DE10059366A1

DE10059366A1 - Isolator für eine gasisolierte Leitung und gasisolierte Leitung, enthaltend mehrere solcher Isolatoren

Info

Publication number: DE10059366A1
Application number: DE2000159366
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: 2002-06-13

Abstract

Der Isolator (4) stützt einen hochspannungsführenden Stromleiter (3) auf der Innenseite einer isoliergasgefüllten Kapselung (2) einer gasisolierten Leitung (1) ab. Er enthält einen Isolatorkörper, welcher Teil eines Wälzlagers ist und zwei über einen Steg (6) miteinander verbundene und jeweils gleichzeitig auf dem Stromleiter (3) und auf der Kapselung (2) abrollbare Wälzkörper (7, 8) aufweist. DOLLAR A Im Betrieb der gasisolierten Leitung werden Relativbewegungen von Kapselung (2) und Stromleiter (3) durch Abwälzen der Wälzkörper (7, 8) auf Oberflächen von Kapselung (2) und Stromleiter (3) ausgeglichen. Der Isolator (4) ist daher beim Auftreten einer solchen Relativbewegung nicht gezwungen, auf der Kapselung (2) und dem Stromleiter (3) zu gleiten. Die dielektrische Festigkeit der gasisolierten Leitung beeinträchtigenden Reib- und Verschleißpartikel, welche gegebenenfalls bei einem Gleitvorgang auftreten können, werden so mit Sicherheit vermieden.

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 9.

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. Darüber hinaus ist bei diesem Stand der Technik die Bildung von unerwünschten Reib- oder Verschleisspartikeln infolge eines axial gerichteten Gleitvorgangs des Isolator auf dem Stromleiter bzw. der Kapselung bei Betrieb der gasisolierten Leitung mit Sicherheit nicht auszuschliessen.

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, bei dessen Einsatz in einer isoliergasgefüllten Kapselung die Bildung von Reib- oder Verschleisspartikeln mit Sicherheit vermieden wird, sowie eine gasisolierte Leitung der eingangs genannten Art anzugeben, welche leicht zu fertigen ist und sich zugleich durch grosse Betriebssicherheit auszeichnet.

Der erfindungsgemässe Isolator weist einen Isolatorkörper auf mit zwei über einen Steg miteinander verbundenen und jeweils auf dem Stromleiter sowie auf der Kapselung abrollbaren Wälzkörpern. Nach Einbau dieses Isolators in eine gasisolierte Leitung ist der eingebaute Isolator Teil eines Wälzlagers, welches neben dem Isolator auch zwei den Isolator führende Rollbahnen aufweist, von denen die eine auf dem Stromleiter und die andere auf der Kapselung angeordnet ist. Relativbewegungen von Kapselung und Stromleiter werden durch Abwälzen der Wälzkörper auf den Rollbahnen ausgeglichen. Der Isolator ist daher beim Auftreten einer solchen Relativbewegung nicht gezwungen, auf dem Stromleiter und auf der Kapselung zu gleiten. Die dielektrische Festigkeit der gasisolierten Leitung beeinträchtigende Reib- und Verschleisspartikel, welche gegebenenfalls bei einem Gleitvorgang auftreten können, werden so mit Sicherheit vermieden.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Isolators weisen die beiden Wälzkörper jeweils zwei als Kreisbogen ausgebildete und vorwiegend in Richtung der Stromleiterachse ausgerichtete Aufstandselemente auf, von denen in der gasisolierten Leitung ein erstes auf dem Stromleiter und ein zweites auf der Kapselung abstützt ist. Durch Abwälzen auf dem Stromleiter und der Kapselung jeweils in Achsrichtung ermöglicht der Isolator so über eine geringe Distanz eine abriebfreie, axial gerichtete Relativbewegung von Stromleiter und Kapselung, wie sie etwa bei Temperaturbelastung auftritt.

Dadurch, dass das erste und das zweite Aufstandselement in einem vorwiegend radial ausgerichteten Stützelement des Wälzkörpers angeordnet sind, wird erreicht, dass der Isolator den Stromleiter unter Beibehalt der axialen Beweglichkeit entgegen einer radial wirkenden Kraft, beispielsweise der Schwerkraft, zentriert. Durch Aufheben der Kraft, beispielsweise durch Anheben des Stromleiters entgegen der Schwerkraft, ist es jedoch möglich, den Stromleiter bei der Montage oder Demontage in der Kapselung axial über grosse Distanzen zu verschieben.

Vorzugsweise ist mindestens eines der beiden Aufstandselemente von einem zäh- harten thermoplastischen oder einem elastomeren Polymer gebildet, da dann trotz hoher Flächenpressung Reibungs- und Verschleissverluste gering gehalten werden können und unerwünschte Partikelbildung mit Sicherheit entfällt. Geeignete Thermoplaste sind Polyoxymethylene (POM), Polyamide (PA) oder Polyethertherketone (PEEK). Geeignete Elastomere sind Silikon- oder Fluorelastomere oder thermoplastische elastomere Polymere (TPE).

Besonders gute dielektrische Eigenschaften werden erreicht, wenn zumindest ein Teil des zäh-harten oder elastomeren Polymers elektrisch leitfähig ausgebildet ist. Dieses Teil liegt dann auf einem potentialführenden Teil der gasisolierten Leitung auf und wirkt dann als das elektrischen Feld der Leitung homogenisierende Feldsteuerelektrode.

Die Stützelemente und der Steg des Isolators sind mit Vorteil aus einem thermoplastischen Polymer mit hoher dielektrischer und mechanischer Festigkeit, mit guter Temperatur- und Alterungsbeständigkeit und hoher Kriechfestigkeit, wie insbesondere Polysulfon (PSU), Polyethersulfon (PES), Polycarbonat (PC), Polyetherimid (PEI), Polyphenylensulfid (PPS), Polyamidimid (PAI), Polyphthalamid (PPA), Polyimid (PI) oder Polyethertherketon (PEEK), geformt. Der Isolator weist dann nicht nur hervorragende physikalische Eigenschaften auf, sondern kann dann auch - etwa durch Spitzgiessen oder Extrudieren - besonders einfach gefertigt werden.

Die gasisolierte Leitung nach der Erfindung enthält mehrere erfindungsgemässe Isolatoren. Da die Isolatoren jeweils zwei Wälzkörper aufweisen, die jeweils an definierten Stellen auf der Kapselung und auf dem Stromleiter aufliegen und dort mit der Kapselung und dem Isoliergas wohldefinierte, dielektrisch einfach abzusteuernde Tripelpunkte bilden, 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 Stützelemente auf die Kapselung wirkenden Kraft innerhalb der Kapselung in radialer Richtung verschiebbar sind, so kann bei der Montage der Leitung der Stromleiter besonders einfach in die Kapselung eingeschoben werden. Der Stromleiter kann nämlich mit Hilfe eines Rollschlittens praktisch kräftefrei in die Kapselung eingefahren werden. Hierbei wird der Stromleiter gegenüber der Innenseite der Kapselung angehoben. Beim Einfahren wird so jeglicher Kontakt zwischen dem Stromleiter und der Innenseite der Kapselung sowie den bereits in der Kapselung vorgesehenen Isolatoren vermieden. Reibungsbedingter Abrieb und Verschleiss während der Montage entfallen daher weitgehend. Da nach Einbau 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.

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 ist Teil eines Wälzlagers und enthält zwei über einen Steg 6 miteinander verbundene Wälzkörper 7, 8, welche auf Rollbahnen abrollbar sind, die in die Oberflächen des Stromleiters 3 und der Kapselung 2 integriert sind. Die beiden Wälzkörper 7 bzw. 8 weisen jeweils zwei kreisbogenförmig ausgebildete und vorwiegend in Richtung der Stromleiterachse 5 ausgerichtete Aufstandselemente 9 und 10 bzw. 11 und 12 auf, von denen die Elemente 9 und 11 auf dem Stromleiter 3 und die Elemente 10 und 12 auf der Kapselung 2 abgestützt sind. Die Aufstandselemente 9 und 10 bzw. 11 und 12 sind in einem vorwiegend radial ausgerichteten Stützelement 13 bzw. 14 des Wälzkörpers 7 bzw. 8 angeordnet.

Der Isolator 4 kann daher sowohl auf dem Stromleiter 3 als gleichzeitig auch auf der Kapselung 2 eine Abwälzbewegung ausführen. Dies ist aus Fig. 2 ersichtlich, in welcher aufgrund einer Verschiebung des Stromleiters nach links oder rechts (Doppelpfeil) der Isolator in gestrichelt gezeichnete Position gewälzt wird. Eine solche Bewegung des Isolators findet statt, wenn der Stromleiter - etwa bedingt durch unterschiedliche thermische Ausdehnungen von Stromleiter und Kapselung - in axialer Richtung verschoben wird. Bei dieser Wälzbewegung entfällt ein sonst möglicherweise Reib- und Verschleisspartikel hervorrufendes Gleiten des Isolators 4 auf dem Stromleiter 3 und auf der Kapselung 2. Daher bleibt das Innere der Leitung 1 während ihres Betriebes frei von Reib- und Verschleisspartikeln, die das dielektrische Verhalten der Leitung gegebenfalls ganz erheblich herabsetzen können. Die Radien der kreisbogenförmig ausgeführten Aufstandselemente 9 bis 12 sind aufeinander so abgestimmt, dass bei einer Axialverschiebung des Stromleiters 3 die Zentrierung des Stromleiters 3 auf der Achse 5 gewährleistet ist, und zugleich reine Rollbewegungen ermöglicht, Gleitvorgänge aber vermieden werden.

Da der Isolator keine radialen Kräfte aufnehmen kann, empfiehlt es sich, an grösseren Abschnittsenden der gasisolierten Leitung 1 zusätzlich einen axial stützenden Isolator einzubauen. Dieser Isolator kann ein Schottungsisolator sein, welcher einen gasdicht ausgeführten Abschnitt der Leitung 1 abschliesst.

Die gasisolierte Leitung 1 kann so äusserst kostengünstig gefertigt werden. Zudem können bereits existierende Leitungen durch Einbau von erfindungsgemässen Isolatoren rasch und mit einfachen Mitteln repariert oder umgerüstet werden.

Der Isolator 4 ist 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.

Im Bereich der Aufstandselemente werden mit Vorteil Polymere verwendet, welche den Anforderungen an Flächenpressung und Verschleissarmut genügen. Besonders geeignet dafür sind zäh-harte thermoplastische oder aber elastomere Polymere, wie insbesondere Polyoxymethylene (POM), Polyamide (PA), Polyethertherketone (PEEK), Silikon- oder Fluorelastomere oder ein thermoplastisches elastomeres Polymer (TPE).

Aus elektrischen Gründen ist es vorteilhaft, in die Aufstandselemente 9 bis 12 Feldsteuerelemente aus einem elektrisch leitfähigen Material zu integrieren. Diese Feldsteuerelemente sind im allgemeinen aus Metall oder aber auch aus einem Kunststoff mit gezielt eingestellten elektrischen Eigenschaften gebildet, beispielsweise mit einem spezifischen elektrischen Widerstand im Bereich zwischen 10 und 10⁵ Ohm cm und einer Dielektrizitätskonstanten grösser 30. Mit Vorteil sind die Feldsteuerelemente von einem elektrisch leitfähig ausgebildeten Teil des zäh-harten oder elastomeren Polymers der Aufstandselemente gebildet. Die Feldsteuerelemente 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 1. Ein vorwiegend thermoplastisches Material enthaltender Isolator 4 kann fertigungstechnisch besonders einfach, etwa durch Spritzgiessen oder Extrudieren, hergestellt werden.

Bezugszeichenliste

1

gasisolierte Leitung

2

Kapselung

3

Stromleiter

4

Isolator

5

Achse

6

Steg

7

,

8

Wälzkörper

9

,

10

,

11

,

12

Aufstandselemente

13

,

14

Stützelemente

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 zwischen Leiter und Kapselung angeordneten Isolatorkörper, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolatorkörper zwei über einen Steg (6) miteinander verbundene und jeweils gleichzeitig auf dem Stromleiter (3) und auf der Kapselung (2) abrollbare Wälzkörper (7, 8) aufweist.

2. Isolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Wälzkörper (7, 8) jeweils zwei als Kreisbogen ausgebildete und vorwiegend in Richtung der Stromleiterachse (5) ausgerichtete Aufstandselemente (9, 10, 11, 12) aufweisen, von denen ein erstes (9, 11) auf dem Stromleiter (3) und ein zweites (10, 12) auf der Kapselung (3) abstützbar ist.

3. Isolator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Aufstandselement (9, 10, 11, 12) in einem vorwiegend radial ausgerichteten Stützelement (13, 14) des Wälzkörpers (7, 8) angeordnet sind.

4. Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der beiden Aufstandselemente (9, 10, 11, 12) von einem zäh- harten thermoplastischen oder einem elastomeren Polymer gebildet ist.

5. Isolator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermoplast ein Polyoxymethylen (POM), Polyamid (PA) oder Polyethertherketon (PEEK) und der Elastomer ein Silikon- oder ein Fluorelastomer oder ein thermoplastisches elastomeres Polymer (TPE) ist.

6. Isolator nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des zäh-harten oder elastomeren Polymers elektrisch leitfähig ausgebildet ist.

7. Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente (13, 14) und der Steg (6) von einem thermoplastischen Polymer gebildet sind.

8. Isolator nach Anspruch 7, 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.

9. 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 zwischen Stromleiter und Kapselung angeordneten Isolatorkörper, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolatorkörper Teil eines Wälzlagers ist und zwei über einen Steg (6) miteinander verbundene und gleichzeitig auf dem Stromleiter (3) und auf der Kapselung (2) abrollbare Wälzkörper (7, 8) aufweist.

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