HÖFNER, Roland (Breiter Baum 23, Küps, 96328, DE)
| Patentansprüche 1. 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. 2. Hochspannungsisolator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungsstück (7) als lösbare Steckverbindung ausgebildet ist. 3. 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. 4. 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. |
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 Vollkem ausgebildete, Stützisolator sind beispielsweise aus der CH 232740 oder der 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 färb- 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. 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 der Figur 2 ist ein Ausschnitt des unteren Flansches 3.2 des Isolators
1.2 der Figur 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.
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