkörper, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolatorkörper eine den Leiter (3) mit einem Winkel von mehr als 180° umfassende, elastisch verformbare Manschette (6) aufweist sowie zwei an die Manschette angeformte Stützelemente (7, 8), welche gegeneinander um einen Winkel von weniger als 180° versetzt auf der Kapselung (2) aufliegen.

9. Leitung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolatoren (4) entgegen einer von Stromleiter (3) eingeleiteten und über die beiden Stützelemente (7, 8) auf die Kapselung (2) wirkenden Kraft innerhalb der Kapselung (2) in radialer Richtung verschiebbar sind.

10. Leitung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwei im Zuge der Leitung benachbarte Isolatoren gegeneinander axial verdreht angeordnet sind.