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Die
Erfindung betrifft ein Barrierensystem für eine Leitungsdurchführung einer
elektrischen Anlage, mit nebeneinander angeordneten Wandelementen
als Barrieren, die axiale Längserstreckungen
aufweisen und in Abständen
zueinander angeordnet sind und die Zwischenräume somit Kanäle bilden, wobei
die Wandelemente zumindest am unteren Ende der Wandelemente teilweise
auf einer Auflage aufliegen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein
Steckelement zur Halterung und Fixierung der die Barriere bildenden
Wandelemente.
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Hintergrund
der vorliegenden Erfindung sind Barrierensysteme für Leitungsdurchführungen
einer elektrischen Anlage, insbesondere von Hochspannungsanlagen.
Vor allem bei Hochspannungsanlagen erfordert die Verbindung der
elektrischen Anlage mit einem äußeren Leitungsnetz
eine abschirmende Leitungsdurchführung
im Verbindungsbereich der elektrischen Anlage und des äußeren Netzes.
Herkömmlicherweise
ist dabei um eine Elektrode ein Isolationskörper angeordnet, der der elektrischen
und thermischen Belastung in dem Leitungsdurchführungsbereich standhält. Hierzu
werden Pressspansegmente – zumeist
koaxial- um die koaxiale Leitungsdurchführung angeordnet. Mittels Distanzelemente
wird ein festgelegter Abstand zwischen den Pressspansegmente fixiert.
Durch die so geschaffenen Hohlräume
zirkuliert ein Isolationsmedium – z.B. ein Transformatorenöl, das zum
einen als Isolator und gleichzeitig als Kühlmedium dient. Aufgrund der hohen
elektrischen Feldstärken
bei Leitungsdurchführungen
einer elektrischen Hochspannungsanlage sind die Höhlräume – und damit
das in den Hohlräumen
zirkulierende Isoliermedium – so
zu wählen, dass diese
in Abhängigkeit
von der Entfernung zur Leitungsdurchführung dem elektrischen Feld
standhalten und eine ausreichende Wärmezirkulation um die Leitungsdurchführung gewährleisten.
Die unterschiedlichen Feldverläufe
und damit die elektrischen Feldstärken richten sich nach der
Art der aufgebrachten Spannung so wie der Art des Betriebes der
elektrischen Anlage, wie zum Beispiel bei HGÜ-Anlagen ist eine gleichmäßige Feldverteilung
bei Gleichspannungsbeanspruchungen von Vorteil. Der Abstand der Pressspansegmente
muss in Abhängigkeit
von dem zu erwartenden Verlauf der elektrischen Äquipotentiallinien und der
damit auftretenden elektrischen Feldstärken gewählt und dauerhaft fixiert sein.
Insbesondere in der direkten Umgebung der Leitungsdurchführung sind
die relativen Abstände
der Pressspansegmente klein und mit abnehmender Feldstärke im Außenbereich
der Leitungsdurchführung
größer zu wählen.
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Aufgrund
der hohen elektrischen Spannungen ist insbesondere im unmittelbaren
Bereich der Leitungsdurchführung
eine exakte Lage und Fixierung der Wandelemente als Barrieren notwendig. Üblicherweise
beträgt
die Länge
einer Barriere bis zu 3 m mit einer Wandstärke von 3 bis 6 mm, wobei die Lagentoleranz
von maximal 1 mm einzuhalten ist.
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Diese
Barrierensysteme finden ihren Einsatz insbesondere bei Transformatoren
und Drosselspulen sowie auch bei Prüfbarrierensystemen. Im Stand der
Technik sind Barrierensysteme bekannt, die direkt auf die Leitungsdurchführung der
elektrischen Anlage aufgebracht und mit dieser verklebt werden.
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Die
DE 690 12 258 T2 beschreibt
eine Kondensatorisolierung zur Feldsteuerung der Verbindung einer
Transformatorleitungsdurchführung.
Wie in der dortigen Erfindung beschrieben, ist um die Leitungsdurchführung einer
elektrischen Anlage neben einer Kondensatorisolierwand ein sich
aus axial erstreckenden Kühlkanälen bestehendes
System offenbart. Die entsprechende Isolierung der Leitungsdurchführung wird
im Rahmen eines Wicklungsprozesses aufgewickelt und damit dauerhaft
fixiert. Ein nachträgliches
Lösen dieses
Barrierensystems von der Leitungsdurchführung ist nicht möglich.
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Die
DE 27 40 157 offenbart eine
Leitungsdurchführung
mit Steuerelektrode für
Hochspannungsanlagen. Insbesondere für metallgekapselte und Druckgas
isolierte Hochspannungsanlage mit einem Leitungsdurchführungsleiter
wird eine Brücke zur
Halterung des Leitungsdurchführungsleiters
relativ zur Elektrode offenbart. Bezüglich der hierfür notwendigen
Isolierung der Leitungsdurchführung
offenbart die
DE 27 40 157 keine
weitergehenden Merkmale.
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Gleiches
gilt für
die
DE 36 16 243 C2 als
Leitungsdurchführung
insbesondere für
hohe Spannungen. Die dortige Erfindung offenbart einen Überwurfisolator,
der mit einem inerten Gas niedrigen Druckes gefüllt ist und mittels isolierender
Lochscheiben den geräteseitigen
hohen Gasdruck gegenüber
dem Gasdruck innerhalb des Überwurfisolators
gasdicht voneinander trennt.
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Herkömmlicherweise
werden Pressspansegmente in definierten Abständen mittels Abstandshalter
um eine Leitungsdurchführung
koaxial angeordnet. Im unmittelbaren Übergangsbereich zur die Leitungsdurchführung abschirmenden
Elektrode wird eine Auflage für
die Pressspansegmente platziert und entlang der gesamten Länge der
Pressspansegmente mittels Abstandshaltern ein gleich bleibender Abstand
zwischen den Pressspansegmenten sichergestellt. Die Pressspansegmente
auf der Auflage werden anschließend
mittels eines Klebers dauerhaft fixiert.
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So
beschreibt ebenfalls die
DE 23
61 220 eine Isolieranordnung für Ausleitungen von Hochspannungswicklungen
in Transformatoren und Drosseln. Gemäß der dortigen Erfindung werden
an jedem der paarweise aneinander zugeordneten Winkelringen und
Kaminwänden
konzentrische Manschetten mit je einem breiten Flansch an dem an
der Ebene des Winkelringes liegenden Ende angeordnet. Die jeweils
zylindermantelförmigen
Schäfte
von je zwei zugeordneten Manschetten bilden dabei eine Einfügung, die
das Ende einer zugehörigen
Kaminwand einfasst.
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Des
Weiteren beschreibt die
DE 1
051 432 eine torsionsfähige
Stromdurchführung
für Induktionsspulen.
Gemäß der dortigen
Erfindung weist die torsionsfähige
Stromdurchführung
zwei Anschlusstücke
auf, die mit der Stromschiene starr verbunden und in der Kesselwand
angeordnet sind, wobei ein korrespondierendes ebenfalls aus zwei
Kupferringen bestehendes Anschlussstück mit dem Ende der Induktionsspule
starr verbunden ist und in einem Lager drehbar ist, wobei gleichzeitig
zwei aus einer Vielzahl von drehbaren, kreisförmig angeordneten Hochfrequenzlitzenbündeln eine
torsionsfähige
stromführende
Verbindung hergestellt wird, wobei die Isolierungsrohre mit den
Anschlussstücken
fest und bezüglich
des festen Anschlussstückes
drehbar verbunden ist.
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Des
Weiteren beschreibt die
DE 1
156 135 eine Isolieranordnung bei Leitungsdurchführungen von
flüssigkeitsisolierten
Hochspannungsgeräten,
so wie die
DE 1 208 783 eine
elektrische Durchführung.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, die im Stand der Technik
auftretenden Nachteile zu verhindern und ein Barrierensystem bereitzustellen,
das schnell und einfach auf- und
abgebaut werden kann.
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Die
Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass ein Steckelement die Auflage bildet, mit dem die Wandelemente
verbindbar sind, wobei das Steckelement axiale Führungselemente für die Halterung
und Fixierung der Wandelemente aufweist. Vorzugsweise sind die Wandelemente
und das Steckelement rotationssymmetrisch. Durch das erfindungsgemäße Barrierensystem
ist – im
Gegensatz zum Stand der Technik – eine schnelle und insbesondere
nachträglich
wieder lösbare
Verbindung der Wandelemente untereinander und damit des Barrierensystems
gewährleistet.
Das Steckelement weist dabei axiale Führungselemente auf, die zumindest
eine axiale Führung
idealerweise eine axiale und radiale Fixierung der Wandelemente
bereitstellen.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist, dass die Führungselemente
so auf dem Steckelement angeordnet sind, dass die mit den Führungselementen
verbindbaren Wandelemente einen vorgegebenen Abstand relativ zueinander
aufweisen. Da die hohen elektrischen Feldstärken eine exakte Einhaltung
der Abstände
der relativ zueinander angeordneten Wandelemente erfordern, ist
durch die Anordnung der Führungselemente
auf dem Steckelement gewährleistet,
dass die Wandelemente bezüglich
ihrer relativen Abstände
fest vorgegeben und permanent eingehalten werden.
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Vorteilhaft
ist weiterhin, dass die Sockelbereiche der Führungselemente als Auflage
in unterschiedlichen Höhen
relativ auf dem Steckelement angeordnet und somit die Wandelemente
relativ zueinander axial gestaffelt sind. Insbesondere bei der Verwendung
von mehreren Wandelementen mit unterschiedlichen Abständen zur
Leitungsdurchführung kann
es notwendig sein, diese Wandelemente relativ zur Leitungsdurchführung in
axialer Richtung unterschiedlich zu staffeln. Durch unterschiedlich
gestaffelte Führungselemente
auf dem Steckelement ist eine axial gestaffelte Anordnung der Wandelemente ohne
weiteres möglich.
Vorteilhafterweise weist das Steckelement Schlitze als Führungselemente
auf, in die die Wandelemente mit zur Schlitzbreite korrespondierenden
Wandstärken
steckbar sind. Hierdurch ist zum einen eine schnelle und einfache
Möglichkeit zur
Herstellung eines Barrierensystems gegeben. Andererseits besteht
hierdurch die Möglichkeit,
dass das Barrierensystem ohne großen Aufwand wieder demontiert
werden kann.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist, dass die Wandelemente
zu Steckgruppen zusammengefasst sind, die mit dem Steckelement teilweise
verbindbar sind. Durch die Zusammenfassung der Wandelemente zu Steckgruppen
muss nicht jedes Wandelement einzeln zu einem Barrierensystem hinzugefügt werden.
Durch die Verwendung einer Steckgruppe bestehend aus mehreren Wandelementen
ist eine einfache und schnelle Möglichkeit
bereitgestellt, ein Barrierensystem herzustellen. Vorteilhafterweise
sind nicht nur die Steckgruppen mit dem Steckelement verbindbar,
sondern bestehen auch Verbindungsmöglichkeiten der Steckgruppen
selbst miteinander. Insbesondere aufgrund der Festigkeit und Formstabilität der durch
Abstandshalter zusammengefassten Steckgruppen bzw. der Wandelemente
ist ein Ineinanderstecken der Gruppen ohne weiteres möglich und
leicht durchzuführen. In
die zwischen den Wandelementen der ersten Steckgruppe bestehenden
Zwischenräume
sind die Wandelemente der zweiten Steckgruppe steckbar. Durch die
Wahl einer geringfügig
kleineren Breite der Zwischenräume
der zweiten Steckgruppe im Vergleich zur ersten Steckgruppe, kann
die zweite Steckgruppe in die erste Steckgruppe passgenau eingesteckt
und fixiert werden. Vorteilhafterweise sind die Wandelemente ganz
oder teilweise aus Pressspansegmenten zusammengesetzt. Zur Herstellung
einer noch festeren Verbindung zwischen Wandelementen und dem Steckelement
werden die Wandelemente mittels Befestigungsmittel, wie (Nieten)
Stifte und Schrauben an den Führungselementen,
fixiert.
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In
einer bevorzugten Ausführung
sind nicht nur die Wandelemente in das Steckelement steckbar, sondern
andererseits auch das Steckelement an sich mittels korrespondierender
Halterungen an der Elektrode über
Führungselemente,
insbesondere Schlitze, verbindbar. Hierzu muss im Außenbereich
der Elektrode ein zum Führungselement
korrespondierendes Steckteil angebracht sein.
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Vorteilhafterweise
sind die Führungselemente
so geformt, dass diese die Zirkulation eines zwischen den Wandelementen
befindlichen Mediums nicht beziehungsweise nur gering beeinflussen.
Dies wird insbesondere durch abgeschrägte und abgerundete Formen
gewährleistet.
Es ist weiterhin vorteilhaft, dass das Steckelement als umlaufender
Ring um die Leitungsdurchführung
angeordnet ist. Falls eine Zirkulation eines Mediums nur oberhalb
des Steckelementes notwendig ist, ist ein als umlaufender Ring nutzbare
Steckelement für
eine verbesserte mechanische Verbindung der Wandelemente möglich. Alternativ
können
flache Steckelemente um die Leitungsdurchführung verteilt zur Halterung
und Fixierung der Wandelemente dienen und beeinflussen gleichzeitig
die entlang der Steckelemente verlaufende Zirkulation des Mediums
innerhalb der Wandelemente nicht.
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Die
Aufgabe wird ebenfalls durch den Gegenstand des Patentanspruchs
13 gelöst.
Erfindungsgemäß ist hierbei
vorgesehen, dass die Wandelemente teilweise mit dem Steckelement
verbindbar sind, wobei das Steckelement axiale Führungselemente aufweist. Vorteilhafterweise
dienen Schlitze als axiale Führungselemente,
in die korrespondierende Wandelemente steckbar sind.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Der Erfindungsgegenstand
wird anhand der nachfolgen Figuren eingehend erläutert. Es zeigt:
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1 schematischer
Aufbau des erfindungsgemäßen Barrierensystems
mit drei Steckgruppen;
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2a bis
g Schnittzeichnungen von erfindungsgemäßen Steckelementen.
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Die
Figur 1 ist eine schematische Schnittzeichnung eines
Ausschnitts des erfindungsgemäßen Barrierensystems
um eine Leitungsdurchführung 15 einer
elektrischen Anlage. Der Außenbereich
der Leitungsdurchführung 15 ist
durch eine am Ende umgebogene Elektrode 16 abgeschirmt.
Auf der Elektrode 16 ist eine erste Steckgruppe 14a von Wandelementen 10 aufgebracht.
Die Abstände
zwischen den Wandelementen 10 werden durch einzelne Schlitze
auf dem Steckelement 12 vorgegeben. Die Abstände zwischen
den Wandelementen 10 sind aufgrund der Anforderung der
Kühlung
und der vorhandenen elektrischen Feldstärken einzuhalten und aufgrund
der Anordnung der Schlitze auf dem Steckelement 12 gewährleistet.
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Eine
Steckgruppe 14a von Wandelemente 10 ist durch
einige nahezu parallel verlaufende Wandelemente 10 und
auf der dem Steckelement 12 abgewandten Seite angebrachte
Abstandshalter (nicht eingezeichnet) gekennzeichnet. Die Abstandshalter gewährleisten
zwischen vorgegebenen Wandelementen 10 einen identischen
Abstand wie die korrespondierenden Schlitze auf dem Steckelement 12. So
ist im Sockelbereich 11 der Steckgruppe 14a durch
das Steckelement 12 und im dem Steckelement 12 abgewandten
Ende der Steckgruppe 14a durch die Abstandshalter eine
feste und dauerhafte Halterung und Fixierung der relative Lage der
Wandelemente 10 gewährleistet.
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In
eine zweite Steckgruppe 14b ist eine dritte Steckgruppe 14c steckbar,
wobei die Wandelemente 10 der dritten Steckgruppe 14c korrespondierend
mit den Wandelementen 10 der zweiten Steckgruppe 14b verbindbar
sind. Insbesondere durch Einschieben der dritten Steckgruppe 14c in
die zweite Steckgruppe 14b bei nahezu identischen Abständen zwischen
den jeweiligen Wandelementen 10 ist eine Arretierung der
dritten Steckgruppe 14c durch die Festigkeit und Formsteifigkeit
der Steckgruppen 14b, 14c gewährleistet. In unmittelbarer
Nähe zur
Leitungsdurchführung 15 ist
die erste Steckgruppe 14a innerhalb des erfindungsgemäßen Steckelementes 12 arretiert.
Die Abstände
zwischen den Führungselementen 13a, 13b, 13c definieren
gleichzeitig den Abstand der Wandelemente 10 zueinander.
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Auch
aufgrund von besonderen Anforderungen des umgebenden elektrischen
Feldes kann eine axiale Abstufung der Wandelemente 10 relativ
zueinander notwendig sein.
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Im
oberen nicht sichtbaren Bereich der Wandelemente 10 sind
die Wandelemente 10 durch herkömmliche Abstandshalter (nicht
dargestellt), wie zum Beispiel Pressspanklötze, festgelegt. Durch die Steckbarkeit
der Steckgruppen 14a, 14b, 14c ist ein modularer
Aufbau sowie ein schneller Auf- und Abbau der Barrierenanordnung
möglich.
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Die
Figuren 2a bis 2e zeigen
unterschiedliche Schnittformen der Steckelemente 12. Die Anzahl
der Wandelemente 10 pro Steckgruppe 14a, 14b, 14c wird
für das
korrespondierende Steckelement 12 berücksichtigt. In den Beispielen 2a und 2b sind
darüber
hinaus die Abstände
zwischen den jeweiligen Wandelementen 10 aufgrund der Anforderung
des äußeren elektrischen
Feldes unterschiedlich gewählt.
An der linken, der Leitungsdurchführung 15 zugewandten
Seite des Steckelements 12 sind die Abstände der
Schlitze und damit der einzuführenden
Wandelemente aufgrund der zu erwartenden hohen elektrischen Feldstärken klein.
Mit zunehmendem Abstand von der Leitungsdurchführung 15 werden die
Abstände
zwischen den Schlitzen am rechten Rand des Steckelements 12 relativ
zu den Abständen
am linken Rand des Steckelements 12 größer.
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In
den Ausführungsformen 2c und 2d sind
darüber
hinaus die Formen der Führungselemente 13a, 13b, 13c leicht
angeschrägt,
um eine verbesserten Zirkulation des Kühlmittels in der Nähe des Steckelements 12 zu
gewährleisten.
Andere geometrische Formen sind ebenfalls mit beansprucht, so dass
die vorliegenden Zeichnungen keine Einschränkung auf diese dargestellt
Form bedeuten. Die Figur 2e zeigt
ein erfindungsgemäßes Steckelement 12,
an dem die Wandelemente 10 nicht mittels der Schlitze sondern
durch das Führungselement 13c ausschließlich selbst
gehalten werden. Zur Sicherung werden die Wandelemente 10 an
diesem Führungselement 13c mittels
Befestigungselemente (nicht dargestellt), wie Schrauben, Stifte
oder Nieten, fixiert.