EP0337949A2 - Verfahren zur Umhüllungsisolation für Hochspannung führende Leiter - Google Patents

Verfahren zur Umhüllungsisolation für Hochspannung führende Leiter Download PDF

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EP0337949A2
EP0337949A2 EP89810261A EP89810261A EP0337949A2 EP 0337949 A2 EP0337949 A2 EP 0337949A2 EP 89810261 A EP89810261 A EP 89810261A EP 89810261 A EP89810261 A EP 89810261A EP 0337949 A2 EP0337949 A2 EP 0337949A2
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conductor
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insulating layer
sheath insulation
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/17Protection against damage caused by external factors, e.g. sheaths or armouring
    • H01B7/18Protection against damage caused by wear, mechanical force or pressure; Sheaths; Armouring
    • H01B7/184Sheaths comprising grooves, ribs or other projections
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/02Disposition of insulation
    • H01B7/0241Disposition of insulation comprising one or more helical wrapped layers of insulation
    • H01B7/025Disposition of insulation comprising one or more helical wrapped layers of insulation comprising in addition one or more other layers of non-helical wrapped insulation

Definitions

  • the present invention relates to a sheath insulation for high-voltage conductors of the type specified in the preamble of claim 1.
  • a known structure of the sheath insulation provides an epoxy-insulated conductor, which is wrapped with smooth plastic film tapes. These tapes can, for example, be applied to the inner epoxy resin layer after it has been produced, or they can be applied to a layer of paper before being filled with plastic. The latter type of application requires an extremely careful procedure in order to obtain a sufficiently dense outer layer.
  • the application of the outer insulating layer in the form of a tape wrap is very complex, it being practically impossible to avoid in the manufacturing process that air pockets remain in the overlapping points, even if so-called self-welding tapes are used. These air pockets significantly impair the insulating effect of the casing insulation. Air pockets are particularly critical in the area of the ends of the sheath insulation, where a large electric field occurs in the axial direction.
  • the invention has for its object to form a sheath insulation for high voltage conductors mentioned over the entire length of the conductor to be insulated.
  • the idea of the invention is to replace the previous outer insulation winding with an already tight, continuous and corrugated tube, which is combined with the inner insulating layer to form a joint-free composite insulating body.
  • the covering insulation according to the invention based on a joint-free composite insulating body, thus guarantees excellent insulation both in the radial and in the axial direction over the entire length of the covering insulation.
  • the corrugated outer structure of the sheath insulation according to the invention also advantageously prevents the formation of leakage currents.
  • the corrugation of the tube forming the outer insulating layer is advantageously either designed to run spirally or consists of axially spaced, parallel annular beads.
  • the corrugated tube is preferably made of a plastic which has a slightly greater coefficient of thermal expansion than the inner insulating layer.
  • Cross-linked polyethylene, EPDM, polypropylene, polyamide or silicone rubber are particularly suitable as materials for the corrugated pipe.
  • Additives such as paints, antioxidants or flame retardants can be added to these plastics.
  • the inner insulating layer advantageously consists of a casting resin, in particular an epoxy resin, which covers the cavity between the inner wall of the corrugated tube and the Fills the conductor surface completely.
  • the conductor surface can be enclosed by a main insulating layer, which is optionally wrapped with a further insulating layer.
  • Said insulating winding consists of either paper, nonwoven or plastic, and conductive inserts can be provided in a known manner to control the potential in the winding. All cavities in the insulating body are filled with the plastic.
  • the corrugated tube advantageously lies on the conductor surface via spacers.
  • Epoxy resins, unsaturated polyesters or polyurethanes are particularly suitable as the material for the casting resin forming the inner insulating layer.
  • the casting resin can also contain mineral or organic fillers.
  • the latter is advantageously either pre-treated to impart adhesion, which can be done using known physical treatment methods, such as, for example, corona treatment, or the inner wall of the corrugated tube is provided with an adhesion promoter .
  • the wrapping insulation according to the invention thus stands out from the previously known wrapping insulation with external windings and from that with an outer shrink tube by a number of advantages.
  • this casing also does not require any post-treatment of the surface, as is the case with the previously known impregnated casing insoles tion was necessary.
  • the corrugated outer tube serves as a lost shape, expensive casting or impregnation molds can be omitted.
  • the conductor provided with the sheath according to the invention can be bent in any way, since the corrugated outer tube adapts to any conductor curvature.
  • the above-mentioned materials for the outer corrugated pipe ensure the impact resistance of the casing insulation as well as a low water vapor permeability.
  • an appropriate thermoplastic By using an appropriate thermoplastic, the self-extinguishing behavior of the outer casing of the casing insulation according to the invention is ensured.
  • the covering insulation according to the invention can, however, also be produced with a significantly lower amount of work than the previously known covering insulation.
  • a particularly advantageous manufacturing process provides for the corrugated tube to be first applied to the conductor, from which it is spaced radially evenly to a large extent by spacers, whereupon the cavity between the conductor, the spacers and the corrugated tube is filled with liquid plastic starting products, as is subsequently hardened will.
  • the plastic starting products are advantageously filled into the cavity between the conductor, spacers and corrugated tube under vacuum. This ensures that the cavity is filled completely and without gas bubbles with the reactive casting resin.
  • the conductor 6 of Fig. 1 is surrounded by a multi-layer insulation 4, which consists of paper or a nonwoven fabric.
  • Conductive inserts 3 for controlling the potential are embedded in the insulating winding 4 in a known manner.
  • the outer insulating layer of the sheath insulation is formed by a corrugated tube 1, which consists of an elastic and / or thermoplastic material.
  • FIGS. 2 and 3 Two variants of the corrugation of the outer tube 1 are indicated in FIGS. 2 and 3. 2, the corrugation 9 of the outer tube 1 of the sheath insulation runs continuously in a spiral. In the variant of Fig. 3, the corrugation of the tube 1 is formed by axially evenly spaced annular beads 10. Both variants are suitable for effective suppression of axial leakage currents on the surface of the casing insulation.

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Abstract

Es wird eine Umhüllungsisolation für Hochspannung führen­de Leiter beliebiger Geometrie beschrieben, die aus wenig­stens einer inneren und einer äusseren Isolierschicht be­steht. Zur Gewährleistung einer durchgehend guten Isolation einschliesslich der Endbereiche der Umhüllungsisolation ist es vorgesehen, für die äussere Isolierschicht ein gewelltes Rohr zu verwenden, das mit der inneren Isolierschicht oder den inneren Isolierschichten zu einem fugenfreien Verbund­körper vereinigt ist, der den Leiter umschliesst.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Umhüllungsisolation für Hochspannungsleiter der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben Art.
  • Es ist bekannt, eine derartige Umhüllungsisolation aus un­terschiedlichen Feststoffen aufzubauen. Ein bekannter Auf­bau der Umhüllungsisolation sieht einen epoxidharzisolier­ten Leiter vor, der mit glatten Kunststoffolienbändern um­wickelt ist. Diese Bänder können beispielsweise nach der Fertigung der inneren Epoxidharzschicht auf diese aufge­bracht werden oder sie können vor dem Füllen mit Kunststoff auf eine Schicht aus Papier aufgebracht werden. Letztgenann­te Aufbringungsart erfordert ein äusserst sorgfältiges Vor­gehen, um eine genügend dichte Aussenschicht zu erhalten. In jedem Fall ist das Aufbringen der äusseren Isolierschicht in Form eines Bandwickels sehr aufwendig, wobei beim Ferti­gungsprozess praktisch nicht vermieden werden kann, dass in den Ueberlappungsstellen Lufteinschlüsse verbleiben, und zwar auch dann, wenn sogenannte selbstverschweissende Bän­der verwendet werden. Diese Lufteinschlüsse beeinträchtigen die Isolierwirkung der Umhüllungsisolation in erheblichem Masse. Besonders kritisch sind Lufteinschlüsse im Bereich der Enden der Umhüllungsisolation, an denen in axialer Rich­tung ein grosses elektrisches Feld auftritt.
  • Es ist auch bekannt, den äusseren Bandwickel der Umhüllungs­isolation mit einem Schrumpfschlauch zu umgeben. Diese Aus­führung hat jedoch den Nachteil, dass zwischen Wickel und Schrumpfschlauch eine die Isolationseigenschaft der Umhül­lungsisolation verschlechternde Fuge vorhanden ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs ge­nannte Umhüllungsisolation für Hochspannung führende Leiter über die gesamte zu isolierende Leiterlänge auszubilden.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkma­le des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfin­dungsgemässen Umhüllungsisolation sowie ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemässen Umhül­lungsisolation sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Demnach besteht der Erfindungsgedanke darin, den bisheri­gen äusseren Isolierwickel durch ein sich schon dichtes, durchgehendes und gewelltes Rohr zu ersetzen, das mit der inneren Isolierschicht zu einem fugenfreien Verbundisolier­körper vereinigt ist.
  • Die erfindungsgemässe Umhüllungsisolation auf der Grundlage eines fugenfreien Verbundisolierkörpers gewährleistet also über die gesamte Länge der Umhüllungsisolation eine ausge­zeichnete Isolation sowohl in radialer als auch in axialer Richtung.
  • Durch die gewellte Aussenstruktur der erfindungsgemässen Um­hüllungsisolation wird zudem in vorteilhafter Weise die Aus­bildung von Kriechströmen unterbunden. Die Wellung des die äussere Isolierschicht bildenden Rohres ist vorteilhafter­weise entweder spiralförmig verlaufend ausgebildet oder be­steht aus axial beabstandeten, parallelen Ringwülsten.
  • Das gewellte Rohr besteht vorzugsweise aus einem Kunststoff, der einen etwas grösseren thermischen Ausdehnungskoeffizien­ten aufweist als die innere Isolierschicht. Besonders gut eignen sich als Materialien für das gewellte Rohr vernetztes Polyäthylen, EPDM, Polypropylen, Polyamid oder Silikonkaut­schuk. Diesen Kunststoffen können Zusätze, wie Farben, Oxi­dationsschutzmittel oder flammhemmende Substanzen beige­mischt sein.
  • Die innere Isolierschicht besteht vorteilhafterweise aus ei­nem Giessharz, insbesondere einem Epoxidharz, das den Hohl­raum zwischen der Innenwandung des gewellten Rohres und der Leiteroberfläche vollständig ausfüllt. Alternativ hierzu kann die Leiteroberfläche von einer Hauptisolierschicht um­schlossen sein, die gegebenenfalls mit einer weiteren Iso­lierschicht umwickelt ist. Besagter Isolierwickel besteht entweder aus Papier, aus Vliesstoff oder aus Kunststoff, wobei zur Steuerung des Potentials im Wickel in bekannter Weise leitende Einlagen vorgesehen sein können. Sämtliche Hohlräume in dem Isolierkörper sind mit dem Kunststoff aus­gefüllt.
  • In dem Fall, dass der Hohlraum zwischen dem gewellten Rohr und der Leiteroberfläche nur mit Giessharz vollständig aus­gefüllt ist, liegt das gewellte Rohr vorteilhafterweise über Abstandshalter auf der Leiteroberfläche auf. Als Material für das die innere Isolierschicht bildende Giessharz eignen sich besonders Epoxidharze, ungesättigte Polyester oder Po­lyurethane. Je nach Aufbau der inneren Isolierschicht kann das Giessharz auch mineralische oder organische Füllstoffe enthalten.
  • Um eine innige Verbindung oder Verklebund des innen liegen­den Giessharzes mit der Innenwandung des gewellten Rohres zu gewährleisten, ist letzteres vorteilhafterweise entweder haftvermittelnd vorbehandelt, was mit bekannten physikali­schen Behandlungsmethoden erfolgen kann, wie beispielsweise durch Koronabehandlung, oder die Innenwandung des gewellten Rohres ist mit einem Haftvermittler versehen.
  • Die erfindungsgemässe Umhüllungsisolation hebt sich also durch eine Reihe von Vorteilen von der bisher bekannten Um­hüllungsisolation mit aussen liegenden Wickeln sowie von derjenigen mit einem äusseren Schrumpfschlauch ab. Neben der entscheidend wichtigen Dichtheit der erfindunsgemässen Um­hüllungsisolation über die gesamte Länge der Umhüllung und der verbesserten Kriechstromfestigkeit erfordert diese Um­hüllung auch keinerlei Nachbehandlung der Oberfläche, wie sie bei den bisher bekannten imprägnierten Umhüllungsisola­ tionen notwendig war. Da das gewellte äussere Rohr als ver­lorene Form dient, können teure Giess- oder Imprägnierfor­men entfallen. Ausserdem kann der mit der erfindungsgemäs­sen Umhüllung versehene Leiter in beliebiger Weise gebogen werden, da sich das gewellte Aussenrohr an jede Leiterkrüm­mung anpasst. Durch die oben angegebenen Materialien für das aüssere gewellte Rohr ist die Schlagfestigkeit der Um­hüllungsisolation ebenso gewährleistet wie eine geringe Wasserdampfdurchlässigkeit. Durch die Verwendung eines ent­sprechenden Thermoplastes wird das selbstverlöschende Ver­halten der Aussenhülle der erfindungsgemässen Umhüllungsiso­lation gewährleistet.
  • Die erfindungsgemässe Umhüllungsisolation lässt sich aber auch unter einem wesentlich geringeren Arbeitsaufwand her­stellen als die bisher bekannten Umhüllungsisolationen. Ein besonders vorteilhaftes Herstellungsverfahren sieht es vor, das gewellte Rohr zunächst auf den Leiter aufzubringen, von dem es durch Abstandshalter radial weitgehend gleichmässig beabstandet ist, woraufhin der Hohlraum zwischen dem Leiter, den Abstandshaltern und dem gewellten Rohr durch flüssige Kunststoffausgangsprodukte gefüllt wird, wie anschliessend ausgehärtet werden. Vorteilhafterweise erfolgt das Einfül­len der Kunststoffausgangsprodukte in den Hohlraum zwischen Leiter, Abstandshaltern und gewelltem Rohr unter Vakuum. Damit wird gewährleistet, dass der Hohlraum vollständig und gasblasenfrei mit dem reaktiven Giessharz gefüllt wird.
  • Nachfolgend soll die erfindungsgemässe Umhüllungsisolation anhand der Zeichnung näher beschrieben werden - in dieser zeigen:
    • Fig. 1 einem mit der erfindungsgemässen Umhüllungsisola­tion versehenen Leiter im Längsschnitt,
    • Fig. 2 eine erste Variante der äusseren Isolierschicht der erfindungsgemässen Umhüllungsisolation in teilweise geschnittener Darstellung, und
    • Fig. 3 eine zweite Variante der äusseren Isolierschicht der erfindungsgemässen Umhüllungsisolation in teil­weise geschnittener Darstellung.
  • Der Leiter 6 von Fig. 1 ist von einer mehrlagigen Umhül­lungsisolation 4 umgeben, die aus Papier oder einem Vlies­stoff besteht. In den Isolierwickel 4 sind in bekannter Weise leitende Einlagen 3 zur Steuerung des Potentials ein­gebettet. Die äussere Isolierschicht der Umhüllungsisolation wird von einem gewellten Rohr 1 gebildet, das aus einem ela­stischen und/oder thermoplastischen Material besteht.
  • Zur Bildung eines fugenfreien Verbundisolierkörpers sind sämtliche Hohlräume zwischen der Innenwandung des gewellten Rohrs 1 und der Wickelschicht 4 mit einem Giessharz 2 ausge­füllt und die Schichten aus Papier oder Vlies mit Giessharz vollständig durchtränkt.
  • Ein Ausbreiten von Kriechströmen in axialer Richtung und insbesondere in den kritischen Endbereichen der Umhüllungs­isolation wird durch die gewellte Struktur der äusseren Iso­lierschicht erschwert.
  • Zwei Varianten der Wellung des äusseren Rohres 1 sind in den Figuren 2 und 3 angegeben. Gemäss Fig. 2 verläuft die Wel­lung 9 des äusseren Rohres 1 der Umhüllungsisolation spiral­förmig kontinuierlich. Bei der Variante von Fig. 3 ist die Wellung des Rohres 1 von axial gleichmässig beabstandeten Ringwülsten 10 gebildet. Beide Varianten eignen sich zu ei­ner wirksamen Unterdrückung von axialen Kriechströmen auf der Oberfläche der Umhüllungsisolation.

Claims (23)

1. Umhüllungsisolation für Hochspannung führende Leiter be­liebiger Geometrie, bestehend aus wenigstens einer inne­ren und einer äusseren Isolierschicht, dadurch gekenn­zeichnet, dass die äussere Isolierschicht aus einem ge­wellten Rohr (1) besteht, das mit der inneren Isolier­schicht (2-4) zu einem fugenfreien Verbundisolierkörper vereinigt ist, der den Leiter (6) umschliesst.
2. Umhüllungsisolation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­net, dass das gewellte Rohr (1) aus einem thermoplasti­schen Material besteht.
3. Umhüllungsisolation nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­net, dass das thermoplastische Material ein Polyamid ist.
4. Umhüllungsisolation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­net, dass das gewellte Rohr (1) aus einem elastischen Ma­terial besteht.
5. Umhüllungsisolation nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­net, dass das gewellte Rohr (1) aus einem thermoplasti­schen Elastomer besteht.
6. Umhüllungsisolation nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­net, dass der Thermoplast selbstverlöschend ist.
7. Umhüllungsisolation nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­durch gekennzeichnet, dass die Innenwandung des gewellten Rohres (1) mit einem Haftvermittler versehen ist.
8. Umhüllungsisolation nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­durch gekennzeichnet, dass das gewellte Rohr (1) haftver­mittelnd behandelt ist.
9. Umhüllungsisolation nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, das die Wellung des Rohres (1) aus axial beabstandeten, parallelen Ringwülsten (10) besteht.
10. Umhüllungsisolation nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine spiralförmig verlaufende Wel­lung (9) des Rohres (1).
11. Umhüllungsisolation nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, dass die innere Isolierschicht (2) aus einem Giessharz besteht.
12. Umhüllungsisolation nach Anspruch 11, dadurch gekenn­zeichnet, dass die innere Isolierschicht (2) aus einem Epoxidharz besteht.
13. Umhüllungsisolation nach Anspruch 11, mit einem die Leiteroberfläche umschliessenden Isolierwickel (4), da­durch gekennzeichnet, dass die Giessharzschicht (2) zwi­schen dem gewellten Rohr (1) und dem die Leiteroberflä­che umschliessenden Isolierwickel (4) eingebracht ist, und sämtliche Hohlräume in den Isolierschichten mit Giessharz ausgefüllt sind.
14. Umhüllungsisolation nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das gewellte Rohr (1) über Abstandshalter auf der Leiteroberfläche aufliegt, und dass die innere Isolierschicht (2) den Hohlraum zwischen gewelltem Rohr (1) und Leiteroberfläche vollständig aus­füllt.
15. Verfahren zur Herstellung der Umhüllungsisolation ge­mäss einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeich­net, dass das gewellte Rohr auf den Leiter aufgebracht wird, von dem es durch Abstandshalter radial weitgehend gleichmässig beabstandet ist, dass der Hohlraum zwi­ schen dem Leiter, den Abstandshaltern und dem gewellten Rohr durch flüssige Kunststoffausgangsprodukte gefüllt wird, und dass diese Füllung anschliessend ausgehärtet wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssigen Kunststoffausgangsprodukte unter Vakuum in den Hohlraum zwischen Leiter, Abstandshalter und gewell­tem Rohr eingefüllt werden.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeich­net, dass zunächst die Abstandshalter auf den Leiter aufgebracht werden, und dass anschliessend das gewellte Rohr auf den mit den Abstandshaltern versehenen Leiter aufgeschoben wird.
18. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadruch gekenn­zeichnet, dass die Abstandshalter zusammen mit dem ge­wellten Rohr auf den Leiter aufgeschoben wird.
19. Verfahren nach Anspruch 17, dadruch gekennzeichnet, dass die Abstandshalter aus einem auf den Leiter auf­gebrachten Papier- oder Kunststoffwickel bestehen.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandshalter aus einem Vliesstoff bestehen.
21. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssigen Kunststoffausgangsprodukte Epoxid­harze sind.
22. Verfahren nach Anspruch 15, dadruch gekennzeichnet, dass die flüssigen Kunststoffausgangsprodukte ungesät­tigte Polyester sind.
23. Verfahren nach Anspruch 15, dadruch gekennzeichnet, dass die flüssigen Kunststoffausgangsprodukte Polyure­thane sind.
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