DE102010015729B4

DE102010015729B4 - Hochspannungsisolator

Info

Publication number: DE102010015729B4
Application number: DE102010015729.5A
Authority: DE
Inventors: Roland Höfner
Original assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Priority date: 2010-04-21
Filing date: 2010-04-21
Publication date: 2015-01-22
Anticipated expiration: 2030-04-22
Also published as: PL2561518T3; US20130025912A1; DE102010015729A1; EP2561518A1; US9601240B2; WO2011131273A1; ES2569978T3; EP2561518B1

Abstract

Hochspannungsisolator, bestehend aus – wenigstens zwei separaten, zu einer Säule zusammenfügbaren Isolatoren (1.1, 1.2), jeweils aufweisend • ein im wesentlichen rotationssymmetrisches Tragrohr (2.1, 2.2) aus glasfaserverstärktem Epoxidharz und mit freiem Innenvolumen (6.1, 6.2), • einen oberen und einen unteren metallischen Flansch (3.1, 3.2, 4.1, 4.2), die die jeweiligen Stirnseiten des entsprechenden Tragrohres (2.1, 2.2) umgreifen und dessen freies Innenvolumen (6.1, 6.2) gegenüber der äußeren Atmosphäre luftdicht verschließen und mittels denen zwei der Isolatoren (1.1, 1.2) untereinander mechanisch fixierbar sind, • und eine umfangsseitig an jedem Tragrohr (2.1, 2.2) angebrachte Beschirmung (8.1, 8.2) aus Silikon, dadurch gekennzeichnet, dass – die zwei Isolatoren (1.1, 1.2) mittels eines Kupplungsstückes (7) derart verbindbar sind, dass die jeweiligen freien Innenvolumen (6.1, 6.2) der zwei Isolatoren (1.1, 1.2) einen gemeinsamen Gasraum bilden, – die Bodenkontur des unteren Flansches (3.2) des einen der zwei Isolatoren (1.2) und die korrespondierende Kontur des oberen Flansches (4.1) des weiteren der zwei Isolatoren (1.1) derart ineinandergreifen, dass dadurch beim Zusammenfügen der zwei Isolatoren (1.1, 1.2) erst eine vertikale mechanische Zwangsführung stattfindet, bevor die eigentliche gasdurchlässige Verbindung mittels des Kupplungsstückes (7) hergestellt wird, – das Kupplungsstück (7) als lösbare Steckverbindung ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochspannungsisolator, insbesondere einen Stützisolator, wie er beispielsweise zur Abstützung von Stromschienen oder Leitungsseilen in Hochspannungs-Gleichstorm-Übertragungsanlagen, kurz HGÜ-Anlagen, oder Hochspannungsanlagen verwendet wird.
Die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung erlaubt den Transport hoher elektrischer Energie über weite Entfernungen mit kleineren Verlusten, als das bei Wechselstromübertagungssystemen der Fall ist, da je länger der Übertragungsweg der elektrischen Energie wird, die Blindleistungsverluste bei Wechselstromübertragungssystemen umso stärker ins Gewicht fallen. Daher hat bei gleicher Spannung, jedoch größeren Entfernungen, die Gleichstromübertragung auf Grund geringerer Übertragungsverluste technisch bedingte Vorteile.
Zur Halterung der Stromschienen oder Leitungsseilen einer HGÜ-Anlage, die sich oftmals in mehr als 8 m Höhe befinden, werden seit vielen Jahrzehnten einteilige oder auch mehrteilige, d. h. aus mehreren Einzelisolatoren zusammengesetzte, Stützisolatoren verwendet. Diese früheren Stützisolatoren sind durch einen keramischen Vollkern gekennzeichnet, um den hohen mechanischen Beanspruchungen, insbesondere den auftretenden Biegemomenten, Stand zu halten. Derartige, aus einem keramischen Vollkern ausgebildete, Stützisolator sind beispielsweise aus der CH 232 740 A oder der DE 1 035 719 B bekannt geworden.
Jüngere Entwicklungen hingegen beschäftigen sich zumeist mit hohlen Verbundisolatoren, auch verwendbar als Stützisolatoren, hergestellt aus glasfaserverstärktem Epoxidharz mit einer Beschirmung aus Silikon, deren End- bzw. Anfangsstücke aus metallischen Flanschen, beispielsweise aus Aluminium, gebildet werden. Ein Verfahren zur Herstellung eines gattungsgemäßen Verbundisolators ist in der EP 1 091 365 B1 offenbart.
Das freie Innenvolumen dieser Verbundisolatoren wird auf Grund elektrisch isolierender Eigenschaften insbesondere mit Schwefelhexafluorid, einer anorganisch chemischen Verbindung aus den Elementen Schwefel und Fluor mit der Summenformel SF6, befällt. Grundsätzlich gilt es jedoch festzustellen, dass auch jedwedes andere Isoliergas, beispielsweise Stickstoff, dafür in Frage kommt. SF6 ist unter Normalbedingungen ein farb- und geruchloses, ungiftiges Gas, das unbrennbar ist und sich äußerst reaktionsträge, ähnlich wie Stickstoff, verhält. Wegen seiner hohen Dichte, der hohen Ionisierungsenergie und der Eigenschaft, freie Elektronen zu binden, ist es in der Mittel- und Hochspannungstechnik ein gängig verwendetes Isoliergas.
Um die Wirksamkeit des verwendeten Isoliergases über die gesamte Lebendauer der Verbundisolatoren zu gewährleisten, muss das freie Innenvolumen der Verbundisolatoren gegenüber der äußeren Atmosphäre absolut dichtend ausgebildet sein. Dazu wird jeder einzelne Gasraum auf seine Druckverhältnisse hin überwacht. Hierfür wird an den unteren Flanschen der Verbundisolatoren eine Anschlussstelle für eine absichernde Überwachungseinrichtung, bestehend aus wenigstens einem Drucksensor, vorgesehen, um aus den aktuell herrschenden Druckverhältnissen Rückschlüsse auf den Befüllungsgrad bzw. -zustand des mit Isoliergas gefüllten freien Innenvolumens des Verbundisolators zu ziehen.
Insbesondere bei mehrteilig ausgebildeten Stützisolatoren aus Verbundwerkstoffen, d. h. bei Stützisolatoren, die aus mehreren eigenständigen Hohlisolatoren zu einer gemeinsamen Säule zusammengebaut sind, geht diese Art der Innenraumüberwachung mit einem erheblichen Wartungsaufwand einher. Wird beispielsweise nicht der unterste, sondern einer der darauffolgenden Verbundisolatoren des mehrteilig ausgebildeten Stützisolators überprüft, so muss während der Durchführung der eigentlichen Überprüfung mittels der Überwachungseinrichtung das jeweilige Leitungsseil oder die jeweilige Stromschiene des entsprechenden Stützisolators abgeschaltet, d. h. stromlos, sein. Ein weiterer wesentlicher Nachteil bei mehrteilig ausgebildeten Stützisolatoren ist die separate Überwachung eines jeden einzelnen Stützisolators.
DE 34 26 537 A1 beschreibt eine mit Isoliermittel befüllte Isolatorsäule, bestehend aus mehreren Hohlisolatoren, innerhalb denen eine gewendelte nicht-leitende Rohrleitung geführt wird. Mit Hilfe dieser Rohrleitung kann gegenüber der freien Atmosphäre leichten Überdruck aufweisende Luft durch die Isolatorsäule geleitet werden, ohne dass dadurch negative Einflüsse auf die Spannungsfestigkeit der Anordnung ausgeübt werden.
US 4 973 798 A beschreibt einen starren elektrischer Isolator, der mindestens eine zentrale Stange umfasst, die hohl ist. Die Außenflächen des Stabs ist in wasserdichter Weise durch eine Abdeckung abgedeckt, die aus vulkanisierbaren Elastomeren (EPDM, Silikon, ...), thermoplastischen Elastomeren, Lacken, Epoxidharzen und Polyester ausgewählt ist.
DE 199 32 850 C1 beschreibt ein Befestigungssystem für Bauteile in elektrischen Anlagen, insbesondere in Schaltgeräten, mit einem Stützer, der mit einem Träger über mindestens eine Aufnahme und ein damit zusammenwirkendes Befestigungselement verbunden ist. Der Stützer kann auf einfache Weise und unter geringem Zeitaufwand mit dem Träger verbunden werden, ohne dass er zum Verbinden besonders ausgerichtet oder festgehalten werden muss. Dafür weist der Stützer eine Aufnahme mit einem Führungsschlitz auf, in die ein Befestigungselement mit einem Zapfen eingreifen kann, so dass beim Verdrehen des Stützers um einen bestimmten Winkel der Zapfen in eine Feststellposition der Aufnahme einrastet.
Aufgabe der Erfindung ist es demnach, einen mehrteilig ausgebildeten Stützisolator aus Verbundwerkstoffen anzugeben, bei dem eine Überprüfung mittels einer Überwachungseinrichtung auf einfache Weise durchgeführt werden kann und dafür insbesondere keine Abschaltung der Leitungsseile oder Stromschienen mehr erforderlich ist.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Die allgemeine erfinderische Idee besteht darin, die einzelnen aus Verbundmaterial hergestellten hohlen Stützisolatoren mittels eines Kupplungsstückes derart zu verbinden, dass die jeweiligen freien Innenvolumen der wenigstens zwei separaten Stützisolatoren einen einzigen gemeinsamen Gasraum bilden. Mit anderen Worten: Es wird erfindungsgemäß ein mehrteilig ausgebildeter hohler Stützisolator aus Verbundmaterial angegeben, dessen bisher separate mit SF6 befüllten Innenvolumen über das Kupplungsstück nur mehr ein gemeinsames Innenvolumen mit einem gemeinsamen Gasdruck aufweisen. Diese erfinderische Lösung ist in mehrfacher Hinsicht vorteilhaft gegenüber dem Stand der Technik. Mittels der Überwachungseinrichtung, die wenigstens eine Druckmesseinrichtung umfasst, ist im Wartungsfall nur mehr der eine gemeinsame Gasraum zu überwachen und nicht wie bisher, jeder einzelne Gasraum separat. Indem besonders vorteilhaft auch nur mehr eine gemeinsame Anschlussstelle für die Überwachungseinrichtung an dem untersten Flansch des mehrteilig ausgebildeten hohlen Stützisolators vorgesehen ist, kann das jeweilige Leistungsseil oder die jeweilige Stromschiene, die von dem mehrteilig ausgebildeten hohlen Stützisolator gehalten wird, in Betrieb bleiben, d. h. stromführend sein. In Summe betrachtet bedeutet dies für den Betreiber der HGÜ-Anlage eine enorme Zeit- und Kostenersparnis.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Kupplungsstück als dichtende Steckverbindung ausgebildet, die den jeweiligen oberen Flansch eines ersten hohlen Verbundisolators mit dem unteren Flansch eines nächsten hohlen Verbundisolators dichtend verbindet. Auf diese Art und Weise lassen sich die mehreren einzelnen hohlen Verbundisolatoren zu einem einzigen Stützisolator mit gemeinsamen Gasraum vor Ort montieren. Weiterhin ist das Kupplungsstück derart ausgebildet, dass vor dem eigentlichen Kupplungsvorgang, d. h. vor dem tatsächlichen Herstellen einer gasdurchlässigen Verbindung zwischen den einzelnen Isolatoren mittels des Kupplungsstückes, eine mechanische Zwangsführung vorgesehen ist, die das Verbinden der einzelnen hohlen Verbundisolatoren erleichtert und dafür Sorge trägt, dass kein Isoliergas aus den jeweiligen Innenräumen der zu verbindenden hohlen Verbundisolatoren flüchtet.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der mehrteilig ausgebildete hohle Stützisolator aus Verbundwerkstoff über die gemeinsame Anschlussstelle mit Isoliergas, insbesondere SF6, befüllbar. Dabei kann der eigentliche Befüllungsvorgang des hohlen, mehrteiligen Stützisolators aus Verbundwerkstoff auch erst nach der tatsächlichen Montage vor Ort, also nach dem Zusammenbau an seinem Betriebsort, erfolgen, was den Transport der großdimensionierten Bauteile enorm erleichtert. Damit dient die gemeinsame Anschlussstelle sowohl zum Befüllen des mehrteiligen Stützisolators mit vorzugsweise SF6, als auch zum Anschließen einer Überwachungseinrichtung. Auf Grund der physikalischen Eigenschaften kompressibler Fluide, worunter auch SF6 zu subsummieren ist, breitet sich das Isoliergas im gesamten Innenvolumen gleichmäßig aus. Letztlich herrscht damit am Ende des Befüllungsvorgangs das selbe Druckverhältnis in den über das Kupplungsstück verbundenen einzelnen Innenvolumen der jeweiligen hohlen Verbundisolatoren.
Die Erfindung soll nachstehend an Hand einer Zeichnung beispielhaft noch näher erläutert werden.
Es zeigt
1 eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen mehrteiligen Stützisolators.
1 zeigt einen mehrteilig ausgebildeten, d. h. einen aus mehreren separaten Isolatoren 1.1 und 1.2 zusammenfügbaren, hohlen Verbundisolator im vertikalen Querschnitt. Jeder der wenigstens zwei hohlen Verbundisolatoren 1.1 und 1.2 umfasst dabei ein im wesentlichen rotationssymmetrisches Tragrohr 2.1 und 2.2, welches in der Regel aus glasfaserverstärktem Epoxidharz besteht. An den Außenseiten der Tragrohre 2.1 und 2.2 ist eine wellenförmige Silikonbeschirmung 8.1 und 8.2 vorgesehen. An den jeweiligen Stirnseiten, d. h. den Anfangs- und Endstücken, eines jeden Tragrohres 2.1 und 2.2. befinden sich formflüssig angeordnet, dieses am äußeren Umfang dichtend umgreifend, metallische Flansche 3.1, 3.2, 4.1 und 4.2, beispielsweise aus Aluminium. Der untere Flansch 3.1 des Isolators 1.1 weißt dabei einen massiv ausgebildeten Bodenbereich auf. Zudem ist in dem massiv ausgebildeten Bodenbereich des unteren Flansches 3.1 eine Anschlussstelle 5.1 für eine nicht dargestellte Überwachungseinrichtung vorgesehen. Die Anschlussstelle 5.1 ist derart ausgebildet, dass sie alternativ auch zum Befüllen der freien Innenvolumen 6.1 und 6.2 der beiden Isolatoren 1.1 und 1.2 mit Isoliergas verwendbar ist. Erfindungsgemäß ist dies möglich, da mittels eines, beispielsweise als Steckverbindung ausgebildeten, Kupplungsstückes 7 eine gasdurchlässige Verbindung zwischen den entsprechenden Isolatoren 1.1 und 1.2 herstellt werden kann. Die Bodenkontur des unteren Flansches 3.2 des Isolators 1.2 und die korrespondierende Kontur des oberen Flansches 4.1 greifen dabei derart ineinander ein, dass beim Zusammenfügen bzw. der Montage der beiden Isolatoren 1.1 und 1.2 erst eine vertikale mechanische Zwangsführung stattfindet, bevor die eigentliche gasdurchlässige Verbindung mittels des Kupplungsstückes 7 hergestellt wird. Indem damit nur mehr ein gemeinsamer Gasraum im Inneren der beiden Isolatoren 1.1 und 1.2 besteht, braucht während der Wartung auch nur mehr der eine gemeinsame Gasraum für den kompletten mehrteiligen Isolator 1.1 und 1.2 mittels der nicht dargestellten Überwachungseinrichtung, die wenigstens eine Druckmesseinrichtung umfasst, zu kontrolliert werden. Dies erspart dem Anlagenbetreiber Zeit, als auch Kosten. Zur mechanischen Fixierung werden die beiden Flansche 3.2 und 4.1 beispielsweise mittels lösbarer Schraubenverbindungen befestigt. Dafür sind in den Flanschringen 9.1 und 9.2 Durchgangsbohrungen vorgesehen.

Claims

Hochspannungsisolator, bestehend aus – wenigstens zwei separaten, zu einer Säule zusammenfügbaren Isolatoren (1.1, 1.2), jeweils aufweisend • ein im wesentlichen rotationssymmetrisches Tragrohr (2.1, 2.2) aus glasfaserverstärktem Epoxidharz und mit freiem Innenvolumen (6.1, 6.2), • einen oberen und einen unteren metallischen Flansch (3.1, 3.2, 4.1, 4.2), die die jeweiligen Stirnseiten des entsprechenden Tragrohres (2.1, 2.2) umgreifen und dessen freies Innenvolumen (6.1, 6.2) gegenüber der äußeren Atmosphäre luftdicht verschließen und mittels denen zwei der Isolatoren (1.1, 1.2) untereinander mechanisch fixierbar sind, • und eine umfangsseitig an jedem Tragrohr (2.1, 2.2) angebrachte Beschirmung (8.1, 8.2) aus Silikon, dadurch gekennzeichnet, dass – die zwei Isolatoren (1.1, 1.2) mittels eines Kupplungsstückes (7) derart verbindbar sind, dass die jeweiligen freien Innenvolumen (6.1, 6.2) der zwei Isolatoren (1.1, 1.2) einen gemeinsamen Gasraum bilden, – die Bodenkontur des unteren Flansches (3.2) des einen der zwei Isolatoren (1.2) und die korrespondierende Kontur des oberen Flansches (4.1) des weiteren der zwei Isolatoren (1.1) derart ineinandergreifen, dass dadurch beim Zusammenfügen der zwei Isolatoren (1.1, 1.2) erst eine vertikale mechanische Zwangsführung stattfindet, bevor die eigentliche gasdurchlässige Verbindung mittels des Kupplungsstückes (7) hergestellt wird, – das Kupplungsstück (7) als lösbare Steckverbindung ausgebildet ist.
Hochspannungsisolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – das jeweilige Innenvolumen (6.1, 6.2) des entsprechenden Isolators (1.1, 1.2) mit Isoliergas, insbesondere SF6, befüllbar ist.
Hochspannungsisolator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – der untere Flansch (3.1) des weiteren der zwei Isolatoren (1.1) eine Anschlussstelle (5.1) zum Befüllen mit Isoliergas oder Anschließen einer Überwachungseinrichtung aufweist.