DE19705886A1

DE19705886A1 - Leitungsabschnitt einer gasisolierten Leitung

Info

Publication number: DE19705886A1
Application number: DE1997105886
Authority: DE
Inventors: Jadran Kostovic
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Schweiz Holding AG; ABB AB
Priority date: 1997-02-15
Filing date: 1997-02-15
Publication date: 1998-08-20

Description

TECHNISCHES GEBIET

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Leitungsabschnitt einer gasisolierten Leitung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Gasisolierte Leitungen werden mit Vorteil zur Energieübertragung in Ballungszentren verwendet, da sie unterirdisch verlegt werden und ohne erhebliche Beeinträchtigung der durch den Verkehr, die Wasser- und Gasversorgung sowie die Abwasserentsorgung bestimmten Infrastruktur erstellt oder erweitert können.

STAND DER TECHNIK

Ein Leitungsabschnitt der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus dem Patentdokument US-A-4,415,763 bekannt. In diesem Dokument ist eine gasisolierte Leitung beschrieben, bei der ein hochspannungsführender Stromleiter in einem mit komprimiertem SF₆ gefüllten Rohr aus Isoliermaterial, wie typischerweise Polyäthylen, angeordnet ist. Das Isolierrohr trägt auf seiner Mantelfläche eine feldsteuernde und gegebenenfalls auftretenden Rückstrom führende Schicht aus leitendem oder halbleitendem Material. Der hochspannungsführende Stromleiter ist rundstabförmig ausgebildet und liegt mit seiner Mantelfläche auf scheibenförmigen Stützisolatoren auf. Da der Stromleiter bei Betrieb der gasisolierten Leitung elektromagnetischen und thermischen Kräften ausgesetzt ist, können durch Abrieb erzeugte leitfähige Partikel sich an den dielektrisch hochbelasteten Oberflächen der Stützisolatoren an lagern und gegebenenfalls unerwünschte Teilentladungen hervorrufen.

KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen angegeben ist, liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leitungsabschnitt einer gasisolierten Leitung der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher sich durch gute dielektrische Eigenschaften auszeichnet und welcher zugleich in einfacher und kostengünstiger Weise hergestellt werden kann.

Da beim Leitungsabschnitt nach der Erfindung der Stromleiter in einem von den Stützisolatoren gebildeten Führungsrohr angeordnet ist, werden während des Betriebs der gasisolierten Leitung durch Abrieb gebildete, leitfähige Partikel im Inneren des Führungsrohrs zurückgehalten und können nicht in den dielektrisch hoch belasteten Gasraum zwischen dem Führungsrohr und der Kapselung gelangen. Der Leitungsabschnitt zeichnet sich daher durch besonders günstige dielektrische Eigenschaften aus. Das Führungsrohr stellt zugleich eine achsparallele und praktisch kräftefreie Ausrichtung des Stromleiters in der Kapselung sicher. Daher können als Stromleiter flexible Leiterseile Verwendung finden. Bei der Montage des Leitungs abschnitts können diese Seile in äußerst einfacher Weise in das bereits in der Kapselung gelagerte Führungsrohr eingeschoben werden. Da das Innere des Führungsrohrs gegenüber dem Gasraum der Kapselung - gegebenenfalls gasdicht - abgeschottet ist, werden Verunreinigungen mit großer Sicherheit vom Gasraum ferngehalten.

Werden die als Druckrohr ausgebildete Kapselung und/oder das Führungsrohr aus einem schweißfähigen, thermoplastischen Polymer gebildet, so kann der Leitungs abschnitt durch abschnittsweises Verschweißen des Druckrohrs und/oder des Führungsrohrs äußerst preisgünstig und schnell gefertigt werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung und die damit erzielbaren weiteren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt:

Fig. 1 eine Aufsicht auf einen axial geführten Schnitt durch eine Ausführungsform eines rohrförmig ausgebildeten Leitungsabschnitts einer gasisolierten Leitung nach der Erfindung, und

Fig. 2 eine Aufsicht in Pfeilrichtung auf einen längs II-II geführten Schnitt durch den Leitungsabschnitt nach Fig. 1.

WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

In beiden Figuren beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleichwirkende Teile. Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Leitungsabschnitt einer gasisolierten Leitung 1 weist eine im wesentlichen aus einem Druckrohr 3 bestehende Kapselung auf. Im Inneren des Druckrohrs sind Stützisolatoren 2 angeordnet sowie ein im wesentlichen parallel zur Achse des Druckrohrs geführter und sich auf einem Hochspannungs potential von beispielsweise 220 kV befindender Stromleiter 4.

Das Druckrohr 3 ist mit einem Isoliergas, wie etwa SF₆, von bis zu einigen bar Druck gefüllt und besteht aus einem Isolierstoff, wobei als Material für den Isolierstoff ein thermoplastisches Polymer verwendet wird. Der Thermoplast kann mit einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise mit Ruß, gefüllt sein, da so zum einen die gasisolierte Leitung 1 nach außen elektrostatisch wirkungsvoll abgeschirmt ist, und da so zum anderen dem Druckrohr ein definiertes Potential, üblicherweise Erdpotential, zugeordnet ist.

Das Druckrohr 3 ist aus ca. 4-12 m langen Rohrabschnitten 6, 7 aufgebaut, welche unter Bildung von Schweißstellen 5 miteinander stirnseitig verschweißt sind. Der Thermoplast besteht mit Vorteil aus nichtvernetztem Material. Er läßt sich dann bei erhöhten Temperaturen gut verformen und gut schweißen. Ein geeignetes thermo plastisches Material ist beispielsweise ein nichtvernetztes Polyäthylen hoher Dichte. Auf der Mantelfläche des Druckrohrs 3 ist zusätzlich eine potentialsteuernde Schicht 8, vorzugsweise aus halbleitendem Material, angeordnet. Diese Schicht 8 verbessert die durch die Füllung des Thermoplasten mit leitfähigem Material erzielte elektro statische Abschirmung des Stromleiters 4 und ordnet der Mantelfläche des Druckrohrs 3 als Berührschutz erwünschtes Erdpotential zu. Je nach Anforderung an den Leitungsabschnitt können die vorgenannten Funktionen gegebenenfalls lediglich von der Schicht 8 oder der Füllung des thermoplastischen Materials mit dem leitfähigen Material ausgeführt werden.

Den Stützisolatoren 2 ist ein längs der Achse des Druckrohrs 3 ausgerichtetes Führungsrohr 9 zugeordnet. In das Führungsrohr 9 sind drei den Stromleiter 4 bildende Leiterseilen 10 eingeschoben (Fig. 2). Entsprechend dem Druckrohr 3 besteht das Führungsrohr 9 ebenfalls überwiegend aus einem thermoplastischen Polymer, wie insbesondere einem Polyäthylen. Entsprechend dem Druckrohr ist auch das Führungsrohr aus Rohrabschnitten (in Fig. 1 durch die Bezugszeichen 11,12 gekennzeichnet) aus einem nichtvernetzten Thermoplasten, wie etwa einem nichtvernetzten Polyäthylen hoher Dichte, aufgebaut, da dann die Rohrabschnitte 11 und 12 in einfacher Weise zum Führungsrohr 9 zusammengeschweißt werden können.

Die Leiterseile 10 bestehen vorzugsweise aus Aluminium, Kupfer oder einer Aluminium und/oder Kupfer enthaltenden Legierung. Je nach der Größe des in der gasisolierten Leitung geführten Nennstroms können anstelle von drei Leiterseilen auch mehr oder weniger Leiterseile, beispielsweise sechs oder aber nur eines, verwendet werden. Für einen Nennstrom von 2 kA und einen zulässigen Leistungs verlust der Leitung pro Phase von 50 W/m können 3 Kupferseile mit einem Durch messer von 29 bis 30 mm oder drei Aluminiumseile mit einem Durchmesser von 36 bis 38 mm verwendet werden.

Bei einem in einem einzigen Druckrohr angeordneten Mehrphasensystem ist eine der Anzahl der Phasen entsprechende Anzahl an Führungsrohren vorgesehen. Diese Führungsrohre sind jeweils parallel zur Achse des Druckrohrs angeordnet und nehmen jeweils die aus einem Leiterseil oder mehreren Leiterseilen aufgebauten Phasenleiter auf.

Auf der Innenfläche des Führungsrohrs 9 ist eine potentialsteuernde Schicht 13, vorzugsweise aus einem leitenden oder halbleitenden Material - beispielsweise aus TiB₂ oder aus ZnO - vorgesehen. Diese Schicht schirmt das elektrische Feld der Leiterseile 10 nach außen ab und ermöglicht eine dielektrisch optimale Ausbildung des Leitungsabschnitts. Zu bevorzugen ist die Ausbildung der Schicht 13 aus einem halbleitenden Material, da dann das Führen von Strom und damit eine unerwünschte Belastung und Beschädigung der Schicht vermieden werden. Zusätzlich oder alternativ kann das thermoplastische Material des Führungsrohrs 9 mit leitfähigen Partikeln, beispielsweise Ruß oder Metallpulver, gefüllt sein. Das Führungsrohr 9 bleibt dann selbst bei betriebs- oder montagebedingtem Abrieb oder Teilabrieb der Schicht 13 über seine gesamte Ausdehnung auf definiertem Potential.

Auf der dem Stromleiter 4 zugewandten Innenfläche der Rohrabschnitte 6, 7 kann zusätzlich eine kriechstromhemmende Schicht 14 vorgesehen sein. Diese Schicht enthält ein bei hohen Temperaturen wasserabgebendes Material, wie insbesondere in Form von Hydrargillit kristallisiertes Aluminiumhydroxid (Al(OH)₃). Lagert sich bei Betrieb der gasisolierten Leitung 1 ein spitze Kanten aufweisendes metallisches Teilchen auf der Schicht 14 ab, so erhitzen sich diese Kanten beim Auftreten von elektrischen Teilentladungen stark. Im Bereich der Kanten vorhandenes AI(OH)₃ wird lokal auf mehrere 100°C erhitzt und gibt hierbei geringe Wassermengen ab, welche mit dem metallischen Material der Kanten reagieren und dieses Material unter Bildung eines dielektrisch unschädlichen, kantenfreien Teilchens wegoxidieren. Kriechströme und durch diese Kriechströme hervorgerufene Spuren auf der Innenfläche des Druckrohrs 3 werden so vermieden. Anstelle von Al(OH)₃ kann auch ein anderes Material verwendet werden, welches beim Erhitzen eine mit den erhitzten Kanten des metallischen Teilchens reagierende gas- oder dampfförmige Substanz abgibt.

Es ist besonders vorteilhaft, die gegebenenfalls vorgesehenen Schichten 13 bzw. 14 jeweils aus einem Polymer zu fertigen, in das das leitende oder halbleitende Material bzw. das gas- oder dampfabgebende Material als Füllstoff eingebettet ist. Wird als Polymer ein Material verwendet, das den thermoplastische Werkstoff des Führungs rohrs 9 bzw. des Druckrohrs 3 bildet, so können die Rohre 9 und 3 in besonders kostensparender Weise, etwa durch Koextrusion des führungsrohrbildenden und des mit leitendem oder halbleitendem Material gefüllten Polymers bzw. des druckrohrbil denden, des mit leitendem oder halbleitendem und des mit gas- oder dampfabgeben dem Material gefüllten Polymers, hergestellt werden. Derart hergestellte Rohre weisen eine einzige Polymermatrix mit unterschiedlich wirkenden Oberflächenschichten auf. Aufgrund dieses Aufbaus werden Poren in den Auflageflächen der Schichten 8, 13 und 14 weitestgehend vermieden und wird damit auch das Risiko des Auftretens unerwünschter Teilentladungen am Führungsrohr 9 und am Druckrohr 3 ganz wesentlich verringert.

Der Leitungsabschnitt der gasisolierte Leitung kann wie folgt hergestellt werden: Zunächst werden die Abschnitte 6 und 7 zum Druckrohr 3 zusammengeschweißt. Nachfolgend wird das durch Verschweißen der Abschnitte 11 und 12 hergestellte Führungsrohr 9 in das Druckrohr 3 eingeschoben und auf den Stützisolatoren 2 gelagert. Die Stützisolatoren können beliebig geformt und beispielsweise in Richtung der Achsen der Rohre 3 und 9 schraubenlinigförmig verdrillt ausgebildet sein. Gegebenenfalls können die Stützisolatoren 2 bereits an die Innenwand des Druckrohrs 3 oder an die Außenwand des Führungsrohrs 9 angeformt sein. Das Einführen von separaten Stützisolatoren 2 vor dem Einschieben des Führungsrohrs 9 kann dann entfallen. Nach der Montage des Führungsrohrs werden schließlich die Leiterseile 10 in das Führungsrohr 9 eingezogen.

In besonders wirtschaftlicher Weise kann der Leitungsabschnitt wie folgt hergestellt werden: Extrudieren eines thermoplastischen Polymers zu einem das Druckrohr 3, das Führungsrohr 9 und die Stützisolatoren 2 umfassenden, verbiegbaren und isoliergasgefüllten Hüllkörper, Vergraben des Hüllkörpers am Betriebsort und nachfolgendes Einziehen der Leiterseile 10 in den eingegrabenen Hüllkörper.

Beim Leitungsabschnitt nach der Erfindung ist der Stromleiter praktisch keinen großen mechanischen Belastungen ausgesetzt. Zudem wird die Bildung von schädlichen, elektrisch leitenden Partikel praktisch vermieden. Der Leitungsabschnitt läßt sich daher in einfacher und kostengünstiger Weise herstellen und bei Bedarf auf größere Betriebsströme erweitern. Zugleich zeichnet sich der Leitungsabschnitt durch eine große Betriebssicherheit auf.

Bezugszeichenliste

1

gasisolierte Leitung

2

Stützisolatoren

3

Druckrohr

4

Stromleiter

5

Schweißstelle

6,

7

Druckrohrabschnitte

8

potentialsteuernde Schicht

9

Führungsrohr

10

Leiterseile

11,

12

Führungsrohrabschnitte

13

potentialsteuernde Schicht

14

kriechstromhemmende Schicht

Claims

1. Leitungsabschnitt einer gasisolierten Leitung (1) mit einer im wesentlichen aus einem Druckrohr (3) bestehenden, isoliergasgefüllten Kapselung, mit minde stens einem im Inneren der Druckrohrs angeordneten, im wesentlichen parallel zu dessen Achse geführten und mit Hochspannung beaufschlagten Stromleiter (4) und mit im Inneren des Druckrohrs befindlichen Stützisolatoren (2), dadurch gekennzeichnet, daß die Stützisolatoren (2) mindestens ein im wesentlichen parallel zur Achse des Druckrohrs (3) erstrecktes Führungsrohr (9) halten, und daß der mindestens eine Stromleiter (4) gebildet ist von mindestens einem in das mindestens eine Führungsrohr eingeschobenen Leiterseil (10).

2. Leitungsabschnitt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckrohr (3), das Führungsrohr (9) und die Stützisolatoren (2) Teil eines isoliergasgefüllten und durch Extrudieren eines thermoplastischen Polymers gebildeten Hüllkörper sind.

3. Leitungsabschnitt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsrohr (9) und/oder das Druckrohr (3) überwiegend aus einem schweißfähigen, thermoplastischen Polymer bestehen.

4. Leitungsabschnitt nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Polymer mit elektrisch leitfähigem Material, wie insbesondere Ruß, gefüllt ist.

5. Leitungsabschnitt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß auf der Mantelfläche des Druckrohrs (3) und/oder auf der Innenfläche des Führungsrohrs (9) eine potentialsteuernde Schicht (8, 13) vorgesehen ist.

6. Leitungsabschnitt nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die potentialsteuernde Schicht (8, 13) ein elektrisch halbleitendes Material enthält.

7. Leitungsabschnitt nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß auf der Innenfläche des Druckrohrs (3) eine kriechstromhemmende Schicht (14) vorgesehen ist.

8. Leitungsabschnitt nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die kriechstromhemmende Schicht (14) ein bei hohen Temperaturen gas- oder dampfabgebendes Material enthält.

9. Leitungsabschnitt nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das gas- oder dampfabgebende Material Al(OH)₃ ist.

10. Leitungsabschnitt nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die potentialsteuernde (8, 13) und/oder die kriechstromhemmende Schicht (14) jeweils einen Teil des schweißfähigen, thermoplastischen Polymers und darin eingebettet leitendes oder halbleitendes und/oder bei hohen Temperaturen gas- oder dampfabgebendes Material enthält.

11. Leitungsabschnitt nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsrohr (9), das Druckrohr (3), die potentialsteuernde (8, 13) und/oder die kriechstromhemmende Schicht (14) jeweils das gleiche thermoplastische Polymer enthalten.