WO2012093054A1

WO2012093054A1 - Trennstelle einer leitungsdurchführung für eine hgü-komponente

Info

Publication number: WO2012093054A1
Application number: PCT/EP2011/074087
Authority: WO
Inventors: Beriz BAKIJA; Dieter Breitfelder; Thomas Hammer; Jens Hoppe; Karsten LOPPACH; Johann Schlager; Frank Heinrichsdorff; Ursus KRÜGER; Volkmar LÜTHEN
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2011-01-07
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2012-07-12
Also published as: DE102011008461A1; CN103415971A; BR112013017500A2; CN103415971B; EP2661796A1; BR112013017500B1

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 ε_Γ = 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 p_Com_P 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 p_Com_P 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, p_P und p_Com_P 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 p_Q 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 p_p 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 p_p 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 ε_ρ 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 U_Q ungefähr doppelt so hoch ist, wie die am Cellulosematerial anliegende Spannung U_p. 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 U_Q ungefähr doppelt so groß wie die am Nanokomposit (Cellulosematerial) anliegende Spannung U_Com_P ·

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 P_o 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 p_p 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 p_Q = 10¹³ Qm zumindest ein Hundertstel bis ein Fünfhundertsei ) der Spannung am Cel^¬ lulosematerial U_p 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 p_p 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 p_Com_P 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 U_COmp_/ 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 p_Com_P 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 p_p 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 P_p 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 p_Com_P 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 p_p 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.