DE19738011A1

DE19738011A1 - Section of gas-insulated conductor

Info

Publication number: DE19738011A1
Application number: DE1997138011
Authority: DE
Inventors: Diego Sologuren-Sanchez
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Hochspannungstechnik AG
Priority date: 1997-08-30
Filing date: 1997-08-30
Publication date: 1999-03-04

Abstract

has support insulators for conductor formed as hollow balls with conductors going through axial hole in center A section of a gas-insulated conductor (1) has an insulating gas-filled casing consisting of a pressure pipe (3) with high voltage conductors (4) located inside parallel to the axis as well as support insulators (2). These insulators are designed as balls (13) with a hole supporting the conductor directed predominately in the axial direction through the ball's center. The ball is a hollow one. The hole is bounded by a tube fitted into the ball. The tube has a minimally larger size than the conductor. The conductor is formed from at least one stranded conductor (9) and between two neighboring balls is located a guide tube (10,11) spacing the balls away from each other and encircling the cable(s).

Description

TECHNICAL AREA

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.The invention is based on a line section Gas-insulated line according to the preamble of claim 1. Gas-insulated Pipes are an advantage for energy transmission in metropolitan areas used because they are laid underground and without significant Impairment of traffic, water and gas supplies as well the waste water disposal can create or expand certain infrastructure.

STATE OF THE ART

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 anlagern und gegebenenfalls unerwünschte Teilentladungen hervorrufen.A line section of the type mentioned at the outset is known, for example, from the patent document US-A-4,415,763. This document describes a gas-insulated line in which a high-voltage current conductor is arranged in a tube of insulating material, such as typically polyethylene, filled with compressed SF ₆ . The insulating tube carries on its outer surface a field-controlling and possibly occurring reverse current-carrying layer made of conductive or semiconducting material. The high-voltage current conductor is in the form of a round bar and lies with its outer surface on disc-shaped support insulators. Since the current conductor is exposed to electromagnetic and thermal forces during operation of the gas-insulated line, conductive particles generated by abrasion can accumulate on the dielectric-stressed surfaces of the post insulators and possibly cause undesired partial discharges.

SUMMARY OF THE INVENTION

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.The object of the invention is as set out in the claims based on a line section of a gas-insulated line at the beginning to create the type mentioned, which is characterized by good dielectric properties distinguished and which at the same time in a simple and inexpensive manner can be manufactured.

Beim Leitungsabschnitt nach der Erfindung werden die Kapselung auf der einen Seite und der Stromleiter und die Stützisolatoren auf der anderen Seite zunächst als voneinander getrennte Systeme gefertigt. Da die Kapselung bei der Montage des Leitungsabschnitts zunächst leer ist, kann sie durch Verschweißen von Kapselungsrohrabschnitten ohne großen Aufwand hergestellt werden. Die hierbei gebildeten Schweißnähte können leicht nachbearbeitet und problemlos auf Dichtigkeit und Festigkeit überprüft werden. Zudem kann die so hergestellte Kapselung vor dem Einbau von Stromleiter und Stützisolatoren in einfacher Weise, beispielsweise mit einem Roboter, gereinigt werden. Sodann können der Stromleiter und die Stützisolatoren in die Kapselung eingezogen werden. Hierbei ist es von besonderem Vorteil, daß die Stützisolatoren jeweils als Kugel ausgebildet sind, da dann die Reibung zwischen den Stützisolatoren und der Kapselung klein ist und so das Einziehen mit geringem Kraftaufwand ausgeführt werden kann. Wegen der kleinen Reibung wird zudem bei der Montage und während des Betriebs der Anlage die Bildung von dielektrisch unerwünschtem Abrieb verhindert. Der Leitungsabschnitt weist daher ein günstiges dielektrisches Verhalten auf. Zugleich werden wegen der Kugelgestalt die Stützkräfte günstig auf die Kapselung geführt, so daß praktisch keine Gefahr besteht, daß die Stützisolatoren das Kapselungsrohr zu stark belasten und es dann gegebenenfalls deformieren. Wegen der Kugelgestalt sind die Stützisolatoren zugleich umbruchfest, wodurch im Unterschied zu scheibenförmigen Stützisolatoren negative Auswirkungen auf die dielektrischen Eigenschaften des Leiterabschnitts vermieden werden. Ist der Stromleiter als Leiterseil ausgebildet, so können sich wegen der Flexibilität des Leiterseils die Stützisolatoren zwar etwas verdrehen, doch werden hierbei potentialsteuernde Führungsrohre lediglich im Rahmen zulässiger Toleranzen gegenüber der Achse des Druckrohrs geringfügig gekippt.In the line section according to the invention, the encapsulation on the one Side and the power conductor and post insulators on the other side first manufactured as separate systems. Because the encapsulation during assembly the line section is initially empty, it can be welded by Encapsulation pipe sections can be produced with little effort. The one here Welded seams formed can be easily reworked and easily Tightness and strength are checked. In addition, the so produced Encapsulation before the installation of current conductors and post insulators in a simple manner, for example with a robot. Then the Current conductor and the post insulators are drawn into the encapsulation. Here it is particularly advantageous that the support insulators each as a ball are formed because then the friction between the support insulators and the Encapsulation is small and so the pulling in is carried out with little effort can be. Because of the small friction, it is also used during assembly and the formation of dielectric undesirable during the operation of the system Abrasion prevented. The line section therefore has a favorable dielectric Behavior on. At the same time, the supporting forces are favorable due to the spherical shape the encapsulation performed so that there is virtually no risk that the Post insulators put too much strain on the encapsulation tube and then, if necessary deform. Because of the spherical shape, the post insulators are at the same time resistant to breakage, which distinguishes it from disc-shaped support insulators negative effects on the dielectric properties of the conductor section be avoided. If the current conductor is designed as a conductor rope, it can because of the flexibility of the conductor rope, the post insulators twist a little, however, potential-controlling guide tubes are only used in the frame allowable tolerances to the axis of the pressure pipe slightly tilted.

BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung und die damit erzielbaren weiteren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt:Preferred embodiments of the invention and the others achievable therewith Advantages are explained below with reference to drawings. Here shows:

Fig. 1 eine Aufsicht auf einen axial geführten Schnitt durch eine Ausführungsform eines rohrförmig ausgebildeten Leitungsabschnitts einer gasisolierten Leitung nach der Erfindung, und Fig. 1 is a plan view of an axially guided section through an embodiment of a tubular line section of a gas-insulated line according to the invention, and

Fig. 2 eine Aufsicht in Pfeilrichtung auf einen längs II-II geführten Schnitt durch den Leitungsabschnitt nach Fig. 1. Fig. 2 is a plan view in the direction of arrow a along II-II guided section through the line portion in FIG. 1.

WAY OF CARRYING OUT THE INVENTION

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, von denen lediglich ein Stützisolator 2 dargestellt ist, sowie ein im wesentlichen parallel zur Achse des Druckrohrs geführter und sich auf Hochspannungspotential befindender Stromleiter 4 eines dreiphasigen Netzes oder eines Gleichstromnetzes mit Netzspannungen von jeweils bis zu mehreren Hundert kV.In both figures, the same reference numerals refer to parts having the same effect. The line section of a gas-insulated line 1 shown in FIGS. 1 and 2 has an encapsulation essentially consisting of a pressure pipe 3 . Support insulators 2 are arranged in the interior of the pressure pipe, of which only one support insulator 2 is shown, as well as a current conductor 4 of a three-phase network or a DC network with line voltages of up to several hundred kV, which is essentially parallel to the axis of the pressure pipe and is at high voltage potential .

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, wie insbesondere Erdpotential, zugeordnet ist. The pressure pipe 3 is filled with an insulating gas, such as SF ₆ , of up to a few bar pressure and consists of an insulating material, a thermoplastic polymer being used as the material for the insulating material. The thermoplastic can be filled with an electrically conductive material, for example with soot, because on the one hand the gas-insulated line 1 is effectively electrostatically shielded from the outside and because on the other hand a defined potential, in particular earth potential, is assigned to the pressure pipe.

Das Druckrohr 3 ist aus leicht zu transportierenden, beispielsweise 10 bis 20 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 thermoplastisches 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 ordnet der Mantelfläche des Druckrohrs 3 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.The pressure pipe 3 is constructed from easily transportable, for example 10 to 20 m long pipe sections 6 , 7 , which are welded to one another on the end faces to form welds 5 . The thermoplastic advantageously consists of non-crosslinked material. It can then be deformed and welded well at elevated temperatures. A suitable thermoplastic material is, for example, a non-crosslinked high-density polyethylene. A potential-controlling layer 8 , preferably made of semiconducting material, is additionally arranged on the lateral surface of the pressure tube 3 . This layer assigns 3 ground potential to the outer surface of the pressure pipe. Depending on the requirements of the line section, the aforementioned functions can possibly only be carried out by the layer 8 or the filling of the thermoplastic material with the conductive material.

Der Stromleiter 4 ist gebildet von sieben Leiterseilen 9 (Fig. 2), auf welche die Stützisolatoren 2 und die Stützisolatoren 2 in axialer Richtung voneinander beabstandende Führungsrohre 10, 11 aufgereiht sind. Die Leiterseile 9 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 sieben Leiterseilen auch mehr oder weniger Leiterseile, beispielsweise sechs oder aber nur eines, verwendet werden. Für einen Nennstrom von 2 kA und einen zulässigen Leistungsverlust der Leitung pro Phase von 50 W/m können 3 Kupferseile mit einem Durchmesser von 29 bis 30 mm oder drei Aluminiumseile mit einem Durchmesser von 36 bis 38 mm verwendet werden.The current conductor 4 is formed by seven conductor cables 9 ( FIG. 2), on which the support insulators 2 and the support insulators 2, in the axial direction, are spaced apart guide tubes 10 , 11 . The conductor cables 9 are preferably made of aluminum, copper or an alloy containing aluminum and / or copper. Depending on the size of the nominal current carried in the gas-insulated line, instead of seven conductor cables, more or fewer conductor cables, for example six or only one, can be used. For a nominal current of 2 kA and a permissible power loss of the line per phase of 50 W / m, 3 copper ropes with a diameter of 29 to 30 mm or three aluminum ropes with a diameter of 36 to 38 mm can be used.

Die Stützisolatoren sind entsprechend dem Stützisolator 2 jeweils als Kugel 13 mit einer überwiegend in Achsrichtung durch den Kugelmittelpunkt geführten und die Leiterseile 9 lagernden Bohrung ausgeführt. Die Kugel 13 kann grundsätzlich als Vollkugel ausgeführt sein. Aus dielektrischen Gründen ist es jedoch vorteilhaft, die Kugel als Hohlkugel auszubilden, da dann die elektrische Feldverteilung im Leitungsabschnitt höchstens geringfügig beeinflußt wird. Zweckmäßigerweise wird die Wandstärke der Kugel 13 so dick gewählt, daß die erforderliche Festigkeit zur Übertragung der Stützkräfte gerade noch gewährleistet ist. The support insulators are designed in accordance with the support insulator 2 in each case as a ball 13 with a bore that runs predominantly in the axial direction through the center of the ball and supports the conductor cables 9 . The ball 13 can in principle be designed as a solid ball. For dielectric reasons, however, it is advantageous to design the ball as a hollow ball, since then the electrical field distribution in the line section is influenced at most only slightly. The wall thickness of the ball 13 is expediently chosen to be so thick that the strength required for transmitting the supporting forces is just still guaranteed.

Die Bohrung ist begrenzt von einem in die Kugel 13 eingepaßten Rohr 14. Dieses Rohr wie auch die Führungsrohren 10 und 11 sind aus einem temperaturbeständigen Isolierstoff, beispielsweise einem thermoplastischen Polymer, wie insbesondere einem HD-Polyäthylen, gebildet. Auf der Innenfläche des Rohrs 14 bzw. der Führungsrohre 10, 11 ist mit Vorteil eine potentialsteuernde Schicht 15 bzw. 12, vorzugsweise aus einem leitenden oder halbleitenden Material - beispielsweise aus TiB₂ oder aus ZnO - vorgesehen. Zusätzlich oder alternativ kann das thermoplastische Material der als axiale Abstandshalter dienenden Führungsrohre 10, 11 sowie des Rohrs 14 mit leitfähigen Partikeln, beispielsweise Ruß oder Metallpulver, gefüllt sein. Die Rohre 10, 11, 14 bleiben dann selbst bei betriebs- oder montagebedingtem Abrieb oder Teilabrieb der Schichten 12 bzw. 15 über ihre gesamte Ausdehnung auf definiertem Potential.The bore is delimited by a tube 14 fitted into the ball 13 . This tube as well as the guide tubes 10 and 11 are made of a temperature-resistant insulating material, for example a thermoplastic polymer, such as, in particular, an HD polyethylene. A potential-controlling layer 15 or 12 , preferably made of a conductive or semiconductive material, for example made of TiB ₂ or ZnO, is advantageously provided on the inner surface of the tube 14 or the guide tubes 10 , 11 . Additionally or alternatively, the thermoplastic material of the guide tubes 10 , 11 serving as axial spacers and of the tube 14 can be filled with conductive particles, for example carbon black or metal powder. The tubes 10 , 11 , 14 then remain at a defined potential over their entire extent even when the layers 12 or 15 are abraded or partially abraded due to operation or assembly.

Das Rohr 14 und/oder die Schichten 15 und 12 schirmen das elektrische Feld der Leiterseile 9 nach außen ab und ermöglichen eine dielektrisch optimale Anordnung des Leitungsabschnitts.The tube 14 and / or the layers 15 and 12 shield the electrical field of the conductor cables 9 from the outside and enable a dielectric optimum arrangement of the line section.

Die Bohrung weist gegenüber dem Stromleiter 4, d. h. den Leiterseilen 9, Übermaß auf. Das Übermaß ist so gering bemessen, daß gerade noch ausreichend Spiel zur Montage der Leiterseile 9 oder eines alternativ vorgesehenen Leiterrohrs vorhanden ist. Ein Kippen der Kugel 13 und damit ein Kippen des Stromleiters 4 gegenüber der Achse des Druckrohrs 3 wird so weitgehend vermieden.The bore is oversized compared to the current conductor 4 , ie the conductor cables 9 . The excess is so small that there is just enough play to mount the conductor cables 9 or an alternatively provided conductor tube. Tilting of the ball 13 and thus tilting of the current conductor 4 with respect to the axis of the pressure tube 3 is largely avoided in this way.

Zu bevorzugen ist die Ausbildung der Schichten 12 und 15 aus halbleitendem Material, da dann das Führen von Strom und damit eine unerwünschte Belastung und Beschädigung der Schichten bzw. der Innenseiten der Rohre 10, 11, 14 vermieden werden.It is preferable to form the layers 12 and 15 from semiconducting material, since then the carrying of current and thus an undesirable load and damage to the layers or the inside of the tubes 10 , 11 , 14 are avoided.

Der Leitungsabschnitt der gasisolierte Leitung kann wie folgt hergestellt werden: Zunächst werden die Abschnitte 6 und 7 zum Druckrohr 3 zusammengeschweißt. Nachfolgend werden wechselweise einer der Stützisolatoren 2 und eines der Führungsrohre 10, 11 auf die Leitungsseile 9 aufgereiht und das so gebildete Stromleiter-Stützisolator-System in das zuvor überprüfte und gereinigte Druckrohr 3 mit geringem Kraftaufwand und unter Vermeidung von dielektrisch unerwünschtem Abrieb eingeschoben. Sodann wird das Druckrohrinnere mit dem Isoliergas gefüllt.The line section of the gas-insulated line can be produced as follows: First, sections 6 and 7 are welded together to form pressure pipe 3 . Subsequently, one of the support insulators 2 and one of the guide tubes 10 , 11 are alternately lined up on the line cables 9 and the current conductor support insulator system formed in this way is pushed into the previously checked and cleaned pressure tube 3 with little effort and avoiding dielectric undesirable abrasion. The interior of the pressure pipe is then filled with the insulating gas.

Zur Vereinfachung der Montage und zur Reduktion des Platzbedarfs während der Montage kann das Stromleiter-Stützisolator-System aus gestreckten Einheiten vorgegebener Länge gebildet sein. Diese Einheiten weisen an mindestens einem ihrer Enden ein Verbindungsstück 16 auf. Benachbarte Einheiten können so bei der Montage durch Zusammenfügen von zwei der Verbindungsstücke miteinander verbunden werden. Derartige Verbindungen sind mit Vorteil Steckverbindungen mit Schnappverschluß. In den Verbindungen, beispielsweise im Verbindungsstück 16, können auch Vorrichtungen installiert werden, die eine temperaturbedingte Längenänderung aufnehmen und eine Vorspannung erzeugen (Kompensationselement).To simplify assembly and to reduce the space required during assembly, the current conductor support insulator system can be formed from elongated units of a predetermined length. These units have a connecting piece 16 at at least one of their ends. Adjacent units can thus be connected to one another during assembly by joining two of the connecting pieces. Such connections are advantageously plug connections with a snap lock. Devices can also be installed in the connections, for example in the connecting piece 16 , which absorb a temperature-related change in length and generate a pretension (compensation element).

Anstelle von Leiterseilen 9 kann der Stromleiter 4 auch ein Leiterrohr aufweisen. Dieses Leiterrohr kann entsprechend den Leiterseilen durch die Bohrung der Kugel 13 geführt sein. Die als axiale Abstandselement dienenden und das elektrische Feld der Leiterseile homogenisierenden Führungsrohre 10,11 können dann entfallen. Es ist lediglich durch ein schwach dimensioniertes Halteelement dafür Sorge zu tragen, daß die Kugel am Stromleiter fixiert ist und sich nicht in axialer Richtung verschieben kann. Instead of conductor cables 9 , the current conductor 4 can also have a conductor tube. This conductor tube can be guided through the bore of the ball 13 in accordance with the conductor cables. The guide tubes 10 , 11 serving as an axial spacer element and homogenizing the electrical field of the conductor cables can then be omitted. It is only necessary to ensure that the ball is fixed to the conductor and cannot move in the axial direction by means of a weakly dimensioned holding element.

Reference list

11

gasisolierte Leitung
gas-insulated pipe

22nd

Stützisolatoren
Post insulators

33rd

Druckrohr
Pressure pipe

44th

Stromleiter
Conductor

55

Schweißstelle
Weld

66

, ,

77

Druckrohrabschnitte
Pressure pipe sections

88th

, ,

1212th

, ,

1515

potentialsteuernde Schichten
potential-controlling layers

99

Leiterseile
Ladder ropes

1010th

, ,

1111

Führungsrohre
Guide tubes

1313

Kugel
Bullet

1414

Rohr
pipe

1616

Verbindungsstück
Connector

Claims

1. Line section of a gas-insulated line ( 1 ) with an encapsulation filled with insulating gas and consisting essentially of a pressure tube ( 3 ), with a current conductor ( 4 ) arranged inside the pressure tube ( 3 ) and guided essentially parallel to its axis and exposed to high voltage and with support insulators ( 2 ) located in the interior of the pressure tube, characterized in that the support insulators ( 2 ) are each designed as a ball ( 13 ) with a bore which extends predominantly in the axial direction through the center of the ball and supports the current conductor ( 4 ).

2. Line section according to claim 1, characterized in that the ball ( 13 ) is a hollow ball.

3. Pipe section according to claim 2, characterized in that the bore is limited by a in the ball ( 13 ) fitted tube ( 14 ).

4. Line section according to one of claims 1 to 3, characterized in that the tube ( 14 ) compared to the current conductor ( 4 ) has a small excess.

5. Line section according to one of claims 1 to 4, characterized in that the current conductor ( 4 ) is formed by at least one conductor cable ( 9 ), and that between adjacent balls ( 13 ) a spacing the balls, the at least one conductor cable ( 9 ) comprising guide tube ( 10 , 11 ) is arranged.

6. Line section according to claim 5, characterized in that on the inner surface of the bore-limiting tube ( 14 ) and / or on the inner surface of the guide tubes ( 10 , 11 ) and / or on the outer surface of the pressure tube ( 3 ) has a potential-controlling layer ( 8 , 12 , 15 ) is provided.

7. Line section according to claim 6, characterized in that the potential-controlling layer ( 8 , 12 , 15 ) contains semiconducting material.

8. Line section according to one of claims 5 to 7, characterized in that the bore-limiting tube ( 14 ) and / or the guide tubes ( 10 , 11 ) and / or the pressure tube ( 3 ) with electrically conductive material, such as in particular conductive carbon black, are filled.

9. Line section according to one of claims 5 to 8, characterized in that the guide tubes ( 10 , 11 ) and / or the balls ( 13 ) and / or the pressure tube ( 3 ) contain a preferably thermoplastic polymer.

10. Line section according to one of claims 1 to 4, characterized characterized in that the current conductor is formed by a conductor tube, and that the ball at least one interacting with the conductor Has holding element.