EP0854487A2 - Overhead line mast with insulated mast-head - Google Patents

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EP0854487A2
EP0854487A2 EP97121576A EP97121576A EP0854487A2 EP 0854487 A2 EP0854487 A2 EP 0854487A2 EP 97121576 A EP97121576 A EP 97121576A EP 97121576 A EP97121576 A EP 97121576A EP 0854487 A2 EP0854487 A2 EP 0854487A2
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Helmut Prof. Dr.-Ing. Böhme
Johannes Dipl.-Ing. Kaumanns
Karl-Bernhard Prof. Dr.-Ing. Müller
Gernot Dipl-Ing. Schlayer
Andrea Catenacci
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B17/00—Insulators or insulating bodies characterised by their form
    • H01B17/14—Supporting insulators

Abstract

An electricity pylon comprises a rod shaped insulated mast head (3). The conductor (4,5,6) is fixed to the insulators (10) of the mast head, and an earth conductor (7) is attached to the tip of the mast. The conductor is surrounded by an insulating material. This insulating material is preferably polyethylene or silicone rubber.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Freileitungsmast mit einem isolierten Mastkopf gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung kann beispielsweise bei Drehstrom-Freileitungen verwendet werden, ist aber auch für jede andere Stromart geeignet (Gleichstrom, Einphasenstrom, andere Mehrphasenströme als Drehstrom).The invention relates to an overhead line mast with an insulated mast head according to the preamble of claim 1. The invention can for example Three-phase overhead lines are used, but is also for any other type of electricity suitable (direct current, single-phase current, other multi-phase currents than three-phase current).

Ein Freileitungsmast in der Form eines geraden, einseitig im Fundament eingespannten Stabes - beispielsweise aus Stahl -, dessen oberer Teil isoliert ausgeführt ist (isolierter Mastkopf) und die Phasenleiter bzw. allgemein die stromführenden Leiter sowie an der Mastspitze den Erdleiter trägt (Stabmast), hat große Vorteile aufgrund der äußerst einfachen Form, der sehr geringen Trassenbreite und der zur Minimierung des elektrischen und magnetischen Feldes in der Nähe der Erdoberkante sehr gut geeigneten Leiterkonfiguration.An overhead line mast in the form of a straight one, clamped on one side in the foundation Rod - made of steel, for example - the upper part of which is insulated is (insulated mast head) and the phase conductors or generally the live ones The ladder and the earth conductor at the top of the mast (pole) has great advantages due to the extremely simple shape, the very narrow route width and the Minimization of the electrical and magnetic field near the top of the earth very suitable conductor configuration.

Zur Realisierung einer solchen Freileitungs- bzw. Mastkonzeption muß der Erdleiter von der Mastspitze zur Erde geführt werden. Eine Erdseilführung außerhalb des Mastes in Luft erfordert aus Isolationsgründen entsprechend große Abstände zu den stromführenden Leitern, wodurch die Vorteile des sehr einfachen Mastkonzeptes mit geringsten Trassenbreiten nicht zum Tragen kommen.To implement such an overhead line or mast design, the earth conductor from the top of the mast to the ground. A cable run outside the Masts in air require correspondingly large distances to the for insulation reasons current-carrying conductors, which means the advantages of the very simple mast concept narrow path widths do not come into play.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Freileitungsmast mit isoliertem Mastkopf der eingangs genannten Art anzugeben, der trotz einer Erdseilführung vom Erdleiter an der Mastspitze zur Erde nur eine sehr geringe Trassenbreite erfordert. The invention has for its object a transmission tower with isolated Specify mast head of the type mentioned, which despite a cable run from Earth conductor at the top of the mast to earth requires only a very small route width.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved in connection with the features of the preamble solved by the features specified in the characterizing part of claim 1.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß aufgrund der Führung der Erdleiterverbindung im Inneren des Mastes ein Stabmast geschaffen wird, der trotz der Erdseilführung vom Erdleiter an der Mastspitze zur Erde die Vorteile der einfachsten Formgebung, der geringsten Trassenbreite und der zur Minimierung des elektrischen und magnetischen Feldes in der Nähe der Erdoberkante sehr günstigen Leiterkonfiguration aufweist. Die vorgeschlagenen Maßnahmen gewährleisten zuverlässig, daß trotz der im Inneren des Mastes vorhandenen geringen Isolierabstände zwischen der Erdseilverbindung und den stromführenden Leitern keine Durchschläge, insbesondere Langzeitdurchschläge in radialer Richtung innerhalb des Mastes oder Überschläge längs der Grenzfläche der Mastisolierung sowohl bei Überspannungen, als auch bei Betriebsspannung und keine unzulässige Korona bei Betriebsspannung auftreten.The advantages that can be achieved with the invention are, in particular, that due to created a rod mast to guide the earth conductor connection inside the mast will, despite the earth cable routing from the earth conductor at the top of the mast to earth the advantages of the simplest design, the smallest route width and the Minimization of the electrical and magnetic field near the top of the earth very favorable conductor configuration. The proposed measures reliably ensure that despite the existing inside the mast small insulation distances between the earth cable connection and the live ones Do not conduct breakdowns, especially long-term breakdowns in the radial direction inside the mast or arcing along the boundary of the mast insulation both with overvoltages, as well as with operating voltage and no impermissible Corona occur at operating voltage.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

Fig. 1
einen erfindungsgemäß ausgebildeten Freileitungsmast mit einer innerhalb des Freileitungsmastes verlaufenden Erdleiterverbindung,
Fig. 2
einen vergrößerten Ausschnitt des isolierten Mastkopfes zur Erläuterung des Aufbaues.
The invention is explained below with reference to the embodiments shown in the drawing. Show it:
Fig. 1
an overhead line mast designed according to the invention with an earth conductor connection running inside the overhead line mast,
Fig. 2
an enlarged section of the isolated mast head to explain the structure.

In Fig. 1 ist der erfindungsgemäß ausgebildete Freileitungsmast dargestellt. Es ist ein Freileitungsmast 1 zu erkennen, welcher im wesentlichen aus einem im Fundament eingespannten Stab 2 - beispielsweise aus Stahl - und einem isolierten Mastkopf 3 besteht. Am isolierten Mastkopf 3 sind die strom- und spannungsführenden Leiter, beispielsweise die Phasenleiter 4, 5, 6 eines Drehstromsystems sowie an der Mastspitze ein Erdleiter 7 befestigt. Die galvanische Verbindung zwischen Erdleiter 7 und Erdpunkt 9 am Mastfuß erfolgt innerhalb des Freileitungsmastes 1 über eine Erdleiterverbindung 8. In Fig. 1 the overhead line mast designed according to the invention is shown. It is to recognize an overhead line mast 1, which essentially consists of a in the foundation clamped rod 2 - for example made of steel - and an insulated mast head 3 exists. The insulated mast head 3 are the live and live Conductors, for example the phase conductors 4, 5, 6 of a three-phase system and on the Mast tip an earth conductor 7 attached. The galvanic connection between earth conductors 7 and earth point 9 on the mast base takes place within the overhead line mast 1 via a Earth wire connection 8.

Die elektrische Isolation der einzelnen Phasenleiter 4, 5, 6 untereinander und gegenüber dem Erdleiter 7 erfolgt über Isolatoren 10, wobei diese Isolatoren in bekannter Weise mit Schirmen 11 versehen sind, um die Kriechstrecken zu erhöhen.The electrical insulation of the individual phase conductors 4, 5, 6 from one another and from one another the earth conductor 7 takes place via insulators 10, these insulators being known Are provided with screens 11 to increase the creepage distances.

Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt zur Erläuterung des Aufbaues des isolierten Mastkopfes. Es ist beispielhaft der Aufbau in unmittelbarer Umgebung des Phasenleiters 5 zu erkennen, der gleiche Aufbau ergibt sich auch in unmittelbarer Umgebung der weiteren Phasenleiter 4 und 6. Die Erdleiterverbindung 8 ist von einer Isolierschicht 12 - vorzugsweise aus im Extrusionsverfahren aufgebrachtes Polyethylen (PE/VPE) - umhüllt. Der Radius der Erdleiterverbindung 8 ist mit f und die Dicke der Isolierschicht 12 ist mit g bezeichnet.Fig. 2 shows an enlarged section to explain the structure of the isolated Mast head. It is an example of the structure in the immediate vicinity of the phase conductor 5 can be seen, the same structure also results in the immediate vicinity the further phase conductors 4 and 6. The earth conductor connection 8 is of a Insulating layer 12 - preferably made of extrusion-applied polyethylene (PE / VPE) - encased. The radius of the earth conductor connection 8 is f and the thickness the insulating layer 12 is denoted by g.

Im Bereich (bzw. in der Höhe) der Phasenleiter sind elastische Isolierkonen 13 - vorzugsweise aus Silikongummi - auf die mit der Isolierschicht 12 umhüllte Erdleiterverbindung 8 aufgeschoben. Die zylindrische Außenoberfläche der Isolierkonen 13 ist kleiner als ihre zylindrische Innenoberfläche. Die Länge eines solchen Isolierkonus 13 ist mit a, seine Dicke mit b und seine Neigung mit α bezeichnet.In the area (or in the height) of the phase conductors, elastic insulating cones 13 are preferred made of silicone rubber - on the earth conductor connection covered with the insulating layer 12 8 postponed. The cylindrical outer surface of the insulating cones 13 is smaller than its cylindrical inner surface. The length of such an insulating cone 13 is denoted by a, its thickness by b and its inclination by α.

Auf der zylindrischen Außenoberfläche eines Isolierkonus 13 oder in deren Nähe innerhalb des Isolierkonus befindet sich eine ringförmige Elektrode 14 aus einem elektrisch leitfähigen Material, welche mit dem zugeordneten Phasenleiter - im Ausführungsbeispiel mit dem Phasenleiter 5 - über einen Verbindungsleiter 15 elektrisch leitend verbunden ist und dessen Potential führt. Der Radius der ringförmigen Elektrode 14 ist mit c, ihre Länge mit d und ihre Dicke mit e bezeichnet.On the cylindrical outer surface of an insulating cone 13 or in the vicinity inside the insulating cone there is an annular electrode 14 made of a electrically conductive material, which with the associated phase conductor - in the embodiment with the phase conductor 5 - electrically via a connecting conductor 15 is conductively connected and its potential leads. The radius of the ring-shaped electrode 14 is denoted by c, its length by d and its thickness by e.

In den freien Raum zwischen der Isolierschicht 12 und den Isolatoren 10 ist ein elektrisch isolierender Füllstoff 16 - vorzugsweise ein isolierender Schaumstoff und/oder eine isolierende Vergußmasse und/oder eine Isolierflüssigkeit und/oder ein Isoliergas - eingebracht. Die Befestigung des Phasenleiters 5 am isolierten Mastkopf erfolgt beispielsweise über einen mit den Isolatoren 10 verbundenen Flansch 17.In the free space between the insulating layer 12 and the insulators 10 is a electrically insulating filler 16 - preferably an insulating foam and / or an insulating casting compound and / or an insulating liquid and / or a Insulating gas - introduced. The attachment of the phase conductor 5 to the insulated mast head takes place, for example, via a flange 17 connected to the insulators 10.

Die Länge a des Isolierkonus 13, die Dicke b des Isolierkonus, die Neigung α des Isolierkonus, der Radius c der ringförmigen Elektrode 14, die Länge d der Elektrode, die Dicke e der Elektrode, der Radius f der Erdleiterverbindung 8, die Dicke g der Isolierschicht 12 und die relative Permittivität der eingesetzten Isoliermaterialien (Isolierschicht 12, Isolierkonus 13, isolierender Füllstoff 16, Isolatoren 10) sind derart aufeinander abgestimmt, daß in keinem Bereich die Beanspruchung durch die elektrische Feldstärke die jeweilige elektrische Festigkeit übersteigt. Vorzugsweise sind in der Isolierschicht 12 und im Isolierkonus 13 die Feldstärken hoch und ebenso die elektrische Festigkeit für diese Teile.The length a of the insulating cone 13, the thickness b of the insulating cone, the inclination α des Insulating cone, the radius c of the annular electrode 14, the length d of the electrode, the thickness e of the electrode, the radius f of the earth conductor connection 8, the thickness g of the Insulating layer 12 and the relative permittivity of the insulating materials used (Insulating layer 12, insulating cone 13, insulating filler 16, insulators 10) are such coordinated so that in no area the stress caused by the electrical field strength exceeds the respective electrical strength. Preferably the field strengths in the insulating layer 12 and in the insulating cone 13 are high and likewise the electrical strength for these parts.

Die ringförmige Elektrode 14 auf oder im Isolierkonus 13 dient zur Feldsteuerung im Inneren von Isolierkonus und Isolierschicht 12 und an der Grenzfläche von Isolierkonus und Füllstoff 16 und bewirkt eine akzeptable Feldstärke an der Grenzfläche zwischen Isolierkonus 13 und isolierendem Füllstoff 16 und damit eine akzeptable Feldstärke im Füllstoff. Die Elektrode 14 bewirkt weiterhin eine Abschirmung des Phasenleiters und des Flansches 17 in Luft, wodurch die Oberflächenfeldstärke am Flansch und am Phasenleiter in Luft auf zulässige Werte unterhalb des Koronaeinsatzes beschränkt wird.The annular electrode 14 on or in the insulating cone 13 is used for field control in the Inside of the insulating cone and insulating layer 12 and at the interface of the insulating cone and filler 16 and produces an acceptable field strength at the interface between insulating cone 13 and insulating filler 16 and thus an acceptable Field strength in the filler. The electrode 14 continues to shield the Phase conductor and the flange 17 in air, whereby the surface field strength at Flange and on the phase conductor in air to permissible values below the corona insert is restricted.

Allgemein ausgedrückt sind die vorstehend im einzelnen angeführten Dimensionierungen und Parameter derart zu wählen, daß die am Mastkopf auftretenden elektrischen Feldstärken unter allen Betriebsbedingungen niedriger sind als die für die gewählten Isolierstoffe und die jeweiligen Belastungsfälle gültigen Durchschlagsfeldstärken - zur Verhinderung von Durchschlägen innerhalb des Mastes - bzw. die erfahrungsgemäß gültigen Grenzfeldstärken - zur Verhinderung von Überschlägen längs der Grenzfläche der Mastisolierung zur Luft-. In die Berechnungen sind selbstverständlich auch durch Schaltvorgänge und/oder Blitzeinwirkungen erzeugte Überspannungen einzubeziehen. Ferner darf die Betriebsspannung an der Oberfläche der Phasenleiter sowie der notwendigen Befestigungselemente (Flansche 17) nicht zu derart hohen Feldstärken führen, daß Korona auftritt, welche sowohl nachteilige Verluste als auch Geräusche hervorruft. Des weiteren muß die Betriebsspannung zwischen Erdleiter und stromführendem Leiter innerhalb des isolierten Mastkopfes auf Dauer auf sicheren Werten gehalten werden, um einen Langzeitdurchschlag in radialer Richtung zuverlässig zu verhindern. Generally expressed are the dimensions detailed above and choose parameters such that the electrical occurring at the mast head Field strengths are lower than those for the under all operating conditions selected insulation materials and the relevant breakdown field strengths - to prevent breakdowns within the mast - or the Experience has shown that the limit field strengths are valid - to prevent flashovers along the interface of the mast insulation to the air. In the calculations are of course also generated by switching operations and / or lightning Include surges. Furthermore, the operating voltage on the surface the phase conductor and the necessary fastening elements (flanges 17) do not lead to such high field strengths that corona occurs, which is both disadvantageous Losses as well as noise. Furthermore, the operating voltage between earth conductor and live conductor inside the insulated mast head be kept at safe levels in the long run to ensure long-term breakthrough to reliably prevent in the radial direction.

Neben der vorstehend erläuterten Anwendung bei einem Drehstromsystem kann die Erfindung auch bei Gleichstrom, Einphasenstrom und anderen Mehrphasenströmen eingesetzt werden.In addition to the above-described application in a three-phase system, the Invention also with direct current, single-phase current and other multi-phase currents be used.

Claims (7)

Freileitungsmast mit einem stabförmigen und isolierten Mastkopf, wobei die stromführenden Leiter (4, 5, 6) an den Isolatoren (10) des isolierten Mastkopfes (3) befestigt sind und an der Mastspitze des isolierten Mastkopfes (3) ein Erdleiter (7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Erdleiter (7) über eine im Innern des Freileitungsmastes (1) verlaufende Erdleiterverbindung (8) galvanisch mit dem Erdpunkt (9) am Mastfuß verbunden ist, daß die Erdleiterverbindung (8) von einer Isolierschicht (12) umhüllt ist, daß die Isolierschicht (12) in Höhe der stromführenden Leiter (5, 6, 7) jeweils von einem Isolierkonus (13) umhüllt ist, daß im oder auf jedem Isolierkonus eine ringförmige Elektrode (14) verläuft und daß ein isolierender Füllstoff (16) zwischen der Isolierschicht (12) bzw. den Isolierkonen (13) und den Isolatoren (10) des isolierten Mastkopfes (3) eingebracht ist.Overhead line mast with a rod-shaped and insulated mast head, the current-carrying conductors (4, 5, 6) being fastened to the insulators (10) of the insulated mast head (3) and an earth conductor (7) being arranged on the mast tip of the insulated mast head (3) , characterized in that the earth conductor (7) is galvanically connected to the earth point (9) on the mast base via an earth conductor connection (8) running inside the overhead line mast (1), that the earth conductor connection (8) is covered by an insulating layer (12) that the insulating layer (12) at the level of the current-carrying conductors (5, 6, 7) is enveloped by an insulating cone (13), that an annular electrode (14) runs in or on each insulating cone and that an insulating filler (16) is inserted between the insulating layer (12) or the insulating cones (13) and the insulators (10) of the insulated mast head (3). Freileitungsmast nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Polyethylen als Isolierschicht (12) dient.Transmission tower according to claim 1, characterized in that polyethylene serves as an insulating layer (12). Freileitungsmast nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Silikonkautschuk als Isolierkonus (13) dient.Transmission tower according to claim 1 and / or 2, characterized in that silicone rubber serves as an insulating cone (13). Freileitungsmast nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein isolierender Schaumstoff als Füllstoff (16) dient.Transmission tower according to one of claims 1 to 3, characterized in that an insulating foam serves as filler (16). Freileitungsmast nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine isolierende Vergußmasse als Füllstoff (16) dient.Transmission tower according to one of claims 1 to 3, characterized in that an insulating casting compound serves as filler (16). Freileitungsmast nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Isolierflüssigkeit als Füllstoff (16) dient.Transmission tower according to one of claims 1 to 3, characterized in that an insulating liquid serves as filler (16). Freileitungsmast nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Isoliergas als Füllstoff (16) dient.Transmission tower according to one of claims 1 to 3, characterized in that an insulating gas serves as filler (16).
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