EP2661796A1 - Trennstelle einer leitungsdurchführung für eine hgü-komponente - Google Patents

Trennstelle einer leitungsdurchführung für eine hgü-komponente

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EP2661796A1
EP2661796A1 EP11805876.7A EP11805876A EP2661796A1 EP 2661796 A1 EP2661796 A1 EP 2661796A1 EP 11805876 A EP11805876 A EP 11805876A EP 2661796 A1 EP2661796 A1 EP 2661796A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
separation point
insulating material
resistivity
point according
tube
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11805876.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Beriz BAKIJA
Dieter Breitfelder
Thomas Hammer
Jens Hoppe
Karsten LOPPACH
Johann Schlager
Frank Heinrichsdorff
Ursus KRÜGER
Volkmar LÜTHEN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2661796A1 publication Critical patent/EP2661796A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/36—Electric or magnetic shields or screens
    • H01F27/363—Electric or magnetic shields or screens made of electrically conductive material
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G15/00—Cable fittings
    • H02G15/20—Cable fittings for cables filled with or surrounded by gas or oil
    • H02G15/24—Cable junctions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/02—Casings
    • H01F27/04—Leading of conductors or axles through casings, e.g. for tap-changing arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/36—Electric or magnetic shields or screens

Definitions

  • the invention relates to a separation point of a cable bushing for a HVDC component, in particular a HVDC transformer or a HVDC throttle.
  • This line guide is formed at the separation point through at least an outer jacket pipe and an outer jacket tube, the overlapping inner sheath ⁇ pipe.
  • the electrical cable can be performed.
  • the jacket tubes are usually for electrical shielding of an electrically conductive, in particular metallic material, such. As copper, and can be connected as an electrode to a ground potential ⁇ closed.
  • the jacket pipes are interconnected by a plurality of solid barriers lying inside one another, whereby in each case annular gaps for filling with a transformer oil remain between the jacket pipes and the adjacent solid barrier and between the solid barriers.
  • a separation point of the type specified is example ⁇ example from DE 10 2006 008 922 AI known.
  • the separation point consists of two jacket tubes, which is understood as the outer jacket ⁇ tube that is located outside in the region of the separation ⁇ .
  • the diameter of the second jacket tube is reduced so far in the region of the separation point that it can be pushed into the outer jacket tube and forms Therefore, in the area of the separation point, the inner jacket tube.
  • the separation point also allows for the occurrence of tolerances an axial compensation by the inner jacket tube can move a piece in the outer jacket tube.
  • the solids barrier surrounding the separation point which are formed from press chip pipes.
  • the individual ⁇ nen elements of the separation point with sliding surfaces, and thickened ends are provided on the end faces, which means a certain manufacturing cost.
  • HVDC high-voltage direct currents used and include current-carrying elements
  • HVDC current-carrying elements
  • transformers or chokes are required as HVDC components.
  • Lei ⁇ tung versions are required for electrical connection of various components of HVDC.
  • Further HVDC components are disconnection points in such cable guides or bushings through housing components in which other HVDC components are housed.
  • high-voltage direct currents occur, for example, in transformer and choke coils and alternating currents.
  • the HVDC components in the sense of this invention are to be suitable for transmission of high voltage direct current of at least 100 KV, preferably for Studentstra ⁇ supply of high-voltage direct currents of more than 500 KV.
  • an impregnable solid material made of cellulose fibers in an aqueous oxidant tion medium such as. B. a weakly acidic solution of iron (III) chloride solution, cerium (IV) sulfate, potassium hexacyanoferrate (III) or molybdatophosphoric acid can be immersed. Subsequently, the wet cellulosic material is treated with either liquid or vapor pyrrole compounds at room temperature until the pyrrole is polymerized depending on the concentration of the oxidizing agent. The thus impregnated cellulosic material is dried at Hauttem ⁇ temperature 24 hours.
  • the oxidizing agent ensures ei ⁇ netrust for the polymerization of pyrrole compounds, and also for increasing the electrical conductivity.
  • the specific resistance p of such impregnated cellulosic materials can thus be influenced by the concentration of pyrroles and the type of oxidizing agent.
  • nanocomposites can also be used as a field- ⁇ gradierendes material, when it comes to reduce peaks in the formation of electric fields, for example, to the insulation of electrical conductors.
  • a material consisting of a polymer can be used for this purpose.
  • a filler is distributed whose particles are nanoparticles, ie have an average diameter of at most 100 nm.
  • AI semiconducting materials are used for such nanoparticles, inter alia, whose band gap is in a range of 0 eV and 5 eV.
  • the electrical resistance of the nanocomposite can be adjusted.
  • the field weakening effect of the nanocomposite depends on the permittivity of the nanocomposite, the permittivity ⁇ being a measure of the permeability of a material for electric fields.
  • the permittivity is also called DIE lektrizticianskonstante named ⁇ to be being used below the Beg ⁇ riff "permittivity.”
  • only the permittivity numbers of the substances used are treated.
  • WO 2006/122736 A1 also describes a system of cellulose fibers and nanotubes, preferably carbon nanotubes (hereinafter CNT), in which specific resistances of the equivalent of 6 to 75 ⁇ m can be set.
  • CNT carbon nanotubes
  • These nanocomposites are to be used, for example, as electrical resistance heating, the conductivity being designed with regard to an ability of the material to convert electrical energy into heat. For this, a sufficient Bede ⁇ ckungsgrad the cellulose fibers with CNT is required.
  • WO 2006/131011 A1 describes a bush, which may consist inter alia of an impregnated paper wrap. As a material for impregnation, BN is also mentioned among other materials. This can also be used in doped form.
  • the particles should be used with a concentration in the cellulose material below the percolation threshold, so that there is no electrical contact between the particles. For this reason, the specific electrical resistance of the nanocomposite remains essentially unaffected.
  • a Na is nokomposit angles with semiconductive or non-conductive nanoparticle which are distributed in a cellulose material such as for example, press ⁇ span, known to the gradierendes as field Mate ⁇ rial in Transformers can be used. At least part of the nanoparticles distributed in the cellulosic material have an enclosure of an electrically conductive polymer.
  • a cellulosic material such as a Pa ⁇ pier, cardboard or pressboard can be used.
  • the Cellulosema ⁇ TERIAL has a construction made of cellulose fibers that make up the cellulosic material forming the dressing in ih ⁇ rer entirety.
  • a semi-conductive or non-conductive nanoparticles may, for example, Si, SiC, ZnO, BN, GaN, A1N, or C, to the special ⁇ also boron nitride nanotubes (hereinafter referred to as BNNT) may be used.
  • BNNT boron nitride nanotubes
  • electrically conductive polymers ⁇ mentioned in the DE 10 2007 018 540 AI polymers can be used.
  • electrically conductive polymers include polypyrroles, polyaniline, polythiophenes, polyparaphenylenes, polyparaphenylenevinylenes and derivatives of these polymers mentioned.
  • a special example for such polymers is PEDOT, which is also sold under the trade name Baytron by Bayer AG. PEDOT is also known by its systematic name as poly (3,4-ethylene dioxythiophene).
  • the impregnation consists of a polymer which is crosslinked from a negative ionomer, in particular PSS, and a positively charged ionomer.
  • a positively charged ionomer preferably PEDOT or PANI can be used.
  • PEDOT refers to the already mentioned poly (3, 4-ethylene-dioxydthiophene).
  • PANI is polyaniline and PSS is polystyrene sulfonate.
  • the use of negatively charged and positively charged ionomers allows beneficial ⁇ way a particularly simple production of the Cellulosemateri- as.
  • the ionomers can be easily dissolved in water and thus fed to the process of making the cellulosic material, which is also water-based.
  • the ionomers polymerize and form in the cellulosic material an electrically conductive network which is responsible for the reduction of the specific resistance.
  • the ge ⁇ can called ionomers also be used to encase semiconducting already mentioned or non-conductive nanoparticles.
  • the nanocomposite can also be impregnated with semiconducting nanoparticles which at least partially consist of BNNT and are distributed in the cellulose or a polymer.
  • the BNNT distributed in the insulating material is provided with a doping of this BNNT with suitable dopants or a coating with metals or doped semiconductors on the BNNT.
  • the concentration of BNNT can be chosen such that the nanocomposite has a specific conductivity p of the order of 10 12 ⁇ m.
  • no conductive polymers are used as a sheathing of the BNNT.
  • a doping can be achieved by the BNNT through
  • suitable dopants may be modified such that the dopant atoms form electronic states that make the BNNT a p-conductor (ie, electronic states that trap electrons from the valence band edge) or an n-conductor (ie that electronic states are reached, the electrons by thermal excitation on the conduction band edge emittie ⁇ ren) form.
  • a dopant for a p-type doping is for example Be in question, as a dopant for n-doping Si comes into question.
  • Such doping of the BNNT can be done in situ, during the growth of the BNNT z. B. from the gas or liquid phase, the dopant atoms are incorporated.
  • the nanocomposite of cellulosic material can also be impregnated with others with semiconducting nanoparticles, wherein also in order to increase the effective conductivity of at least part of the nanoparticles distributed in the insulating material, a doping of these nanoparticles with dopants is provided.
  • the use of semiconducting nanoparticles, and in particular BNNT has the advantage that low degrees of filling of Hoechsmann ⁇ least 5% by volume preferably sufficient even at most 2% by volume in the Iso ⁇ lierstoff to cause percolation of the nanoparticles and thus the electrical Increase the conductivity of the nanocomposite.
  • the object of the invention is to provide a separation point for cable routing of HVDC components, which has a comparatively high level of safety against electrical shocks ⁇ through and therefore creates an additional design scope for the construction.
  • This Entlas ⁇ tung effect the advantageous effect still greater kon ⁇ constructive flexibility in the design of the separation point.
  • This can be produced according to the invention with a simplified geometry, so that production costs saved becomes.
  • An association of jacket pipes and solid barriers can be produced.
  • the solid barriers may be formed, for example, in each case by a plurality of tubes lying in each other. These tubes then together form a solids barrier, wherein the annular gaps are then formed into other associations of tubes which form a further or more further solid barriers .
  • the specific resistances p 0 , p P and p C om P in the context of this invention are to be measured in each case at room temperatures and a prevailing reference field strength of 1 kV / mm. Under these conditions, the resistivity p 0 is between 10 12 and 10 13 square meters. It should be noted, however, that the specific resistance p Q of transformer oil tends to be reduced in the case of a heavier load according to the invention due to the voltage drop across the transformer oil. In the embodiments described in more detail below play is therefore based on a resistivity p 0 in the transformer oil of 10 12 Qm.
  • the insulating material is designed as a composite, consisting of a treated cellulosic material.
  • particles having a lower specific resistance than the specific resistance p p of the untreated cellulose material can be distributed in a concentration above the percolation threshold.
  • the use of particles as well as the formation of a network of a conductive polymer automatically leads to that the present invention aim of reducing the resistivity of the composite compared to un-lieem cellulose material is effected.
  • a desired specific resistance can advantageously be set via the concentration of the particles.
  • the setting of the resistivity can also be achieved, according to another embodiment of the invention, by forming the insulating material as a composite, which consists of a polymer, by forming particles with a lower resistivity in comparison with the resistivity of the untreated insulating material Concentration above the percolation threshold are distributed.
  • a plastic can advantageously be made available whose specific resistance can be set to the predetermined values. This must be the meet electrical conditions for use as a component of an insulating section for HVDC components.
  • a particularly advantageous embodiment of the separation point according to the invention is obtained, even though at least one outer jacket tube or several outer jacket tubes and / or at least one of the solid barriers, preferably all solid barriers, have the insulating material with the reduced specific resistance.
  • an electrical load capacity of the entire Isolierumble be further increased.
  • the creative scope is further increased. It can, for example, to dispense with a solid ⁇ barrier due to the higher load capacity of the individual components.
  • the solids barriers can also be provided with a smaller wall thickness in order to be able to produce space-saving alternatives.
  • the outer jacket tube and the inner jacket tube made of an electrically conductive material, in particular made of copper and ⁇ at least the inner jacket tube is provided with an externally located on this layer of the insulating material according to the invention. It is particularly advantageous also the outer jacket tube is provided with the erfindungsgemä- SEN insulating material. In this way is achieved a special security against voltage breakdowns in positive ⁇ overlapping part between the outer and inner jacket tube, which is provided as an axial compensation is classified as reasonable here insulating material according to the invention in two layers.
  • Another particularly advantageous disclosed embodiment of the invention ⁇ It provides that the outer jacket tube and a wide ⁇ res outer jacket tube reasonable to both sides of the separation point are arranged, wherein the two outer jacket tubes made of an electrical material, in particular of copper. Furthermore, the inner jacket tube is arranged in the interior of the two outer jacket tubes in such a way that it bridges the separation point.
  • a special ⁇ DERS simple from the point of separation according to the invention arises guide form. This has two substantially equal in diameter outer jacket tubes, as they are already in use at AC separation points ⁇ already, since they must have no Mandarin Kunststofffesti- speed against DC voltages.
  • the inner jacket tube is provided, the bridging of the separation point or the ent ⁇ standing in the separation point distance between the jacket pipe ends to a discharge of the separation point in HVDC lines in the event of stress with a DC voltage leads.
  • the structure and manufacturing complexity of the separation point according to the invention remains low, since the inner jacket tube has a simple geometry, the outer jacket tubes need not be significantly modified in geometry and only a fixing of the inner jacket tube in at least one of the outer jacket tubes must be done.
  • the inner jacket tube may also preferably made of an electrically conductive material such. B. copper.
  • an electrically conductive material such as B. copper.
  • the inner jacket tube consists exclusively of electrically insulating materials. These must be made of the inventively proposed insulating material, so that a specific resistance is reduced so much that the metallic material can be saved.
  • a modified resin may in particular be used, in turn, provides a sufficient mechanical stability is available, can be omitted on the mechanical sub-support alarm ⁇ wetting by a metallic tube.
  • The- se disclosed embodiment is advantageous particularly easy to this can already be used as iso ⁇ ⁇ fer lierstoff emotions term as a coating of the metallic inner jacket tube is not necessary, but.
  • jacket tubes and solid barriers have the insulating material
  • the resistivities of the layers of the individual jacket tubes and solid barriers are graduated in such a way that they decrease from outside to inside.
  • the specific resistance of the respectively used solid barrier or of the jacket tube is adapted to the field strength profile of the present electric field at the respective installation location. This advantageously enables optimal use of the impregnation material for use.
  • the wall thickness of the solid barrier consisting of the treated cellulosic material is reduced in comparison to the required wall thickness when using the relevant untreated cellulose material instead of the composite.
  • the higher load capacity of the impregnated (treated) Cellulosemate ⁇ rials is exploited, which allows execution of the solid barrier with a smaller wall thickness.
  • the wall thicknesses of the solid barriers should advantageously be at least 1 mm, since this represents a structural limit with regard to the required stability of the solid barriers.
  • the solids barriers can advantageously be designed with wall thicknesses of between 1 and 3 mm.
  • Figure 1 shows an embodiment of an inventive insulating section, starting on a casing and comprising a plurality of barrier material fixed, in section, and Figure 2 and 3 different embodiments for the invention it ⁇ proper separation point as longitudinal sections.
  • An electrical insulating path 18 according to Figure 1 is all ⁇ common of multiple layers of cellulosic material 19 (or from another insulating material such as plastic, but this is not shown in Figure 1) between which oil layers 20 lie. Also, the cellulosic material 19 is impregnated with oil, which is not shown in detail in Figure 1. This is in ⁇ Fi gur 1 within the cellulosic material impregnation 11 can be seen.
  • the insulation shown in Figure 1 surrounds, for example, a separation point for a wiring, where ⁇ in a not shown, to be led line is a jacket tube 21 made of copper.
  • the electrical insulation of a transformer must prevent electrical breakthroughs in Be ⁇ drive case when applying an AC voltage.
  • the isolation behavior of the insulation depends on the permittivity of the components of the insulation.
  • the permittivity ⁇ 0 is approximately 2, for the cellulosic material ⁇ ⁇ at 4.
  • the load of the individual insulation components results in the voltage U Q applied to the oil being approximately twice as high like those on the cellulosic material Voltage U p .
  • the impregnation 11 does not influence the stress distribution in the insulation according to the invention, since the permittivity number SB is also approximately at 4 and therefore the permittivity Scomp of the impregnated cellulosic material also at unge ⁇ ferry 4.
  • the voltage U Q acting on the oil is approximately twice as great as the voltage U C om P applied to the nanocomposite (cellulosic material).
  • the inventively introduced into the cellulosic material 19 impregnation 11 may, for. B.
  • a separation point according to FIG. 2 has an HVDC line 22, which is guided through two outer jacket tubes 21a, 21b.
  • an axial compensation a is possible because the outer jacket tubes 21a, 21b allow a relative axial displacement to one another.
  • the distance a is bridged by an inner jacket tube 21i for reliable insulation.
  • solid barriers 23a, 23b arranged concentrating ⁇ symmetrical around the outer casings 21a, 21b, wherein these are slidably tive to each other in the range a rela- axially.
  • the distance a is bridged there by solid barriers 23c, so that an interruption of the insulating section is prevented even in this area.
  • each column 24 is provided, which are filled in not further dargestell ⁇ ter manner with transformer oil.
  • the jacket tubes 21a, 21b, 21i each have on the outer side a layer 25, which consists of the cellulosic material according to the invention.
  • This can be produced for example by a paper winding, wherein the paper is reduced in the inventive manner in its specific resistance compared to untreated cellulose material.
  • the solids barriers 23a, 23b, 23c are also made of pressboard, which is also reduced in its specific resistance in the manner according to the invention.
  • Ausgestal ⁇ tion of the inner casing tube 21i can be seen below the break line 26, an alternative Ausgestal ⁇ tion of the inner casing tube 21i can be seen.
  • This is made of a plastic in which particles of a material that reduces the specific resistance of the plastic are added at a concentration above the percolation threshold. It is found that the mechanical Stabili ⁇ ty this plastic pipe 21i is sufficient to dispense with the dung USAGE ⁇ a metal tube.
  • the alternative plastic tube 21i simultaneously serves for field grading, so that the distance a can be bridged by this tube.
  • FIG 3 another structure of the separation point is shown.
  • This has only two jacket tubes.
  • An outer casing tube 21a ends at the separation point.
  • the other jacket tube has a region which is to be understood as an inner jacket tube 21i, since this is reduced in diameter and can therefore be pushed into the outer jacket tube 21a.
  • Both jacket tubes are connected to the layer 25 of the invention

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Trennstelle einer Leitungsdurchführung für eine HGÜ-Komponente wie z. B. einen HGÜ-Transformator. Eine Leitung (22) wird innerhalb von Mantelrohren (21a, 21b, 21i) geführt, die vorzugsweise metallisch sind. Erfindungsgemäss sind diese mit einer Beschichtung (25) aus einem behandelten Cellulosematerial oder Kunststoff ausgeführt, wobei erfindungsgemäss der spezifischer Widerstand dieser Schicht an den von Transformatorenöl angepasst ist, welches in den Spalten (24) zwischen den Mantelrohren und weiteren isolierenden Feststoffbarrieren (23a, 23b, 23c) vorgesehen ist. Durch eine Anpassung des spezifischen Widerstandes der Isolierungen an den Transformatoröl lässt sich eine Durchschlagfestigkeit der verwendeten Barrieren vorteilhaft verbessern, weswegen der gestalterische Spielraum für die Trennstelle vergrössert wird.

Description

Beschreibung
Trennstelle einer Leitungsdurchführung für eine HGÜ- Komponente
Die Erfindung betrifft eine Trennstelle einer Leitungsdurchführung für eine HGÜ-Komponente, insbesondere einen HGÜ- Transformator oder eine HGÜ-Drossel. Diese Leitungsführung ist an der Trennstelle durch zumindest ein äußeres Mantelrohr und ein das äußere Mantelrohr überlappendes inneres Mantel¬ rohr gebildet. In diesen Mantelrohren kann die elektrische Leitung geführt werden. Die Mantelrohre sind üblicherweise zur elektrischen Abschirmung aus einem elektrisch leitenden, insbesondere metallischen Material, wie z. B. Kupfer, gefer- tigt und können als Elektrode an ein Massepotential ange¬ schlossen sein. Weiterhin sind die Mantelrohre durch mehrere ineinander liegende Feststoffbarrieren verschalt, wobei zwischen den Mantelrohren und der benachbarten Feststoffbarriere und zwischen den Feststoffbarrieren untereinander jeweils ringförmige Spalte zur Befüllung mit einem Transformatoröl verbleiben. Es bildet sich also ein mehrschaliger Aufbau, wobei dieser mit Transformatoröl getränkt ist. Dadurch werden die ringförmigen Spalte mit dem Transformatoröl ausgefüllt und die Feststoffbarrieren können sich mit dem Transformator- öl vollsaugen, wenn diese aus einem saugfähigen Material, insbesondere einem Cellulosematerial ausgebildet sind.
Eine Trennstelle der eingangs angegebenen Art ist beispiels¬ weise aus der DE 10 2006 008 922 AI bekannt. Die Trennstelle besteht aus zwei Mantelrohren, wobei als das äußere Mantel¬ rohr dasjenige aufgefasst wird, welches im Bereich der Trenn¬ stelle außen liegt. Das zweite Mantelrohr ist im Bereich der Trennstelle in seinem Durchmesser so weit verringert, dass es sich in das äußere Mantelrohr einschieben lässt und bildet daher im Bereich der Trennstelle das innere Mantelrohr. Die Trennstelle ermöglicht außerdem bei Auftreten von Toleranzen einen Axialausgleich, indem sich das innere Mantelrohr im äußeren Mantelrohr ein Stück verschieben lässt. Gleiches gilt für die die Trennstelle umgebenden Feststoffbarrieren, die aus Pressspanrohren ausgebildet sind. Um eine Verschiebbarkeit und eine Montierbarkeit zu erleichtern, sind die einzel¬ nen Elemente der Trennstelle mit Gleitflächen, und verdickten Enden an den Stirnseiten versehen, was einen gewissen Fertigungsaufwand bedeutet.
Unter HGÜ-Komponenten allgemein sind derartige Komponenten zu verstehen, die zur Übertragung von Hochspannungs- Gleichströmen zum Einsatz kommen und stromführende Elemente beinhalten (HGÜ steht für Hochspannungsgleichstromübertra¬ gung) . Insbesondere werden hierbei Transformatoren oder Drosseln als HGÜ-Komponenten benötigt. Allerdings sind auch Lei¬ tungsführungen zur elektrischen Verbindung verschiedener HGÜ- Komponenten erforderlich. Weitere HGÜ-Komponenten sind Trennstellen in solchen Leitungsführungen bzw. Durchführungen durch Gehäusebauteile, in denen andere HGÜ-Komponenten untergebracht sind. Neben den zu führenden Hochspannungsgleichströmen treten beispielsweise in Transformator- und Drosselspulen auch Wechselströme auf. Die HGÜ-Komponenten im Sinne dieser Erfindung sollen zur Übertragung von Hochspannungs- gleichströmen von mindestens 100 KV, bevorzugt zur Übertra¬ gung von Hochspannungsgleichströmen von mehr als 500 KV geeignet sein.
Aus der US 4,521,450 ist es bekannt, dass ein imprägnierfähiges Vollmaterial aus Cellulosefasern in ein wässriges Oxida- tionsmittel, wie z. B. einer schwach säurehaltigen Lösung aus Eisen ( III ) -chloridlösung, Cer ( IV) -sulfat , Kaliumhexacyano- ferrat(III) oder Molybdatophosphorsäure getaucht werden kann. Anschließend wird das feuchte Cellulosematerial entweder mit flüssigem oder dampfförmigem Pyrrol-Verbindungen bei Raumtemperatur so lange behandelt, bis das Pyrrol in Abhängigkeit von der Konzentration des Oxidationsmittels polymerisiert wird. Das so imprägnierte Cellulosematerial wird bei Raumtem¬ peratur 24 Stunden getrocknet. Das Oxidationsmittel sorgt ei¬ nerseits für die Polymerisation der Pyrrol-Verbindungen, außerdem für eine Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit. Der spezifische Widerstand p solcher imprägnierten Cellulosemate- rialien kann damit über die Konzentration an Pyrrolen und die Art des Oxidationsmittels beeinflusst werden.
Weiterhin ist es bekannt, dass Nanokomposite auch als feld¬ gradierendes Material verwendet werden können, wenn es darum geht, Spitzen bei der Ausbildung von elektrischen Feldern, beispielsweise an der Isolation elektrischer Leiter, zu verringern. Gemäß der WO 2004/038735 AI kann hierzu beispielsweise ein Material, bestehend aus einem Polymer, verwendet werden. In diesem wird ein Füllstoff verteilt, dessen Parti- kel Nanopartikel sind, also einen mittleren Durchmesser von höchtens 100 nm aufweisen. Gemäß der US 2007/0199729 AI sind für derartige Nanopartikel u. a. halbleitende Materialien einsetzbar, deren Bandlücke in einem Bereich von 0 eV und 5 eV liegt. Mittels der eingesetzten Nanopartikel, die bei- spielsweise aus ZnO bestehen können, lässt sich der elektrische Widerstand des Nanokomposits einstellen. Wird bei der Zumischung der Nanopartikel ein bestimmter Anteil des Volu¬ mens überschritten, der je nach Größe der Nanopartikel bei 10 bis 20 Vol-% liegt, so verringert sich der spezifische Wider- stand des Nanokomposits spürbar, wobei sich auf diese Weise die elektrische Leitfähigkeit des Nanokomposits einstellen und an die geforderten Bedingungen anpassen lässt. Insbesondere lässt ich ein spezifischer Widerstand in einer Größenordnung von 1012 Gm einstellen. Erreicht wird damit ein Span- nungsabfall über den Nanokomposit , welcher eine gleichmäßige¬ re Verteilung des Potentials zur Folge hat und damit auch das entstehende elektrische Feld in geeigneter Weise gradiert. Hierdurch können die entstehenden Feldspitzen verringert wer- den, wodurch vorteilhaft die Durchschlagfestigkeit gesteigert wird .
Bei einer Beanspruchung des elektrischen Leiters mit einer Wechselspannung entsteht ebenfalls ein feldgradierender Ef- fekt, der allerdings einem anderen Mechanismus folgt. Die feldschwächende Wirkung des Nanokomposits hängt hierbei von der Permittivität des Nanokomposits ab, wobei die Permittivi- tät ε ein Maß für die Durchlässigkeit eines Materials für elektrische Felder ist. Die Permittivität wird auch als Die- lektrizitätskonstante bzeichnet, wobei im Folgenden der Beg¬ riff „Permittivität" verwendet werden soll. Als relative Per¬ mittivität bezeichnet man das durch die Permittivitätszahl εΓ = ε/εο bezeichnete Verhältnis der Permittivität ε eines Stof¬ fes zur elektrischen Feldkonstante ε0, welche die Permittivi- tät des Vakuums angibt. Je höher die relative Permittivität ist, desto größer ist auch der feldschwächende Effekt des eingesetzten Stoffes im Verhältnis zum Vakuum. Im Folgenden werden nur die Permittivitätszahlen der zum Einsatz kommenden Stoffe behandelt.
Die WO 2006/122736 AI beschreibt außerdem ein System aus Cel- lulosefasern und Nanotubes, vorzugsweise Carbon-Nanotubes (im folgenden CNT) , bei welchem sich spezifische Widerstände von umgerechnet 6 bis 75 Qm einstellen lassen. Diese Nanokomposi- te sollen beispielsweise als elektrische Widerstandsheizung verwendet werden, wobei die Leitfähigkeit mit Blick auf eine Fähigkeit des Materials der Umsetzung von elektrischer Energie in Wärme ausgelegt ist. Hierfür ist ein genügender Bede¬ ckungsgrad der Cellulosefasern mit CNT erforderlich. Die WO 2006/131011 AI beschreibt eine Buchse, welche unter anderem aus einer imprägnierten Papierwicklung bestehen kann. Als Material für die Imprägnierung wird unter anderen Materialien auch BN genannt. Dieses kann auch in dotierter Form verwendet werden. Außerdem sollen die Partikel mit einer Konzentration im Cellulosematerial unterhalb der Perkolati- onsschwelle verwendet werden, so dass es nicht zu einer elektrischen Kontaktierung der Partikel untereinander kommt. Aus diesem Grund bleibt der spezifische elektrische Wider¬ stand des Nanokomposits im Wesentlichen unbeeinflusst .
Aus der nach dem Zeitpunkt dieser Anmeldung veröffentlichten Anmeldung mit dem Aktenzeichen DE 102010041630.4 ist ein Na- nokomposit mit halbleitenden oder nichtleitenden Nanoparti- keln, die in einem Cellulosematerial wie zum Beispiel Press¬ span verteilt sind, bekannt, der als Feld gradierendes Mate¬ rial bei Transformatoren verwendet werden kann. Zumindest ein Teil der in dem Cellulosematerial verteilten Nanopartikel weisen eine Umhüllung aus einem elektrisch leitfähigen Polymer auf. Als Cellulosematerial kann beispielsweise ein Pa¬ pier, Pappe oder Pressspan verwendet werden. Das Cellulosema¬ terial weist einen Aufbau aus Cellulosefasern auf, die in ih¬ rer Gesamtheit den das Cellulosematerial bildenden Verband ausmachen. Als halbleitende oder nichtleitende Nanopartikel können beispielsweise Si, SiC, ZnO, BN, GaN, A1N oder C, ins¬ besondere auch Bornitrid-Nanoröhrchen (im folgenden als BNNT bezeichnet) verwendet werden. Als elektrisch leitfähige Poly¬ mere können die in der DE 10 2007 018 540 AI erwähnten Polymere Verwendung finden. Als elektrisch leitfähige Polymere werden beispielsweise Polypyrrole, Polyanilin, Polythiophene, Polyparaphenylene, Polyparaphenylen-Vinylene und Derivate dieser genannten Polymere genannt. Ein spezielles Beispiel für solche Polymere ist PEDOT, das auch unter dem Handelnamen Baytron von der Bayer AG vertrieben wird. PEDOT wird mit seinem systematischen Namen auch als Poly- ( 3 , 4-ethylen- dioxythiophen) bezeichnet.
Gemäß der der nach dem Zeitpunkt dieser Anmeldung veröffentlichten Anmeldung mit dem Aktenzeichen DE 102010041635.5 kann auch vorgesehen werden, dass die Imprägnierung aus einem Polymer besteht, welches aus einem negativen Ionomer, insbeson- dere PSS, und einem positiv geladenen Ionomer vernetzt ist. Als positiv geladene lonomere können vorzugsweise PEDOT oder PANI Verwendung finden. Als PEDOT bezeichnet man das bereits erwähnte Poly- ( 3 , 4-ethylen-dioxydthiophen) . PANI ist Polyani- lin und PSS ist Polystyrensulfonat . Die Verwendung negativ geladener und positiv geladener lonomere ermöglicht vorteil¬ haft eine besonders einfache Herstellung des Cellulosemateri- als. Die lonomere können einfach in Wasser gelöst werden und somit dem Prozess der Herstellung des Cellulosematerials , der ebenfalls wasserbasiert ist, zugeführt werden. Durch Vernet- zung der lonomere im Anschluss an die Herstellung des Cellu¬ losematerials kann der spezifische Widerstand des Cellulose¬ materials gesenkt werden. Dabei polymerisieren die lonomere und bilden in dem Cellulosematerial ein elektrisch leitfähiges Netzwerk, welches für die Verminderung des spezifischen Widerstandes verantwortlich ist. Insbesondere können die ge¬ nannten lonomere auch verwendet werden, um bereits erwähnten halbleitenden oder nichtleitenden Nanopartikel zu umhüllen.
Gemäß der der nach dem Zeitpunkt dieser Anmeldung veröffent- lichten Anmeldung mit dem Aktenzeichen DE 102009033267.7 kann der Nanokomposit auch mit halbleitenden Nanopartikeln imprägniert werden, die zumindest teilweise aus BNNT bestehen und in der Cellulose oder einem Polymer verteilt sind. Zur Erhöhung der effektiven Leitfähigkeit zumindest eines Teils der in dem Isolierstoff verteilten BNNT ist eine Dotierung dieser BNNT mit geeigneten Dotierstoffen oder eine Beschich- tung mit Metallen oder dotierten Halbleitern auf den BNNT vorgesehen. Die Konzentration der BNNT kann so gewählt wer- den, dass der Nanokomposit eine spezifische Leitfähigkeit p in der Größenordnung von 1012 Qm aufweist. Nach dieser Variante kommen keine leitfähigen Polymere als Ummmantelung der BNNT zum Einsatz. Eine Dotierung kann erreicht werden, indem die BNNT durch
Beigabe von geeigneten Dotierstoffen dahingehend modifiziert werden, dass die Dotierstoff-Atome elektronische Zustände ausbilden, die das BNNT zu einem p-Leiter (d.h., dass elektronische Zustände ausgebildet werden, die Elektronen von der Valenzbandkante einfangen) oder zu einem n-Leiter (d. h., dass elektronische Zustände erreicht werden, die Elektronen durch thermische Anregung über die Leitungsbandkante emittie¬ ren) ausbilden. Als Dotierstoff für eine p-Dotierung kommt beispielsweise Be in Frage, als Dotierstoff für eine n- Dotierung kommt Si in Frage. Eine solche Dotierung der BNNT kann in situ erfolgen, wobei während des Wachstums der BNNT z. B. aus der Gas- oder Flüssigphase die Dotierstoff-Atome eingebaut werden. Auch ist es möglich, die Dotierung in einem weiteren Schritt nach dem Wachstum der BNNT durchzuführen, wobei die Dotierstoffe typischerweise unter dem Einfluss ei¬ ner Wärmebehandlung von den BNNT aufgenommen werden. Durch Einbringung der Dotierstoffe in die BNNT kann der spezifische Widerstand auf für dotierter Halbleiter typische Werte zwi¬ schen 0,1 und 1000 Qcm abgesenkt werden.
Gemäß der der nach dem Zeitpunkt dieser Anmeldung veröffentlichten Anmeldung mit dem Aktenzeichen DE 10 2009 033 268.5 kann der Nanokomposit aus Cellulosematerial auch anderen mit halbleitenden Nanopartikeln imprägniert werden, wobei auch zur Erhöhung der effektiven Leitfähigkeit zumindest eines Teils der in dem Isolierstoff verteilten Nanopartikel eine Dotierung dieser Nanopartikel mit Dotierstoffen vorgesehen ist. Die Verwendung der halbleitenden Nanopartikel, insbeson- dere BNNT hat den Vorteil, dass geringe Füllgrade von höchs¬ tens 5 Vol-% bevorzugt sogar höchstens 2 Vol-% in dem Iso¬ lierstoff ausreichen, um eine Perkolation der Nanoteilchen zu bewirken und damit die elektrische Leitfähigkeit des Nanokom- posits zu erhöhen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Trennstelle für Leitungsführungen von HGÜ-Komponenten anzugeben, welche eine vergleichsweise hohe Sicherheit gegenüber elektrischen Durch¬ schlägen aufweist und daher einen zusätzlichen Gestaltungs- Spielraum für die Konstruktion schafft.
Diese Aufgabe wird mit der eingangs genannten Trennstelle ei¬ ner Leitungsführung dadurch gelöst, dass zumindest das innere Mantelrohr ein Isoliermaterial aufweist, dessen spezifischer Widerstande pComP das ein- bis zwanzigfache des spezifischen Widerstandes p0 des Transformatoröls beträgt. Hierdurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass bei einer Beanspruchung der Isolierstrecke, gebildet durch die Mantelrohre sowie die Feststoffbarrieren, mit einer HGÜ-Gleichspannung ein Span- nungsabfall in stärkerem Maße auf das Transformatoröl verla¬ gert wird, so dass sich eine Entlastung der verwendeten Fest- stoffbarrieren sowie des Isoliermaterials auf den Mantelroh¬ ren ergibt. Dieser Entlastungseffekt wird durch die Anglei- chung des spezifischen Widerstandes des Cellulosematerials an denjenigen von Transformatorenöl erreicht. Dieser Entlas¬ tungseffekt bewirkt vorteilhaft weiterhin einen größeren kon¬ struktiven Spielraum bei der Gestaltung der Trennstelle. Diese kann erfindungsgemäß mit einer vereinfachten Geometrie hergestellt werden, so dass Fertigungsaufwand eingespart wird. Erzeugt werden kann ein Verband aus Mantelrohren und Feststoffbarrieren. Die Mantelrohre ergeben genauso wie die Feststoffbarrieren im Bereich der Trennstelle jeweils geschlossene rohrförmige Schalen, so dass die Isolierstrecke an der Trennstelle nicht unterbrochen wird. Dabei können die Feststoffbarrieren beispielsweise jeweils durch mehrere in¬ einander liegende Rohre gebildet sein. Diese Rohre bilden dann zusammen eine Feststoffbarriere, wobei die ringförmigen Spalte dann zu anderen Verbänden von Rohren gebildet sind, die eine weitere oder mehrere weitere Feststoffbarrieren aus¬ bilden .
Der beschriebene, für die Erfindung wesentliche Effekt einer Entlastung des Cellulosematerials , indem der Spannungsabfall in größerem Maße auch am Transformatoröl erfolgt, lässt sich vorteilhaft gut nutzen, wenn der spezifische Widerstand pComP des Komposits höchstens bei 5 mal 1013 Qm liegt. Besonders vorteilhaft kann vorgesehen werden, dass der spezifische Widerstand Pcomp des Komposits größenordnungsmäßig dem spezifi¬ schen Widerstand von Transformatoröl entspricht. Mit größen¬ ordnungsmäßig ist gemeint, dass der spezifische Widerstand Pcomp des Komposits höchstens um eine Größenordnung von demje¬ nigen des Transformatoröls abweicht (also höchstens um den Faktor 10) .
Die spezifischen Widerstände p0, pP und pComP im Zusammenhang mit dieser Erfindung sollen jeweils bei Raumtemperaturen und einer herrschenden Bezugsfeldstärke von 1 kV/mm gemessen werden. Bei diesen Bedingungen liegt der spezifische Widerstand p0 zwischen 1012 und 1013 Qm. Zu bemerken ist jedoch, dass sich der spezifische Widerstand pQ von Transformatorenöl bei einer erfindungsgemäß vorgesehenen stärkeren Belastung durch die am Transformatoröl abfallende Spannung eher verringert. Bei den im Folgenden noch näher beschriebenen Ausführungsbei- spielen wird daher von einem spezifischen Widerstand p0 im Transformatoröl von 1012 Qm ausgegangen .
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Trennstelle ist vorgesehen, dass das Isoliermaterial als Komposit ausgeführt ist, bestehend aus einem behandelten Cellulosematerial . In diesem können als den Komposit bildende Imprägnierung Partikel mit einem im Vergleich zum spezifischen Widerstand pp des unbehandelten Cellulosematerials geringeren spezifischen Wi- derstand in einer Konzentration oberhalb der Perkolati- onsschwelle verteilt sein. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen werden, dass in ein zusammenhängendes Netzwerk eines leitfähigen Polymers mit einem im Vergleich zum spezifischen Widerstand pp des unbehandelten Cellulosematerials ge- ringeren spezifischen Widerstand den Komposit durchzieht. So¬ wohl die Verwendung von Partikeln als auch die Ausbildung eines Netzwerks aus einem leitfähigen Polymer führt automatisch dazu, dass die erfindungsgemäß angestrebte Verringerung des spezifischen Widerstandes des Komposits im Vergleich zu unbe- handeltem Cellulosematerial bewirkt wird. Hierbei kann ein gewünschter spezifischer Widerstand vorteilhaft über die Konzentration der Partikel eingestellt werden.
Die Einstellung des spezifischen Widerstandes kann gemäß ei- ner anderen Ausgestaltung der Erfindung auch dadurch erreicht werden, dass das Isoliermaterial als Komposit ausgebildet ist, das aus einem Polymer besteht, indem Partikel mit einem im Vergleich zum spezifischen Widerstand des unbehandelten Isoliermaterials geringeren spezifischen Widerstand in einer Konzentration oberhalb der Perkolationsschwelle verteilt sind. Hierdurch kann vorteilhaft ein Kunststoff zur Verfügung gestellt werden, dessen spezifischer Widerstand auf die vorgegebenen Werte eingestellt werden kann. Dieser muss die elektrischen Gegebenheiten für die Verwendung als Bauteil einer Isolierstrecke für HGÜ-Komponenten erfüllen.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemä- ßen Trennstelle wird erhalten, wenn auch mindestens das eine äußere Mantelrohr oder mehrere äußere Mantelrohre und/oder mindestens eine der Feststoffbarrieren, bevorzugt alle Fest- stoffbarrieren, das Isoliermaterial mit dem verringerten spezifischen Widerstand aufweisen. Hierdurch kann eine elektri- sehe Belastbarkeit der gesamten Isolierstrecke weiter erhöht werden. Insbesondere wird auch der gestalterische Spielraum weiter erhöht. Es kann beispielsweise aufgrund der höheren Belastbarkeit der einzelnen Komponenten auf eine Feststoff¬ barriere verzichtet werden. Alternativ können die Feststoff- barrieren auch mit einer geringeren Wandstärke versehen werden, um platzsparendere Alternativen herstellen zu können.
Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen werden, dass das äußere Mantelrohr und das innere Mantelrohr aus einem elektrisch leitenden Material, insbesondere aus Kupfer bestehen und zu¬ mindest das innere Mantelrohr mit einer außen auf diesen befindlichen Schicht aus dem erfindungsgemäßen Isolierstoff versehen ist. Besonders vorteilhaft ist es selbstverständ¬ lich, wenn auch das äußere Mantelrohr mit dem erfindungsgemä- ßen Isolierstoff versehen ist. Auf diese Weise wird im Über¬ lappungsbereich zwischen dem äußeren und inneren Mantelrohr, welcher als Axialausgleich vorgesehen ist, eine besondere Sicherheit gegenüber Spannungsdurchschlägen erreicht, da hier das erfindungsgemäße Isoliermaterial in zwei Schichten ange- ordnet ist.
Eine weitere besonders vorteilhafte Aus führungs form der Er¬ findung sieht vor, dass das äußere Mantelrohr und ein weite¬ res äußeres Mantelrohr zu beiden Seiten der Trennstelle ange- ordnet sind, wobei die beiden äußeren Mantelrohre aus einem elektrischen Material, insbesondere aus Kupfer, bestehen. Weiterhin ist das innere Mantelrohr im Inneren der beiden äußeren Mantelrohre derart angeordnet, dass dieses die Trenn- stelle überbrückt. Hierbei entsteht vorteilhaft eine beson¬ ders einfache Aus führungs form der erfindungsgemäßen Trennstelle. Diese weist zwei im Durchmesser im Wesentlichen gleiche äußere Mantelrohre auf, wie diese bei AC-Trennstellen be¬ reits gebräuchlich sind, da diese keine Durchschlagsfestig- keit gegenüber Gleichspannungen aufweisen müssen. Zusätzlich wird erfindungsgemäß das innere Mantelrohr vorgesehen, dessen Überbrückung der Trennstelle bzw. des in der Trennstelle ent¬ stehenden Abstandes zwischen den Mantelrohrenden zu einer Entlastung der Trennstelle bei HGÜ-Leitungen im Falle einer Beanspruchung mit einer Gleichspannung führt. Gleichzeitig bleibt der Aufbau und Fertigungsaufwand der erfindungsgemäßen Trennstelle jedoch gering, da das innere Mantelrohr eine einfache Geometrie aufweist, die äußeren Mantelrohre in ihrer Geometrie nicht wesentlich modifiziert werden müssen und le- diglich eine Fixierung des inneren Mantelrohres in zumindest einem der äußeren Mantelrohre erfolgen muss.
Das innere Mantelrohr kann bevorzugt ebenfalls aus einem elektrisch leitenden Material wie z. B. Kupfer bestehen. Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung wird jedoch erhalten, wenn das innere Mantelrohr ausschließlich aus elektrisch isolierenden Materialien besteht. Diese müssen aus dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Isolierstoff gefertigt sein, so dass ein spezifischer Widerstand so weit herabgesetzt wird, dass das metallische Material eingespart werden kann. Hierbei kann insbesondere ein modifizierter Kunststoff zum Einsatz kommen, der seinerseits eine genügende mechanische Stabilität zur Verfügung stellt, so dass auf die mechanische Unterstüt¬ zung durch ein metallisches Rohr verzichtet werden kann. Die- se Aus führungs form ist vorteilhaft besonders einfach zu fer¬ tigen, da eine Beschichtung des metallischen inneren Mantelrohres nicht notwendig ist, sondern dieses bereits als Iso¬ lierstoffkörper verwendet werden kann.
Wenn mehrere Mantelrohre und Feststoffbarrieren das Isoliermaterial aufweisen, ist es besonders vorteilhaft, wenn die spezifischen Widerstände der Schichten der einzelnen Mantelrohre und Feststoffbarrieren derart abgestuft sind, dass sie von außen nach innen abnehmen. Hierdurch kann vorteilhaft erreicht werden, dass der spezifische Widerstand der jeweils zum Einsatz kommenden Feststoffbarriere oder des Mantelrohres an den Feldstärkeverlauf des vorliegenden elektrischen Feldes am jeweiligen Einbauort angepasst ist. Dies ermöglicht vor- teilhaft einen optimalen Einsatz des zur Verwendung kommenden Imprägnierungsmaterials .
Genauso kann vorgesehen werden, dass die Wandstärke der aus dem behandelten Cellulosematerial bestehenden Feststoffbar- rieren im Vergleich zur erforderlichen Wandstärke bei Verwendung des betreffenden unbehandelten Cellulosematerials anstelle des Komposits verringert ist. Hierbei wird die höhere Belastbarkeit des imprägnierten (behandelten) Cellulosemate¬ rials ausgenutzt, die eine Ausführung der Feststoffbarrieren mit einer geringeren Wandstärke ermöglicht. Hierbei sollten vorteilhaft die Wandstärken der Feststoffbarrieren wenigstens 1 mm betragen, da dies eine konstruktive Grenze hinsichtlich der erforderlichen Stabilität der Feststoffbarrieren darstellt. Vorteilhaft können die Feststoffbarrieren mit Wand- stärken zwischen 1 und 3 mm ausgeführt sein.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind jeweils mit den gleichen Bezugszei- chen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigen : Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Isolierstrecke, beginnend auf einem Mantelrohr und aufweisend mehrere Fest- stoffbarrieren, im Schnitt und Figure 2 und 3 verschiedene Ausführungsbeispiele für die er¬ findungsgemäße Trennstelle als Längsschnitte.
Eine elektrische Isolierstrecke 18 gemäß Figur 1 besteht all¬ gemein aus mehreren Lagen aus Cellulosematerial 19 (oder auch aus einem anderen Isolierstoff wie Kunststoff, was in Figur 1 jedoch nicht dargestellt ist), zwischen denen Ölschichten 20 liegen. Auch das Cellulosematerial 19 ist mit Öl getränkt, was in Figur 1 nicht näher dargestellt ist. Dafür ist in Fi¬ gur 1 innerhalb des Cellulosematerials eine Imprägnierung 11 zu erkennen. Die gemäß Figur 1 dargestellte Isolierung umgibt beispielsweise eine Trennstelle für eine Leitungsführung, wo¬ bei eine nicht dargestellte, zu führende Leitung ein einem Mantelrohr 21 aus Kupfer geführt ist. Die elektrische Isolation eines Transformators muss im Be¬ triebsfall bei Anliegen einer Wechselspannung elektrische Durchbrüche verhindern. In diesem Fall ist das Isolationsverhalten der Isolierung von der Permittivität der Komponenten der Isolierung abhängig. Für Öl liegt die Permittivitätszahl ε0 ungefähr bei 2, für das Cellulosematerial ερ bei 4. Bei einer Beanspruchung der Isolation mit einer Wechselspannung ergibt sich daher für die Belastung der einzelnen Isolationskomponenten, dass die am Öl anliegende Spannung UQ ungefähr doppelt so hoch ist, wie die am Cellulosematerial anliegende Spannung Up. Wird ein Nanokomposit verwendet, bei dem das Cellulosematerial 19 erfindungsgemäß imprägniert ist, so be- einflusst die Imprägnierung 11 die Spannungsverteilung in der erfindungsgemäßen Isolation nicht, da die Permittivitätszahl SB ebenfalls ungefähr bei 4 liegt und daher die Permittivi- tät Scomp des imprägnierten Cellulosematerials auch bei unge¬ fähr 4 liegt. Damit ist auch bei der erfindungsgemäßen Isolation die am Öl angreifende Spannung UQ ungefähr doppelt so groß wie die am Nanokomposit (Cellulosematerial) anliegende Spannung UComP ·
Gleichzeitig ist bei HGÜ-Komponenten auch die Durchschlagfes¬ tigkeit der Isolation bei Anliegen von Gleichspannungen von Bedeutung. Die Verteilung der anliegenden Spannung auf die einzelnen Isolationsbestandteile ist dann allerdings nicht mehr von der Permittivität abhängig, sondern vom spezifischen Widerstand der einzelnen Komponenten. Der spezifische Widerstand Po von Öl liegt zwischen 1013 und 1012 Gm. Berücksich¬ tigt man, dass erfindungsgemäß ein größerer Teil des Span¬ nungsabfalls zur Entlastung des Cellulosematerials im Öl er¬ folgen soll und dass der spezifische Widerstand des Öl sich bei Anliegen einer Spannung verringert, ist eher, wie in Fig 1 dargestellt, von einem spezifischen Widerstand p0 von 1012 Qm auszugehen. Demgegenüber ist pp vom Cellulosematerial um drei Größenordnungen höher und liegt bei 1015 Qm. Dies bewirkt, dass bei Anliegen einer Gleichspannung die Spannung am Öl U0 ein Tausendstel (bei Annahme von pQ = 1013 Qm zumindest ein Hundertstel bis ein Fünfhundertsei ) der Spannung am Cel¬ lulosematerial Up beträgt. Dieses Ungleichgewicht birgt die Gefahr, dass es bei einer Beaufschlagung der Isolation mit einer Gleichspannung zu Durchschlägen im Cellulosematerial kommt und die elektrische Isolation versagt. Die erfindungsgemäß in das Cellulosematerial 19 eingebrachte Imprägnierung 11 kann z. B. aus BNNT bestehen und wird durch eine geeignete Beschichtung der BNNT aus PEDOT:PSS und evtl. durch eine zusätzliche Dotierung der BNNT mit Dotierstoffen mit ihrem spezifischen Widerstand (zwischen 0,1 und 1000 Qcm) so eingestellt, dass der spezifische Widerstand des Cellulo- sematerials pp herabgesetzt wird. Dies ist auch durch allei¬ nige Verwendung von PEDOT:PSS oder alleinige Verwendung von BNNT möglich. Damit lässt sich für den erfindungsgemäßen Kom- posit eine spezifische Leitfähigkeit pComP einstellen, der an den spezifischen Widerstand p0 angenähert ist und im Ideal¬ fall diesem ungefähr entspricht. Bei einem spezifischen Widerstand Pcomp von höchstens 5 mal 1013 Qm liegt die am Öl an¬ liegende Spannung U0 größenordnungsmäßig im Bereich der am Komposit anliegenden Spannung UCOmp/ so dass sich ein ausge¬ glichenes Spannungsprofil in der Isolation einstellt. Hier¬ durch wird vorteilhaft die Durchschlagfestigkeit der Isolati¬ on verbessert, da sich die Belastung des Cellulosematerials spürbar verringert.
Eine Trennstelle gemäß Figur 2 weist eine HGÜ-Leitung 22 auf, die durch zwei äußere Mantelrohre 21a, 21b geführt ist. Im Bereich der Trennstelle ist ein Axialausgleich a dadurch möglich, dass die äußeren Mantelrohre 21a, 21b eine relative axiale Verschiebung zueinander zulassen. Der Abstand a wird zwecks einer zuverlässigen Isolierung durch ein inneres Mantelrohr 21i überbrückt. In ähnlicher Weise sind Feststoffbarrieren 23a, 23b um die äußeren Mantelrohre 21a, 21b konzen¬ trisch angeordnet, wobei auch diese im Bereich a axial rela- tiv zueinander verschiebbar sind. Der Abstand a wird dort durch Feststoffbarrieren 23c überbrückt, so dass auch in diesem Bereich eine Unterbrechung der Isolierstrecke verhindert wird. Zwischen den Mantelrohren und Feststoffbarrieren sind jeweils Spalte 24 vorgesehen, die in nicht näher dargestell¬ ter Weise mit Transformatoröl gefüllt sind.
Die Mantelrohre 21a, 21b, 21i weisen jeweils auf der Außen- seite eine Schicht 25 auf, welche aus dem erfindungsgemäßen Cellulosematerial besteht. Diese kann beispielsweise durch eine Papierwicklung erzeugt werden, wobei das Papier in der erfindungsgemäßen Weise in seinem spezifischen Widerstand im Vergleich zu unbehandeltem Cellulosematerial herabgesetzt ist. Hierdurch wird die feldgradierende Wirkung des zur An¬ wendung kommenden Komposits im Vergleich zu unbehandeltem Cellulosematerial verbessert. Auch die Feststoffbarrieren 23a, 23b, 23c sind aus Pressspan gefertigt, welches ebenfalls in der erfindungsgemäßen Weise in seinem spezifischen Wider- stand herabgesetzt ist.
Unterhalb der Bruchlinie 26 ist eine alternative Ausgestal¬ tung des inneren Mantelrohres 21i zu erkennen. Dieses ist aus einem Kunststoff gefertigt, in dem Partikel eines den spezi- fischen Widerstand des Kunststoffs herabsetzenden Materials mit einer Konzentration oberhalb der Perkolationsschwelle beigegeben sind. Es zeigt sich, dass die mechanische Stabili¬ tät dieses Kunststoffrohres 21i ausreicht, um auf die Verwen¬ dung eines Metallrohres zu verzichten. Das alternative Kunst- stoffrohr 21i dient gleichzeitig zur Feldgradierung, so dass der Abstand a durch dieses Rohr überbrückt werden kann.
In Figur 3 ist ein anderer Aufbau der Trennstelle gezeigt. Dieses weist lediglich zwei Mantelrohre auf. Ein äußeres Man- telrohr 21a endet an der Trennstelle. Das andere Mantelrohr weist einen Bereich auf, der als inneres Mantelrohr 21i zu verstehen ist, da dieser im Durchmesser verringert ist und daher in das äußere Mantelrohr 21a hineingeschoben werden kann. An den Bereich mit verringertem Durchmesser schließt sich ein weiterer Bereich dieses Mantelrohres an, der den gleichen Durchmesser aufweist wie das Mantelrohr 21a. Dieser Bereich wird als Bereich 21b dieses Mantelrohres aufgefasst und übernimmt die Funktion eines äußeren Mantelrohres. Beide Mantelrohre sind mit der Schicht 25 des erfindungsgemäßen
Cellulosematerials (beispielsweise als Papierwicklung) umge¬ ben. Durch die Überlappung der beiden Mantelrohre entsteht in der bereits beschriebenen Weise ein Axialausgleich a, der auch durch die jeweils sich überlappenden Feststoffbarrieren 23a, 23b überbrückt werden kann (obwohl der Überlappungsbe¬ reich der Feststoffbarrieren im Vergleich zum Überlappungsbereich der Mantelrohre axial versetzt ist) .

Claims

Patentansprüche
1. Trennstelle einer Leitungsführung für eine HGÜ-Komponente, insbesondere einen HGÜ-Transformator oder eine HGÜ-Drossel, wobei
• die Leitungsführung an der Trennstelle durch zumindest ein äußeres Mantelrohr (21a) und ein das äußere Mantel¬ rohr (21a) überlappendes inneres Mantelrohr (21i) gebil¬ det ist, in denen eine elektrischen Leitung geführt wer- den kann und
• die Mantelrohre durch mehrere ineinander liegende Fest- stoffbarrieren (23a, 23b, 23c) verschalt sind, wobei zwischen Mantelrohren und der benachbarten Feststoffbarriere und zwischen den Feststoffbarrieren untereinander ringförmige Spalte (24) zur Befüllung mit Transformator-
Öl verbleiben
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass zumindest das innere Mantelrohr (21i) ein Isoliermaterial aufweist, dessen spezifischer Widerstand pComP des Isolier- materials das ein- bis zwanzigfache des spezifischen Wider¬ standes Po des Transformatoröls beträgt.
2. Trennstelle nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass das Isoliermaterial als Komposit ausgeführt ist, beste¬ hend aus einem behandelten Cellulosematerial ,
• in dem Partikel mit einem im Vergleich zum spezifischen Widerstand pp des unbehandelten Cellulosematerials ge¬ ringeren spezifischen Widerstand in einer Konzentration oberhalb der Perkolationsschwelle verteilt sind und/oder
• in dem ein zusammenhängendes Netzwerk eines leitfähigen Polymers mit einem im Vergleich zum spezifischen Wider- stand Pp des unbehandelten Cellulosematerials geringeren spezifischen Widerstand den Komposit durchzieht.
3. Trennstelle nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass das Isoliermaterial als Komposit ausgebildet ist, das aus einem Polymer besteht, in dem Partikel mit einem im Vergleich zum spezifischen Widerstand des unbehandelten Isoliermaterials geringeren spezifischen Widerstand in einer Kon- zentration oberhalb der Perkolationsschwelle verteilt sind.
4. Trennstelle nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass der spezifische Widerstand pComP des Isoliermaterials höchstens bei 5 mal 1013 Qm liegt.
5. Isolationsanordnung nach Anspruch 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass der spezifische Widerstand pp des Isoliermaterials grö- ßenordnungsmäßig dem spezifischen Widerstand von Transforma- toröl entspricht.
6. Trennstelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass auch das mindestens eine äußere Mantelrohr (21a)
und/oder mindestens eine der Feststoffbarrieren (23a, 23b, 23c) das Isoliermaterial aufweisen.
7. Trennstelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass das äußere Mantelrohr (21a) und das innere Mantelrohr (21i) aus einem elektrisch leitenden Material, insbesondere aus Kupfer bestehen und zumindest das innere Mantelrohr (21i) mit einer außen auf diesem befindlichen Schicht (25) aus dem Isolierstoff versehen ist.
8. Trennstelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass das äußere Mantelrohr (21a) und ein weiteres äußeres Mantelrohr (21b) zu beiden Seiten der Trennstelle angeordnet sind, wobei die beiden äußeren Mantelrohre aus einem elekt¬ risch leitenden Material, insbesondere aus Kupfer bestehen und das innere Mantelrohr (21a) im Inneren der beiden äußeren Mantelrohre derart angeordnet ist, dass dieses die Trennstel¬ le überbrückt.
9. Trennstelle nach Anspruch 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass das innere Mantelrohr (21a) ausschließlich aus elekt¬ risch isolierenden Materialien besteht.
10. Trennstelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass mehrere Mantelrohre (21a, 21b, 21i) und Feststoffbarrie¬ ren (23a, 23b, 23c) das Isoliermaterial aufweisen.
11. Trennstelle nach Anspruch 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die spezifischen Widerstände der Schichten (25) der einzelnen Mantelrohre (21a, 21b, 21i) und Feststoffbarrieren (23a, 23b, 23c) derart abgestuft sind, dass sie von außen nach innen abnehmen.
12. Trennstelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Wandstärke der aus dem behandelten Cellulosematerial bestehenden Feststoffbarrieren (23a, 23b, 23c) im Vergleich zur erforderlichen Wandstärke bei Verwendung des betreffenden unbehandelten Cellulosematerials an Stelle des Komposits ver¬ ringert ist.
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