DE10128842A1

DE10128842A1 - Isolator für eine gasisolierte Leitung

Info

Publication number: DE10128842A1
Application number: DE2001128842
Authority: DE
Inventors: Markus Vestner; Juergen Westhauser
Original assignee: ABB Technology AG
Current assignee: ABB Technology AG
Priority date: 2001-06-15
Filing date: 2001-06-15
Publication date: 2002-12-19

Abstract

Der Isolator (4) dient dem Abstützen eines zumindest abschnittsweise überwiegend axialsymmetrisch ausgebildeten und zur Führung von Hochspannung vorgesehnen Stromleiters (2) auf der Innenseite eines isoliergasgefüllten Kapselungsrohrs (3). Er enthält einen federelastisch verformbaren und auf den Leiter (2) aufgeschnappten Isolatorkörper. Dieser Isolatorkörper ist gebildet von einer axial um den Leiter (3) mit eimem Umfangswinkel (alpha, alpha') von mehr als 180 DEG geführten, federelastisch verformbaren Manschette (6) sowie von mindestens zwei an die Manschette (6) angeformten Tragelementen (7, 8). Die Tragelemente (7, 8) sind axial um einen Winkel (beta) von weniger als 180 DEG gegeneinander versetzt auf dem Kapselungsrohr (3) abgestützt. Sie weisen quer zur Achse (5) jeweils ein nach Art des Bogens oder eines Trapezes ausgebildetes Profil auf mit einer gegenüber dem Abstand zwischen Stromleiter (2) und Innenfläche des Kapselungsrohrs (3) geringen Dicke. DOLLAR A Der Isolator kann leicht montiert werden. Trotz eines vergleichsweise geringen Materialeinsatzes weist er eine hohe Tragfähigkeit auf. Wegen des geringen Materialeinsatzes treten in nicht zu vermeidenden Spalten, die sich zwischen der Innenfläche des Kapselungsrohrs (3) und einem Fuß (13) der Tragelemente befinden, vergleichsweise geringe elektrische Feldstärken auf. Daher werden dielektrische Schwachstellen im Bereich des Kapeslungsrohrs (3) weitgehend vermieden.

Description

TECHNISCHES GEBIET

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Isolator nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

STAND DER TECHNIK

Ein derartiger Isolator ist in der älteren Patentanmeldung Aktenzeichen 100 59 165.5, eingereicht am 29.11.2000, beschrieben. Der in dieser Anmeldung vorgeschlagene Isolator dient dem Abstützen eines zumindest abschnittsweise überwiegend axialsymmetrisch ausgebildeten und zur Führung von Hochspannung vorgesehenen Stromleiters auf der Innenseite einer isoliergasgefüllten Kapselung. Der Isolator weist einen federelastisch verformten und auf den Leiter aufgeschnappten Isolatorkörper auf mit einer axial um den Leiter mit einem Umfangswinkel von mehr als 180° geführten, federelastisch verformbaren Manschette. An die Manschette sind zwei Tragelemente angeformt, welche axial um einen Winkel von ca. 100 bis 120° gegeneinander versetzt auf der Kapselung abgestützt sind.

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 des Stromleiters in der isoliergasgefüllten Kapselung und zugleich die Fertigung einer gasisolierten Leitung mit besonders günstigen dielektrische Eigenschaften ermöglicht.

Der Isolator nach der Erfindung weist einen Isolatorkörper auf mit einer federelastisch verformbaren Manschette und mit zwei an die Manschette angeformten Tragelementen. 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. Da die Tragelemente jeweils ein nach Art eines Bogens oder eines Trapezes ausgebildetes Profil aufweisen und das Profil gegenüber dem Abstand zwischen Stromleiter und Innenfläche des Kapselungsrohrs eine geringe Dicke besitzt, wird nur ein relativ geringer Teil des Werkstoffs des Isolators bis in die Nähe des Kapselungsrohrs geführt. Wegen dieses kleinen Anteils an Material mit einer gegenüber dem Isoliergas höheren Dielektrizitätskonstanten treten in Spalten, die zwischen der Innenfläche des Kapselungsrohrs und den Aussenflächen von Tragelementen der Stützisolatoren angeordnet sind, vergleichsweise geringe elektrische Feldstärken auf. Aus diesem Grund, und da die Isolatoren zudem praktisch kantenfrei an die Innenfläche des Kapselungsrohrs geführt sind, werden dielektrische Schwachstellen im Bereich des Kapselungsrohrs weitgehend vermieden.

Zugleich werden wegen der bogen- oder trapezförmigen Ausbildung der auf dem Kapselungsrohr aufliegenden Tragelemente von den Isolatoren Stützkräfte günstig auf die Kapselung geführt, so dass praktisch keine Gefahr besteht, dass die Isolatoren das Kapselungsrohr zu stark belasten und es dann gegebenenfalls deformieren. Wegen der bogen- oder trapezförmigen Ausbildung der Tragelemente wird zugleich die Umbruchfestigkeit der Isolatoren wesentlich erhöht und werden so negative Auswirkungen auf die dielektrischen Eigenschaften des Leiterabschnitts vermieden.

Eine Rundumabstützung des Stromleiters ist dann gewährleistet, wenn unter Bildung einer die beiden Tragelemente enthaltenden sternförmigen Anordnung an die Manschette ein drittes Tragelement angeformt ist.

Zweckmässigerweise weist das Profil zwei in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt an der Manschette ansetzende und gegeneinander geneigt angeordnete Schenkel auf, welche einen in Umfangsrichtung über die Schenkel erstreckten Fuss halten. Mit einem solchen Isolator wird dann nämlich nicht nur hervorragendes dielektrisches Verhalten der gasisolierten Leitung erreicht, sondern wegen der Federwirkung der Schenkel zugleich auch eine grosse mechanische Festigkeit dieser Leitung, was insbesondere beim Auftreten von hohen Stromkräften von grossem Vorteil ist. Gegebenenfalls ist es zweckmässig, die Schenkel unsymmetrisch auszubilden. Abhängig von der Richtung der wirksamen Kraft kann so eine besonders grosse Stabilität erreicht werden.

Um eine gute Beweglichkeit des Stromleiters in Richtung des Kapselungsrohrs zu ermöglichen, empfiehlt es sich, im Fuss mindestens einen auf der Innenfläche des Mantelrohrs abgestützten Rollenkörper anzuordnen.

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 geführten Zapfen auf.

Vorteilhafterweise sind an der dem Stromleiter zugewendete Seite der Manschette und/oder an auf das Kapselungsrohr führenden Enden der Tragelemente aus einem elektrisch leitfähigen Polymer gebildete Feldsteuerelemente angeordnet. Der Isolator weist dann nicht nur hervorragende dielektrische Eigenschaften auf, sondern er kann dann auch besonders einfach, vorzugsweise durch Spritzgiessen oder Extrudieren, gefertigt 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, gekapselte Leitung mit einem Isolator nach der Erfindung, und

Fig. 2 eine Aufsicht in Pfeilrichtung auf einen längs II-II geführten Schnitt durch die gasisolierte Leitung gemäss Fig. 1.

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 gekapselten Gleichstromleiter mit einer Spannung von jeweils bis zu mehreren hundert kV. Diese gasisolierte Leitung weist einen Stromleiter 2 auf, welcher auf mehreren - in einer als Rohr ausgebildeten Kapselung 3 angeordneten - Isolatoren abgestützt ist. Von den Isolatoren ist lediglich ein mit dem Bezugszeichen 4 gekennzeichneter Isolator dargestellt.

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

Der Isolator 4 weist eine federelastisch verformbare Manschette 6 auf, welche axial um den Stromleiter 2 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 dem Kapselungsrohr 3 abgestützt sind. An der dem Stromleiter 2 zugeordneten Seite der Manschette 6 ist ein Sicherungselement 9 vorgesehen.

Zur Herstellung der gasisolierten Leitung wird der Isolator 4 auf den Stromleiter 2 aufgeschnappt. Die Manschette 6 umfasst dann den Stromleiter 2 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 2 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 2.

Durch die um dem Winkel beta versetzte Anordnung der beiden Tragelemente wird Selbstklemmung erreicht. Unter der Wirkung einer mittig zwischen den beiden Tragelementen wirkenden Kraft, in Fig. 1 etwa der Schwerkraft, werden die beiden Tragelemente aufgespreizt. Die Manschette umschliesst nun den Stromleiter mit einer durch das Aufspreizen vorgebenen Klemmkraft und setzt dementsprechend den Isolator 4 am Stromleiter 2 fest. Wegen der gespreizten Anordnung der Tragelemente 7, 8 positioniert der Isolator 4 den Stromleiter 2 im wesentlichen nur in Richtung der Tragelemente. 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 (Rundumabstützung).

Eine Rundumabstützung des Stromleiters 2 ist auch dann gewährleistet, wenn an die Manschette 6 ein in Fig. 1 gestrichelt dargestelltes drittes Tragelement 10 angeformt ist. Der drei Tragelemente 7, 8 und 10 sind hierbei sternförmig an der Manschette angebracht. Die Manschette 6 umschliesst dann den Stromleiter 2 mit einem Winkel alpha' von fast 360° weitgehend.

Ersichtlich sind die Tragelemente jeweils hohl ausgebildet und weisen jeweils ein nach Art eines Trapezes ausgebildetes Profil auf. Das Trapez enthält zwei in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt an der Manschette 6 ansetzende, zueinander geneigt angeordnete Schenkel und einen die von der Manschette abgewandten Enden der beiden Schenkel verbindenden Fuss. In den Figuren sind beim Tragelement 7 die beiden Schenkel mit den Bezugszeichen 11 und 12 und der Fuss mit dem Bezugszeichen 13 bezeichnet. Jedes der Tragelemente kann trotz geringer Masse grosse Stützkräfte aufnehmen. Der Fuss 13 ist in Umfangsrichtung über die Schenkel 11, 12 erstreckt. Daher wird die vom Stromleiter 2 auf das Kapselungsrohr 3 übertragene Kraft auf eine grosse Fläche verteilt und so das Kapselungsrohr 3 nur mit geringer Flächenpressung beaufschlagt.

Jeder der Füsse 13 weist gegenüber dem Abstand zwischen dem Stromleiter 2 und der Innenfläche des Kapselungsrohrs 3 geringe Dicke auf und besitzt eine gegenüber der Dicke grosse Länge in axialer Richtung (Fig. 2).

Durch diese Ausbildung der Tragelemente des Isolators 4 mit Schenkeln 11, 12 und dünnen schalenförmigen Füssen 13 wird erreicht, dass verhältnismässig wenig Isoliermaterial mit einer gegenüber dem Isoliergas grossen Dielektrizitätskonstanten an die Innenfläche des Kapselungsrohrs 3 geführt ist. Es wird so die elektrische Feldstärke in den zwischen Isolator 4 und Innenfläche des Kapselungsrohrs 3 vorhandenen mehr oder weniger grossen Spalten gering gehalten und die dielektrische Festigkeit der gekapselten gasisolierten Leitung 1 optimiert.

Die gleiche Wirkung wird erreicht, wenn die Tragelemente nicht nach Art eines Trapezes, sondern bogenförmig ausgeführt sind und jeweils mit einem dünnen schalenförmigen Bogenabschnitt auf der Innenfläche des Kapselungsrohrs 3 aufliegen.

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 Feldsteuerelemente 14, 15 und 16 einzuformen, welche wie das Feldsteuerelement 16 auf der Innenseite der Manschette 6 und wie die Feldsteuerelemente 15 und 16 an den auf der Kapselung 3 aufliegenden Enden der Tragelemente vorgesehen sind. Diese Feldsteuerelemente homogenisieren das elektrische Feld in den durch das Aufeinandertreffen von potentialführenden Teilen, wie Stromleiter 2 und gegebenenfalls Kapselungsrohr 3, sowie 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 die Feldsteuerelemente 10, 11, 12 von einem elektrisch leitfähigen Polymer gebildet. Sind Manschette 6 und Stützelemente 7, 8, 10 ebenfalls aus einem polymeren Material, so kann ein Feldsteuerelemente enthaltender Isolator 4 fertigungstechnisch besonders einfach, etwa durch Spritzgiessen oder Extrudieren, hergestellt werden.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist im Fuss 13 des Isolators 4 mindestens ein auf der Innenfläche des Kapselungsrohrs 3 abgestützter Rollenkörper 17 angeordnet. Dieser Rollenkörper erleichtert das Gleiten des Isolators 4 bei Relativbewegungen von Kapselungsrohr 3 und Isolator 4 in Richtung der Rohrachse 5.

Bezugszeichenliste

1

gasisolierte Leitung

2

Stromleiter

3

Kapselungsrohr

4

Isolator

5

Achse

6

Manschette

7

,

8

Tragelemente

9

Sicherungselemente

10

Tragelement

11

,

12

Schenkel

13

Fuss

14

,

15

,

16

Feldsteuerelemente

17

Rollenkörper

Claims

1. Isolator (4) zum Abstützen eines zumindest abschnittsweise überwiegend axialsymmetrisch ausgebildeten und zur Führung von Hochspannung vorgesehenen Stromleiters (2) auf der Innenseite eines isoliergasgefüllten Kapselungsrohrs (3) mit einem federelastisch verformbaren und auf den Leiter aufschnappbaren Isolatorkörper mit einer axial um den Leiter (2) mit einem Umfangswinkel (alpha, alpha') von mehr als 180° führbaren, federelastisch verformbaren Manschette (6) sowie mit mindestens zwei an die Manschette (6) angeformten Tragelementen (7, 8), welche axial um einen Winkel (beta) von weniger als 180° gegeneinander versetzt auf dem Kapselungsrohr (3) abstützbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragelemente quer zur Achse (5) jeweils ein nach Art eines Bogens oder eines Trapezes ausgebildetes Profil aufweisen mit einer gegenüber dem Abstand zwischen Stromleiter (2) und Innenfläche des Kapselungsrohrs (3) geringen Dicke.

2. Isolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass unter Bildung einer die beiden Tragelemente (7, 8) enthaltenden, sternförmigen Anordnung an die Manschette (6) ein drittes Tragelement (10) angeformt ist.

3. Isolator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil zwei in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt an der Manschette (6) ansetzende und gegeneinander geneigt angeordnete Schenkel (11, 12) aufweist, welche einen in Umfangsrichtung über die Schenkel erstreckten Fuss (13) halten.

4. Isolator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schenkel unsymmetrisch ausgebildet sind.

5. Isolator nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Fuss (13) mindestens ein auf der Innenfläche des Kapselungsrohrs (3) abstützbarer Rollenkörper (17) angeordnet ist.

6. Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Manschette (6) ein Sicherungselement (9) vorgesehen ist, welches beim Aufschnappen der Manschette (6) in den Leiter (2) eingreift.

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

8. Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer dem Leiter (2) zuwendbaren Seite der Manschette (6) und/oder an auf das Kapselungsrohr (3) führbaren Enden der Tragelemente (7, 8) Feldsteuerelemente (14, 15, 16) angeordnet sind.

9. Isolator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Feldsteuerelemente von einem elektrisch leitfähigen Polymer gebildet ist.

10. Leitungsabschnitt nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator (3) spritzgegossen ist.