DE102015116502A1

DE102015116502A1 - Leiter für eine elektrische Freileitung und Verfahren zur Ummantelung eines Leiterseils eines Leiters

Info

Publication number: DE102015116502A1
Application number: DE102015116502.3A
Authority: DE
Inventors: André Wagner; Jens Knauel; Andrey Mashkin
Original assignee: Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Current assignee: Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Priority date: 2015-09-29
Filing date: 2015-09-29
Publication date: 2017-03-30

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Leiter (1) für eine elektrische Freileitung, insbesondere für die Hoch- oder Höchstspannungsebene, mit einem Leiterseil (4) und einem das Leiterseil (4) ummantelnden Schaum (3) auf Polymerbasis zur Feldsteuerung. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Ummantelung eines Leiterseils (4) eines Leiters (1) einer elektrischen Freileitung, insbesondere für die Hoch- und Höchstspannungsebene, wobei ein fließfähiges Material auf das Leiterseil (4) aufgebracht wird, welches unter Wärmezufuhr aufschäumt, sowie die Verwendung eines Schaumes (3) auf Polymerbasis zur Ummantelung eines Leiterseils (4) eines Leiters (1) einer elektrischen Freileitung, insbesondere für die Hoch- und Höchstspannungsebene.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Leiter für eine elektrische Freileitung, insbesondere für die Hoch- oder Höchstspannungsebene, mit mindestens einem Leiterseil und ein Verfahren zur Ummantelung eines Leiterseils eines Leiters für eine elektrische Freileitung, insbesondere für die Hoch- oder Höchstspannungsebene. Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines Schaumes auf Polymerbasis.
Die Übertragung elektrischer Leistung ist ein wichtiger Bestandteil heutiger Energieübertragungssysteme. Die Leistungsübertragung kann unter anderem mittels elektrischer Freileitungen realisiert werden, welche den Überlandteil des Stromnetzes zur Weiterleitung von elektrischer Energie darstellen.
Eine elektrische Freileitung besteht zumeist aus mehreren Komponenten, wie beispielsweise Leitern, Erdseilen und Isolatoren. Die Leiter sind über Isolatoren an den Freileitungsmasten aufgehängt. Ein Leiter weist ein oder mehrere Leiterseile zum Stromtransport auf.
Als Materialien, insbesondere für Hoch- und Höchstspannungsleitungen mit größerer Spannweite, können beispielsweise kombinierte Aluminium-Stahlseile oder Hochtemperaturseile als Leiter zum Einsatz kommen. Dabei kann sich im Inneren des Leiters eine Stahl- oder GFK-Seele befinden, welche der mechanischen Festigkeit dient. Im Außenbereich können sich Aluminiumadern befinden, die der elektrischen Leitfähigkeit dienen. Die Leiteradern können gegeneinander verdrillt verlaufen, so dass sich ein kompakter Aufbau ergibt, welcher mechanisch stabil gleichzeitig jedoch flexibel ist. Der Leiter kann ferner eine oder mehrere Adern für Kommunikationszwecke aufweisen. Darüber hinaus können mehrere Leiterseile zu einem Bündelleiter zusammengefasst werden, bei welchem mehrere Leiterseile gleichen Potentials parallel und räumlich benachbart angeordnet sind. Die einzelnen Leiterseile eines Bündels werden dabei mit Abstandshaltern zusammengefasst, um einen nahezu konstanten räumlichen Abstand der einzelnen Leiterseile zueinander gewährleisten zu können.
Die Erfindung betrifft bevorzugt Leiter für Freileitungen für die Hoch- und Höchstspannungsebene. Ein Einsatz bei Freileitungen in der Mittelspannungsebene ist aber gleichfalls möglich.
Ein Leiterseil für eine elektrische Freileitung wird beispielsweise in der Offenlegungsschrift DE 26 15 311 A1 beschrieben.
Bei elektrischen Freileitungen kann es aufgrund der stark inhomogenen elektrischen Feldverteilung bzw. der hohen elektrischen Feldstärken an der Oberfläche des Leiterseiles zur Überschreitung der kritischen Ionisationsfeldstärke der das Leiterseil umgebenen Luft kommen. Dies führt dazu, dass Teilentladungen auftreten, welche auch als Koronaentladungen bezeichnet werden. Diese Teilentladungen sind nachteilig, da sie einerseits zu elektrischen Übertragungsverlusten im Netz und andererseits auch zu starken akustischen Beeinträchtigungen der Umgebung führen können. Freileitungen in der Nähe von Wohngebieten stellen daher eine potenzielle Quelle für Lärmbelästigungen der Anwohner da. Aufgrund dessen existieren Vorschriften, welche festlegen, welche akustischen Emissionsgrenzwerte beim Errichten und beim Betrieb einer solchen Anlage einzuhalten sind.
Um diesen Negativeffekten entgegenzuwirken sind Anordnungen bekannt, bei welchen das Leiterseil von einer Feststoffummantelung umschlossen wird. Durch die Ummantelung werden die Leiterseile räumlich von der Umgebungsluft getrennt, so dass geringere Feldstärken an der Oberfläche des Leiters auftreten. Auf diese Weise kann das Risiko der Überschreitung der kritischen Feldstärke der Luft und somit von Koronaentladungen vermindert werden.
Es hat sich jedoch als nachteilig erwiesen, dass durch die Ummantelung ein nicht zu vernachlässigendes Zusatzgewicht auf das Leiterseil wirkt. Durch das zusätzliche Gewicht kann es beispielsweise zu einem erhöhten Leiterdurchhang kommen.
Vor diesem Hintergrund stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, eine elektrische Freileitung anzugeben, mit welcher Koronaentladungen bei gleichzeitig geringer Beeinflussung des Leiters selbst vermindert werden können.
Bei einem Leiter der eingangs genannten Art wird die Aufgabe durch einen das Leiterseil ummantelnden Schaum auf Polymerbasis zur Feldsteuerung gelöst.
Durch die Ummantelung des Leiterseils mit einem Schaum kann die Feldstärke an der Oberfläche des Leiterseils und insbesondere an der Grenzfläche zur Luft verringert werden. Auf diese Weise können Koronaentladungen und damit einhergehend elektrische Verluste sowie akustische Emissionen reduziert werden. Im Gegensatz zu einer Feststoffummantelung weisen Schäume durch die eingebrachten Gaseinschlüsse eine geringere Gesamtdichte auf, weshalb das Gewicht der Ummantelung reduziert und damit Beeinträchtigungen vermieden werden können.
Schäume auf Polymerbasis sind im Stand der Technik als Isolationsmaterial bereits bekannt und zum Beispiel in der DE 10 2010 006 507 A1 oder der DE 10 2004 008 751 A1 beschrieben.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Schaum Varistoren auf. Diese Varistoren können zur Steuerung der feldsteuernden Eigenschaften als funktionelle Füllstoffe in den Schaum eingebracht werden. Hierzu ist es von Vorteil, wenn die Varistoren als Mikrovaristoren ausgebildet sind, wodurch sich der spezifische-feldstärkeabhängige Widerstand der Ummantelung einstellen lässt. Als Materialien können Metalloxide, und insbesondere Zinkoxid, halbleitende oder nicht lineare Materialien verwendet werden. Die Mikrovaristoren können besonders bevorzugt als halbleitende oder nicht lineare Elemente zur Potentialsteuerung ausgebildet sein. Mikrovaristoren bieten den Vorteil, dass ihre elektrische Leitfähigkeit eine Funktion der elektrischen Feldstärke ist. Die elektrische Leitfähigkeit der Mikrovaristoren kann mit zunehmender elektrischer Feldstärke absinken, so dass insbesondere in den Randbereichen des Leiters mit hohen Feldstärken nur eine geringe elektrische Leitfähigkeit gegeben ist. Auf diese Weise lassen sich zusätzlich Koronaentladungen verringern.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Schaum Hohlkugeln auf. Diese können in einer Polymermatrix, z.B. aus Epoxidharz, Polyurethan, Polyesterharz, Silikongel, Silikongummi oder einem Thermoplast, eingebettet sein.
Die Hohlkugeln können besonders bevorzugt als Mikrohohlkugeln ausgebildet sein. Die Hohlkugeln können die Poren des Schaums nachbilden und durch ihre Eigenschaften zusätzlich feldsteuernde Effekte hervorrufen. Materialien für die Hohlkugeln können aus Glas, Keramik oder Kunststoff sein. Die Hohlkugeln können mit einem Fluid, insbesondere einem Gas, gefüllt sein und einen mittleren Durchmesser von unter einem Millimeter aufweisen. Besonders bevorzugt weisen die Hohlkugeln einen Durchmesser von unter 500 µm auf. Die Hohlkugeln können vorzugsweise eine dünne Wandstärke aufweisen, welche im Bereich von weniger als 100 µm und besonders bevorzugt im Bereich von weniger als 10 µm liegt. Als Füllfluide können beispielsweise Materialien wie N₂, CO₂, SO₂, Pentane oder SF₆ verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich können die Hohlkugeln beschichtet sein, wodurch die feldsteuernde Wirkung weiter angepasst werden kann. Die Hohlkugeln können besonders bevorzugt thermoexpandierende Eigenschaften aufweisen, so dass sich die Kugelwände unter Wärmezufuhr aufweichen und das Füllfluid sich expandieren kann.
Der Schaum kann als syntaktischer Schaum ausgebildet sein. Als syntaktischer Schaum kann ein Material verstanden werden, welches eine Polymermatrix umfasst, in die Mikrohohlkugeln eingebracht sind. Durch das Einbringen von Hohlkugeln in den Schaum besteht keine direkte Grenzfläche zwischen der Polymermatrix und dem Füllfluid sondern eine Grenzfläche zwischen der Polymermatrix und der Kugelwand sowie zwischen der Kugelwand und dem Füllfluid.
Der Schaum kann auch als konventioneller Schaum ausgebildet sein. Als konventioneller Schaum kann ein geschäumtes Polymer verstanden werden, bei welchem die Hohlraumbildung durch den Herstellungsprozess hervorgerufen wird. Bei konventionellen Schäumen besteht im Gegensatz zu syntaktischen Schäumen eine direkte Grenzfläche zwischen der Polymermatrix und dem Füllfluid.
Bevorzugt ist die Verwendung offenporiger oder geschlossenporiger Schäume, besonders bevorzugt jedoch geschlossenporiger Schäume.
Als mögliche Materialien für Polymere können starre oder flexible Epoxidharze, Silikonkautschuke, Silikongele, Thermoplaste oder weitere Kunststoffe zur Herstellung des konventionellen und/oder des syntaktischen Schaums verwendet werden. Durch die Auswahl eines bestimmten Schaums kann eine gezielte Beeinflussung der feldsteuernden Wirkung erreicht werden.
Besonders bevorzugt ist es, wenn der Schaum thermoexpandierend ist. Der Schaum kann aus einem auf Wärme reagierenden, thermoexpandierenden, Material ausgebildet sein und/oder ein auf Wärme reagierendes Zusatzmaterial aufweisen. Bevorzugt können in den Schaum thermoexpandierende Hohlkugeln eingebracht werden, welche mit einem stark expandierenden Fluid, wie beispielsweise Pentan oder dergleichen gefüllt sein können. Während der Erwärmung kann die Kugelwand aufweichen, so dass sich das in der Kugel befindliche Gas ausdehnen kann. Durch die Zufuhr von Wärme erfährt der thermoexpandierende Schaum eine Umformung, bei der sich das Material ausdehnt.
Bevorzugt ist in diesem Zusammenhang, wenn sich das Schaummaterial in einem Temperaturbereich oberhalb von 40°C, insbesondere zwischen 40°C und 240°C, besonders bevorzugt zwischen 60°C und 220°C, expandiert. Durch die Ausdehnung des Materials kann der Schaum bevorzugt auf das 1,5-fache bis 5-fache, insbesondere auf das 2-fache seiner ursprünglichen Größe ausgedehnt werden.
Der thermoexpandierende Schaum kann bevorzugt als fließfähiges Material, beispielsweise als lackartige Substanz, auf das Leiterseil aufgetragen werden, beispielsweise durch Aufstreichen oder Aufsprühen. Danach kann das aufgebrachte Material dann unter Wärmezufuhr aufschäumen. Durch die Wärmezufuhr kann eine chemische und/oder physikalische Reaktion hervorgerufen werden, die zur Expansion führt. Beispielsweise kann die Hülle der Mikrohohlkugeln weich werden, so dass das in den Hohlkugeln enthaltene Fluid, wie Pentan, expandieren kann.
Durch das Aufbringen eines thermoexpandierenden Schaums kann eine Ummantelung des Leiterseils auch während des Einsatzes erfolgen, so dass eine Demontage nicht erforderlich ist. Die Wärmezufuhr kann durch einen Stromfluss durch das Leiterseil, durch einen externen Heizprozess oder dergleichen realisiert werden.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn mittels des Schaums eine homogene Feldverteilung erzeugbar ist. Durch die Homogenisierung der Feldverteilung kann erreicht werden, dass die kritische Feldstärke von Luft an der Oberfläche des Leiters nicht überschritten wird. Auf diese Weise kann eine elektrische Entlastung des Umgebungsmaterials (Luft) erreicht und Teilentladungen vermieden werden, da die Randfeldstärke im Bereich der Leiteroberfläche abgesenkt wird. Als homogenes Feld im Sinne der Erfindung sollen dabei auch solche elektrischen Felder verstanden werden, welche nicht vollständig homogen im Sinne der klassischen Definition sind, sondern auch solche, welche annähernd homogen sind und bei welchen die kritische Feldstärke nicht überschritten wird.
Gemäß einer konstruktiven Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass der Schaum zur Feldsteuerung mindestens ein Zusatzmaterial aufweist. Durch die Zugabe von Zusatzmaterialien können die feldsteuernden Eigenschaften und insbesondere die elektrischen feldbeeinflussenden Materialparameter spezifisch eingestellt werden. Zur Homogenisierung des elektrischen Feldes können Materialien mit hoher Permittivität oder nichtlinearer Leitfähigkeit zur refraktiven oder resistiven Feldsteuerung verwendet werden. Besonders bevorzugt lassen sich über das Zusatzmaterial die elektrische Leitfähigkeit, die Wärmeleitfähigkeit sowie weitere Parameter anpassen. Als Zusatzmaterialien können bevorzugt mineralische Partikel im µm- oder nm-Bereich, Rußpartikel oder Polymerpartikel im µm- oder nm-Bereich verwendet werden.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass über das Zusatzmaterial die elektrische Leitfähigkeit und/oder die Wärmeleitfähigkeit des feldsteuernden Elements einstellbar sind. Durch die Wahl des Zusatzmaterials kann die elektrische Leitfähigkeit und/oder die Wärmeleitfähigkeit je nach Bedarf angehoben oder abgesenkt werden. So kann der das Leiterseil ummantelnde Schaum durch die Zugabe von Zusatzmaterialien beispielsweise elektrisch oder thermisch isolierend ausgebildet sein. Auch kann der Schaum elektrisch leitende, und insbesondere halbleitende und/oder wärmeleitende Eigenschaften aufweisen. Auf diese Weise lassen sich die feldsteuernden Eigenschaften des das Leiterseil ummantelnden Schaums weiter beeinflussen und sich das elektrische Feld homogenisieren.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn durch den Schaum die elektrische Feldstärke an einer Grenzfläche des Leiters absenkbar ist. Durch die Absenkung der elektrischen Feldstärke können elektrische Verluste sowie akustische Emissionen verringert werden. Dadurch, dass die Ummantelung eine höhere kritische Feldstärke als Luft aufweist, kann die Randfeldstärke abgesenkt und damit Teilentladungen reduziert werden.
Eine weitere Ausgestaltung eines Leiters sieht eine glatte Oberfläche vor. Durch eine glatte Oberfläche des ummantelnden Schaums der elektrischen Freileitung kann möglichen Belastungen, beispielsweise hervorgerufen durch Regen, Eis oder Schnee entgegengewirkt werden. Auf diese Weise können Regentropfen und Schneeflocken nicht auf der Oberfläche haften bleiben, so dass durch die Ummantelung hervorgerufene Beeinträchtigungen vermieden werden.
Gemäß einer in diesem Zusammenhang vorteilhaften Ausgestaltung ist der das Leiterseil ummantelnde Schaum als hydrophober Schaum ausgebildet. Auf diese Weise kann zusätzlichen Belastungen beispielsweise hervorgerufen durch Wasserfilme oder durch Eisschichten weiter entgegengewirkt werden. Besonders bevorzugt kann die Oberfläche wasserabweisende Eigenschaften aufweisen, so dass das Wasser von der Oberfläche abperlt. Der Schaum kann hierzu niedermolekulare Anteile aufweisen. Des Weiteren können die Hohlräume des Schaums mit Zusatzmaterialien, wie Flammschutzmitteln gefüllt sein, so dass durch Teilentladungen hervorgerufene Erosionsspuren vermindert werden können und so die Alterung verlangsamt werden kann. Der Schaum kann alternativ oder zusätzlich auch mit einer Silikonbeschichtung beschichtet sein.
Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei welcher der Schaum zur Kühlung des Leiterseils eine definierte Farbgebung aufweist. Durch das Einfärben des Schaums oder durch das Aufbringen einer Farbe auf die Oberfläche des Schaums kann die Wärmeabgabe des Leiters beeinflusst werden. Besonders bevorzugt kann der Schaum annähernd als schwarzer Strahler ausgebildet sein. Ein als schwarzer Strahler ausgebildeter Leiter kann auftreffende elektromagnetische Strahlung nahezu vollständig absorbieren und Wärmestrahlung aussenden.
In vorteilhafter Weise ist der Durchmesser des Leiterseils mindestens um den Faktor 2, bevorzugt mindestens um den Faktor 5, besonders bevorzugt um den Faktor 8, größer als die Manteldicke des Schaums. Die Dicke der Ummantelung kann dabei kleiner als 10 mm, bevorzugt kleiner als 5 mm und besonders bevorzugt kleiner als 3 mm sein. Eine derart dünne Manteldicke des Schaums hat den Vorteil, dass das Zusatzgewicht nicht zu hoch ist.
Bei einem Verfahren zur Ummantelung eines Leiterseils der eingangs genannten Art wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein fließfähiges Material auf das Leiterseil aufgebracht wird, welches unter Wärmezufuhr aufschäumt.
Durch die Ummantelung des Leiterseils mit einem fließfähigen Material, beispielsweise in Form eines Lackes, kann die Ummantelung während des Einsatzes der elektrischen Freileitung aufgebracht werden, ohne dass eine Demontage erforderlich ist. Das fließfähige Material kann bevorzugt auf das montierte Leiterseil, beispielsweise durch manuelles oder halbautomatisches Auftragen aufgebracht werden. Bei demontierten elektrischen Freileitungen kann das fließfähige Material automatisch, beispielsweise durch ein maschinelles Auftrage-Verfahren oder durch Extrusion durch ein autonomes Applikationswerkzeug aufgebracht werden. Das Aufschäumen des Materials kann durch Wärmezufuhr und insbesondere durch Erhitzen des Leiterseils oder durch Prozesswärme bei einem Extrusionsprozess erreicht werden. Dies kann beispielsweise in einem Heizprozess oder durch die Stromwärme beim Betrieb der Freileitung selbst erfolgen.
Die Erfindung umfasst ferner die Verwendung eines Schaumes auf Polymerbasis zur Ummantelung eines Leiterseils eines Leiters für eine elektrische Freileitung, insbesondere für die Hoch- und Höchstspannungsebene.
Die im Zusammenhang mit dem Leiter beschriebenen Merkmale können vorteilhaft allein oder in Kombination auch bei dem Verfahren und der Verwendung Anwendung finden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Hierin zeigt:
1 eine schematische Schnittdarstellung eines Leiters einer elektrischen Freileitung.
1 zeigt einen Leiter 1 einer elektrischen Freileitung für die Mittel-, Hoch- oder Höchstspannungsebene, mit einem elektrischen Leiterseil 4. Eine elektrische Freileitung, die mehrere solcher Leiter 1 aufweisen kann, wird auch als Überlandleitung bezeichnet und dient dem Transport elektrischer Energie im Energieübertragungsnetz. Die Leiter 1 der Freileitung werden an Freileitungsmasten mit Isolatoren befestigt. Die einzelnen Leiter 1 können zu einem Bündelleiter zusammengefasst werden, bei welchem die einzelnen Leiter 1 eines Bündels mit Abstandshaltern zusammengefasst sein können, um einen nahezu konstanten räumlichen Abstand der einzelnen Leiter 1 zueinander zu gewährleisten. Auf diese Weise lässt sich eine parallele und räumlich eng benachbarte Anordnung von zwei oder mehr Leitern 1 gleichen Potentials realisieren. Bündelleiter werden bei Freileitungen zur Energieübertragung verwendet, um die Leitungsverluste zu reduzieren. Das Leiterseil 4 besteht aus einem Bündel von Leiteradern 2, beispielsweise aus Aluminium, Kupfer, Stahl oder weiteren Metalllegierungen, wie beispielsweise Magnesium. Diese können um eine Stahlseele oder bei Hochtemperaturseilen auch um Seelen aus glasfaserverstärktem Kunstsoff gewickelt und/oder gegeneinander verdrillt sein.
Aufgrund von großen Feldstärkeänderungen und inhomogenen Feldverteilungen zwischen dem Leiter 1 und der Umgebungsluft kann es zu Teilentladungen kommen, insbesondere dann, wenn die kritische Ionisationsfeldstärke von Luft überschritten wird. Diese Teilentladungen, sogenannte Koronaentladungen, gehen einerseits mit Übertragungsverlusten als auch mit akustischen Emissionen einher. Diese Beeinträchtigungen gilt es, insbesondere vor dem Hintergrund rechtlicher Normen, zu vermeiden.
Aufgrund dessen ist bei dem erfindungsgemäßen Leiter 1 das Leiterseil 4 mit einem Schaum 3 ummantelt, welcher beispielsweise aus einem Silikon oder Thermoplast als Polymermatrix besteht. Durch den Schaum 3 auf Polymerbasis kann die Feldverteilung beeinflusst und gesteuert werden. Hierbei kann eine elektrische Entlastung des eigentlichen Isolationsmaterials Luft erreicht werden. Mittels des Schaumes 3 ist eine annähernd homogene Feldverteilung erzeugbar, bei welcher die kritische Feldstärke E von Luft an der Grenzfläche G des Leiters 1 nicht überschritten wird. Auf diese Weise lassen sich Teilentladungen reduzieren und Übertragungsverluste als auch die Überschreitung der gesetzlichen Lärmwertgrenzwerte vermeiden.
Durch die Verwendung eines Schaums 3 zur Ummantelung des Leiterseils 4 kann auf einfache Art und Weise ein feldsteuerndes Element geschaffen werden, welches kaum Einfluss auf die Freileitung selbst hat. Da ein Schaum 3 im Gegensatz beispielsweise zu einem Vollmaterial ein deutlich geringeres Gewicht aufweist, wird der Leiter 1 durch die Ummantelung 3 nicht zusätzlich belastet. Es handelt sich bei dem Schaum 3 insoweit um ein feldsteuerndes Element in Leichtbauweise.
Durch die Ummantelung 3 kann die Feldverteilung gesteuert werden, da sie eine höhere kritische Feldstärke E als Luft aufweist. Auf diese Weise kann die Ummantelung 3 durch ihre spezifischen dielektrischen Eigenschaften eine Absenkung der elektrischen Randfeldstärke im Bereich der Oberfläche O des Leiterseils 4 bewirken. Aufgrund des durch den Schaum 3 geschaffenen Abstands zwischen Leiterseil 4 und Luft liegen an der Grenzfläche G geringere elektrische Feldstärken E als an der Oberfläche O des Leiterseils 4 vor.
Der Schaum 3 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als syntaktischer Schaum 3 ausgebildet, bei welchem Hohlkugeln mit einem Durchmesser im Mikrometerbereich und dünnen Wandstärken in die Polymermatrix eingebracht sind. Es erfolgt ein direktes Einbringen von Gaseinschlüssen, wobei keine direkte Grenzfläche zwischen der Polymermatrix und dem Füllgas entsteht. Die Hohlkugeln können entweder mit Gas oder aber einem anderen Fluid gefüllt sein.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung von syntaktischen Schäumen 3 beschränkt. Alternativ kann auch ein konventioneller Schaum 3 verwendet werden. Bei konventionellen Schäumen 3 entstehen die Hohlräume durch den Aufschäumprozess. Der Schaum 3 kann dabei entweder offenporig oder geschlossenporig ausgebildet sein. Darüber hinaus können in dem Schaum 3 auch Varistoren eingebracht werden, über welche der spezifische-feldstärkeabhängige Widerstand der Ummantelung 3 und damit die feldsteuernde Wirkung weiter eingestellt werden kann.
Um die feldsteuernden Eigenschaften der Ummantelung 3 weiter zu beeinflussen, kann dem Schaum 3 ein Zusatzmaterial zugefügt werden, welches je nach Bedarf die feldsteuernden Eigenschaften, insbesondere die elektrischen und thermischen Eigenschaften, des Schaums 3 beeinflusst. So kann beispielsweise durch die Zugabe entsprechender Zusatzmaterialen die elektrische Leitfähigkeit aber auch die spezifische Wärmeleitfähigkeit gesteuert werden. In Abhängigkeit des Zusatzmaterials kann die Ummantelung 3 daher elektrisch leitend oder halbleitend oder aber auch isolierend ausgebildet sein. Auch kann die Wärmeleitfähigkeit beeinflusst werden, so dass je nach Bedarf Ummantelungen 3 mit hoher oder niedriger Wärmeleitfähigkeit zur Verfügung stehen. Die feldsteuernden Eigenschaften der Ummantelung 3 sind auf diese Weise für eine Vielzahl von Anwendungen einstellbar.
Der Schaum 3 kann entweder direkt während des Herstellungsprozesses oder aber auch nachträglich auf das Leiterseil 4 aufgebracht werden. Hierzu kann ein fließfähiges und/oder extrusionsfähiges Material, wie Festsilikon oder ein Thermoplast auf die Oberfläche O des Leiterseils 4 aufgetragen werden, beispielsweise in Form eines Lackes. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn das Schaummaterial derart ausgestaltet ist, dass die Ummantelung 3 UV- oder anderen Witterungseinflüssen standhält.
Der Schaummantel 3 ist gegenüber dem Durchmesser D des Leiterseils 4 dünn. Der Durchmesser D des Leiterseils 4 ist im Ausführungsbeispiel etwa um den Faktor 12 größer als die Manteldicke M des Schaums 3.
Für die Ummantelung bestehender Freileitungen 1 kann der Schaum 3 manuell oder halbautomatisch, beispielsweise mit Hilfe eines Extrusionsroboters, welcher an dem Leiter 1 entlang fährt, aufgebracht werden, wohingegen der Schaum 3 bei neuen Leitern 1 maschinell aufgebracht werden kann. In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, wenn der ummantelnde Schaum 3 thermoexpandierende Eigenschaften aufweist. Dies bedeutet, dass der Schaum 3 unter Wärmezufuhr aufschäumt, wobei sowohl konventionelle Schäume 3 als auch syntaktische Schäume 3 verwendet werden können. Zum Aufschäumen kann die Freileitung 1 einem Heizprozess ausgesetzt werden, welcher beispielsweise in einem dafür vorgesehenen Ofen oder aber auch beispielsweise durch Stromfluss generiert werden kann. Insoweit ist es möglich den Schaum 3 auch nachträglich auf das Leiterseil 4 aufzubringen, ohne dass eine Demontage des Freileitungsseils 1 erforderlich ist. Hierdurch können der Montageaufwand und die Montagekosten deutlich reduziert werden.
Durch die Beschichtung des Leiterseils 4 mit dem Schaum 3 kann eine glatte äußere Oberfläche G des Leiters 1 erzeugt werden, so dass Beeinträchtigungen durch Umwelteinflüsse, wie Regen, Schnee oder Eis, welche auf die Freileitung 1 wirken, verringert werden können. Aufgrund der glatten Oberfläche G bleiben diese Elemente nicht haften, sondern fallen zu Boden. Auf diese Weise kann einer zusätzlichen Gewichtsbelastung entgegengewirkt werden. Eine weitere Möglichkeit, den Gewichtsbelastungen durch Wasserfilme oder Eisschichten entgegenzuwirken, ist die Verwendung eines hydrophoben Schaums 3. Ein solcher hydrophober Schaum 3 weist wasserabweisende Eigenschaften auf, so dass ein Abperleffekt auf der Oberfläche G entsteht. Hierzu können beispielsweise niedermolekulare Partikel in den Schaum 3 eingebracht oder der Schaum 3 mit einer Silikonbeschichtung beschichtet werden.
Die Wärmeabgabe des Leiters 1 kann zusätzlich durch eine gezielte Farbgebung des Schaums 3 verbessert werden. Der Schaum 3 kann hierzu als annähernd schwarzer Strahler ausbildet sein, welcher die auftreffende elektromagnetische Strahlung aller Wellenlängen absorbiert und in jedem Spektralbereich eine größere Strahlungsleistung abgibt.
Mit einer elektrischen Freileitung 1 mit einem ein Leiterseil 4 ummantelnden Schaum 3 auf Polymerbasis zur Feldsteuerung kann die elektrische Feldstärke E an der Grenzfläche G des Leiters 1 abgesenkt werden. Auf diese Weise lassen sich Koronaentladungen verringern, wodurch Übertragungsverluste und akustische Emissionen verringert werden können.
Bezugszeichenliste

1: Leiter
2: Leiterader
3: Schaumummantelung
4: Leiterseil
G: Grenzfläche Ummantelung – Luft
O: Oberfläche des Leiterseils
E: Elektrische Feldstärke
D: Durchmesser
M: Manteldicke

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2615311 A1 [0006]
DE 102010006507 A1 [0013]
DE 102004008751 A1 [0013]

Claims

Leiter für eine elektrische Freileitung, insbesondere für die Hoch- oder Höchstspannungsebene, mit einem Leiterseil (4), gekennzeichnet durch einen das Leiterseil (4) ummantelnden Schaum (3) auf Polymerbasis zur Feldsteuerung.
Leiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaum (3) Varistoren und/oder Hohlkugeln aufweist.
Leiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaum (3) als konventioneller Schaum oder als syntaktischer Schaum, welcher Mikrohohlkugeln aufweist, ausgebildet ist.
Leiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaum (3) thermoexpandierend ist.
Leiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Schaums (3) eine homogene Feldverteilung erzeugbar ist.
Leiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaum (3) zur Feldsteuerung mindestens ein Zusatzmaterial aufweist.
Leiter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass über das Zusatzmaterial die elektrische Leitfähigkeit und/oder die Wärmeleitfähigkeit des feldsteuernden Elements (3) einstellbar sind.
Leiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Schaum (3) die elektrische Feldstärke (E) an einer Grenzfläche (G) des Leiters (1) absenkbar ist.
Leiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine glatte Oberfläche (G).
Leiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der das Leiterseil (4) ummantelnde Schaum (3) als hydrophober Schaum ausgebildet ist.
Leiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaum (3) zur Kühlung des Leiterseils (4) eine definierte Farbgebung aufweist.
Leiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (D) des Leiterseils (4) mindestens um den Faktor 2, bevorzugt mindestens um den Faktor 5, besonders bevorzugt mindestens um den Faktor 8, größer als die Manteldicke (M) des Schaumes (3) ist.
Leiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leiterseil (4) aus mehreren Leiteradern (2) besteht.
Verfahren zur Ummantelung eines Leiterseils (4) eines Leiters (1) für eine elektrische Freileitung, insbesondere für die Hoch- oder Höchstspannungsebene, dadurch gekennzeichnet, dass ein fließfähiges Material auf das Leiterseil (4) aufgebracht wird, welches unter Wärmezufuhr aufschäumt.
Verwendung eines Schaumes (3) auf Polymerbasis zur Ummantelung eines Leiterseils (4) eines Leiters (1) für eine elektrische Freileitung, insbesondere für die Hoch- oder Höchstspannungsebene.