WO2012093055A1 - Leitungsführung für hgü-transformatorspulen oder hgü-drosselspulen - Google Patents

Leitungsführung für hgü-transformatorspulen oder hgü-drosselspulen Download PDF

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WO2012093055A1
WO2012093055A1 PCT/EP2011/074092 EP2011074092W WO2012093055A1 WO 2012093055 A1 WO2012093055 A1 WO 2012093055A1 EP 2011074092 W EP2011074092 W EP 2011074092W WO 2012093055 A1 WO2012093055 A1 WO 2012093055A1
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hvdc
layer
electrode tube
specific resistance
resistivity
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PCT/EP2011/074092
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Inventor
Beriz BAKIJA
Dieter Breitfelder
Thomas Hammer
Jens Hoppe
Karsten LOPPACH
Johann Schlager
Volkmar LÜTHEN
Frank Heinrichsdorff
Ursus KRÜGER
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • 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
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    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
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    • H01F27/32—Insulating of coils, windings, or parts thereof
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    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B17/00—Insulators or insulating bodies characterised by their form
    • H01B17/34—Insulators containing liquid, e.g. oil

Definitions

  • the invention relates to a wiring for the electrical connections (by electrical lines) of a HVDC transformer coil or a HVDC choke coil.
  • This has an electrode tube with a conductive surface and with an installation space for the line.
  • the installation space is the interior formed by the pipe.
  • the tube may preferably have a round cross section, but may also have other cross sections.
  • the Lei ⁇ management guide a layer of a cellulosic material such. As paper or pressboard, which may be applied as a winding and enclosing the electrode tube full circumference.
  • the electrode tube itself is preferably made of copper .
  • a cable routing of the type specified, for example, DE 10 2006 013 927 AI refer.
  • These cable guides are used to safely store and electrically isolate the electrical connection cables for HVDC transformer coils or HVDC choke coils and shield the resulting electric field in a suitable manner.
  • such cable guides not only consist of the coated electrode tube, but are surrounded by one or more solid barriers, preferably of pressboard. These form gaps between each other, which are filled by transformer oil. In this way, an insulating distance, over which the voltage drops.
  • the oxidizing agent provides for the polymerization of the pyrrole compounds, and also for an increase in 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 wrestlers peaks in the formation of electric fields, such as the insulation of electrical conductors to comparable.
  • a material consisting of a polymer can be used for this purpose.
  • a filler is distributed whose Parti ⁇ kel are nanoparticles, so have a mean 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 game ⁇ can be made of ZnO in, can be set the electrical resistance of the nanocomposite. Is exceeded a certain proportion of the volume in the admixture of nanoparticles, which, depending on the size of the nanoparticles is 10 to 20 vol%, the specific opponent ⁇ decreases noticeably was the nanocomposite, wherein in this way the electrical conductivity of the nanocomposite to adjust and adapted to the required conditions.
  • I can set a resistivity of the order of 10 12 Gm. This results in a voltage drop across the nanocomposite, which results in a more uniform distribution of the potential and thus also grades the resulting electric field in a suitable manner. As a result, the resulting field peaks can be reduced, which advantageously increases the dielectric strength.
  • the field-weakening effect of the nanocomposite in this case depends on the primitiveness of the nanocomposite, wherein the primitive ⁇ a measure of the permeability of a material for elekt ⁇ generic fields.
  • the primitive is also referred to as Dielektri ⁇ optoelectronic sensor works, said to be used hereinafter, the term "primitive".
  • 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 with respect to a Ability of the material of the conversion of electrical energy into heat is designed. 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.
  • 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.
  • Examples of electrically conductive polymers are polypyrroles, polyaniline, polythiophenes, polyparaphenylenes, polyparaphenylenevinylenes and derivatives called these polymers.
  • PEDOT is marketed under the trading nation ⁇ men Baytron from 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.
  • Vernet ⁇ wetting the ionomers following the preparation of the Cellu ⁇ loose material the resistivity of the cellulose material ⁇ can be lowered.
  • 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 consist at least partially of BNNT and are distributed in the cellulose or a polymer.
  • semiconducting nanoparticles which consist at least partially of BNNT and are distributed in the cellulose or a polymer.
  • to Increasing the effective conductivity of at least a part of the BNNT distributed in the insulating material is 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 so that the nanocomposite has a specific conductivity p of the order of 10 12 ⁇ m. According to this variant, no conductive polymers are used as sheath of the BNNT.
  • Doping can be achieved by modifying the BNNTs by adding suitable dopants such that the dopant atoms form electronic states that make the BNNT a p-type conductor (ie, that form electronic states that capture electrons from the Capture valence band edge) or to an n-conductor (ie, that electronic states are reached which emit electrons by thermal excitation over the conduction band edge emittie ⁇ ren).
  • suitable dopants such that the dopant atoms form electronic states that make the BNNT a p-type conductor (ie, that form electronic states that capture electrons from the Capture valence band edge) or to an n-conductor (ie, that electronic states are reached which emit electrons by thermal excitation over the conduction band edge emittie ⁇ ren).
  • a dopant for a p-type doping for example, Be is suitable as dopant for a n-type dopant.
  • Doping 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. It is also possible to carry out doping in a further step, after the growth of BNNT, wherein the dopants are received by the BNNT typically under the influence ei ⁇ ner heat treatment. By introducing the dopants into the BNNT, the resistivity can be lowered to values typical for doped semiconductors between 0.1 and 1000 ⁇ cm.
  • the nanocomposite of cellulosic material can also be used by others Semiconducting nanoparticles are impregnated, wherein a doping of these nanoparticles is also provided with dopants to increase the effective conductivity of at least a portion of the distributed nanoparticles in the insulating material.
  • the use of the semi-conductive nanoparticles, 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 conductivity of the Increase nanocomposites.
  • the object of the invention is to provide a cable routing for electrical connections of a HVDC transformer coil or a HVDC choke coil, which open up a comparatively large constructional scope for the design and as a result of which in particular can be carried out as space-saving.
  • the layer is carried out to the electrode tube as a composite consisting of egg ⁇ NEM-treated cellulosic material.
  • the cellulosic material is treated according to the invention by distributing in this particle a lower specific resistance in a concentration above the percolation threshold compared with the specific resistance p p of the treated cellulosic material.
  • a continuous network of a conductive polymer with a lower resistivity than the specific resistance p p of the untreated cellulose material pervades the composite.
  • 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.
  • leading to 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.
  • the described, for the invention essential effect of a relief of the cellulosic material by the voltage drop takes place to a greater extent on the transformer oil can be used advantageously good if the specific resistance p CO mp of the composite is at most 5 times 10 13 square meters.
  • a specific resistance p CO mp of the composite which is 1 to 20 times the specific resistance p Q of the transformer oil.
  • the resistivity p C P om speaks of the composite size Trim ⁇ moderate resistivity of transformer oil ⁇ ent.
  • order of magnitude it is meant that the speci ⁇ fic resistance p C om P of the composite differs at most by a magnitude ⁇ order of that of the transformer oil (ie at most by a factor of 10).
  • 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 Po is between 10 12 and 10 13 square meters. It should be noted, however, that the specific resistance p 0 of transformer oil is rather 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, it is therefore assumed that a specific resistance p 0 in the transformer oil of 10 12 Qm.
  • the electrode tube is formed such that it adjoins an end directly to the HVDC transformer coil or HVDC reactor after assembly with its one end.
  • a tolerance compensation is achieved in that a distance between the end of the electrode tube and the HVDC Transformer coil or HVDC choke remains, which can vary in width ⁇ within certain limits.
  • This advantageously results in a comparatively simple structural design for the cable routing. It is advantageous if this is created as a prefabricated component. This is advantageous for a Wicklungsanord ⁇ tion which is mounted as a leg set. (A thigh set consists of one or more coils which is assembled with almost all screen and spacers - preferably from press chip as a unit).
  • a trunking system as the component consists of a pipe system, which is prefabricated with a layer of cellulose material and possibly one or more ⁇ rer solid barriers that preferably also consist of a cellulosic material as a unit.
  • This wiring system as a component can be advantageously carried out space-saving, if this is provided with electrode tubes having the layer according to the invention and the solid barriers according to the invention.
  • the wiring in particulate construction meaning is to grow the wiring part by part of the winding or the thigh set.
  • This embodiment is advantageous for use in a winding assembly (in this case, the winding coils and the screen and distancing elements are individually attached to the leg core ⁇ ).
  • the particulate design is also applicable to above-mentioned thigh assembly.
  • the electrode tube may be dimensioned in length such that it can be arranged with its ends between two adjacent HVDC transformer coils or HVDC choke coils.
  • This has the advantage that both the one coil and the other coil out a tolerance compensation arises, which is formed by the respective gap between the ends of the electrode tube and the Benach ⁇ disclosed coil.
  • the arrangement of the electrode ⁇ tube between the coils is advantageously simplified according to the invention, since it can be carried out by using the cellulose material according to the invention space-saving and therefore fits in the space remaining between the coils.
  • Elongated electrode tube is executed, wherein the curvature in the installed state in a plane perpendicular to the symmetry ⁇ axis of the HVDC transformer coil or HVDC choke should lie.
  • the installation space for the wiring from the space between the two coils is displaced outwards, so that a larger installation space is available.
  • a relatively compact assembly is a ⁇ 's kelsatz compared to a particularistic construction possible.
  • the specific resistance of be ⁇ adjacent, the layer-forming film layer is stepped, wherein the coating layer or the coating layers abut achieving the lowest ⁇ th resistivity of the electrode tube.
  • the layer becomes several
  • the layer consists of a Pa ⁇ pierwicklung with multiple winding layers, wherein the paper wrap is wound around the electrode tube. This is advantageous a particularly simple production of
  • a winding layer is dependent on the paper thickness, while the already mentioned layer layer is dependent on which region should be equipped with which specific resistance.
  • layers of different resistivity can be made by using different papers.
  • a winding layer is generally much thinner (because of the paper thickness) as a layer layer.
  • a layer layer is thus produced by winding a plurality of winding layers.
  • the thickness s of the layer is reduced in comparison with the required thickness when using the relevant untreated cellulose material instead of the composite. This is an advantageous possibility, such as the constructive freedom of design, which is characterized by the Reduction of the resistivity of the envelope results, can be exhausted. Due to a smaller thickness of the envelope, the space required for the line feedthrough is advantageously reduced. Due to the reduced specific resistance see the dielectric strength of the layer remains the same.
  • solid barriers are provided around the electrode tube to form gaps (ie interspaces) for transformer oil between the solids barriers with one another and with respect to the layer of the electrode tube. This results in an alternating sequence of transformer oil and cellulosic material. This sequence he ⁇ gives the Isolierumble. It is particularly advantageous if the solid barriers also consist of the treated cellulose material, ie are reduced in their specific resistance. As a result, the design freedom of design can advantageously be extended even further, for example by providing solid barriers having a reduced wall thickness.
  • a wall thickness of 1 mm should not be undercut, since this is a constructive design limit.
  • the Feststoffbar ⁇ Center must in fact have a sufficient mechanical stability.
  • wall thicknesses of 1 to 3 mm can be provided.
  • the solid barriers are provided with graded electrical resistance, as has already been described for the layer.
  • the specific resistance increases with increasing distance of the solids barrier to the passage element.
  • the stepped setting un ⁇ ter Kunststoffaji resistivities of solid barriers and film layers in the layer has the advantage that the specific resistance can be adapted to the respective local vorlie ⁇ constricting field strength of surrounding the passage electric field.
  • FIG. 1 schematically shows an exemplary embodiment of the inventive cable guide as a detail, which schematically shows an insulating section consisting of the electrode tube with a layer of cellulose material and two solid-state barriers,
  • Figure 2 shows an embodiment of a cable routing in the variant as a winding assembly in the longitudinal ⁇ section
  • An electrical insulating section 18 according to FIG. 1 consists generally of several layers of cellulosic material 19, between which oil layers 20 are located. Also, the cellulosic material 19 is impregnated with oil, which is not shown in detail in Figure 1 is. For this, an impregnation 11 can be seen in FIG. 1 within the cellulosic material.
  • the insulation shown in Figure 1 surrounds, for example, an electrode tube 21 a wiring in a transformer.
  • 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 primitiveivity of the components of the insulation.
  • the permittivity ⁇ 0 is approximately 2, for the cellulosic material ⁇ ⁇ at 4.
  • the load on the individual insulation components results in the voltage U 0 applied to the oil being approximately twice as high , such as the voltage U p applied to the cellulose material.
  • the inventively introduced into the cellulosic material 19 impregnation 11 may, for. B. from BNNT and is adjusted by a suitable coating of BNNT from PEDOT: PSS and possibly by an additional doping of the BNNT with dopants with their resistivity (between 0, 1 and 1000 Qcm) that the specific resistance of Cellulo ⁇ sematerials Pp is reduced.
  • This is also allei ⁇ nige using PEDOT: PSS possible or sole use of BNNT.
  • a specific conductivity p C om P which is approximated to the resistivity p 0 and this roughly corresponds in the ideal case ⁇ .
  • the line 29 is laid in an installation space which is formed by the electrode tube 21.
  • This is preferably made of copper and has a layer 30, which is formed by two layer layers 31.
  • the sheet layer which forms the upper ⁇ surface of the electrode tube 21, comes with the unillustrated transformer oil into contact, and has a import venezgntechnik (treatment) at which the resistivity of the cellulose material used in order of magnitude in the range of the specific resistance of the transformer oil lowers.
  • the layer layer 31, which adjoins the metallic electrode tube 21, is advantageously further lowered in its specific resistance so that it falls below the specific resistance of transformer oil.
  • Distances a of the ends of the electrode tube 21 to the coils 22 and the shield rings 24 allow a tolerance compensation during installation of the electrode tube 21 as a wiring 28. This can be sized generous by the treatment of the invention insulation.
  • the chimneys of both coils formed by the solid barriers 26 are connected to each other by further solids barriers 32, so that there is also a closed insulating gap around the cable guide 28 between the two coils 22.
  • the solid barriers are equipped with the cellulosic material according to the invention, so that the specific resistances of the solid barriers in comparison for the use of untreated cellulose material to the specific resistance of the transformer oil are at least ange ⁇ approaches.
  • the overlap area ⁇ pungs Schemee b between the chimneys, for example, 32 are performed in reduced length 27 and center the Feststoffbar-, whereby a space-saving design configuration is possible. In particular, in smaller overlapping areas b the assembly is facilitated in confined spaces.
  • an attachment 35 is only indicated. This is supported in a manner not shown in the housing of the HVDC component and ensures a clear positioning of the individual components to each other. This is of importance, inter alia, in order for the solids barriers 32 to be inserted into the gaps of the solids barriers 26 so that the overlaps b result.
  • FIGs 3 to 5 different mounting arrangements for the wiring are shown schematically. The coils 23 are shown greatly simplified as circles. For the solid barriers 26, 32, 33 only one casing is shown as an example.
  • the wiring is shown in component construction as a variant of a leg assembly.
  • the Lei ⁇ tung guide in component construction 34 is a Budapestlyssys ⁇ tem, which 21 provides at its branched ends of the electrode tubes to approach the coil 23 are available.
  • the component-type wiring 34 also has a solid barrier 33 to form an insulating gap. Therefore, solid barriers 32 are required, which provide a connection between the chimneys 27 and the solids barrier 33 of the cable guide 34 produce.
  • the construction can be carried out substantially in accordance with FIG.
  • Figures 3 and 4 show arrangements for the Kirsen- tion, which are constructed according to Figure 2.
  • a line guide 21 according to FIG. 2 can be formed by a straight-line connection in the intermediate space between the HVDC transformer coils 23. But it is also possible to perform the cable guide 21 according to FIG 5 curved. This makes it possible to guide the line in a region which has a greater spacing between the HVDC transformer coils 23.
  • the solid barriers that must also be curved, this can ⁇ example, be formed as a shaped body, which are fitted as half-shells with a parting plane in the plane of the drawing. The drawing plane is, moreover, that the plane in which the curved center line 36 of the line guide ⁇ located. If the line guide 28 is constructed in accordance with FIG. 5, one must imagine the line guide shown in FIG. 2 cut open vertically along this center line.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leitungsführung (28) für elektrische Leitungen (29) von HGÜ-Transformatorspulen (22) oder HGÜ-Drosselspulen. Erfindungsgemäss ist vorgesehen, dass zumindest die Isolationsschicht (30) eines Elektrodenrohres (21), vorzugsweise auch die Feststoffbarrieren (26, 32) aus einem Cellulosematerial hergestellt werden, dessen spezifischer Widerstand durch eine Behandlung im Vergleich zu unbehandeltem Cellulosematerial herabgesetzt und damit an den spezifischen Widerstand von Transformatoröl angenähert ist. Hierdurch sind platzsparendere und durchschlagsichere Isolierstrecken (25) für die erwähnten HGÜ-Komponenten herstellbar, was vorteilhaft den konstruktiven Spielraum für die Gestaltung dieser Leitungsführungen vergrössert.

Description

Beschreibung
Leitungsführung für HGÜ-Transformatorspulen oder HGÜ- Drosseispulen
Die Erfindung betrifft eine Leitungsführung für die elektrischen Verbindungen (durch elektrische Leitungen) einer HGÜ- Transformatorspule oder einer HGÜ-Drosselspule . Diese weist ein Elektrodenrohr mit einer leitfähigen Oberfläche und mit einem Einbauraum für die Leitung auf. Als Einbauraum dient der durch das Rohr gebildete Innenraum. Das Rohr kann vorzugsweise einen runden Querschnitt aufweisen, kann jedoch auch andere Querschnitte aufweisen. Außerdem weist die Lei¬ tungsführung eine Schicht aus einem Cellulosematerial wie z. B. Papier oder Pressspan auf, welches als Wicklung aufgebracht sein kann und das Elektrodenrohr voll umfänglich umschließt. Das Elektrodenrohr selbst ist vorzugsweise aus Kup¬ fer gefertigt.
Eine Leitungsführung der eingangs angegebenen Art ist beispielsweise der DE 10 2006 013 927 AI zu entnehmen. Diese Leitungsführungen dienen dazu, die elektrischen Anschlussleitungen für HGÜ-Transformatorspulen oder HGÜ-Drosselspulen sicher zu lagern und elektrisch zu isolieren und das entstehende elektrische Feld in geeigneter Weise abzuschirmen. Vorteilhaft bestehen derartige Leitungsführungen nicht nur aus dem beschichteten Elektrodenrohr, sondern sind von einer oder mehreren Feststoffbarrieren vorzugsweise aus Pressspan umgeben. Diese bilden untereinander Spalte aus, welche durch Transformatoröl ausgefüllt werden. Auf diese Weise entsteht eine Isolierstrecke, über der die Spannung abfällt.
Aus der US 4, 521, 450 ist es bekannt, dass ein imprägnierfähi- ges 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 ver- ringern. 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 höchstens 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 Volumens 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 Spannungsabfall 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 werden, wodurch vorteilhaft die Durchschlagfestigkeit gesteigert wird .
Bei einer Beanspruchung des elektrischen Leiters mit einer Wechselspannung entsteht ebenfalls ein feldgradierender Effekt, der allerdings einem anderen Mechanismus folgt. Die feldschwächende Wirkung des Nanokomposits hängt hierbei von der Primitivität des Nanokomposits ab, wobei die Primitivität ε ein Maß für die Durchlässigkeit eines Materials für elekt¬ rische Felder ist. Die Primitivität wird auch als Dielektri¬ zitätskonstante bezeichnet, wobei im Folgenden der Begriff „Primitivität" verwendet werden soll. Als relative Primitivi- tät bezeichnet man das durch die Permittivitätszahl εΓ = ε/εο bezeichnete Verhältnis der Primitivität ε eines Stoffes zur elektrischen Feldkonstante ε0, welche die Primitivität des Vakuums angibt. Je höher die relative Primitivität 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. Em spezielles Beispiel für solche Polymere ist PEDOT, das auch unter dem Handelsna¬ men 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, insbesondere 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 veröffentlichten 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 werden, dass der Nanokomposit eine spezifische Leitfähigkeit p in der Größenordnung von 1012 Qm aufweist. Nach dieser Variante kommen keine leitfähigen Polymere als Ummantelung 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 elekt- ronische 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- sehen 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, insbesondere 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 liegt darin, eine Leitungsführung für elektrische Verbindungen einer HGÜ-Transformatorspule oder einer HGÜ-Drosselspule anzugeben, welche einen ver- gleichsweise großen konstruktiven Spielraum für die Gestaltung eröffnen und als Folge dessen insbesondere möglichst platzsparend ausgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird mit der eingangs angegebenen Leitungsfüh- rung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Schicht um das Elektrodenrohr als Komposit ausgeführt ist, bestehend aus ei¬ nem behandelten Cellulosematerial . Das Cellulosematerial wird erfindungsgemäß dadurch behandelt, dass in diesem Partikel mit einem im Vergleich zum spezifischen Widerstand pp des be- handelten Cellulosematerials geringeren spezifischen Widerstand in einer Konzentration oberhalb der Perkolationsschwel- le verteilt sind. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen werden, dass in dem Cellulosematerial ein zusammenhängendes Netzwerk eines leitfähigen Polymers mit einem im Vergleich zum spezifischen Widerstand pp des unbehandelten Cellulosematerials geringeren spezifischen Widerstands den Komposit durchzieht. Die Zugabe von Partikeln bzw. das Vorsehen eines Netzwerkes eines leitfähigen Polymers in einem Cellulosemate¬ rial in der angegebenen Weise hat den Effekt, dass der spezi- fische Widerstand des so hergestellten Komposits im Vergleich zu unbehandeltem Cellulosematerial verringert wird. Dadurch wird der spezifische Widerstand des Komposits demjenigen von Transformatoröl angeglichen, so dass eine Belastung der Iso¬ lierstrecke bei einer Beaufschlagung mit einer Gleichspannung gleichmäßiger über die einzelnen Elemente der Isolierstrecke abgebaut werden kann. Konkret ist der Spannungsabfall über dem Cellulosematerial geringer, so dass das Transformatoröl in höherem Maße belastet wird. Hier wird erfindungsgemäß eine Reserve genutzt, die ohnehin zur Verfügung steht. Damit wird vorteilhaft der konstruktive Spielraum für die Gestaltung der Cellulosebarrieren insbesondere der Schicht auf dem Elektro¬ denrohr, aber auch für die Gestaltung von das Elektrodenrohr umgebenden Feststoffbarrieren vorteilhaft vergrößert.
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 Hochspannungsgleichströmen von mindestens 100 KV, bevorzugt zur Übertra¬ gung von Hochspannungsgleichströmen von mehr als 500 KV geeignet sein. 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. Man kann zur Nutzung dieses Effekts vorteilhaft auch einen spezifischen Widerstand pCOmp des Komposits einstellen, der das 1- bis 20- fache des spezifischen Widerstandes pQ des Transformatoröls beträgt. Besonders vorteilhaft kann vorgesehen werden, dass der spezifische Widerstand pComP des Komposits größenordnungs¬ mäßig dem spezifischen Widerstand von Transformatoröl ent¬ spricht. Mit größenordnungsmäßig ist gemeint, dass der spezi¬ fische Widerstand pComP des Komposits höchstens um eine Grö¬ ßenordnung von demjenigen 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 Po zwischen 1012 und 1013 Qm. Zu bemerken ist jedoch, dass sich der spezifische Widerstand p0 von Transformatorenöl bei einer erfindungsgemäß vorgesehenen stärkeren Belastung durch die am Transformatoröl abfallende Spannung eher verringert. Bei den im Folgenden noch näher beschriebenen Ausführungsbeispielen wird daher von einem spezifischen Widerstand p0 im Transformatoröl von 1012 Qm ausgegangen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Elektrodenrohr derart ausgebildet ist, dass es nach einer Montage mit seinem einen Ende direkt an die HGÜ- Transformatorspule oder HGÜ-Drosselspule angrenzt. Hierbei ist ein Toleranzausgleich dadurch verwirklicht, dass ein Abstand zwischen dem Ende des Elektrodenrohres und der HGÜ- Transformatorspule oder HGÜ-Drosselspule verbleibt, der in¬ nerhalb gewisser Grenzen unterschiedlich breit ausfallen kann. Hierdurch ergibt sich vorteilhaft eine vergleichsweise einfache konstruktive Ausführung für die Leitungsführung. Vorteilhaft ist es, wenn diese als vorgefertigte Komponente angelegt ist. Dies ist vorteilhaft für eine Wicklungsanord¬ nung die als Schenkelsatz montiert ist. (Ein Schenkelsatz besteht aus einer oder mehreren Spulen die mit nahezu allen Schirm und Distanzelementen -vorzugsweise aus Pressspan- als Einheit zusammengesetzt ist) . Ein Leitungsführungssystem als Komponente besteht aus einem Rohrsystem, welches mit einer Schicht aus Cellulosematerial und eventuell einer oder mehre¬ rer Feststoffbarrieren, die vorzugsweise ebenfalls aus einem Cellulosematerial bestehen, als Einheit vorgefertigt ist. Dieses Leitungsführungssystem als Komponente kann vorteilhaft platzsparender ausgeführt werden, wenn dieses mit Elektrodenrohren versehen ist die die erfindungsgemäße Schicht und die erfindungsgemäßen Feststoffbarrieren aufweisen.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann auch vorgesehen werden, die Leitungsführung in partikulär Bauweise auszuführen (gemeint ist damit, die Leitungsführung Teil für Teil an die Wicklung oder den Schenkelsatz anzubauen) . Diese Ausgestaltung ist Vorteilhaft anzuwenden bei einer Wicklungsmontage (hierbei werden die Wicklungsspulen und die Schirm und Distanzierungselemente einzeln an dem Schenkelkern ange¬ bracht) . Die partikulare Bauweise ist aber auch anwendbar bei obengenannter Schenkelsatzmontage .
Bei partikularer Bauweise kann das Elektrodenrohr in der Länge derart bemessen sein, dass es mit seinen Enden zwischen zwei benachbarten HGÜ-Transformatorspulen oder HGÜ- Drosselspulen angeordnet werden kann. Dies hat den Vorteil, dass sowohl zur einen Spule als auch zur anderen Spule hin ein Toleranzausgleich entsteht, der durch den jeweiligen Spalt zwischen den Enden des Elektrodenrohrs und der benach¬ barten Spule ausgebildet ist. Die Anordnung des Elektroden¬ rohres zwischen den Spulen wird erfindungsgemäß vorteilhaft vereinfacht, da diese durch Verwendung des erfindungsgemäßen Cellulosematerials platzsparender ausgeführt werden kann und deswegen in den zwischen den Spulen verbleibenden Zwischenraum hineinpasst.
Zusätzlich kann vorteilhaft vorgesehen werden, dass das
Elektrodenrohr gekrümmt ausgeführt ist, wobei die Krümmung im eingebauten Zustand in einer Ebene senkrecht zur Symmetrie¬ achse der HGÜ-Transformatorspule oder HGÜ-Drosselspule liegen soll. Dies bedeutet, dass eine Einbaulage durch eine kon¬ struktive Ausgestaltung der Schnittstellen der Leitungsführung zu den Spulen so ausgebildet ist, dass die Leitungsfüh¬ rung von der Seite an die beiden Spulen angenähert werden kann. Hierdurch wird der Einbauraum für die Leitungsführung aus dem Zwischenraum genau zwischen den beiden Spulen nach außen verlagert, so dass ein größerer Einbauraum zur Verfügung steht. Dennoch ist im Vergleich zu einer partikularen Bauweise (auch Komponenten-Bauweise genannt) an einen Schen¬ kelsatz eine vergleichsweise platzsparende Montage möglich.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der spezifische Widerstand von be¬ nachbarten, die Schicht bildenden Schichtlagen abgestuft ist, wobei die Schichtlage oder die Schichtlagen mit dem gerings¬ ten spezifischen Widerstand an das Elektrodenrohr angrenzen. Die Schicht wird mit anderen Worten also aus mehreren
Schichtlagen aufgebaut, die sich in ihren elektrischen Eigenschaften unterscheiden. Es ist hiermit möglich, den spezifischen Widerstand in der Schicht stufenweise zu verändern, wo¬ bei es vorteilhaft ist, wenn der spezifische Widerstand in der Schicht zum Elektrodenrohr abnimmt. Hierdurch kann die Wirkung einer Feldgradierung im Bereich nahe des Durchleit- elementes stärker genutzt werden. Insbesondere kann auch vor¬ gesehen werden, dass der spezifische Widerstand der Schicht nur an der Oberfläche der Schicht, die eine Grenzfläche zum umgebenden Transformatoröl bildet, in einen Bereich größer oder gleich dem spezifischen Widerstand des Transformatoröls abgesenkt wird, während der spezifische Widerstand im Inneren der Schicht zum Elektrodenrohr hin weiter abgesenkt wird. Hierdurch können Belastungsspitzen im Umhüllungsmaterial nahe des Elektrodenrohrs abgebaut werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Schicht aus einer Pa¬ pierwicklung mit mehreren Wicklungslagen besteht, wobei die Papierwicklung um das Elektrodenrohr gewickelt ist. Hierdurch ist vorteilhaft eine besonders einfache Herstellung der
Schicht möglich. Diese wird um das Elektrodenrohr gewickelt, indem dieses um seine Mittelachse gedreht wird. Zu bemerken ist, dass eine Wicklungslage abhängig von der Papierdicke ist, während die bereits erwähnte Schichtlage abhängig davon ist, welcher Bereich mit welchem spezifischen Widerstand ausgestattet sein soll. Beim Wickeln mit Papier können Schichtlagen mit unterschiedlichem spezifischem Widerstand dadurch hergestellt werden, dass unterschiedliche Papiere verwendet werden. Allerdings ist eine Wicklungslage im Allgemeinen sehr viel dünner (weil von der Papierstärke abhängig) als eine Schichtlage. Eine Schichtlage wird also durch Wickeln von mehreren Wicklungslagen erzeugt. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Dicke s der Schicht im Vergleich zur erforderlichen Dicke bei Verwendung des betreffenden unbehandelten Cellulosematerials anstelle des Kompo- sits verringert ist. Dies ist eine vorteilhafte Möglichkeit, wie der konstruktive Gestaltungsspielraum, der sich durch die Verringerung des spezifischen Widerstandes der Umhüllung ergibt, ausgeschöpft werden kann. Durch eine geringere Dicke der Umhüllung wird der Platzbedarf für die Leitungsdurchführung vorteilhaft verringert. Durch den verringerten spezifi- sehen Widerstand bleibt die Durchschlagfestigkeit der Schicht dabei gleich.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn um das Elektrodenrohr Feststoffbarrieren unter Ausbildung von Spalten (also Zwi- schenräumen) für Transformatoröl zwischen den Feststoffbarrieren untereinander und zur Schicht des Elektrodenrohrs hin vorgesehen sind. Es entsteht somit eine abwechselnde Folge von Transformatoröl und Cellulosematerial . Diese Abfolge er¬ gibt die Isolierstrecke. Besonders vorteilhaft ist es, wenn auch die Feststoffbarrieren aus dem behandelten Cellulosematerial bestehen, d. h. hinsichtlich ihres spezifischen Widerstandes herabgesetzt sind. Hierdurch kann vorteilhaft der konstruktive Gestaltungsspielraum noch mehr erweitert werden, in dem beispielsweise Feststoffbarrieren mit verringerter Wandstärke vorgesehen werden. Hierbei sollte eine Wandstärke von 1 mm nicht unterschritten werden, da es sich hierbei um eine konstruktive Auslegungsgrenze handelt. Die Feststoffbar¬ rieren müssen nämlich eine genügende mechanische Stabilität aufweisen. Bevorzugt können Wandstärken von 1 bis 3 mm vorge- sehen werden.
Alternativ können auch weniger Feststoffbarrieren vorgesehen werden, was* insbesondere den Montageaufwand vorteilhaft ver¬ ringert .
Auch ist es möglich, dass die Feststoffbarrieren mit abgestuftem elektrischem Widerstand ausgestattet werden, wie dies bereits für die Schicht beschrieben wurde. Dabei steigt der spezifische Widerstand mit zunehmendem Abstand der Feststoff- barriere zum Durchleitelement . Die abgestufte Einstellung un¬ terschiedlicher spezifischer Widerstände von Feststoffbarrieren sowie Schichtlagen in der Schicht hat den Vorteil, dass der spezifische Widerstand sich an die jeweils lokal vorlie¬ gende Feldstärke des die Durchleitung umgebenden elektrischen Feldes angepasst werden kann.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind in einzelnen Figuren mit jeweils den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigen:
Figur 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Leitungsführung als Ausschnitt, dem sich eine Isolierstrecke, bestehend aus dem Elektrodenrohr mit einer Schicht aus Cel- lulosematerial sowie zwei Feststoffbarrieren, schematisch entnehmen lässt,
Figur 2 ein Ausführungsbeispiel einer Leitungsführung in der Variante als Wicklungsmontage im Längs¬ schnitt und
Figur 3 bis 5 verschiedene Ausführungsbeispiele für Lei¬ tungsführungen in der Variante einer Schenkelsatzmontage oder als Wicklungsmontage als schematische Ansichten von oben.
Eine elektrische Isolierstrecke 18 gemäß Figur 1 besteht all¬ gemein aus mehreren Lagen aus Cellulosematerial 19, zwischen denen Ölschichten 20 liegen. Auch das Cellulosematerial 19 ist mit Öl getränkt, was in Figur 1 nicht näher dargestellt ist. Dafür ist in Figur 1 innerhalb des Cellulosematerials eine Imprägnierung 11 zu erkennen. Die gemäß Figur 1 dargestellte Isolierung umgibt beispielsweise ein Elektrodenrohr 21 einer Leitungsführung in einem Transformator.
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 Primitivität 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 U0 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 Primitivi¬ tät Scomp des imprägnierten Cellulosematerials auch bei unge¬ fähr 4 liegt. Damit ist auch bei der erfindungsgemäßen Isolation die am Öl angreifende Spannung U0 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 Primitivität abhängig, sondern vom spezifischen Widerstand der einzelnen Komponenten. Der spezifische Widerstand Po von Öl liegt zwischen 1013 und 1012 Gm. Berücksichtigt 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 pQ 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. Gemäß Figur 2 sind zwei benachbarte HGÜ-Transformatorspulen 22 zu erkennen. Diese sind an ihrem stirnseitigen Enden 23 mit Schirmringen 24 versehen, gefolgt von Isolierstrecken 25, die durch mehrere Feststoffbarrieren 26 in Form von Press- span-Formkörpern gebildet sind. Diese bilden auch Kamine 27 aus, die als Schnittstelle für die Leitungsführung 28 einer Leitung 29 zwischen den HGÜ-Transformatorspulen 22 dienen.
Die Leitung 29 ist in einem Einbauraum verlegt, der durch das Elektrodenrohr 21 gebildet wird. Dieses besteht vorzugsweise aus Kupfer und weist eine Schicht 30 auf, welche durch zwei Schichtlagen 31 gebildet ist. Die Schichtlage, die die Ober¬ fläche des Elektrodenrohres 21 bildet, kommt mit dem nicht dargestellten Transformatoröl in Kontakt und weist eine Im- prägnierung (Behandlung) auf, welche den spezifischen Widerstand des verwendeten Cellulosematerials größenordnungsmäßig in dem Bereich des spezifischen Widerstandes von Transforma- toröl absenkt. Die Schichtlage 31, welche an das metallische Elektrodenrohr 21 angrenzt, ist in ihrem spezifischen Wider- stand vorteilhaft noch weiter abgesenkt, so dass dieser den spezifischen Widerstand von Transformatoröl unterschreitet. Abstände a der Enden des Elektrodenrohres 21 zu den Spulen 22 bzw. den Schirmringen 24 erlauben einen Toleranzausgleich beim Einbau des Elektrodenrohres 21 als Leitungsführung 28. Dieser kann durch die erfindungsgemäße Behandlung der Isolierung großzügiger bemessen werden.
Die durch die Feststoffbarrieren 26 gebildeten Kamine beider Spulen sind durch weitere Feststoffbarrieren 32 miteinander verbunden, so dass sich auch zwischen den beiden Spulen 22 eine geschlossene Isolierstrecke um die Leitungsführung 28 ergibt. Vorteilhaft sind auch die Feststoffbarrieren mit dem erfindungsgemäßen Cellulosematerial ausgestattet, so dass die spezifischen Widerstände der Feststoffbarrieren im Vergleich zur Verwendung von unbehandeltem Cellulosematerial an den spezifischen Widerstand des Transformatoröls zumindest ange¬ nähert sind. Hierdurch können beispielsweise die Überlap¬ pungsbereiche b zwischen den Kaminen 27 und den Feststoffbar- rieren 32 in verringerter Länge ausgeführt werden, wodurch eine platzsparendere konstruktive Ausgestaltung möglich ist. Insbesondere wird bei kleineren Überlappungsbereichen b die Montage bei beengten Platzverhältnissen erleichtert. Damit das Elektrodenrohr und die konzentrisch ineinander liegenden Feststoffbarrieren 32 definiert zueinander fixiert werden können, ist eine nur angedeutete Halterung 35 vorgesehen. Diese stützt sich in nicht näher dargestellter Weise im Gehäuse der HGÜ-Komponente ab und sorgt für eine eindeutige Positionierung der einzelnen Komponenten zueinander. Dies ist unter anderem deswegen von Bedeutung, damit die Feststoffbarrieren 32 in die Spalte der Feststoffbarrieren 26 eingefügt werden können, so dass sich die Überlappungen b ergeben. In den Figuren 3 bis 5 sind verschiedene Montageanordnungen für die Leitungsführung schematisch dargestellt. Die Spulen 23 sind jeweils als Kreise stark vereinfacht dargestellt. Für die Feststoffbarrieren 26, 32, 33 ist jeweils nur eine Verschalung exemplarisch dargestellt.
In Figur 3 ist die Leitungsführung in Komponentenbauweise als Variante für eine Schenkelsatzmontage dargestellt. Die Lei¬ tungsführung in Komponentenbauweise 34 ist ein Leitungssys¬ tem, welches an seinen verzweigten Enden die Elektrodenrohre 21 zur Annäherung an die Spulen 23 zur Verfügung stellt. Auch die Leitungsführung in Komponentenbauweise 34 weist eine Feststoffbarriere 33 auf, um eine Isolierstrecke auszubilden. Daher sind auch Feststoffbarrieren 32 erforderlich, die eine Verbindung zwischen den Kaminen 27 und der Feststoffbarriere 33 der Leitungsführung 34 herstellen. Der Aufbau kann im Wesentlichen gemäß Figur 2 ausgeführt sein.
Die Figuren 3 und 4 zeigen Anordnungen für die Leitungsfüh- rung, die gemäß Figur 2 aufgebaut sind. Gemäß Figur 4 wird deutlich, dass eine Leitungsführung 21 gemäß Figur 2 durch eine geradlinige Verbindung im Zwischenraum zwischen den HGÜ- Transformatorspulen 23 ausgebildet sein kann. Es ist aber auch möglich, die Leitungsführung 21 gemäß Figur 5 gekrümmt auszuführen. Hierdurch ist eine Führung der Leitung in einem Bereich möglich, welcher einen größeren Abstand zwischen den HGÜ-Transformatorspulen 23 aufweist. Die Feststoffbarrieren, die ebenfalls gekrümmt sein müssen, können hierbei beispiels¬ weise als Formkörper ausgebildet werden, die als Halbschalen mit einer Trennebene in der Zeichnungsebene ausgestattet sind. Die Zeichnungsebene stellt im Übrigen diejenige Ebene dar, in der auch die gekrümmte Mittellinie 36 der Leitungs¬ führung liegt. Wenn die Leitungsführung 28 gemäß Figur 5 aufgebaut ist, muss man sich die in Figur 2 dargestellte Lei- tungsführung entlang dieser Mittellinie 36 senkrecht aufgeschnitten vorstellen.

Claims

Patentansprüche
1. Leitungsführung für die elektrischen Leitungen (29) einer HGÜ-Tranformatorspule (22) oder einer HGÜ-Drosselspule, auf- weisend
• ein Elektrodenrohr (21) mit einer leitfähigen Oberfläche und mit einem Einbauraum für die Leitung (29) ,
• eine Schicht (30) aus einem Cellulosematerial (19), ins¬ besondere Papier, die das Elektrodenrohr (21) vollum- fänglich umschließt,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Schicht (30) als Komposit ausgeführt ist, bestehend 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, wobei die Leitungsdurchführung für eine Wicklungsmontage aus¬ gelegt ist und das Elektrodenrohr (21) in der Länge derart bemessen ist, dass es mit seinen Enden zwischen zwei benach- barten HGÜ-Transformatorspulen (22) oder HGÜ-Drosselspulen angeordnet werden kann.
2. Leitungsführung 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 der spezifische Widerstand pComP des Komposits zumindest an der Oberfläche der Schicht (30) höchstens bei 5 mal 1013 Qm liegt.
3. Leitungsführung nach Anspruch 2,
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 Komposits zumindest an der Oberfläche der Schicht (30) das ein- bis zwanzigfache des spezifischen Widerstandes pQ des Transformatoröls beträgt
4. Leitungsführung nach Anspruch 2,
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 Komposits zumindest an der Oberfläche der Schicht (30) der Umhüllung größenord¬ nungsmäßig dem spezifischen Widerstand von Transformatoröl entspricht .
5. Leitungsführung 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 Elektrodenrohr (21) derart ausgebildet ist, dass es nach einer Montage mit seinem einen Ende direkt an die HGÜ- Transformatorspule (22) oder HGÜ-Drosselspule angrenzt.
6. Leitungsführung nach Anspruch 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass diese als Leitungsführung in Komponentenbauweise ausge¬ legt ist, wobei diese aus einem verzweigten Rohr besteht, welches an den verzweigten Enden für jede HGÜ-
Transformatorspule (22) oder HGÜ-Drosselspule ein Elektroden¬ rohr (21) aufweist.
7. Leitungsführung 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 Elektrodenrohr gekrümmt ausgeführt ist, wobei die Krümmung im eingebauten Zustand in einer Ebene senkrecht zur Symmetrieachse der HGÜ-Transformatorspule (22) oder HGÜ- Drosselspule liegen soll.
8. Leitungsführung 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 der spezifische Widerstand von benachbarten, die Schicht (30) bildenden Schichtlagen (31) abgestuft ist, wobei die Schichtlage oder die Schichtlagen mit dem geringsten spezifischen Widerstand an das Elektrodenrohr (21) angrenzen.
9. Leitungsdurchführung 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 Schicht (30) aus einer Papierwicklung mit mehreren Wicklungslagen besteht, wobei die Papierwicklung um das Elektrodenrohr (21) gewickelt ist.
10. Leitungsführung 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 Dicke s der Schicht (30) im Vergleich zur erforderlichen Dicke bei Verwendung des betreffenden unbehandelten Cellulosematerials an Stelle des Komposits verringert ist.
11. Leitungsdurchführung 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 um das Elektrodenrohr (21) Feststoffbarrieren (29) unter Ausbildung von Spalten (34) für Transformatoröl zwischen den Feststoffbarrieren untereinander und zur Umhüllung (30) vorgesehen sind, die zumindest teilweise auch aus dem behandel¬ ten Cellulosematerial (19) bestehen.
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