Gasisolierte elektrische Übertragungsleitung und Verfahren zu deren Herstellung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer gasisolierten Übertragungsleitung .

Gasisolierte elektrische Übertragungsleitungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie umfassen einen Innenleiter, der sich im Inneren eines äußeren Mantelrohres erstreckt. Als Isoliermedium zwischen dem sich im Betrieb der Übertragungsleitung auf Hochspannungsniveau befindenden Innenleiter und dem Erdpotenzial wird ein geeignetes Gasgemisch verwendet. Zur Vermeidung oder Minimierung von Störeinflüssen, die durch Fremdpartikel im Inneren des Mantelrohres verursacht werden können, wird in die Übertragungsleitung üblicherweise eine Teilchenfalle eingebaut. Solche Fremdpartikel können bei ^¬ spielsweise während des Herstellungsprozesses in die Übertra- gungsleitung gelangen. Mit Hilfe der Teilchenfalle werden die Fremdpartikel beispielsweise in einem Bereich niedriger elektrischer Feldstärke innerhalb der Übertragungsleitung gefangen, so dass ein störungsfreier Betrieb der Übertragungsleitung ermöglicht wird.

Die bekannte Übertragungsleitung wird beim Herstellen meist aus Rohrsegmenten zusammengesetzt. Die Rohrsegmente bilden zusammengesetzt das Mantelrohr. Sie weisen meist eine Länge zwischen 1 m und 20 m auf. Das Zusammensetzen der Rohrsegmen- te erfolgt beispielsweise am Ort der Verlegung bzw. des spä ^¬ teren Betriebes der Übertragungsleitung, vorzugsweise in einer dafür ausgehobenen Vertiefung in der Erde oder in einem Tunnel. Das Montieren der Teilchenfalle im Leistungsrohr stellt im Allgemeinen einen kostenintensiven Vorgang dar. Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen einer gasisolierten Übertragungsleitung anzugeben, das möglichst kostengünstig und zuverlässig ist. Die Aufgabe wird bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer gasisolierten Übertragungsleitung dadurch gelöst, dass eine Teilchenfalle in ein äußeres Mantelrohr entlang deren Längsachse verlagert und an einer vorbestimmten Position bezüglich des Mantelrohres fixiert wird und ein be- weglicher Schweißroboter entlang der Längsachse der Teilchenfalle verlagert wird und die Teilchenfalle an vorbestimmten Schweißstellen mit dem Mantelrohr mittels Schweißen verbindet . Demnach wird die Teilchenfalle zunächst in das Mantelrohr eingebracht, genau positioniert und fixiert. Dann wird mit ^¬ tels des Schweißroboters, der sich im Mantelrohr bewegen kann, die Teilchenfalle punktuell oder mit Längsnaht mit dem Mantelrohr verbunden. Der Schweißroboter verfügt dabei über geeignete Mittel, um den Schweißvorgang durchzuführen. Der

Schweißroboter wird im Mantelrohr verlagert, indem er mittels eines externen Antriebs bewegt wird oder sich selbsttätig be ^¬ wegt. Der Schweißroboter ist fahrbar ausgebildet und verfügt über geeignete Fortbewegungsmittel wie Räder und/oder der- gleichen. Die Teilchenfalle wird zweckmäßigerweise unterhalb des Innenleiters im Mantelrohr angeordnet. Fixiert liegt sie zweckmäßigerweise dabei unten am Mantelrohr an. Die Teilchenfalle wird punktuell oder über ein kurzes Stück mit einer Längsnaht mit dem Mantelrohr verschweißt. Ein Abstand zwi- sehen zwei Schweißstellen kann dabei 500 mm bis 1500 mm betragen .

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass die Teilchenfalle flexibel sowohl am Ort der Verlegung der Übertragungsleitung als auch beim Hersteller des Mantelrohres mit dem Mantelrohr verbunden werden kann. Dadurch kön- nen die Kosten der Herstellung der gesamten Übertragungsleitung vermindert werden.

Darüber hinaus kann die Anbringung der Teilchenfalle im Man- telrohr weitgehen automatisiert erfolgen. Auf diese Weise kann die benötigte Zeit und damit die Kosten der Herstellung ebenfalls gesenkt werden. Durch die Automatisierung des Herstellungsprozesses kann zugleich die Zuverlässigkeit erhöht werden, weil durch Menschen verursachte Fehler, beispielswei- se bei der Verbindung der Teilchenfalle mit dem Mantelrohr, weitgehend vermieden werden können.

Vorzugsweise weist die Teilchenfalle entlang der Längsachse eine Führungsnut auf, und der Schweißroboter entlang der Füh- rungsnut verlagert wird. Die Führungsnut ist geeigneterweise eine für einen Schweißkopf des Schweißroboters zugängliche Vertiefung oder Ausnehmung, die sich entlang der Teilchenfalle erstreckt. Die Führungsnut erleichtert vorteilhaft die Fortbewegung des Schweißroboters. Auch kann hierbei vorteil- haft auf eine zusätzliche Führungsschiene für den Schweißro ^¬ boter verzichtet werden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Schweißroboter einen eigenen Antrieb auf und bewegt sich gemäß einer zuvor festgelegten Programmiervorgabe im Mantelrohr. Demnach wird die Bewegung des Schweißroboters mittels der Program ^¬ miervorgabe gesteuert. Der Antrieb des Schweißroboters kann beispielsweise ein elektrischer Antrieb sein. Die Energie für den Antrieb kann mittels einer eigenen Batterieversorgung oder auch über ein Kabel durch eine externe Versorgung bereitgestellt sein.

Alternativ kann der Schweißroboter mittels eines externen Antriebs bewegt werden. Dazu kann der Schweißroboter zum Bei- spiel mit einer zentralen Station beispielsweise mittels ei ^¬ nes ausfahrbaren Armes verbunden sein. Vorzugsweise wird die Teilchenfalle mittels Reibrührschweißen mit dem Mantelrohr verbunden. Dieses Verfahren ist besonders einfach und sauber, so dass Fremdpartikel vermieden werden können. Beim Reibrührschweißen wird ein Schweißkopf des

Schweißroboters mit großer Kraft an eine Verbindungsstelle der Teilchenfalle und des Mantelrohres gedrückt und entlang einer Fügelinie bewegt. Das Material der Teilchenfalle bzw. des Mantelrohres wird durch die Reibung zwischen Schulter und Werkstück erwärmt und verrührt, so dass die Teilchenfalle und das Mantelrohr verbunden werden. Eine besondere Nahtvorberei ^¬ tung und Schweißzusätze werden nicht benötigt.

Bevorzugt weist der Schweißroboter Abstützmittel auf, die zum Abstützen des Schweißroboters während des Schweißvorgangs eingerichtet sind. Beispielsweise weist der Schweißroboters Stützarme auf, die ausfahrbar sind und den Schweißroboter beim Schweißen an einer Innenwand des Mantelrohres abstützen. Die Abstützmittel verleihen dem Schweißroboter die erforderliche Stabilität beim Schweißprozess .

Es wird ferner als vorteilhaft angesehen, wenn die Teilchenfalle nicht mit kurzen Segmenten, sondern über die gesamte Länge eines Rohrsegmentes in einem Schritt verarbeitet wird. Bevorzugt wird die Teilchenfalle daher über ihre Gesamtlänge von zwischen 0,2 m und 15 m, bevorzugt zwischen 5 m und 10 m, in das Mantelrohr eingeführt, wobei die Länge des Mantelroh ^¬ res größer als die Länge der Teilchenfalle ist.

Vorzugsweise wird die Teilchenfalle vor dem Verschweißen mit- tels einer Fixiervorrichtung beidseitig des Mantelrohres fi ^¬ xiert. Die Fixiervorrichtung kann einen erstes Fixierelement und ein zweites Fixierelement umfassen. Das erste Fixierele ^¬ ment wird an einem ersten Ende des Mantelrohres und das zwei ^¬ te Fixierelement an einem zweiten Ende des Mantelrohres ange- ordnet werden, so dass die Teilchenfalle beidseitig fixiert werden kann. Die Fixiervorrichtung kann eine Nut umfassen, die eine Verlängerung der Führungsnut der fixierten Teilchen- falle bildet. Die Fixiervorrichtung, zum Beispiel beide Fi ^¬ xierelemente, kann einen fahrbaren Untersatz umfassen, mittels dessen die Fixiervorrichtung an die Stelle der Verlegung der Übertragungsleitung bewegt werden kann. Bei Teilchenfal- len mit einer Länge zwischen 0,2 m und 2 m kann der Schweißroboter die Positionierung und Fixierung mit einer Schweißnaht mittig durchführen.

Das Mantelrohr wird vorzugsweise mit einem Isoliergas ge- füllt. Das Isoliergas ist zweckmäßigerweise ein Gasgemisch. Das Gasgemisch kann das Gas SF6 umfassen, bevorzugt ist das Gasgemisch jedoch SF6-frei.

Die Erfindung betrifft ferner eine gasisolierte Übertragungs- leitung mit einem Mantelrohr zur Aufnahme eines Innenleiters und mindestens einer Teilchenfalle im Mantelrohr.

Eine solche Übertragungsleitung ist beispielsweise aus der US 3 515 939 A bekannt. Die bekannte Übertragungsleitung umfasst eine Teilchenfalle, die derart in der gasisolierten Leitung angeordnet ist, dass ein Bereich schwacher Feldstärke teil ^¬ weise begrenzt ist. In diesem Bereich ist die elektrische Feldstärke im Vergleich zu der elektrischen Feldstärke außerhalb des Bereiches um mehrere Größenordnungen schwächer, so dass die auf sich darin befindende Fremdpartikel wirkende

Kraft nicht ausreicht, um sie aus dem feldschwachen Bereich herauszuführen. Frei bewegliche Fremdpartikel in der gasiso ^¬ lierten Leitung erfahren beispielsweise aufgrund eines Wech ^¬ selfeldes eine Bewegung. Aufgrund dieser Bewegung können die Fremdpartikel in den feldschwachen Bereich eintreten. Im günstigen Fall verbleiben die Fremdpartikel anschließend dort. Auf diese Weise können mittels der bekannten Teilchenfalle Schäden durch Teilentladungen in der Übertragungsleitung vermieden werden. Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine solche Übertragungs ^¬ leitung vorzuschlagen, die möglichst kostengünstig in Herstellung und zuverlässig im Betrieb ist. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer artgemäßen Über ^¬ tragungsleitung dadurch gelöst, dass die Teilchenfalle eine Länge zwischen 0,2 m und 15 m, bevorzugt zwischen 5 m und 10 m aufweist, und mit dem Mantelrohr mittels punktuellem

Schweißen oder einer Schweißnaht verbunden ist.

Die Länge der Teilchenfalle von mindestens 20 cm senkt die Herstellungskosten der Teilchenfalle. Bei einer weiteren Erhöhung der Länge der Teilchenfalle erlaubt eine weitere Sen ^¬ kung der Kosten der Herstellung der Übertragungsleitung, weil dadurch ein längerer Abschnitt der Teilchenfalle im Mantel ^¬ rohr in einem Fertigungsschritt angebracht werden kann, wo ^¬ durch der logistische Aufwand vermindert wird. Die punktuelle Schweißung der Teilchenfalle senkt die Gefahr einer Beschädi ^¬ gung des Mantelrohres und der Teilchenfalle. Entsprechendes gilt auch für die Verbindung mittels der kurzen Schweißnaht.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Teilchenfalle entlang ihrer Längsachse eine Führungsnut zur Führung eines Schweißroboters auf. Die Führungsnut erleichtert die Automatisierung des Herstellungsverfahrens der Übertragungs ^¬ leitung. Auf diese Kosten können die Herstellungskosten der Übertragungsleitung vorteilhaft gesenkt werden.

Bevorzugt umfasst die Teilchenfalle Aluminium. Vorzugsweise ist die Teilchenfalle aus Aluminium gefertigt. Demgegenüber kann das Mantelrohr beispielsweise aus Stahl gefertigt sein.

Zweckmäßigerweise ist eine Schweißverbindung zwischen der Teilchenfalle und dem Mantelrohr elektrisch leitfähig. Auf diese Weise befindet sich die Teilchenfalle im Betrieb der Übertragungsleitung auf dem elektrischen Potenzial des Mantelrohres, wodurch die Teilchenfalle einen feldschwachen Raumbereich innerhalb der Übertragungsleitung ausbilden kann, in dem Fremdpartikel gefangen werden können.

Im Übrigen können alle im Zusammenhang mit dem erfindungsge- mäßen Verfahren beschriebenen Ausgestaltungen bei der erfindungsgemäßen Übertragungsleitung ebenfalls Anwendung finden.

Die Erfindung soll im Folgenden anhand der Figuren 1 bis 4 weiter erläutert werden.

Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfin ^¬ dungsgemäßen gasisolierten Übertragungsleitung in einer perspektivischen Darstellung; Figur 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfin ^¬ dungsgemäßen Herstellungsverfahrens einer erfindungsgemäßen Übertragungsleitung in einer schematischen Seitenansicht; Figur 3 zeigt eine schematische Draufsicht der Darstellung der Figur 2;

Figur 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungs ^¬ gemäßen Herstellungsverfahrens.

Im Einzelnen ist in Figur 1 ein Abschnitt einer Übertragungs- leitung 1 dargestellt. Die Übertragungsleitung 1 umfasst ein Mantelrohr 2 sowie einen Innenleiter 3. Der Innenleiter 3 führt im Betrieb der Übertragungsleitung 1 den Strom. Der Innenleiter 3 ist zentrisch im Mantelrohr 2 angeordnet und ist am Mantelrohr 2 mittels Stutzfüßen 4 und 5 abgestützt und in Position gehalten.

Die Übertragungsleitung 1 umfasst ferner eine Teilchenfalle 6, die sich in einer Längsrichtung der Übertragungsleitung 1 erstreckt. Die Teilchenfalle 6 ist unterhalb des Innenleiters 3 angeordnet und mit dem Mantelrohr 2 elektrisch leitend verbunden. Die Teilchenfalle 6 weist eine Führungsnut 7 auf. Die Führungsnut 7 dient zur Führung eines Schweißroboters, der beim Herstellungsprozess der Übertragungsleitung 1 entlang der Teilchenfalle 7 verlagert wird und diese mittels Schwei ^¬ ßen mit dem Mantelrohr 2 verbindet. Anhand der Figur 2 soll nachfolgend das Herstellungsverfahren einer Übertragungsleitung 8 beschrieben werden. Dazu wird ein Mantelrohrsegment 9 an den Verlegeort gebracht und auf einer Aufnahmeeinrichtung 10 angeordnet. Aus mehreren Mantelrohrsegmenten, die baugleich zum Mantelrohrsegment 9 sind, wird das Mantelrohr der Übertragungsleitung 8 zusammengesetzt. Eine Teilchenfalle 11 wird über ihre gesamte Länge in das Man ^¬ telrohrsegment 9 eingeschoben, was in Figur 2 durch einen Pfeil 18 angedeutet ist. Zum Anbringen der Teilchenfalle 11 wird an einem ersten Ende 12 des Mantelrohrsegmentes 9 ein erstes Fixierelement 13 angeordnet, was in Figur 2 durch ei ^¬ nen Pfeil 14 angedeutet ist. Entsprechend an einem zweiten Ende 15 des Leitungssegmentes 9 wird ein zweites Fixierele ^¬ ment 16 angeordnet, was in Figur 2 durch einen Pfeil 17 ange ^¬ deutet ist. Beide Fixierelemente 13 und 16 verfügen über fahrbare Untersätze mit Rädern. Auf dem zweiten Fixierelement 17 wird ein Schweißroboter 19 bereitgestellt. Der Schweißro ^¬ boter 19 wird anschließend gemäß der durch einen Pfeil 20 ge ^¬ zeigten Richtung in das Mantelrohrsegment 9 verlagert. Gemäß einer zuvor durchgeführten Programmierung des Schweißroboters mittels einer Datenverarbeitungsanlage 21 verschweißt der

Schweißroboter 19 an vorbestimmten Schweißstellen die Teilchenfalle 11 punktuell mit dem Mantelrohrsegment 9. Nach er ^¬ folgter Verschweißung wird der Schweißroboter 19 aus dem Mantelrohrsegment 9 wieder herausgeführt und die Fixierelemente 13, 16 von den Enden 12 bzw. 15 entfernt.

Das aus den Mantelrohrsegmenten gasdicht zusammengesetzte Mantelrohr bildet eine Aufnahme für einen Innenleiter, der wie in der Darstellung der Figur 1 im Mantelrohr angeordnet wird. Der Zwischenraum zwischen dem Innenleiter und dem Mantelrohr wird mit einem Isoliermedium in Form eines Isoliergases gefüllt. Figur 3 zeigt eine schematische Draufsicht der in Figur 2 ge ^¬ zeigten Anordnung. Es ist erkennbar, dass die Teilchenfalle 11 eine Führungsnut 22 aufweist. Die Führungsnut 22 dient zur Führung des Schweißroboters 19 (vgl. Figur 2) . Die Führungs ^¬ nut 22 fluchtet mit einer Nut 23 einer Führungsschiene 24 des zweiten Fixierelementes 16.

Das zweite Fixierelement 16 weist zudem zwei Vorsprünge 25, 26 auf und die Aufnahmeeinrichtung 10 für das Mantelrohrseg ^¬ ment 9 weist zwei entsprechende Aufnahmen 27, 28 zur Aufnahme der Vorsprünge 25, 26 auf, wodurch das Fixierelement 16 orts ^¬ fest fixiert werden kann, wenn die Vorsprünge 25, 26 in die Aufnahmen 27,28 gemäß einem Pfeil 29 eingeschoben werden. Das erste Fixierelement 13 (vgl. Figur 2) kann mittels eigener Vorsprünge und weiterer Aufnahmen 30, 31 am ersten Ende 12 des Mantelrohrsegments 9 fixiert werden.

Anhand der Figur 4 soll eine weitere Variante des erfindungs- gemäßen Herstellungsverfahrens einer Übertraqungsleitung 81 erläutert werden. Aus Übersichtlichkeitsgründen sind in den Figuren 2, 3 und 4 gleiche und gleichartige Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im Unterschied zur Ausführungsform der Figuren 3 und 4 sind das Mantelrohrsegment 9 und eine Schweißroboter-Basisstation 32 auf einer gemeinsamen Aufnahmevorrichtung 37 angeordnet. Die Schweißroboter-Basisstation 32 wird mittels einer Andockvorrichtung 33 mit dem Mantelrohrsegment 9 lösbar verbunden. Der Schweißroboter 19 wird in der Schweißroboter-Basisstation 32 bereitgestellt.

Die Teilchenfalle 11 wird mittels einer Einführvorrichtung 34 in das Mantelrohrsegment 9 eingeführt. Die Einführvorrichtung 34 umfasst eine bewegbare Verschub- und Versorgngsschiene 35 mit Greifern 36 zum halten und verlagern der Teilchenfalle 11 beim Einführen in das Mantelrohrsegment 9. Die Verschub- und Versorgngsschiene 35 dient zudem zu einer Energieversorgung des Schweißroboters 19.

Nach der Bereitstellung des Mantelrohrsegments 9 und dem An- docken der Schweißroboter-Basisstation 32 wird die Teilchenfalle 11 mittels der Verschub- und Versorgngsschiene 35 in das Mantelrohrsegment 9 eingeführt und dort fixiert. An ^¬ schließend wird der Schweißroboter 19 entlang der Teilchenfalle 11 verlagert und verschweißt die Teilchenfalle 11 mit dem Mantelrohrsegment 9.

Nach erfolgter Verschweißung wird der Schweißroboter 19 aus dem Mantelrohrsegment 9 wieder herausgeführt. Das aus den Mantelrohrsegmenten gasdicht zusammengesetzte

Mantelrohr bildet eine Aufnahme für den Innenleiter, der wie in der Darstellung der Figur 1 im Mantelrohr angeordnet wird Der Zwischenraum zwischen dem Innenleiter und dem Mantelrohr wird mit einem Isoliermedium in Form eines Isoliergases ge- füllt.