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Kunststoffisolator
Das Stammpatent Nr. 251675 betrifft einen Kunststoffisolator mit einem an einer geerdeten Masttraverse befestigten faserverstärkten Kunststoffstab geringer Strunkstärke, bei dem Isolierschirme zwischen den Leiterseilen und der geerdeten Masttraverse angeordnet sind, wobei der Kunststoffstab zwei- fach abgewinkelt ausgeführt ist, so dass er mit der Verbindungslinie der Aufhängepunkt die Form eines gleichschenkeligen Trapezes aufweist und dass in den Winkeln an der kleineren Grundlinie des Trapezes die Leiterseile eines Zweierbündels angebracht sind.
Eine einfache Hängekette schwingt in bekannterWeise bei Wind und Sturm mehr oder weniger stark aus und erfordert infolge dieses Aufschwingens im Bereich des Freileitungsmastes mehr Raum als bei Aufhängung von Freileitungsseilen unter Verwendung der starren V-artigen oder doppelknieartigen Isolatoren.
Auch die heute üblichen Hängeketten werden zur Verminderung des Schwingens in Einzelfällen in V-Anordnung aufgehängt, s. Fig. l, aber diese Aufhängung ist nicht völlig starr und daher unvollkommen. Werden diese Ketten aus Porzellen- oder Glasisolatoren gliederartig zusammengefügt, so entstehen viele Nachteile. Wird die auf der Traverse 2 liegende Dreieckseite des V sehr gross bemessen, s. Fig. 1, hängen die die beiden andern Dreieckseiten bildenden Ketten stark durch. Wenn die auf der Traverse liegende Dreieckseite desV klein bemessen wird, berühren die Metallteile der einen Kette die Porzellanteile der andern Kette, wodurch die Überschlagsfestigkeit erheblich beeinträchtigt wird. Derartige Anordnungen führen zu dem gefürchteten Zickzack-Überschlag.
Diese Nachteile bestehen bei Anwendung des starren Kunststoffisolators nach dem Stammpatent nicht. Die Erfindung beschäftigt sich mit der Anordnung derartiger starrer Kunststoffisolatoren am Freileitungsmast mit dem Ziel, im Bereich des Mastes möglichst wenig Raum zu benötigen und die Länge des Isolators zwischen Traverse und Leitungsseil möglichst kurz bemessen zu können. Der Wunsch nach geringem Raumbedarf hängt mit dem Bestreben zusammen, geringe Trassenbreiten im Gelände zu beanspruchen, da die Trassen immer teurer werden bzw. um vorhandene Freileitungsanordnungen durch Umbau auf bedeutendhöhere Betriebsspan- nungen umstellen zu können.
Erfindungsgemäss sind in dem auf Grund der starren Konstruktion des Hängeisolators 71 quer zur Leiterachse frei gewordenen Raum gegenüber einer frei schwingend aufgehängten Isolatorenkette jeweils parallel zu den Leitern Hilfsleiter 16 angeordnet, die das gleiche Spannungspotential wie der zugehörige Leiter 15 aufweisen, dass die Durchmesser der Leiter und Hilfsleiter im Bereich der Leiterbefestigung durch Überschieben leichter Metallrohre vergrössert sind und bei Vereisungsgefahr mit einer Kunststoffschicht, beispielsweise aus Polyvinylchlorid, überzogen sind.
Die bekannte feldverbessernde bzw. die Oberflächenfeldstärke vermindernde Eigenschaft einer Bündelleitung wird im Bereich der Leiterbefestigung an dem Hängeisolator durch paralleles Hinzufügen von Hilfsleitern zu den jeweiligen
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Hauptleitern ausgenutzt, wobei die Hilfsleiter das gleiche Spannungspotential wie der zugehörige Haupt- leiter aufweisen. Ausser den Massnahmen zur Feldverbesserung kann weiterhin ein vorzugsweise ohrför- miger Schutzring oberhalb der Leiter an der Aufhängestelle angebracht sein, der dazu dient, Lichtbo- genfusspunkte im Falle des Auftretens von Kurzschlusslichtbögen von den Leitern bzw. Hilfsleitern fern- zuhalten.
Es können auch die Rohre, die zum Zwecke der Vergrösserung der Leiterdurchmesser im Be- reich der Aufhängestelle über die Leiter geschoben sind, durch besondere Gestaltung dazu ausgenutzt werden, die Lichtbogenfusspunkte von den Leitern und Hilfsleitern selbst fernzuhalten. Es ist auch mög- lich, die Leiter und Hilfsleiter nicht blank, sondern teilisoliert auszubilden.
Die erfindungsgemässe Lösung wird an einer Zeichnung mit den Fig. 2 und 3 am Beispiel eines
Drehstrommastes für eine Doppelleitung behandelt. Sie ist aber sinngemäss auf alle übrigen Mastformen anwendbar.
Die Fig. 2 zeigt sowohl die bekannte Ausbildung eines Drehstrommastes mit frei schwingenden Iso- latorenketten als auch mit starren Kunststoff-Hängeisolatoren nach dem Stammpatent. Mit 1 ist der senkrecht stehende Mastständer, mit 2 die waagrecht ausladende Mast-Traverse bezeichnet, an die die Phasenleiter 4 und 5 einer Drehstromleitung angehängt sind. Diese Phasenleiter sind jeder über zwei senkrecht hängende Isolatorenketten 7 an der Mast-Traverse 2 aufgehängt, wobei sich diese
Isolatorenketten aus Kappen-Isolatoren aus Porzellan oder Glas oder sogenannten Langstab-Isolatoren aus den gleichen Werkstoffen zusammensetzen können. Dargestellt sind Langstab-Isolatoren.
Bei geringen Zugbeanspruchungen auf der Leitung kommt man mit einem Hängeisolator je Phasen- leiter aus. Bei grossen Beanspruchungen werden wie dargestellt zwei Isolatorenketten parallel aufgehängt. Eine solche Hängekettenanordnung schwingt nach links und rechts aus. Der Ausschwingwinkel ist mit 8 bezeichnet. Er kann 30 - 400 betragen.
Bei der Bemessung der Traversenausladung muss auf dieses Ausschwingen Rücksicht genommen werden, um zu vermeiden, dass sich die unter Spannung stehenden unteren Teile 9 des Hängeisolators bzw. seiner Leiterbefestigung in unzulässiger Weise dem Mastständer 1 nähern. Auch im ausgeschwungenen Zustand muss der verbleibende Abstand zwischen den unter Spannung stehenden Teilen der Leitung und dem Mastständer so gross sein, dass mit Sicherheit ein Überschlag zwischen Spannung und Erde vermieden wird. Dieses Ausschwingen der Leiterseile erfolgt nach beiden Richtungen, so dass sich bei nicht ausreichender Bemessung der Traverse die beiden Phasenleiter 4 und 5 berühren bzw. in unzulässigem Masse nähern können.
Bei einer starren Ausbildung des Isolators bzw. bei Verhinderung des Schwingens gemäss dem Stammpatentkönnen die Leiterseile nahe an den Mastständer herangerückt werden, wie es mittels eines in Doppelknieform ausgebildeten Kunststoff-Hängeisolators 12 nach Fig. 2 geschieht. Dabei wird die Starrheit des Kunststoffisolators durch eine eingefügte Strebe 10 aus Kunststoff noch erhöht.
Die Leiteraufhängungen werden am unteren Ende mit Schirmringen 9 ausgerüstet, die erstens die Aufgabe haben, entstehende Überschlagslichtbogen vom Porzellan fernzuhalten und die zweitens vorgesehen werden, um die Feldverhältnisse in der Nähe der Aufhängestelle der Leitungsseile zu verbessern und damit die Überschlagsfestigkeit der Gesamtanordnung zu erhbnen. Wenn man diese Schirmringe bzw.
Ringschirme nicht anordnet, entsteht grundsätzlich das Feldbild entsprechend der Elektrodenanordnung "Spitze-Platte", wobei die Spitze durch die Leitung und die Platte durch die Mast-Traverse dargestellt werden. Die Überschlagsspannung nimmt zu, wenn man aus der erläuterten Anordnung "Spitze-Platte" eine Anordnung"Schirmring-Platte"macht, wie dies aus der in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsform hervorgeht.
Die Feldverhältnisse werden umsomehr verbessert, je grösser die Schirmringe im Verhältnis zu der Isolatorenlänge 11 ausgebildet werden. In umso stärkerem Masse nähern sich die Feldverhältnisse der Anordnung"Schirmring-Platte"derjenigen einer Anordnung "Platte-Platte", die bekanntlich die günstigten Überschlagsverhältnisse aufweist, aber praktisch bei weitem nicht erreichbar sind.
Mit Rücksicht auf das oben erläuterte Ausschwingen der Hängeisolatoren ist es nun aus wirtschaftlichen Gründen nicht möglich, die Schirmringe 9 wesentlich grösser auszubilden, als dies aus der Fig. 2 hervorgeht. Der Durchmesser der Schirmringe 9 beträgt bei 200 kV etwa 400 mm, und es ist nicht ohne weiteres möglich, dieses Mass auf ein wünschenswertes Mass von 1200 mm oder mehr zu vergrössern. Würde man diese Vergrösserung vornehmen, dann müsste man die Mast-Traverse erheblich verlängern, um die erforderlichen Mindestabstände auch beim Ausschwingen der Hängeketten einzuhalten. Eine unwirtschaftliche Mastkonstruktion wurde die Folge sein.
Bei Anwendung eines starren Kunststoff-Hängeisolators 12 ist jedoch eine bedeutende Vergrösserung des Bündel-Schirmes an der Aufhängestelle der Leiterseile möglich, ohne die Mast-Traverse ver-
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längern zu müssen.
Die bekannten Hängeketten 7,9 sind im normalen und im ausgeschwungenen Zustand dargestellt.
Ausserdem ist ein Kunststoff-Hängeisolator 12 nach dem Stammpatent in Form eines Doppelknies ein- gezeichnet. Am unteren Ende dieses Isolators 12 sind die im Schnitt als fünf Punkte erscheinenden
Seilleiter 15 und 16 in der erfindungsgemässen Art ausgebildet und angehängt. Es ist aus der Fig. 2 zu erkennen, dass die beim Ausschwingen der Porzellanisolatoren 7, 9 auftretende äusserste Annäherung des Schirmringes 9 an den Mastständer 1 durch den äussersten der fünf Seilleiter 15 und 16 nicht überschritten wird, d. h. es ist die gleiche Überschlagsspannung gegen Erde (Mastständer) vorhanden wie bei den ausschwingenden Schirmringen 9.
Die Kettenlänge llb des Kunststoff-Isolators 12 ist der Länge lla des Porzellanisolators 7 gleich ; dies hat jedoch eine höhere Überschlagsfestigkeit der Anordnung mit dem Isolator 12 zur Fol- ge, da der Kunststoffisolator keine metallischen Zwischenglieder aufweist, die beidemPorzellaniselator vorhanden und mit 14 bezeichnet sind.
An Hand der Fig. 3, die einen Grundriss der Fig. 2 darstellt, sollen die Besonderheiten des erfin- dungsgemäss ausgebildeten Kunststoff-Hängeisolators mit seiner Leiterbefestigung geschildert werden.
Mit 15 sind die beiden Teilleiter eines Zweierbündels bezeichnet. Diese Teilleiter führen gemein- sam den durch die Freileitung zu übertragenden Strom und sind auf der gesamten Leitungsstrecke zwi- schen einem Freileitungsmast und dem jeweils nächsten Mast verlegt. An Stelle des Zweierbündels kön- nen auch Dreierbündel oder Viererbündel vorgesehen sein. In allen diesen Fällen führen die zwei, drei oder vier Teilleiter gemeinsam den Übertragungsstrom der Freileitungsanlage.
Erfindungsgemäss sind nun ausser den beiden Stromleitern 15 des üblichen Leitungsbündels, bei- spielsweise Zweierbündels noch weitere Teilleiter 16 angeordnet, die sich nicht an der Stromüber- tragung beteiligen, sondern als Spannungsleiter zu betrachten sind, denn sie liegen auf demselben
Hochspannungspotential wie die Stromleiter 15. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, sind diese Hilfsleiter 16 nur im Bereich der Leiter aufhängung am Isolator vorhanden, während die Stromleiter 15 von einem
Mast zum jeweils nächsten Mast frei ausgespannt sind.
In unmittelbarer Nähe des Mastes dient das aus den Stromleitern 15 und den Hilfsleitern 16 bestehende netzartige Gebilde bzw. die vergrössert ausgebildete Bündelanordnung dazu, ähnlich wie die bekannten Schirmringe am unteren Ende der Hängeketten, das Feldbild zu verbessern, um die Überschlagsspannung gegenüber der Anordnung ohne
Schirmringe zu erhöhen. Die Erhöhung beruht bekanntlich auf der Verminderung der Oberflächenfeldstärke an Schirm bzw. im vorliegenden Falle am vergrösserten Bündel. Der Abstand, der das vergrösserte Bündel bildenden einzelnen Strom- und Hilfs- bzw. Spannungs-Teilleiter muss in einem bestimmten Verhältnis zu der Länge des Hängeisolators stehen, wie dies aus der Technik der Bündelwirkung bekannt ist.
Die Bündelwirkung im Sinne der Verminderung der Oberflächenfeldstärke versagt, wenn die Teilleiterabstände zu gross gewählt werden. Die Strom-und Spannungs-Teilleiter sind unter Verwendung der bekannten Distanzhalter mechanisch miteinander verbunden.
Besonders wirkungsvoll wird die Bündelwirkung eines solchen Bündels vergrössert, wenn im Bereich des Mastes bzw. der Traverse der Leiterdurchmesser der Bündel-Teilleiter erheblich vergrössert wird, beispielsweise von dem häufig verwendeten Durchmesser von 21 mm auf 60-80 mm. Diese Vergrösserung der Teilleiter erfolgt keineswegs auf den Freileitungsstrecken zwischen den Masten, sondern nur in der Nähe der Traverse, beispielsweise durch Überschieben von leichten Metallröhren über die Seilleiter. Da mit Rücksicht auf die geringen Zwischenräume zwischen den vergrösserten Teilleitern die Vereisungsgefahr zunimmt, können die Metallrohre mit einer Kunststoffschicht, beispielsweise aus PVC, eingehüllt werden.
Auf einer solchen PVC-Oberfläche haftet das Eis weniger stark als auf einer Metalloberfläche, insbesondere einer Seilleiteroberfläche.
In manchen Fällen wird ein Zweier-Bündel auf der Freileitungsstrecke nicht in horizontaler Ebene, wie in der Fig. 2 dargestellt, sondern in vertikaler Ebene verlegt. Im Zusammenhang mit der oben er- läuterten Verbesserung der Feldverhältnisse können Massnahmen angewendet werden, um im Bereich des Mastes und der Traverse die Ebene von der Vertikalen in den Horizontale umzuwandeln. Um zu verhindern, dass sich Kurzschlusslichtbogenfusspunkte an den Haupt- oder Hilfsleitern ausbilden, kann zusätzlich ein Schutzring vorgesehen werden, oder dieüber die Leiter geschobenen Metallrohre zur Vergrösserung der Leiterdurchmesser können so ausgebildet werden, dass sie die von ihnen eingehüllten Leiter gegen Entstehung von Lichtbogenfusspunkten schützen.
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