HOCHSPANNUNGSISOLATOR MIT ÜBERWACHUNGSEINRICHTUNG

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Hochspannungsisolator nach den Merkmalen des Oberbegriffs des ersten Patentanspruches.

[0002] Derartige Hochspannungsisolatoren sind beispielsweise aus der EP 1 091 365 bekannt geworden. Hierin wird ein Verfahren zur Herstellung eines hohlen Verbundstoffisolators beschrieben, der aus glasfaserverstärktem Epoxidharz mit einer Beschirmung aus Silikon hergestellt wird und dessen End- bzw. Anfangsstücke aus metallischen Flanschen, beispielsweise aus Aluminium, gebildet werden.

[0003] Das freie Innenvolumen von Verbundstoffisolatoren 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 festzuhalten, 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 Ionisierungsenergie und der Eigenschaft, freie Elektronen zu binden, ist es in der Mittel- und Hochspannungstechnik ein gängig verwendetes Isoliergas.

[0004] Um die Wirksamkeit des verwendeten Isoliergases über die gesamte Lebensdauer der Verbundisolatoren zu gewährleisten, muss das freie Innenvolumen der Verbundstoffisolatoren gegenüber der äußeren Atmosphäre absolut dichtend ausgebildet sein. Dazu wird das freie Innenvolumen, d. h. der freie Gasraum, auf verschiedene Paramater hin überwacht.

[0005] Hierfür ist beispielsweise aus der DE 196 35 362 ein Verfahren zur Herstellung eines gewickelten Hochspannungsisolators bekannt geworden, bei dem ein oder mehrere Kanäle für nachträglich einziehbare Leiter aller Art, insbesondere Lichtwellenleiter, vorgesehen sind. Dabei wird ein Laminataufbau durch Wickeln eines Materials auf einen Wickeldorn und Tränken mit einem Harz erreicht. Hierfür werden zunächst erste Lagen des aufzuwickelnden Materials aufgebracht, danach wird mindestens eine Nut in die entstandene Oberfläche eingearbeitet und anschließend fertiggewickelt, bis der gewünschte Enddurchmesser erreicht ist.

[0006] Die DE 196 35 372 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Hochspannungsisolators, bei dem mindestens ein Leerkanal zum nachträglichen Einziehen eines Lichtwellenleiters vorgesehen wird. Hierfür werden erste Lagen des aufzuwickelnden Materials aufgebracht, danach wird ein mit mindestens einem Leerrohr vorgesehener Formkörper auf der entstanden Oberfläche fixiert und durch anschließend aufgewickelte Lagen eingewickelt.

[0007] All diesen bekannten Verfahren haften jedoch technisch nachteilige Aspekte an, die sich aus der Verwendung von Lichtwellenleitern zur Messwertübertragung ergeben: Um die Lichtwellenleiter an oder auch in dem Hochspannungsisolator vorsehen zu können, muss eine umlaufende Nut oder ein wie auch immer gearteter freier Hohlraum am oder im Hochspannungsisolator geschaffen werden, der den oder die Lichtwellenleiter aufnimmt. Eine mechanische Veränderung der Oberflächenstruktur der ansonsten homogenen Oberfläche des Hochspannungsisolators oder auch das Vorsehen eines wie auch immer gearteten Hohlraums ist jedoch aus Sicht der dielektrischen Festigkeit höchst problematisch und stellt in letzter Konsequenz eine mögliche Fehlstelle für elektrische Überschläge dar. Auch gibt es bei den bekannten Verfahren keine Möglichkeit, zu einem späteren Zeitpunkt, also bei bereits fertiggestellten und im freien Feld installierten Hochspannungsisolatoren, eine Überwachungseinrichtung nachzurüsten.

[0008] Die DE 10 2006 053 986 A1 beschreibt einen Überspannungsableiter der einen Hochspannungsisolator mit einer Überwachungseinrichtung aufweist.

[0009] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Hochspannungsisolator aus Verbundwerkstoff anzugeben, der eine Möglichkeit zur Überwachung von technischen Parametern, wie Temperatur oder Druck, für das freie, mit Isoliergas befüllte, Innenvolumen vorsieht, ohne dabei in die homogene Oberflächenstruktur des Hochspannungsisolators mechanisch eingreifen oder einen offenen Kanal von innen nach außen durch die Wand des Isolators bohren zu müssen. Weiterhin ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine technisch einfache Möglichkeit für eine nachrüstbare Überwachungseinrichtung an bereits vollständig gefertigten oder im freien Feld installierten Hochspannungsisolatoren bereit zu stellen.

[0010] Diese Aufgabe wird durch einen Hochspannungsisolator mit den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst. Die Unteransprüche betreffen dabei besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

[0011] Die allgemeine erfinderische Idee besteht darin, an der Innenseite des Isolierrohres einen Aufnehmer vorzusehen, der mit einem im Wesentlichen gegenüberliegend angeordneten Empfänger drahtlos korrespondiert. Unter Aufnehmer wird im Rahmen der Erfindung ein technisches Bauteil, insbesondere ein Sensor, verstanden, das bestimmte physikalische oder chemische Eigenschaften, beispielsweise Temperatur, Feuchtigkeit oder Druck, qualitativ oder als Messgröße auch quantitativ erfasst. Der Aufnehmer ist damit Teil einer Messeinrichtung, die auf eine Messgröße unmittelbar anspricht. Nach dem Wesen der Erfindung handelt es sich bei dem Aufnehmer um einen passiven Sensor, der in Hinblick auf die Erfassung der chemischen oder physikalischen Größen ohne externe Energieversorgung arbeitet und das erzeugte Messsignal drahtlos an den gegenüberliegend angeordneten Empfänger weiterleitet. Die Erzeugung des elektrischen Signals kann dabei insbesondere elektrodynamisch oder piezoelektrisch erfolgen. Unter passiven Sensoren werden im Rahmen der Erfindung auch so genannte AOW-Sensoren (Akustische Oberflächenwellen-Sensoren), auch als SAW-Sensoren bezeichnet (Surface Acustic Wave), verstanden. Sie sind für die Erfassung zahlreicher spannungsgebender physikalischer Größen anwendbar. Beschreibungen solcher AOW-Sensoren finden sich beispielsweise in den WO 96/33423, WO 01/61859 und WO 01/91294. Bisher jedoch ist noch nicht der Vorschlag gemacht oder der Versuch unternommen worden, solche bekannten Sensoren auf geeignete Weise in einem Hochspannungsisolator einzusetzen. Wird der ohne externe elektrische Energie arbeitende Aufnehmer erst einmal innerhalb des Isolierrohres des Hochspannungsisolators befestigt, so arbeitet dieser weiterstgehend autark. Der Aufnehmer kann dabei beispielsweise an der Innenseite des Isolierrohres aufgeklebt oder in sonstiger Weise fest mit der inneren Oberfläche des Isolierrohres verbunden werden.

[0012] Durch die erfindungsgemäße Lösung können die aus glasfaserverstärktem Epoxidharz hergestellten Isolierrohre auf herkömmliche Weise gefertigt und mit einer Überwachungseinrichtung ausgestattet werden, ohne dabei eine umlaufende Nut oder einen wie auch immer gearteten freien Hohlraum am oder im Isolierrohr des Hochspannungsisolators vorsehen zu müssen.

[0013] Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind der Aufnehmer und der im Wesentlichen gegenüberliegend angeordnete Empfänger im Bereich eines Flansches positioniert. Dies hat sich als vorteilhaft erwiesen, da die metallisch ausgebildeten Flansche eine elektromagnetisch abschirmende Wirkung haben und dadurch die auftretenden elektrischen Felder auf ein Minimum reduzieren.

[0014] Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren noch näher erläutert werden.

[0015] Es zeigen:

Figur 1

eine schematische Schnittdarstellung eines nicht-erfindungsgemäßen Hochspannungsisolators

Figur 2

eine Ausführungsform eines nicht-erfindungsgemäßen Hochspannungsisolators

Figur 3

eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hochspannungsisolators.

[0016] Figur 1 zeigt einen nicht-erfindungsgemäßen Hochspannungsisolator 1 im vertikalen Querschnitt. Der Hochspannungsisolator 1 ist dabei vorzugsweise als hohler Verbundstoffisolator ausgebildet und umfasst ein im Wesentlichen rotationssymmetrisches Isolierrohr 2, welches in der Regel aus glasfaserverstärktem Epoxidharz besteht. An den Außenseiten des Isolierrohres 2 ist umfangsseitig eine wellenförmige Silikonbeschirmung 3 vorgesehen. An den jeweiligen Stirnseiten, d. h. den Anfangs- und Endstücken des Isolierohres 2, befinden sich formflüssig angeordnet, dieses am äußeren Umfang dichtend umgreifend, metallische Flansche 4 und 5, beispielsweise aus Aluminium. Gattungsgemäße Hochspannungsisolatoren 1, auch als Verbundisolatoren bezeichnet, werden am Markt beispielsweise unter dem Markennamen ReCoTec® von der Firma Reinhausen Power Composites GmbH vertrieben. Erfindungsgemäß werden nun derartige Hochspannungsisolatoren 1 um eine Überwachungseinrichtung, bestehend aus einem Aufnehmer 6 und einem Empfänger 7, erweitert. Der vorzugsweise als passiver Sensor ausgebildete Aufnehmer 6 ist dabei direkt an der inneren Mantelfläche des Isolierrohres 2 befestigt, insbesondere aufgeklebt und korrespondiert drahtlos mit dem Empfänger 7, der an der äußeren Mantelfläche der Silikonbeschirmung 3 befestigt ist. Der Empfänger 7 ist mittels einer Kabelverbindung 8 mit einer Messsignalauswerteeinrichtung 9 verbunden.

[0017] Im Unterschied zu Figur 1 ist in Figur 2 der Empfänger direkt an der äußeren Mantelfläche des Isolierrohres 2 angebracht und ebenfalls mittels einer Kabelverbindung 8 mit der Messsignalauswerteeinrichtung 9 verbunden.

[0018] In Figur 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hochspannungsisolators 1 schematisch dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind der Aufnehmer 6 und der im Wesentlichen gegenüberliegend angeordnete Empfänger 7 im Bereich des unteren Flansches 5 angeordnet. Ebenso wäre jedoch auch denkbar, Aufnehmer 6 und Empfänger 7 im Bereich des oberen Flansches 4 anzuordnen. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist der untere Flansch 5 eine Ausnehmung 10 auf, innerhalb der der Empfänger 7 positioniert ist. Die Kabelverbindung 8 wird über eine in dem unteren Flansch 5 vorgesehene Bohrung 11 mit dem Empfänger 7 verbunden.

Ansprüche

1. Hochspannungsisolator (1),
aufweisend ein im Wesentlichen rotationssymmetrisches Isolierrohr (2) aus glasfaserverstärktem Epoxidharz mit freiem Innenvolumen,
einen oberen und unteren metallischen Flansch (4, 5), der die jeweiligen Stirnseiten des Isolierrohres (2), umgreift und dessen freies Innenvolumen gegenüber der äußeren Atmosphäre luftdicht verschließt,
eine umfangsseitig am Isolierrohr (2) angebrachte Beschirmung (3) aus Silikon,
und einen an der Innenseite des Isolierrohres (2) vorgesehenen, als passiven Sensor ausgebildeten, Aufnehmer (6), der mit einem im Wesentlichen gegenüberliegend angeordneten Empfänger (7) drahtlos korrespondiert,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Empfänger (7) unmittelbar an der äußeren Umfangsseite des Isolierrohrs (2) befestigt und innerhalb einer Ausnehmung (10) eines der Flansche (4, 5) positioniert ist.

2. Hochspannungsisolator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Aufnehmer (6) zur Erfassung von physikalischen Größen wie Druck, Temperatur oder Feuchtigkeit geeignet ist.

3. Hochspannungsisolator nach Anspruch 1 oder 2
dadurch gekennzeichnet,
dass der Aufnehmer (6) ein akustischer Oberflächenwellen-Sensor ist.

4. Hochspannungsisolator nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Aufnehmer (6) an die Innenseite des Isolierrohres (2) geklebt ist.

Claims

1. High-voltage insulator (1),
comprising a substantially rotationally symmetrical insulating tube (2) of glassfibre-reinforced epoxy resin with a free internal volume,
an upper metallic flange (4) and lower metallic flange (5), which each surround a respective end of the insulating tube (2) and hermetically close the free internal volume thereof relative to the external atmosphere,
a screen (3) of silicon mounted circumferentially on the insulating tube (2),
and a pick-up (6), which is provided at the inner side of the insulating tube (2) and constructed as a passive sensor and which co-operates wirelessly with a substantially oppositely arranged receiver (7),
characterised in that
the receiver (7) is fastened directly at the outer circumferential side of the insulating tube (2) and positioned within a recess (10) of one of the flanges (4, 5).

2. High-voltage insulator according to claim 1, characterised in that the pick-up (6) is suitable for detecting physical magnitudes such as pressure, temperature and moisture.

3. High-voltage insulator according to claim 1 or 2, characterised in that the pick-up (6) is an acoustic surface-wave sensor.

4. High-voltage insulator according to any one of claims 1 to 3, characterised in that the pick-up (6) is glued to the inner side of the insulating tube (2).

Revendications

1. Isolateur haute-tension (1) comprenant :

un tube isolant (2) essentiellement symétrique en rotation réalisé en une résine époxy renforcée par des fibres de verre ayant un volume interne libre,

des brides métalliques supérieure et inférieure (4, 5) qui viennent en prise autour des faces frontales respectives du tube isolant (2) et ferment le volume interne libre de façon étanche à l'air par rapport à l'atmosphère extérieure,

un écran de protection (3) en silicone appliqué sur la périphérie du tube isolant (2), et un détecteur (6) situé sur la face interne du tube isolant (2) et réalisé en tant que capteur passif qui correspond par une liaison sans fil avec un récepteur (7) monté essentiellement en regard,

caractérisé en ce que

le récepteur (7) est fixé directement sur la face périphérique externe du tube isolant (2) et est positionné à la partie interne d'un évidement (10) de l'une des brides (4, 5).

2. Isolateur haute-tension conforme à la revendication 1,
caractérisé en ce que
le détecteur (6) est apte à détecter des grandeurs physiques telles que la pression, la température ou l'humidité.

3. Isolateur haute-tension conforme à la revendication 1 ou 2,
caractérisé en ce que
le détecteur (6) est un détecteur d'ondes acoustiques superficielles.

4. Isolateur haute-tension conforme à l'une des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce que
le détecteur (6) est collé sur la face interne du tube isolant (2).

Zeichnung