EP2561518B1 - Hochspannungsisolator - Google Patents
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- EP2561518B1 EP2561518B1 EP11708206.5A EP11708206A EP2561518B1 EP 2561518 B1 EP2561518 B1 EP 2561518B1 EP 11708206 A EP11708206 A EP 11708206A EP 2561518 B1 EP2561518 B1 EP 2561518B1
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- H01B17/36—Insulators having evacuated or gas-filled spaces
Definitions
- the invention relates to a high-voltage insulator, in particular a support insulator, as used for example for supporting busbars or cables in high-voltage Gleichstorm transmission systems, short HVDC systems, or high voltage systems.
- the high-voltage DC transmission allows the transport of high electric power over long distances with smaller losses than is the case with AC transmission systems, because the longer the transmission path of the electrical energy, the more significant are the reactive power losses in AC transmission systems. Therefore, at the same voltage, but longer distances, the DC transmission due to lower transmission losses technically related advantages.
- post insulators For holding the busbars or cables of an HVDC system, which are often more than 8 m in height, one-piece or multi-part, ie composed of several individual insulators, post insulators are used for many decades. These earlier post insulators are characterized by a solid ceramic core to withstand the high mechanical stresses, in particular the bending moments occurring. Such, formed from a ceramic solid core, support insulator are for example from the CH 232740 or the DE 1 035 719 known.
- SF6 sulfur hexafluoride
- any other insulating gas for example nitrogen
- SF6 is a colorless and odorless, non-toxic gas that is non-combustible and behaves extremely inert, similar to nitrogen. Because of its high density, the high ionization energy and the ability to bind free electrons, it is a commonly used insulating gas in medium and high voltage engineering.
- the free internal volume of the composite insulators must be made absolutely sealed against the external atmosphere.
- each individual gas space is monitored for its pressure conditions.
- a connection point for a hedging monitoring device consisting of at least one pressure sensor, provided to draw conclusions from the currently prevailing pressure conditions on the degree and degree of filling filled with insulating free internal volume of the composite insulator.
- multi-part support insulators made of composite materials, d. H. in support insulators, which are assembled from several independent hollow insulators to a common column
- this type of interior monitoring is accompanied by a considerable maintenance. If, for example, not the lowermost but one of the following composite insulators of the multi-part support insulator is checked, the respective line cable or the respective busbar of the corresponding post insulator must be switched off during the execution of the actual verification by means of the monitoring device, i. H. to be de-energized.
- Another major disadvantage of multi-part support insulators is the separate monitoring of each individual post insulator.
- the object of the invention is therefore to provide a multi-part support insulator made of composite materials, in which a review by means of a monitoring device can be carried out in a simple manner and in particular no shutdown of the cables or busbars is required.
- the general inventive idea is to connect the individual made of composite hollow support insulators by means of a coupling piece such that the respective free internal volume of at least two separate post insulators form a single common gas space.
- a coupling piece such that the respective free internal volume of at least two separate post insulators form a single common gas space.
- the monitoring device which comprises at least one pressure measuring device, in the case of maintenance only one common gas space is to be monitored and not, as before, each individual gas space separately.
- the respective power cable or the respective bus bar held by the multi-part hollow post insulator can remain in operation, i. be energized. All in all, this means enormous time and cost savings for the HVDC plant operator.
- the coupling piece is designed as a sealing plug connection which sealingly connects the respective upper flange of a first hollow composite insulator with the lower flange of a next hollow composite insulator.
- the multiple individual hollow composite insulators can be assembled into a single on-site common rail insulator.
- the coupling piece is designed such that prior to the actual coupling process, ie before the actual production of a gas-permeable connection between the individual insulators by means of the coupling piece, a mechanical forced operation is provided, which connects facilitates the individual hollow composite insulators and ensure that no insulating gas escapes from the respective interiors of the hollow composite insulators to be connected.
- the multipart hollow support insulator made of composite material via the common connection point with insulating gas, in particular SF6, can be filled.
- the actual filling process of the hollow, multi-part post insulator made of composite also after the actual assembly on site, so after assembly at its place of operation, take place, which greatly facilitates the transport of the large-sized components.
- the common connection point is used both for filling the multi-part support insulator with preferably SF6, as well as for connecting a monitoring device. Due to the physical properties of compressible fluids, including SF6, the insulating gas spreads evenly throughout the entire internal volume. Ultimately, at the end of the filling process, the same pressure ratio prevails in the individual inner volumes of the respective hollow composite insulators connected via the coupling piece.
- FIG. 1 shows a multi-part, ie one of several separate insulators 1.1 and 1.2 joinable, hollow composite insulator in vertical cross-section.
- Each of the at least two hollow composite insulators 1.1 and 1.2 comprises while a substantially rotationally symmetrical support tube 2.1 and 2.2, which is usually made of glass fiber reinforced epoxy resin.
- a wave-shaped Silikonnemirmung 8.1 and 8.2 is provided on the outer sides of the support tubes 2.1 and 2.2.
- the beginning and end pieces of each support tube 2.1 and 2.2. are arranged in a form liquid, this sealingly encompassing the outer periphery, metallic flanges 3.1, 3.2, 4.1 and 4.2, for example made of aluminum.
- the lower flange 3.1 of the insulator 1.1 in this case has a solid ground area.
- a connection point 5.1 is provided for a monitoring device, not shown, in the solid bottom portion of the lower flange 3.1.
- the connection point 5.1 is designed such that, alternatively, it can also be used to fill the free inner volumes 6.1 and 6.2 of the two insulators 1.1 and 1.2 with insulating gas. This is possible according to the invention, since a gas-permeable connection between the corresponding insulators 1.1 and 1.2 can be produced by means of a coupling piece 7 designed, for example, as a plug connection.
- the bottom contour of the lower flange 3.2 of the insulator 1.2 and the corresponding contour of the upper flange 4.1 engage with each other in such a way that only takes place during assembly or assembly of the two insulators 1.1 and 1.2 a vertical mechanical positive guidance before the actual gas-permeable compound by means of Coupling 7 is produced.
- the monitoring device not shown, which includes at least one pressure measuring device to controlled become. This saves the plant operator time, but also costs.
- the two flanges 3.2 and 4.1 are fastened, for example, by means of detachable screw connections. For this, through holes 9.1 and 9.2 are provided in the flange rings.
- FIG. 2 shows the coupling piece 7 according to the invention, consisting essentially of a first coupling part 22 and a second coupling part 25, in a detailed view.
- a groove 29 is introduced into which a bead-like seal 30 can be placed to provide a gas-tight connection.
- the lower flange 3.2 of the insulator 1.2 in this case has an opening 20 into which the tubular first coupling part 22 can be inserted.
- the first coupling part 22 further comprises a circumferential collar 21.
- a plurality of circumferential grooves 23 are introduced into the outer and inner lateral wall of the tubular first coupling part 22 in order to provide therein bead-like seals, such as ring seals, which in the illustration of FIG. 2 but only partially shown.
- the upper flange 4.1 of the insulator 1.1 has a further opening 24 into which a second coupling part 25 can be pushed.
- the second coupling part 25 is also substantially tubular and can be screwed by means of a circumferential collar 26 with the upper flange 4.1 of the insulator 1.1.
- the end face of the substantially tubular second coupling part 25 facing the lower flange 3.2 of the insulator 1.2 protrudes a certain length into the tubular first coupling part 22.
- the inner diameter of the first coupling part 22 and the outer diameter of the second coupling part 25 are in the overlapping region chosen deviating only by a few tenths of a mm, so that no insulating gas can escape between the walls. Also not because in the overlapping region an additional seal 28 is provided in one of the groove 23.
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- Insulators (AREA)
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 232740 DE 1 035 719 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, befüllt. 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 lonisierungsenergie 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.
- Ein Beispiel dafür ist aus
CN 2 123 808 bekannt. - 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.
- 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 von Zeichnungen beispielhaft noch näher erläutert werden.
- Es zeigen:
- Figur 1
- eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen mehrteiligen Stützisolators
- Figur 2
- das erfindungsgemäße Kupplungsstück in einer Detailansicht.
-
Figur 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 weist 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, aber 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. -
Figur 2 zeigt das erfindungsgemäße Kupplungsstück 7, bestehend im Wesentlichen aus einem ersten Kupplungsteil 22 und einem zweiten Kupplungsteil 25, in einer Detailansicht. Im oberen Bereich derFigur 2 ist ein Ausschnitt des unteren Flansches 3.2 des Isolators 1.2 derFigur 1 gezeigt, der mit dem oberen Flansch 4.1 des Isolators 1.1 formschlüssig zusammenfügbar ist. Um zwischen den beiden Flanschen 3.2 und 4.1 im Bereich des Kupplungsstückes 7 ein Entweichen des Isoliergases zu verhindern, ist in dem Flansch 4.1, konzentrisch um das Kupplungsstück 7, eine Nut 29 eingebracht, in die eine wulstartige Dichtung 30 gelegt werden kann, um eine gasdichte Verbindung zu schaffen. - Der untere Flansch 3.2 des Isolators 1.2 weist dabei eine Öffnung 20 auf, in die das rohrartige erste Kupplungsteil 22 eingeschoben werden kann. Auf der dem Flansch 4.2 zugewandten Seite weist das erste Kupplungsteil 22 weiterhin einen umlaufenden Kragen 21 auf. Zudem sind an der äußeren und inneren seitlichen Wandung des rohrartigen ersten Kupplungsteiles 22 mehrere umlaufende Nuten 23 eingebracht, um darin wulstartige Dichtungen, beispielsweise Ringdichtungen, vorsehen zu können, die in der Darstellung der
Figur 2 jedoch nur zum Teil gezeigt sind. - Gegenüberliegend zu der Öffnung 20 weist der obere Flansch 4.1 des Isolators 1.1 eine weitere Öffnung 24 auf, in die ein zweites Kupplungsteil 25 geschoben werden kann. Das zweite Kupplungsteil 25 ist ebenfalls im Wesentlichen rohrförmig ausgebildet und mittels eines umlaufenden Kragens 26 mit dem oberen Flansch 4.1 des Isolators 1.1 verschraubbar. Das dem unteren Flansch 3.2 des Isolators 1.2 zugewandte stirnseitige Ende des im Wesentlichen rohrförmig ausgebildeten zweiten Kupplungsteils 25 ragt dabei eine gewisse Länge in das rohrförmige erste Kupplungsteil 22. Der Innendurchmesser des ersten Kupplungsteils 22 und der Außendurchmesser des zweiten Kupplungsteils 25 sind in dem sich überschneidenden Bereich nur um wenige zehntel mm zueinander abweichend gewählt, so dass kein Isoliergas zwischen den Wänden flüchten kann. Auch deshalb nicht, weil in dem sich überschneidenden Bereich eine zusätzliche Dichtung 28 in einer der Nut 23 vorgesehen ist.
Claims (4)
- Hochspannungsisolator,
bestehend aus wenigstens zwei separaten, zu einer Säule zusammenfügbaren, Isolatoren (1.1, 1.2),
jeweils aufweisend ein im wesentliches rotationssymmetrisches Tragrohr (2.1, 2.2) aus glasfaserverstärktem Epoxidharz und mit freiem Innenvolumen (6.1, 6.2),
einen oberen und unteren metallischen Flansch (3.1, 3.2, 4.1 und 4.2), der die jeweiligen Stirnseiten des entsprechenden Tragrohres (2.1, 2.2) umgreift und dessen freies Innenvolumen (6.1, 6.2) gegenüber der äußeren Atmosphäre luftdicht verschließt,
und eine umfangsseitig an jedem Tragrohr (2.1, 2.2) angebrachte Beschirmung (8.1, 8.2) aus Silikon,
dadurch gekennzeichnet,
dass die wenigstens zwei Isolatoren (1.1, 1.2) mittels eines Kupplungsstückes(7) verbindbar sind, derart, dass die jeweiligen freien Innenvolumen (6.1, 6.2) der wenigstens zwei Isolatoren (1.1, 1.2) einen gemeinsamen Gasraum bilden. - Hochspannungsisolator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Kupplungsstück (7) als lösbare Steckverbindung ausgebildet ist. - Hochspannungsisolator nach Anspruch 1 oder 2,
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 einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der untere Flansch (3.1) des Isolators (1.1) eine Anschlussstelle (5.1) zum Befüllen mit Isoliergas oder Anschließen einer Überwachungseinrichtung aufweist.
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