WO2002047231A1 - Energieübertragungssystem für drehstrom im mittel- und hochspannungsbereich - Google Patents

Energieübertragungssystem für drehstrom im mittel- und hochspannungsbereich Download PDF

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WO2002047231A1
WO2002047231A1 PCT/EP2001/013439 EP0113439W WO0247231A1 WO 2002047231 A1 WO2002047231 A1 WO 2002047231A1 EP 0113439 W EP0113439 W EP 0113439W WO 0247231 A1 WO0247231 A1 WO 0247231A1
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WO
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conductors
conductor
piece
cylindrical
transmission system
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PCT/EP2001/013439
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jens-Peter Jensen
Dieter König
Josef Hanson
Frank Hoertz
Original Assignee
Deutsches Elektronen-Synchrotron Desy
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Publication date
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Priority to JP2002548841A priority patent/JP2004515998A/ja
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    • 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
    • H02G5/00—Installations of bus-bars
    • H02G5/06—Totally-enclosed installations, e.g. in metal casings
    • H02G5/066—Devices for maintaining distance between conductor and enclosure
    • 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
    • H02G5/00—Installations of bus-bars
    • H02G5/06—Totally-enclosed installations, e.g. in metal casings
    • H02G5/063—Totally-enclosed installations, e.g. in metal casings filled with oil or gas

Definitions

  • the invention relates to an energy transmission system for three-phase current in the medium and high voltage range with at least one line section that has at least three concentrically arranged, electrically insulated cylindrical conductors.
  • Such an energy transmission system is known from DE-AS 1 026 385, which describes a multi-core electrical power cable.
  • the cable has a core conductor in the form of a seamless aluminum strand, followed by an insulating layer 2 made of a thermoplastic.
  • the insulating layer is followed in the radial direction by a second conductor in the form of an aluminum tube, a further plastic layer for insulation, a third conductor in turn in the form of an aluminum tube, a further insulating layer and a fourth tubular conductor serving as a neutral or earth conductor.
  • the tubular conductors are arranged concentrically to one another.
  • gas-insulated conductors or tubular gas conductors are known in medium and high voltage technology.
  • Known gas-insulated conductors for three-phase current have three conductor tubes are arranged side by side within a jacket tube which is filled with gas, for example SF 6 or N 2 . Due to the spatial shift of the current components in the three conductors, the magnetic fields overlap in the outside area, so that complete compensation is not possible. Outside the conductors there is always a non-zero magnetic field.
  • magnetic fields should be avoided as completely as possible.
  • magnetic fields emanating from energy transmission systems are very critical, since the beam guidance of the charged particles in the actual accelerator beam tube is already disturbed by minimal external magnetic fields.
  • the aim is to keep the resulting magnetic fields at a distance of 1 m below 200 nT (for currents in the order of 1000 A and voltages in the order of 10 kV).
  • Corresponding requirements of extremely low residual magnetic fields also arise in other areas of application, such as medical technology. Minimizing magnetic fields in the outside space is also desirable for cables from energy supply companies in order to prevent possible harmful effects of electromagnetic fields.
  • an energy transmission system in the form of an electricity conductor which has at least one line section which has three concentrically arranged cylindrical conductors which are electrically insulated from one another, but the outer conductor serves as a protective sheath and is therefore not provided for carrying current.
  • an energy transmission system for three-phase current in the medium and high voltage range which has at least one line section with at least three concentrically arranged, electrically insulated cylindrical conductors.
  • connection pieces for connecting the conductors of the line pieces each connection piece having a corresponding concentrically arranged conductor, the diameter of which is matched to the corresponding cylindrical conductor such that they have the same diameter.
  • the connecting pieces of the individual conductors are arranged independently of one another and at different axial positions in the longitudinal direction of the line piece assembly. All conductors are designed as tubular gas conductors to be insulated with insulating gas.
  • at least the connections of the external cylindrical metal encapsulations are designed as a gas-tight connection.
  • the known system does not allow the use of prefabricated pipe sections, since the individual concentric conductors have to be connected independently of one another on site. Furthermore, no branching options are provided from a concentric tubular gas pipe into a concentric tubular gas pipe.
  • an electrical high-voltage device is known with electrodes which are held coaxially at a distance from one another by a disk-shaped insulating body and between which there is a fluid as an insulating means.
  • the support insulators taper in the radial direction 1 from the inside to the outside.
  • the support insulators are also provided on their inner and outer surfaces with a circumferential groove into which shielding electrodes, ie high-resistance but conductive elements, are applied in order to see reducing pre-discharges, especially current filament discharges.
  • connection piece which can be connected to the at least one line piece, which has three concentrically arranged cylindrical conductors which are electrically insulated from one another, for connecting or branching line pieces.
  • the connector there are corresponding concentrically arranged, mutually insulated cylindrical conductors corresponding to the conductors of the line piece, the diameters of which are matched to those of the cylindrical conductors in such a way that they are connected in an electrically contacting manner via the corresponding cylindrical conductors of the line piece in accordance with Art a sliding sleeve can be pushed on.
  • all conductors are designed as tubular gas conductors, the sliding connection of the external cylindrical conductors being designed as a gas-tight connection.
  • the transmission system offers all the advantages of gas-insulated conductors. Nevertheless, with the arrangement according to the invention, it is possible with relatively little effort to create energy transmission systems by assembling several line sections which are connected by ke be connected to each other, by connecting the modules (pipe sections, connecting pieces) together like sliding sleeves.
  • Pipes and connectors can be provided with three concentric conductors, with the three-phase system then being earthed on one side.
  • a fourth concentric conductor can also be provided and operated as a center conductor.
  • the energy transmission system is suitable for the transmission of electrical energy in the high-voltage and medium-voltage range and is suitable for operation with voltages from approximately 10 kV to 100 kV, the currents being in the range from approximately 100 A to several thousand amperes.
  • a circumferential groove is provided in the overlap area of the sliding connection of each pair of conductors, which groove faces the other conductor of the pair of conductors and into which a circumferential spiral contact is inserted, which also touches the other conductor, so that the electrical contact of the pair of conductors to improve.
  • the sliding connection in the overlap region it is possible for the sliding connection in the overlap region to leave a small space between the facing conductor surfaces and for the electrical contact to be established by the spiral contact touching both conductors. This avoids injuries to the surfaces when pushing the conductors in, which could be disadvantageous for the tightness of the connection.
  • the gas-tight connection of the external conductors of a connection piece and a line piece is realized by a recess encircling the overlap area of the conductors with a sealing ring inserted therein.
  • annular support insulators are provided, which are preferably formed from molded epoxy resin.
  • the ring-shaped support insulators are pushed onto the inner conductor in the sliding seat and extend through the annular space to the next outer conductor, on whose inner wall they rest.
  • the post insulators taper radially from the inside out, i.e. their thickness decreases towards the outside. This shape of the post insulators serves to optimize the distribution of the electrical field on the insulator surface.
  • the post insulators are preferably provided on their cylindrical inner and outer surfaces with a circumferential groove into which a high-resistance but conductive element is inserted in order to produce electrical contact between the conductor onto which the post insulator is pushed and the post insulator. This avoids gap discharges that could otherwise occur in the minimal gap between the conductor and the post insulator.
  • annular bulkhead supports are also provided, which are pushed onto the inner conductors of the line piece or the connecting piece and completely fill the annular space between an inner conductor and the next outer conductor, one in each case in the contact areas between bulkhead supporters and the adjacent conductors circumferential groove is provided, each carries a circumferential sealing ring so as to form a gas-tight seal.
  • Such bulkhead supports are preferably provided at least near the ends of each line piece in order to decouple the interiors of line pieces connected to one another with regard to gas flow.
  • a connection piece for branching a line piece is formed from a connection piece for connecting two line pieces and a T-line piece connected to it.
  • the structure and dimensions of the cylindrical conductors of the T line section correspond to those of a normal line section and have a branch in which a cylindrical conductor of the same diameter branches off from each cylindrical conductor essentially at a right angle.
  • end pieces can be present in a preferred embodiment.
  • Each end piece corresponds at one end to the construction and dimensions of the concentric cylindrical conductors with a connection piece and is closed at the other end by a suitable rejection with field control.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional view of part of a line piece with a connecting piece and a T line piece connected to it;
  • Figure 2 shows a cross-sectional view of the outer conductor of a sliding connection enlarged;
  • Figure 3 shows a post insulator in section
  • Figure 4 shows a bulkhead support in lateral section.
  • FIG. 1 shows an energy transmission system with a line piece 20 (shown in a very shortened form for reasons of illustration), which is connected to a connection piece 40, to which a T line piece 80 is in turn connected.
  • end pieces 90 are attached to the ends of the lines.
  • the line piece 20 has three concentrically arranged, cylindrical conductors 21, 22 and 23.
  • the concentric arrangement of the conductors 21, 22 and 23 is held by support insulators 32.
  • the post insulators 32 which are shown enlarged in FIG. 3, are annular bodies which are formed from a solid insulation material, preferably from molded epoxy resin.
  • the support insulators 32 are pushed onto the respective conductor, which they surround, in the sliding fit and then fill the intermediate space to the next conductor located further out.
  • circumferential grooves 34 are provided on the support insulators 32, in each of which a conductive element 36 is inserted.
  • the conductive element is high-resistance, but conductive, so as to make electrical contact between the conductor and the adjacent post insulator. This electrical contact is required in order to prevent possible discharges that can occur in the small gap that can remain between the post insulator and the adjacent conductor.
  • a plurality of post insulators 32 can be provided along the length of a line piece 20.
  • bulkhead supports 62 are provided, at least close to the ends of the line piece 20, which are likewise formed from annular bodies made of molded epoxy resin can be and which are shown enlarged in Figure 4.
  • the conductor surfaces against which the bulkhead supports 62 are to lie are slightly turned off, so that the bulkhead supports 62, which have a somewhat greater height than the support insulators 32, can be inserted into these turned-off areas.
  • the bulkhead supports 62 are provided with circumferential grooves 64, in each of which a sealing ring 66 is inserted, in order to achieve a gas-tight seal in the spaces between the conductors 21, 22, 23. If bulkhead supports 62 are also to be used at a distance from the ends of the line piece 20, the surfaces of the conductors, at least from one end, must be turned over the entire distance to the end in order to enable the bulkhead supports 62 to be inserted.
  • a connection piece 40 is connected to the line piece 20, which also has three concentric, cylindrical conductors 41, 42 and 43.
  • the conductors 41, 42 and 43 correspond to the conductors 21, 22 and 23 of the line piece 20.
  • the dimensions of the corresponding conductors 41, 42, 43 are adapted to the conductors 21, 22, 23 so that they each correspond to Art a sliding sleeve can be pushed onto the conductors of the line section 20, so that there is an overlap area between the pairs of conductors 21 and 41, 22 and 42, and 23 and 43.
  • the corresponding conductors 41, 42 and 43 are formed with a larger diameter than the conductors 21, 22 and 23 of the line piece, so that they slide over the conductor of the line piece on the outside.
  • the conductors of the line section 20 can be designed with a depression, ie with a reduced diameter, in the overlap area provided, as is shown in the detailed illustration in FIG. 2 for the outer conductor pair 23 and 43.
  • the outer surface of the conductor 23 is designed with a region 28 with a reduced outer diameter, via which the conductor 43 can be pushed on.
  • Corresponding areas 28 with min dertem outer diameter are also provided on the inner conductors 21 and 22.
  • FIG. 2 also shows the configuration of the gas-tight connection between the outer conductors 23 and 43.
  • the gas-tight connection is realized in that the outer conductor 43 is provided with a recess 46 into which a sealing ring 48 is inserted.
  • the sealing ring 48 is clamped in the recess 46, so that it ensures a gas-tight seal.
  • the clamping lever arrangement 50 shown in FIG. 2 is provided to close the sliding connection between the connection piece 40 and the line piece 20.
  • the tensioning lever arrangement 50 engages on a bracket 52 on the line piece 20, so that the sliding connection between the connecting piece 40 and the line piece 20 is closed by depressing the lever 54.
  • the line pieces and connecting pieces placed one against the other can be connected to one another in a simple manner by means of the sliding sleeve connection provided, a gas-tight seal already taking place at the same time.
  • the electrical contact between the conductor pairs 21-41, 22-42 and 23-43 is simultaneously established.
  • the diameters of the corresponding conductors in the overlap area are dimensioned such that a certain predetermined distance between the conductors remains in the overlap area at the nominal diameters. This is necessary so that a sliding connection cannot get stuck even with the usual manufacturing tolerances.
  • a circumferential groove 26 is provided in the overlapping area on one of the conductors of each pair of conductors, in the exemplary embodiment shown on the inner conductors 21, 22 and 23, into which a spiral contact 70 is inserted, which is in contact with both Conductors of the respective pair of conductors 21 and 41, 22 and 42, or 23 and 43 stands and thus ensures good electrical contact between the conductors.
  • a connector for branching a line piece 20 is also shown.
  • This connection piece consists of one of the connection pieces 40 described above for connecting line pieces 20 and a T line piece 80 connected to them.
  • the T line piece 80 shown is at its ends in the same way as a line piece 20 with three concentric conductors 81 , 82 and 83 constructed, which can be held by support insulators 32 and bulkhead supports 62.
  • a cylindrical conductor 81 ', 82' and 83 'with the same diameter extends approximately in the middle from each of the cylindrical conductors 81, 82 and 83.
  • an end piece 90 can in turn be connected via a connecting piece 40.
  • An end piece 90 has a concentric conductor arrangement which corresponds to that of a connection piece 40.
  • the end piece 90 can therefore be pushed onto the end of a line piece 20 in the same way as a connecting piece 40 or, as in the exemplary embodiment shown, onto the end of the T line piece 80.
  • the end piece 90 is closed with a suitable diversion with field control.
  • only three concentric conductors are provided. Such an arrangement is possible if the three-phase system is operated on one side grounded.
  • a fourth cylindrical conductor can also be provided and operated as the center point conductor.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Installation Of Bus-Bars (AREA)
  • Gas-Insulated Switchgears (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Energieübertragungssystem für Drehstrom im Mittel- und Hochspannungsbereich mit wenigstens einem Leitungsstück, das wenigstens drei Konzentrisch angeordnete, elektrisch gegeneinander isolierte, zylindrische Leiter aufweist. Um ein Energieübertragungsystem zu schaffen, das im Aussenraum keine Magnetfelder erzeugt und das mit geringem Installationsaufwand aufzubauen ist, ist vorgesehn, dass wenigstens ein mit dem wenigstens einen Leitungsstück verbindbares Anschlussstück zum Verbinden oder Verzweigen von Leitungsstücken vorhanden ist, wobei in dem Anschlussstück (40) korrespondierende konzentrisch angeordnete, gegeneinander isolierte, zylindrische Leiter (41, 42, 43) vorhanden sind, deren Durchmesser so auf die der zylindrischen Leiter (21, 22, 23) des Leitungsstücks (20) abgestimmt sind, dass sie zur Verbindung jeweils auf den korrespondierenden zylindrischen Leiter des Leitungsstücks (20) in elektrisch kontaktierender Weise nach Art einer Schiebemuffe aufschiebbar sind, und dass sämtlicke Leiter (21, 22, 23, 41, 42, 43) als mit Isoliergas zu isolierende Rohrgasleiter ausgebildet sind, wobei die Schiebeverbindung der aussenliegenden zylindrischen Leiter (23, 43) als gasdichte Verbindung ausgestaltet ist.

Description

Energieübertragungssystem für Drehstrom im Mittel- und Hochspannungsbereich
Die Erfindung betrifft ein Energieübertragungssystem für Drehstrom im Mittel- und Hochspannungsbereich mit wenigstens einem Leitungsstück, das wenigstens drei konzentrisch angeordnete, elektrisch gegeneinander isolierte, zylindrische Leiter aufweist.
Ein solches Energieübertragungssystem ist aus DE-AS 1 026 385 bekannt, worin ein mehradriges elektrisches Starkstromkabel beschrieben ist. Das Kabel besitzt einen Kernleiter in Form eines nahtlosen Aluminiumstranges, worauf eine Isolierschicht 2 aus einem thermoplastischen Kunststoff folgt. Auf die Isolierschicht folgt in radialer Richtung ein zweiter Leiter in Form eines Aluminiumrohres, eine weitere Kunststoffschicht zur Isolation, ein dritter Leiter wiederum in Form eines Aluminiumrohres, eine weitere Isolierschicht und ein vierter, als Null- oder Erdleiter dienender rohrförmiger Leiter. Die rohrformigen Leiter sind konzentrisch zueinander angeordnet.
Andererseits sind in der Mittel- und Hochspannungstechnik sogenannte gasisolierte Leiter oder Rohrgasleiter bekannt. Bekannte gasisolierte Leiter für Drehstrom haben drei Leiterrohre, die nebeneinander liegend innerhalb eines Mantelrohres angeordnet sind, das mit Gas, beispielsweise SF6 oder N2 gefüllt ist. Durch die Ortsverschiebung der Stromkomponenten in den drei Leitern überlagern sich die Magnetfelder im Außenraum, so dass keine vollständige Kompensation möglich ist. Außerhalb der Leiter gibt es stets ein von Null verschiedenes Magnetfeld.
In vielen Anwendungsgebieten sind Magnetfelder jedoch möglichst vollständig zu vermeiden. Beispielsweise sind bei Experimenten der Hochenergiephysik, bei denen hohe elektrische Leistungen im Beschleunigertunnel transportiert werden müssen, von Energieübertragungssystemen ausgehende Magnetfelder sehr kritisch, da die Strahlführung der geladenen Teilchen im eigentlichen Beschleunigerstrahlrohr bereits durch minimale äußere Magnetfelder empfindlich gestört wird. Bei der Energieversorgung von modernen und sensiblen Experimenten wird angestrebt (bei übertragenen Strömen in der Größenordnung von 1000 A und Spannungen in der Größenordnung von 10 kV) , die resultierenden Magnetfelder in 1 m Abstand unter 200 nT zu halten. Entsprechende Anforderungen extrem niedriger Restmagnetfelder ergeben sich aber auch in anderen Anwendungsgebieten, wie beispielsweise der Medizintechnik. Auch bei Leitungen' von Energieversorgungsunternehmen ist eine Minimierung von Magnetfeldern im Außenraum wünschenswert, um möglichen schädlichen Wirkungen elektromagnetischer Felder vorzubeugen.
Aus DE 63072 B ist ein Energieübertragungssystem in Form eines Elektrizitätsleiters bekannt, das wenigstens ein Leitungsstück, das drei konzentrisch angeordnete, elektrisch gegeneinander isolierte, zylindrische Leiter hat, wobei der äußere Leiter jedoch als Schutzhülle dient und insoweit nicht zur Stromführung vorgesehen ist. Es ist ferner wenigstens ein mit dem wenigstens ein Leitungsstück verbindbares Anschlussstück zum Verbinden oder Verzweigen von Leitungsstücken vorhanden, wobei in dem An- Ξchlussstück korrespondierende konzentrisch angeordnete Leiter vorhanden sind, deren Durchmesser so auf die zylindrischen Leiter des LeitungsStücks abgestimmt sind, dass sie zur Verbindung jeweils auf den korrespondierenden zylindrischen Leiter des Leitungsstücks in elektrisch kontaktierender Weise nach Art einer Schiebemuffe aufschiebbar sind. Zwischen den Leitern befindet sich Luft, so dass die Leiter als mit Luft als Isoliergas ausgebildete Rohrgasleiter ausgebildet sind.
Aus EP 0 788 208 A2 ist ein Engergieübertragunssystem für Drehstrom im Mittel- und Hochspannungsbereich bekannt, das wenigstens ein Leitungsstück mit wenigstens drei konzentrisch ange- ordneten, elektrisch gegeneinander isolierten zylindrischen Leitern aufweist. Dabei sind Anschlussstücke zum Verbinden der Leiter der Leitungsstücke vorhanden, wobei jedes Anschlussstück einen korrespondierenden konzentrisch angeordneten Leiter aufweist, dessen Durchmesser so auf den entsprechenden zylindri- sehen Leiter abgestimmt ist, dass sie den gleichen Durchmesser aufweisen. Allerdings sind die Anschlussstücke der einzelnen Leiter unabhängig voneinander und an verschiedenen axialen Positionen in Längsrichtung des Leitungsstücksverbundes angeordnet. Sämtliche Leiter sind als mit Isoliergas zu isolierende Rohrgas- leiter ausgebildet. Ferner sind zumindest die Verbindungen der außenliegenden zylindrischen Metallkapselungen als gasdichte Verbindung ausgestaltet. Allerdings erlaubt das bekannte System nicht die Verwendung von vorgefertigten Leitungsstücken, da die einzelnen konzentrischen Leiter unabhängig voneinander vor Ort verbunden werden müssen. Ferner sind keine Verzweigungsmöglichkeiten aus einem konzentrischen Rohrgasleiter in einen konzentrischen Rohrgasleiter vorgesehen.
Aus CH 557100 ist eine elektrische Hochspannungseinrichtung mit durch einen scheibenförmigen Isolierkörper koaxial im Abstand voneinander gehaltenen Elektroden, zwischen denen sich ein Fluid als Isoliermittel befindet, bekannt. Die Stützisolatoren verjüngen sich in radialer Richtung1 von innen nach außen. Die Stützisolatoren sind ferner an ihren Innen- und Außenflächen mit einer umlaufenden Nut versehen, in die Abschirmelektroden, d.h. hochohmige aber leitfähige Elemente angelegt sind, um elektri- sehe Vorentladungen, insbesondere Stromfadenentladungen, zu verringern.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Energieübertra- gungssystem für Drehstrom zu schaffen, das es erlaubt, elektrische Energie ohne Magnetfelder im Außenraum zu übertragen, wobei eine einfache Handhabbarkeit beim Aufbau und beim Zusammensetzen der Übertragungsstrecken gewährleistet sein soll.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen Oberbegriff. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprü- cheή angegeben.
Erfindungsgemäß ist wenigstens ein mit dem wenigstens einen Leitungsstück, das drei konzentrisch angeordnete, elektrisch gegeneinander isolierte zylindrische Leiter aufweist, verbindbares Anschlussstück zum Verbinden oder Verzweigen von Leitungsstücken vorhanden. In dem Anschlussstück sind den Leitern des LeitungsStücks korrespondierende konzentrisch angeordnete, gegeneinander isolierte, zylindrische Leiter vorhanden, deren Durchmesser so auf die der zylindrischen Leiter abgestimmt sind, dass sie zur Verbindung jeweils über die korrespondierenden zylindrischen Leiter des LeitungsStücks in elektrisch kontaktie- render Weise nach Art einer Schiebemuffe aufschiebbar sind. Weiterhin sind sämtliche Leiter als Rohrgasleiter ausgebildet, wobei die Schiebeverbindung der außen liegenden zylindrischen Leiter als gasdichte Verbindung ausgestaltet ist.
Durch die konzentrische Anordnung der zylindrischen Leiter fallen die Magnetfeldvektoren aller Leiter räumlich zusammen. Daher heben sich die Magnetfelder der Drehstromkomponenten aufgrund ihrer Phasenverschiebungen vollständig auf. Andererseits bietet das Übertragungssystem alle Vorteile von gasisolierten Leitern, gleichwohl ist es mit der erfindungsgemäßen Anordnung mit relativ geringem Aufwand möglich, Energieübertragungssysteme durch Zusammensetzen mehrerer Leitungsstücke, die durch Anschlusss üc- ke miteinander verbunden werden, aufzubauen, indem die Module (Leitungsstücke, Anschlussstücke) wie Schiebemuffen miteinander verbunden werden.
Leitungsstücke und Anschlussstücke können mit drei konzentrischen Leitern versehen sein, wobei das Drehstromsystem dann einseitig geerdet betrieben wird. Andererseits kann auch ein vierter konzentrischer Leiter vorgesehen sein und als Mittel- punktsleiter betrieben werden.
Das EnergieübertragungsSystem ist geeignet zur Übertragung elektrischer Energie im Hochspannungs- und Mittelspannungsbereich und ist geeignet für den Betrieb mit Spannungen von etwa 10 kV bis zu 100 kV, wobei die Ströme im Bereich von etwa 100 A bis zu einigen Tausend Ampere betragen können.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist zum einfachen Schließen der Schiebeverbindung zwischen einem Leitungsstück und einem Anschlussstück an einem der außen liegenden Leiter Spannhebel und an dem anderen Leiter Bügel zum Angreifen für die Spannhebel vorgesehen, so dass durch Umlegen der Spannhebel das Anschlussstück und das Leitungsstück mit vorgegebener Kraft ineinander geschoben werden und so die korrespondierenden zylindrischen Leiter jeweils nach Art von Schiebemuffen ineinander geschoben werden und so in elektrischen Kontakt zueinander gebracht werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist im Überlappungsbereich der Schiebeverbindung eines jeden Leiterpaars eine am Umfang umlaufende Nut vorgesehen, die dem anderen Leiter des Leiterpaars zugewandt ist und in die ein umlaufender Spiralkontakt eingelegt ist, der auch den anderen Leiter berührt, um so den elektrischen Kontakt des Leiterpaars zu verbessern. Auf diese Weise ist es möglich, dass die Schiebeverbindung im Über- lappungsbereich einen kleinen Zwischenraum zwischen den zugewandten Leiterflächen lässt und der elektrische Kontakt durch den beide Leiter berührenden Spiralkontakt hergestellt wird. Dadurch lassen sich Verletzungen der Oberflächen beim Ineinder- schieben der Leiter vermeiden, die für die Dichtigkeit der Verbindung nachteilig sein könnten.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird die gasdichte Verbindung der außen liegenden Leiter eines AnschlussStücks und eines LeitungsStücks durch eine im Überlappungsbereich der Leiter umlaufende Ausnehmung mit einem darin eingelegten Dichtungsring realisiert.
Um die zylindrischen Leiter in einem Leitungsstück konzentrisch zueinander in Position zu halten, sind in einer bevorzugten Ausführungsform ringförmige Stützisolatoren vorgesehen, die vorzugsweise aus Epoxidharzformstoff gebildet sind. Die ringför- migen Stützisolatoren sind im Schiebesitz auf die inneren Leiter aufgeschoben und erstrecken sich durch den ringförmigen Zwischenraum zu dem nächsten äußeren Leiter, an dessen Innenwand sie anliegen. Vorzugsweise verjüngen sich die Stützisolatoren in radialer Richtung von innen nach außen, d.h. ihre Dicke nimmt nach außen hin ab. Diese Formgebung der Stützisolatoren dient der Optimierung der Verteilung des elektrischen Feldes an der Isolatoroberfläche. Ferner sind die Stützisolatoren vorzugsweise an ihren zylindrischen Innen- und Außenflächen mit einer umlaufenden Nut versehen, in die ein hochohmiges, aber leitfähiges Element eingelegt ist, um elektrischen Kontakt zwischen dem Leiter, auf den der Stützisolator aufgeschoben ist, und dem Stützisolator herzustellen. Dadurch lassen sich Spaltentladungen, die sonst in dem minimalen Spalt zwischen Leiter und Stützisolator auftreten könnten, vermeiden.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind weiterhin ringförmige Schottstützer vorgesehen, die auf die inneren Leiter des Leitungsstücks oder des AnschlussStücks aufgeschoben sind und den ringförmigen Zwischenraum zwischen einem inneren Leiter bis zum nächsten äußeren Leiter vollständig ausfüllen, wobei in den Berührungsflächen zwischen Schottstützer und den angrenzenden Leitern jeweils eine umlaufende Nut vorgesehen ist, die jeweils einen umlaufenden Dichtungsring trägt, um so einen gasdichten Abschluss zu bilden. Derartige Schottstützer sind vorzugsweise wenigstens nahe der Enden jedes LeitungsStücks vorgesehen, um die Innenräume von miteinander verbundenen Leitungsstücken im Hinblick auf Gasdurchfluss voneinander zu entkoppeln.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Anschlussstück zum Verzweigen eines LeitungsStücks aus einem Anschlussstück zum Verbinden zweier Leitungsstücke und einem damit verbundenen T- Leitungsstück gebildet. Die zylindrischen Leiter des T-Leitungs- stücks stimmen in Aufbau und Abmessungen mit denen eines normalen LeitungsStücks überein und weisen eine Abzweigung auf, in der von jedem zylindrischen Leiter ein zylindrischer Leiter mit gleichem Durchmesser im Wesentlichen im rechten Winkel abzweigt.
Ferner können in einer bevorzugten Ausführungsform Endstücke vorhanden sein. Jedes Endstück stimmt an einem Ende im Aufbau und Abmessungen der konzentrischen zylindrischen Leiter mit einem Anschlussstück überein und ist am anderen Ende durch ge- eignete Ausleitung mit Feldsteuerung abgeschlossen.
Mit dem erfindungsgemäßen System ist es möglich, elektrische Übertragungswege mit gasisolierten Leitern in einer Anordnung, die nur minimale äußere Magnetfelder erzeugt, in einfacher Weise aufzubauen, indem Leitungsstücke und Anschlussstücke miteinander leitend verbunden werden. Dabei wird ein gasdichter Abschluss des äußeren Leiters erzielt. Bei Bedarf kann jeder Leiter einzeln gasdicht abgedichtet werden. Auf diese Weise ist es mit relativ geringem Installationsaufwand möglich, Energieübertra- gungssysteme mit gasisolierten Leitern aufzubauen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in den Figuren beschrieben, in denen:
Figur 1 eine Querschnittsansicht eines Teils eines Leitungsstücks mit einem damit verbundenen Anschlussstück und einem T-Leitungsstück zeigt; Figur 2 eine Querschnittsdarstellung der äußeren Leiter einer Schiebeverbindung vergrößert zeigt;
Figur 3 einen Stützisolator im Schnitt zeigt;
Figur 4 einen Schottstützer im seitlichen Schnitt zeigt.
Figur 1 zeigt ein Energieübertragungssystem mit einem Leitungs- stück 20 (aus Darstellungsgründen stark verkürzt dargestellt) , das mit einem Anschlussstück 40 verbunden ist, an das wiederum ein T-Leitungsstück 80 angeschlossen ist. An den Enden der Leitungen sind in diesem schematischen Beispiel Endstücke 90 angebracht .
Das Leitungsstück 20 weist drei konzentrisch angeordnete, zylindrische Leiter 21, 22 und 23 auf. Die konzentrische Anordnung der Leiter 21, 22 und 23 wird durch Stützisolatoren 32 gehalten. Die Stützisolatoren 32, die in Figur 3 vergrößert dargestellt sind, sind ringförmige Körper, die aus einem festen Isolations- aterial, vorzugsweise aus Epoxidharzformstoff, gebildet sind. Die Stützisolatoren 32 werden im Schiebesitz auf den jeweiligen Leiter, den sie umgeben, aufgeschoben und füllen dann den Zwischenraum zu dem nächsten weiter außen liegenden Leiter aus. An den den angrenzenden Leitern zugewandten Oberflächen sind an den Stützisolatoren 32 umlaufende Nuten 34 vorgesehen, in die jeweils ein leitfähiges Element 36 eingelegt ist. Das leitfähige Element ist hochohmig, aber leitfähig, um so elektrischen Kontakt zwischen dem Leiter und dem angrenzenden Stützisolator herzustellen. Dieser elektrische Kontakt wird benötigt, um mög- liehe Entladungen, die sich in dem kleinen Spalt, der zwischen dem Stützisolator und dem angrenzenden Leiter verbleiben kann, zu verhindern. Entlang der Länge eines LeitungsStücks 20 können eine Mehrzahl von Stützisolatoren 32 vorgesehen sein.
Neben den Stützisolatoren 32 sind, zumindest nahe an den Enden des Leitungsstücks 20, Schottstützer 62 vorgesehen, die ebenfalls aus ringförmigen Körpern aus Epoxidharzformstoff gebildet sein können und die in Figur 4 vergrößert dargestellt sind. In den für Schottstütze 62 vorgesehenen Endbereichen des Leitungsstücks 20 sind die Leiterflächen, an denen die Schottstützer 62 anliegen sollen, leicht abgedreht, so dass die Schottstützer 62, die eine etwas größerer Höhe als die Stützisόlatoren 32 haben, in diese abgedrehten Bereiche eingeschoben werden können. Auf den den Leitern zugewandten Oberflächen sind die Schottstützer 62 mit umlaufenden Nuten 64 versehen, in die jeweils ein Dichtungsring 66 eingelegt ist, um so einen gasdichten Abschluss der Zwischenräume zwischen den Leitern 21, 22, 23 zu realisieren. Falls Schottstützer 62 auch entfernt von den Enden des Leitungs- Stücks 20 eingesetzt werden sollen, müssen die Oberflächen der Leiter, zumindest von einem Ende aus, auf der gesamten Entfernung bis zum Ende abgedreht sein, um das Einschieben der Schottstützer 62 zu ermöglichen.
Mit dem Leitungsstück 20 ist ein Anschlussstück 40 verbunden, das ebenfalls drei konzentrische, zylindrische Leiter 41, 42 und 43 aufweist. Die Leiter 41, 42 bzw. 43 korrespondieren mit den Leitern 21, 22 bzw. 23 des LeitungsStücks 20. Die korrespondierenden Leiter 41, 42, 43 sind in ihren Abmessungen so an die Leiter 21, 22, 23 angepasst, dass sie jeweils nach Art einer Schiebemuffe auf die Leiter des Leitungsstücks 20 geschoben werden können, so dass sich jeweils ein Überlappungsbereich zwi- sehen den Leiterpaaren 21 und 41, 22 und 42, sowie 23 und 43 ergibt. In der dargestellten Ausführungsform sind die korrespondierenden Leiter 41, 42 und 43 mit größerem Durchmesser als die Leiter 21, 22 und 23 des Leitungsstücks ausgebildet, so dass sie sich außen über die Leiter des LeitungsStücks schieben. Dabei können die Leiter des Leitungsstücks 20 in dem vorgesehenen Überlappungsbereich mit einer Absenkung, d.h. mit vermindertem Durchmesser, ausgebildet sein, wie dies in der Detaildarstelluήg in Figur 2 für das äußere Leiterpaär 23 und 43 dargestellt ist. Hier ist die Außenfläche des Leiters 23 mit einem Bereich 28 mit vermindertem Außendurchmesser gestaltet, über den der Leiter 43 aufgeschoben werden kann. Entsprechende Bereiche 28 mit vermin- dertem Außendurchmesser sind auch an den inneren Leitern 21 und 22 vorgesehen.
In Figur 2 ist ferner die Ausgestaltung der gasdichten Verbin- dng zwischen den äußeren Leitern 23 und 43 dargestellt. Die gasdichte Verbindung wird in der dargestellten Ausführungsform dadurch realisiert, dass der äußere Leiter 43 mit einer Ausnehmung 46 versehen ist, in die ein Dichtungsring 48 eingelegt ist. Der Dichtungsring 48 wird, beim Schließen der Verbindung zwi- sehen dem Leitungsstück 20 und dem Anschlussstück 40 in der Ausnehmung 46 eingeklemmt, so dass er für einen gasdichten Abschluss sorgt .
Zum Schließen der Schiebeverbindung zwischen dem Anschlussstück 40 und dem Leitungsstück 20 ist die in Figur 2 dargestellte Spannhebelanordnung 50 vorgesehen. Die Spannhebelanordnung 50 greift an einem Bügel 52 an dem Leitungsstück 20 an, so dass durch Niederdrücken des Hebels 54 die Schiebeverbindung zwischen dem Anschlussstück 40 und dem Leitungsstück 20 geschlossen wird. Auf diese Weise können bei der Installation des Energieübertragungssystems die aneinandergesetzten Leitungsstücke und Anschlussstücke in einfacher Weise durch die vorgesehene Schiebemuffenverbindung miteinander verbunden werden, wobei gleichzeitig bereits eine gasdichte Abdichtung erfolgt . Ferner wird durch das Ineinanderschieben gleichzeitig der elektrische Kontakt zwischen den Leiterpaaren 21-41, 22-42 und 23-43 hergestellt.
Zur Herstellung des elektrischen Kontakts sind folgende Maßnahmen vorgesehen. Da die Leitungsstücke 20 und Anschlussstücke 40 leicht ineinanderschiebbar sein sollen, sind die Durchmesser der korrespondierenden Leiter im Überlappungsbereich so dimensioniert, dass bei den Nenndurchmessern ein gewisser vorgegebener Abstand zwischen den Leitern im Überlappungsbereich verbleibt. Dies ist notwendig, damit es auch bei den üblichen Fertigungs- toleranzen nicht zum Festklemmen einer Schiebeverbindung kommen kann. Um gleichwohl guten elektrischen Kontakt zwischen den korrespondierenden Leitern 21 und 41, 22 und 42, und 23 und 43 zu erzielen, ist im Überlappungsbereich jeweils an einem der Leiter jedes Leiterpaars, in dem dargestellten Ausführungsbei- spiel an dem innen liegenden Leiter 21, 22 und 23, eine umlaufende Nut 26 vorgesehen, in die ein Spiralkontakt 70 eingelegt ist, der in Kontakt mit beiden Leitern des jeweiligen Leiterpaars 21 und 41, 22 und 42, bzw. 23 und 43 steht und so für guten elektrischen Kontakt zwischen den Leitern sorgt .
In Figur 1 ist ferner ein Anschlussstück zum Verzweigen eines LeitungsStücks 20 dargestellt. Dieses Anschlussstück besteht aus einem der zuvor beschriebenen Anschlussstücke 40 zum Verbinden von Leitungsstücken 20 und einem damit verbundenen T-Leitungs- stück 80. Das dargestellte T-Leitungsstück 80 ist an seinen Enden in gleicher Weise wie ein Leitungsstück 20 mit drei kon- zentrischen Leitern 81, 82 und 83 aufgebaut, die durch Stützisolatoren 32 und Schottstützer 62 gehalten sein können. Von jedem der zylindrischen Leiter 81, 82 und 83 geht etwa in der Mitte ein zylindrischer Leiter 81', 82' und 83' mit gleichem Durchmesser aus. An diese konzentrische Leiteranordnung 81', 82', 83' kann nun über ein Anschlussstück 40 wiederum ein Leitungsstück 20 oder, wie in dem dargestellten Ausführungsbeispiel, ein Endstück 90 angeschlossen sein.
Ein Endstück 90 weist eine konzentrische Leiteranordnung auf, die derjenigen eines Anschlus Stücks 40 entspricht. Das Endstück 90 kann daher in gleicher Weise wie ein Anschlussstück 40 auf das Ende eines LeitungsStücks 20 oder, wie in dem dargestellten Ausführungsbeispiel, auf das Ende des T-LeitungsStücks 80 aufgeschoben werden. Am gegenüberliegenden Ende ist das Endstück 90 mit einer geeigneten Ausleitung mit Feldsteuerung abgeschlossen.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind nur drei konzentrische Leiter vorgesehen. Eine solche Anordnung ist möglich, wenn das Drehstromsystem einseitig geerdet betrieben wird. In anderen Ausführungsformen kann noch ein vierter zylindrischer Leiter als Mittelpunkktsleiter vorgesehen sein und betrieben werden.

Claims

Patentansprüche
1. EnergieübertragungsSystem für Drehstrom im Mittel- und Hochspannungsbereich mit wenigstens einem Leitungsstück, das wenigstens drei konzentrisch angeordnete, elektrisch gegeneinander isolierte, zylindrische Leiter aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein mit dem wenigstens einen Leitungsstück (20) verbindbares Anschlussstück (40) zum Verbinden oder Verzweigen von Leitungsstücken vorhanden ist, wobei in dem Anschlussstück (40) korrespondierende konzentrisch angeordnete, gegeneinander isolierte, zylindrische Leiter (41, 42, 43) vorhanden sind, deren Durchmesser so auf die der zylindrischen Leiter (21, 22, 23) des LeitungsStücks (20) abgestimmt sind, dass sie zur Verbindung jeweils auf den korrespondierenden zylindrischen Leiter (21, 22, 23) des LeitungsStücks (20) in elektrisch kontaktierender Weise nach Art einer Schiebemuffe aufschiebbar sind, und dass sämtliche Leiter (21, 22, 23, 41, 42, 43) als mit Isσliergas zu isolierende Rohrgasleiter ausgebildet sind, wobei zumindest die Schiebeverbindung der außenliegenden zylindrischen Leiter (23, 43) als gasdichte Verbindung ausgestaltet ist.
2. Energieübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gasdichte Verbindung einen im Überlap- pungsbereich der Schiebeverbindung der außenliegenden zylindrischen Leiter (23, 43) in einer umlaufende Ausnehmung (46) eingelegten Dichtungsring (48) aufweist.
3. Energieübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schließen der Schiebeverbindung an einem der außenliegenden Leiter ein Spannhebel (50) und an dem anderen Leiter der Schiebeverbindung ein Bügel (30) zum Angreifen durch den Spannhebel
(50) vorgesehen ist, so dass durch Umlegen des Spannhebels (50) die Schiebeverbindung zwischen Leitungsstück (20) und Anschlussstück (40) mit vorgegebener Kraft schließbar ist.
4. Energieubertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Überlappungsbereich der Schiebeverbindung jedes Leiterpaars (21, 41; 22, 42; 23, 43) eines zusammengeschobenen Leitungsstücks (20) und Anschlussstücks (40) eine am Umfang umlaufende Nut (26) in einem der Leiter vorgesehen ist, in die ein umlaufender Spiralkontakt (70) eingelegt ist, der auch den anderen Leiter berührt, um so den elektrischen Kontakt des Leiterpaars (21, 41; 22, 42; 23, 43) zu verbessern.
5. Energieubertragungssystem nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrischen Leiter (21, 22, 23) des Leitungsstücks (20) an den Enden mit einem Bereich (28) mit vermindertem Durchmesser der Außenwand ausgebildet sind, und dass die Innendurchmesser der Leiter (41, 42, 43) des AnschlussStücks (40) an diese verminderten Außendurchmesser angepasst sind, so dass jeder Leiter (41, 42, 43) des Anschlussstücks (40) über den Bereich mit vermindertem Außendurchmesser des entsprechenden Leiters (21, 22, 23) des LeitungsStücks (20) nach Art einer Schiebemuffe aufgeschoben wird, wenn Anschlussstück (40) und Leitungsstück (40) zur Verbindung zusammengeschoben werden.
6. Energieubertragungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Νut (26) im Überlappungsbereich der Schiebeverbindung im Bereich (28) des verminderten Außendurchmessers des jeweiligen zylindrischen Leiters (21, 22, 23) des LeitungsStücks (20) gebildet ist.
7. Energieübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ringförmige Stütz- isolatoren (32) , vorzugsweise aus Epoxidharzformstoff, im Schiebesitz auf die inneren Leiter (21, 22) des Leitungsstücks (20) aufgeschoben sind und sich durch den ringförmigen Zwischenraum zwischen einem inneren Leiter (21, 22) bis zum nächsten äußeren Leiter (22, 23) erstrecken, um eine koaxiale konzentrische Halterung der Leiter (21, 22, 23) zueinander zu gewährleisten.
8. Energieubertragungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Stützisolatoren (32) in radialer Richtung, von innen nach außen verjüngen.
9. Energieübertragungssystem nach Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet, dass die Stützisolatoren (32) an ihren zylindrischen Innen- und Außenflächen mit einer umlaufenden Nut (34) versehen sind, in das ein hochohmiges, aber leitfähigesj Element (36) eingelegt ist, um jeweils den Spalt zwischen dem Leiter (21, 22) und dem Stützisolator (36) kurzzuschließen.
10. EnergieübertragungsSystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ringförmige Schottstützer (62) , vorzugsweise aus Epoxidharzformstoff, auf die inneren Leiter (21, 22; 41, 42) des LeitungsStücks (20) oder AnschlussStücks (40) aufgeschoben sind und den ringförmigen Zwischenraum zwischen einem inneren Leiter (21, 22; 41, 42) bis zum nächsten äußeren Leiter (22, 23; 42, 43) vollständig ausfüllen, wobei in den Berührungsflächen von Schottstützer (62) und angrenzenden Leitern jeweils eine umlaufende Nut (64) vorgesehen ist, in die jeweils ein umlaufender Dichtungsring {66) zur Bildung eines gasdichten Abschlusses eingelegt ist .
11. Energieubertragungssystem nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anschlussstück zum Verzweigen eines LeitungsStücks aus einem Anschlussstück
(40) zum Verbinden zweier Leitungsstücke und einem damit verbundenen T-Leitungsstück (80) gebildet ist, dessen zylindrischen Leiter (81, 82, 83) in Aufbau und Abmessungen mit denen eines LeitungsStücks (20) übereinstimmen und das mittig eine Abzweigung aufweist, in der von jedem zylindrischen Leiter (81, 82, 83) ein zylindrischer Leiter (81', 82', 83') mit gleichem Durchmesser abzweigt .
x.Λ . Energieübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ferner ein Endstück (90) vorhanden ist, das an einem Ende im Aufbau der konzentrischen zylindrischen Leiter (91, 92, 93) mit einem Anschlussstück (40) übereinstimmt und am anderen Ende durch Isolatoren (94) abgeschlossen ist.
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