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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Pfostenkopf zum Tragen von Leitern u. ä. auf Pfosten für freiliegende
Mittel- und Hochspannungsleitungen.
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Es ist bekannt, dass bei Leitungsmasten,
die gewöhnlich
zum Tragen verwendet werden, in einer Höhe, die durch gesetzliche Vorschriften
vorgeschrieben ist, elektrische Leiter für Mittel- und Hochspannungsleitungen
normalerweise mit einer gitterartigen Stahlstruktur versehen sind,
welche verschiedene strukturelle Kombinationen gemäß den möglichen
Erfordernissen erfordert.
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Eine der Eigenschaften dieser gitterartigen Strukturen,
sogar in den kompaktesten Konfigurationen, welche verwendet werden,
ist, dass sie Isolatoren erfordern, um die Leiter mit der Struktur
zu verbinden.
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In der Praxis ist es notwendig, lange
Arme vorzusehen, um die Isolatoren aufzuhängen, so dass die entsprechenden
Leiter genügend
weit von der Haupttragstruktur beanstandet gehalten werden.
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In einigen Fällen, aber nur für Niederspannungsleitungen,
sind Betonpfosten vorgesehen worden; sie sind jedoch sehr schwer
und weiterhin, da sie Wasser auf ihrer Oberfläche absorbieren können, erlauben
sie es nicht, eine ausreichende dielektrische Durchschlagfestigkeit
zu erreichen und erfordern dementsprechend zusätzliche Strukturen, wie beispielsweise
Querträgerarme
o. ä.,
um die Leiter zu tragen.
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Glasfaserstrukturen sind bereits
für kleine Pfosten
verwendet worden; sie weisen jedoch Probleme bei der mechanischen
Festigkeit im Fall von hohen mechanischen Belastungen auf. Diese
Nachteile sind auch gefunden worden, wenn pultru ded Röhren verwendet
wurden, da diese Lösungen,
welche gleichlaufende Glasfasern verwenden, leicht Biegebelastungen
aushalten können,
aber einen geringen Widerstand gegenüber Torsionsbelastungen aufweisen
und dementsprechend nicht verwendet werden können, um Pfosten für freiliegende
Mittel- und Hochspannungsleitungen herzustellen.
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Ein Beispiel eines bekannten Pfostenkopfes, welcher
die Merkmale gemäß der Präambel des
Anspruchs 1 umfasst, ist in der Europäischen Patentanmeldung EP-A-0204608 offenbart.
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Das Ziel der Erfindung ist tatsächlich,
die oben beschriebenen Nachteile zu eliminieren durch Vorsehen eines
Pfostenkopfes, welcher es erlaubt, die konventionelle Verwendung
von Porzellan oder Komposit-Isolatoren zu eliminieren, welche massig und
schwer sind und weiterhin nach sich ziehen, eine Stützstruktur
vorzusehen, welche sehr massig sind und dementsprechend eine beträchtliche
Auswirkung auf die Umwelt hat.
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Innerhalb des Rahmens dieses Ziels
ist es eine besondere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
Pfostenkopf vorzusehen, welcher erlaubt, die transversale Raumbelegung
drastisch zu reduzieren, und welcher weiterhin beträchtlich
vereinfacht ist hinsichtlich sowohl Konstruktion als auch Installation.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist, einen Pfostenkopf vorzusehen, welcher vorgefertigt
werden kann, und welcher leicht zum Installationsort transportiert
werden kann.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist, einen Pfostenkopf vorzusehen, welcher dank seiner
besonderen konstruktiven Merkmale in der Lage ist, die größte Rückversicherung
der Zuverlässigkeit
und Sicherheit bei der Verwendung bereitzustellen und weiterhin
wettbewerbsfähig
ist aus rein ökonomischer
Sicht.
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Dieses Ziel, diese Aufgaben und andere,
die im Folgenden offensichtlich werden, werden durch einen Pfostenkopf
zum Tragen von Leitern auf Pfosten für freiliegende Mittel- und
Hochspannungsleitungen erreicht, welcher zumindest einen röhrenförmigen Abschnitt
zum strukturellen Tragen der Leiter umfasst, aus elektrisch isolierendem
Komposit-Material hergestellt ist, und an einer Stützstruktur
fixiert ist, wobei Flansche zum Tragen der elektrischen Leiter, die
zumindest mit einem röhrenförmigen Abschnitt verbunden
sind, gekoppelt werden, und wechselseitig entlang der Achse des
zumindest einen röhrenförmigen Abschnitts
beabstandet sind, wobei der zumindest eine röhrenförmige Abschnitt mit Schichten versehen
ist, die lange Fasern aufweisen, welche axial laufen und mit geflochtenen
Schichten abwechseln, welche axial orientierte Fasern aufweisen,
die mit Fasern verflochten sind, welche in helischen Mustern gewunden
sind, welche zumindest einen konstanten Winkel auf der entsprechenden
zylindrischen Oberfläche
aufweisen, einige in die eine Richtung und einige in entgegengesetzte
Richtung.
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Weitere Merkmale und Vorteile werden
aus der Beschreibung eines bevorzugten aber nicht ausschließlichen
Ausführungsbeispiels
eines Pfostenkopfes zum Tragen von Leitern u. ä. auf Pfosten für freiliegende
Mittel- und Hochspannungsleitungen offensichtlich werden, die nur
mittels eines nicht limitierenden Beispiels in den begleitenden
Zeichnungen dargestellt sind, in welchen:
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1 eine
Ansicht eines pfeilförmigen
Pfostens mit dem Pfostenkopf gemäß der Erfindung
ist;
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2 eine
Ansicht eines bogenförmigen Pfostens
mit einem einzelnen Kopf ist;
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3 eine
Ansicht eines bogenförmigen Pfostens
mit einem Doppelkopf ist;
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4 eine
schematische Ansicht eines Pfostenkopfes ist;
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5 eine
Ansicht in vergrößertem Maßstab und
teilweise geschnitten eines Details des Pfostenkopfes zum Verbinden
der Leiterkopplungsflansche ist;
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6 eine
Schnittansicht ist, aufgenommen entlang der Ebene VI-VI der 5; und
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7 eine
schematische Schicht-über-Schicht-Ansicht
der Ausführung
des röhrenförmigen Elements,
das aus Komposit-Material hergestellt ist, ist.
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Mit Bezug auf die obigen Figuren
ist der Pfostenkopf zum Tragen von Leitern u. ä. auf Pfosten für freiliegende
Mittel- und Hochspannungsleitungen, im Allgemeinen durch das Bezugszeichen 1 gekennzeichnet,
durch einen röhrenförmigen Abschnitt 2 aufgebaut,
der aus einem elektrisch isolierenden Komposit-Material hergestellt
ist.
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Der röhrenförmige Abschnitt, welcher monolithisch
gebildet sein kann, oder mittels einer Vielzahl von röhrenförmigen Abschnitten,
welche derartig angeordnet sind, um wechselseitig axial ausgerichtet
zu sein, weist das wichtige Merkmal des Vorsehens sowohl des elektrischen
Isolierelements zum Tragen der Leiter auf als auch das Element,
welches den Leiter strukturell trägt.
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Um derartige mechanische Festigkeitseigenschaften
zu erreichen, ist der röhrenförmige Abschnitt 2,
welcher eine zylindrische oder konische Form aufweisen kann und
im Fall von mehreren wechselseitig zusammengesetzten röhrenförmigen Abschnitten
mit unterschiedlichen Durchmessern versehen sein kann gemäß den lokalen
Belastungen, welche er aushalten muss, mittels einem Wechsel von
Schichten 2a und 2b mit langen Fasern versehen,
welche vorzugsweise aus E-Glasfasern
aufgebaut sind, oder S-Glasfasern oder R-Glasfasern oder Kevlar-Fasern, die in einer
Epoxidharz-Matrix eingebettet sind.
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Die Schicht 2a ist aus Fasern
hergestellt, welche axial verlaufen und mit Schichten 2b wechseln,
welche vorzugsweise axial orientierte Fasern aufweisen, die mit
Fasern verflochten sind, welche in helischen Mustern gewunden sind,
welche einen konstanten Winkel auf der entsprechenden zylindrischen
Oberfläche
aufweisen, einige in die eine Richtung und einige in die entgegengesetzte
Richtung.
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Die axialen Schichten und die verflochtenen wechseln
ab, um so eine Schichtung vorzusehen, welche so einheitlich wie
möglich
ist, in Übereinstimmung
mit dem Wert, der dem Prozentsatz der axialen Schichten zugewiesen
ist, worauf Bezug genommen wird durch Pa.
Es sollte tatsächlich
bemerkt werden, dass die axialen Schichten spezifischerweise Biegemomente
aushalten, während
den Drehmomenten besser durch die verflochtenen Schichten widerstanden
werden kann.
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Es ist beobachtet worden, dass die
besten Resultate zum Erreichen des Widerstands gegenüber maximalen
Belastungen, die auf Mittel- und Hochspannungsleitungen einwirken,
welche einen Röhrendurchmesser
und eine Dicke aufweisen, welcher nicht übermäßig ist, erreicht wird durch
Aufweisen eines Prozentsatzes Pa von axialen
Schichten, welcher zwischen 0% (Null) und 80% liegt, mit verflochtenen
Schichten mit einem Winkel einer Helix, relativ zu der Achse, welcher
zwischen 10° und
50° liegt.
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Wie oben erwähnt, erzeugen die Belastungen,
welche auf den Pfostenkopf einwirken, intensive Biegemomente und
mittelstarke Drehmomente; das Biegemoment erzeugt Belastungskomponenten,
welche senkrecht zu der axialen Richtung stehen, so dass die axialen
Schichten hauptsächlich
dazu beitragen, Biegefestigkeit vorzusehen, während das Drehmoment Belastungskomponenten
erzeugt, welche senkrecht zu der Richtung sind, welche bei 45° hinsichtlich
der Achse liegen, so dass die verflochtenen Schichten, in welchen
die Fasern in einem Winkel hinsichtlich der Achse sind, hauptsächlich zu
der Torsionsfestigkeit beitragen.
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Die verflochtenen Schichten helfen
weiterhin, den komprimierten axialen Fasern Stabilität zu verleihen;
je einheitlicher und feiner der Wechsel der zwei Typen von Schichten
ist, um so effektiver wird diese Stabilität vorgesehen.
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Die Intensität der Biegebelastungen im Fall von
Hochspannungen ist derartig, dass sie einen deutlichen Prozentsatz
von axialen Schichten erfordert, während die Torsionsbelastungen
und die Stabilität
der Fasern in jedem Fall verflochtene Schichten erfordern, welche
keine übermäßig kleinen
Umschlingungswinkel aufweisen.
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Flansche 10 sind direkt
mit dem Pfostenkopf 1 verbunden, können aus metallischem oder
isolierendem Material hergestellt sein, und sind vom Kopf entlang
der axialen Richtung beabstandet, um so den geforderten Abständen zwischen
den verschiedenen Drähten
zu entsprechen, um eine elektrische Entladung zu verhindern. Jeder
Leiter 11 wird durch einen kurzen Arm getragen, welcher
so kurz wie möglich ist,
um ein Auskragen zu minimieren, und dementsprechend induzierte Belastungen
zu minimieren.
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Eine Umhüllung 20 aus Silikon-Kautschuk
o. ä. ist
vorzugsweise auf dem Pfosten vorgesehen, und wird vorzugsweise erhalten
Dank der geneigten ringförmigen
Klappen 21 und 22, mit wechselseitig unterschiedlichen
Durchmessern, welche abwechseln, so dass jede Klappe geringen Durchmessers
durch ein Paar von Klappen größeren Durchmessers
und umgekehrt flankiert ist.
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Die technische Lösung mit geneigten ringförmigen Klappen
stellt den besten Schutz gegen die Ablagerung von Verunreinigungen
auf der Oberfläche
der Klappen sicher; darüber
hinaus erlaubt der Wechsel von Klappen, welche unterschiedliche Durchmesser
aufweisen, keinen Tropfabstand aufzuweisen zwischen gestapelten
Klappen für
eine gleiche Anzahl von Spaltenreihen hinsichtlich einer Lösung, welche
Klappen mit dem gleichen Durchmesser aufweist.
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Wie in 1 gezeigt
ist, kann die Röhre 2 an einer
Stützstruktur 30 eines
pfeilförmigen
Typs fixiert sein, bei welcher der Pfostenkopf 1 zusammen
mit den entsprechenden Flanschen 10 vertikal getragen wird,
welcher an einem seiner axialen Enden befestigt ist.
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2 stellt
eine bogenförmige
Lösung 31 dar,
bei welcher der Pfostenkopf, welcher aus einem elektrischen isolierenden
Komposit-Material hergestellt ist, verti kal angeordnet ist und in
einen Bogen eingeschoben ist, der auf zwei Metallpfosten 31a und 31b gebildet
ist, welche unterschiedliche Längen
aufweisen, wobei der längste
von ihnen, 31b in dem speziellen Beispiel, optional geneigt
sein kann.
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3 stellt
einen Pfosten mit einer bogenähnlichen
Konfiguration und einem Doppelkopf dar, bei welcher zwei Köpfe vorgesehen
sind, die mittels röhrenförmiger Abschnitte 2 gebildet
sind, welche vertikal angeordnet sind, und in einen Bogen eingeschoben
sind, der durch zwei Metallpfosten 32a gleicher Länge gebildet
ist, welche in einem oberen Bereich zusammengefügt sind.
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Zu dem Obigen sollte hinzugefügt werden, dass
es optional möglich
ist, den röhrenförmigen Abschnitt
mit einem Polymer-Material zu füllen,
welches eine isolierende Funktion aufweist, gekennzeichnet durch
das Bezugszeichen 40, um so die Bildung von Kondensation
zu vermeiden, die durch Feuchtigkeit auf den inneren Wänden der
Röhre erzeugt
wird. Das Polymer-Material weist Eigenschaften auf welche eine elektrische
Isolierung vorsehen, eine geringe Dichte, eine Fähigkeit, an den inneren Wänden mit ausreichender
Flexibilität
zu haften, um so jeglichen elastischen Deformationen ohne Zerbrechen,
Reißen oder
Trennen von den Wänden
zu folgen.
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Das Polymer-Material kann auch in
Form eines Schaums mit geschlossenen Zellen gebildet sein, wie z.
B. Polyurethan oder Silikon-Schaum.
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Als Alternative kann das Material
in Form eines Gels oder eines flexibilisierten Harzes sein, vorzugsweise
aus Silikon oder des Polyurethan-Typs.
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Das Material kann den Zusatz von
geeigneten Substanzen aufnehmen, so dass es selbst-verlöschende
Eigenschaften aufweist.
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Aus der obigen Beschreibung ist es
somit offensichtlich, dass die Erfindung das beabsichtigte Ziel
und die Aufgaben erreicht, und insbesondere wird die Tatsache betont,
dass die Verwendung eines Pfostenkopfs, der aus Glasfaser-Komposit
anstatt aus keramischem Material hergestellt ist, den Vorteil aufweist,
dass die spezifische Festigkeit des Komposit-Materials, d. h. das
Verhältnis
zwischen Festigkeit und relativer Dichte, und die spezifische Steifigkeit des
Materials, d. h. das Verhältnis
zwischen der Steifigkeit und der relativen Dichte, deutlich größer sind als
diejenigen des Porzellans, so dass für gleiche Belastungen ein Porzellan
isolierter Kopf sperriger und schwerer ist als ein Komposit-Kopf.
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Porzellan ist weiterhin viel zerbrechlicher,
auf Grund seiner beschränkten
Elastizität
und dementsprechend ist ein Porzellan-Pfostenkopf schwieriger während der
Installation zu behandeln und weniger widerstandsfähig gegenüber Vandalismus
oder außerordentlichen
Naturereignissen bei den Betriebsbedingungen, wie beispielsweise
Erdbeben.
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Weiterhin erlaubt die Wahl des langfasrigen Komposit-Materials
die mechanische Festigkeit und Steifigkeits-Charakteristika zusammen
mit dem Vorhandensein der verflochtenen Fasern, welche eine hohe
Widerstandsfähigkeit
gegenüber
dem Drehmoment erlauben, zu optimieren.
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Basierend auf dem Obigen ist es daher
möglich,
einen Pfostenkopf vorzusehen, welcher, durch ein Ermöglichen,
konventionelle Isolatoren zu eliminieren, erlaubt, sogar für Mittel-
und Hochspannungsleitungen, die Leiter mit sehr kurzen horizontalen
Armen zu tragen, welche axial voneinander beabstandet sind, was
somit eine beträchtliche
Verringerung in der Masse der Pfostenstruktur erlaubt und dementsprechend
einen sehr viel beschränkteren Eingriff
in die Umwelt erlaubt.
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Wo technische Merkmale, die in irgendeinem Anspruch
erwähnt
sind, von Bezugszeichen gefolgt sind, sind diejenigen Bezugszeichen
nur zum Zweck des Erhöhens
der Verständlichkeit
der Ansprüche aufgenommen
worden und dementsprechend haben solche Bezugszeichen überhaupt
keinen beschränkenden
Effekt auf die Interpretation eines jeden Elements, das beispielhaft
durch solche Bezugszeichen identifiziert wird.