HOCHSPANNUNGSISOLATOR MIT LICHTBOGENSCHUTZRING

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Hochspannungsisolator (1) umfassend einen Langstabisolator (10) mit einem Schaft (11) und daran angeordneten kreisförmigen Schirmen (12), eine Isolatorkappe (2) am oberen Ende des Langstabisolators (10) zur Befestigung des Hochspannungsisolators (1) an einem Hochspannungsmast und einen, die Isolatorkappe (2) oder den der Isolatorkappe (2) nächstliegenden Teil des Langstabisolators (10) umgebenden Lichtbogenschutzring (3), wobei wenigstens der oberste, der Isolatorkappe (2) nächstliegende Schirm (12) des Langstabisolators (10) als Schutzschirm (12') für die anderen Schirme (12") ausgebildet ist, wobei der maximale Durchmesser der anderen Schirme (12") wenigstens 30 mm kleiner ist als der Innendurchmesser des Lichtbogenschutzrings (3), der Durchmesser des wenigstens einen Schutzschirms (12') wenigstens 10 mm kleiner ist als der Innendurchmesser des Lichtbogenschutzrings (3) und der Durchmesser des wenigstens einen Schutzschirms (12') wenigstens 20 mm größer ist als der maximale Durchmesser der anderen Schirme (12").

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Hochspannungsisolator mit Lichtbogenschutzring.

[0002] Überirdische Hochspannungsleitungen sind regelmäßig über Hochspannungsmasten geführt. Um die Hochspannungsmasten elektrisch von den Hochspannungsleitungen zu trennen, sind an den Aufhängungspunkten zwischen den Hochspannungsleitungen und den Hochspannungsmasten jeweils Hochspannungsisolatoren vorgesehen. Dabei kommen häufig Langstabisolatoren zum Einsatz, die an Traversen des Hochspannungsmastes aufgehängt sind und an deren freien Ende die Hochspannungsleitung befestigt ist.

[0003] In Einzelfällen - bspw. aufgrund eines Blitzschlages oder auch durch stark verschmutzte Isolatoren - kann es zu einem Spannungsüberschlag über dem Hochspannungsisolator kommen, der sich als den eigentlichen Isolator überbrückenden Lichtbogen manifestiert. Um Beschädigungen des Isolators durch das dabei auftretende heiße Lichtbogenplasma zu vermeiden, sind sog. Lichtbogenschutzringe bekannt. Die Lichtbogenschutzringe sind dabei an beiden Enden des eigentlichen Isolators angeordnet und umgeben den Isolator im Wesentlichen ringförmig. Da die Lichtbogenschutzringe aus Metall und somit elektrisch leitend sind, bildet sich der Lichtbogen entweder unmittelbar zwischen den Lichtbogenschutzringen oder die Fußpunkte des Lichtbogens wandern kurz nach der Entstehung des Lichtbogens zu den Lichtbogenschutzringen. In der Folge wird ein direkter Kontakt bzw. eine unmittelbare Nähe zwischen dem Lichtbogen und dem eigentlichen Isolator nur kurzfristig bestehend oder vollständig vermieden. Dadurch können Beschädigungen an dem Isolator reduziert werden.

[0004] Auch wenn die Hochspannungsisolatoren grundsätzlich ausreichend für die gewünschte Isolation zwischen Hochspannungsleitung und Hochspannungsmast ausgelegt sind, kommt es immer wieder zu den bereits genannten Erdschlüssen und Erdkurzschlüssen, bei denen ein Hochspannungsisolator überbrückt wird und die daran befestigte Hochspannungsleitung über den Hochspannungsmast mit dem Erdpotential verbunden wird. Je nach Sternpunktbehandlung des Hochspannungsnetzes und der Dauer der Netzstörung können diese einpoligen Fehler massive Auswirkungen auf nachgelagerte Netze und angeschlossene Verbraucher haben, weshalb es im Stand der Technik Bestrebungen gibt, diese Störungen zu reduzieren und die Betriebssicherheit zu erhöhen.

[0005] Da als eine Ursache für das Auftreten von Erdschlüssen und Erdkurzschlüssen die Entstehung eines Lichtbogens auf den Hochspannungsisolatoren durch unmittelbar auftreffenden oder abgelagerten Vogeldreck - insbesondere in Kombination mit Feuchtigkeit - identifiziert wurde, schlägt bspw. die technische Spezifikation der Internationalen Elektrotechnischen Kommission IEC/TS 60815-1:200 - Auswahl und Bemessung von Hochspannungsisolatoren für die Anwendung unter Verschmutzungsbedingungen - Teil 1: Begriffe, Informationen und allgemeine Grundlagen vor "... Abschreckungsvorrichtungen oder Vogelstangen anzubringen, die an die örtliche Fauna und an die Konstruktion angepasst sind", um zu vermeiden, dass sich Vögel oberhalb der Hochspannungsisolatoren auf den Hochspannungsmasten niederlassen, ihr Geschäft verrichten und so die Hochspannungsisolatoren verschmutzen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass durch entsprechende Vorrichtungen Erdschlüsse und Erdkurzschlüsse nur in überschaubaren Umfang reduziert werden können.

[0006] Auch sind Schutzvorrichtungen bekannt, bei denen unmittelbar am Hochspannungsmast oberhalb der Hochspannungsisolatoren auf den Masttraversen Überdachungen vorgesehen werden, die zum Fernhalten von Vogeldreck von den Hochspannungsisolatoren ausgebildet sind. Auch wenn über entsprechende Überdachungen die Verschmutzung der Hochspannungsisolatoren deutlich reduziert werden kann, weisen die Überdachungen gemäß dem Stand der Technik einige Nachteile auf. So sind die Kosten für die Beschaffung und die Montage der Überdachungen erheblich, die Maststatik insbesondere bei Eis, Schnee und Starkwind wird negativ beeinflusst und Wartungsarbeiten an den Masttraversen und den Hochspannungsisolatoren werden erschwert.

[0007] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Hochspannungsisolator mit Lichtbogenschutzring zu schaffen, bei der die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile nicht mehr oder nur noch in vermindertem Umfang auftreten.

[0008] Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Hochspannungsisolator gemäß dem Hauptanspruch. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

[0009] Demnach betrifft die Erfindung einen Hochspannungsisolator umfassend einen Langstabisolator mit einem Schaft und daran angeordneten kreisförmigen Schirmen, einer Isolatorkappe am oberen Ende des Langstabisolators zur Befestigung des Hochspannungsisolators an einem Hochspannungsmast und einem, die Isolatorkappe oder den der Isolatorkappe nächstliegenden Teil des Langstabisolators umgebenden Lichtbogenschutzring, wobei wenigstens der oberste, der Isolatorkappe nächstliegende Schirm des Langstabisolators als Schutzschirm für die anderen Schirme ausgebildet ist, wobei der maximale Durchmesser der anderen Schirme wenigstens 30 mm kleiner ist als der Innendurchmesser des Lichtbogenschutzrings, der Durchmesser des wenigstens einen Schutzschirms wenigstens 10 mm kleiner ist als der Innendurchmesser des Lichtbogenschutzrings und der Durchmesser des wenigstens einen Schutzschirms wenigstens 20 mm größer ist als der maximale Durchmesser der anderen Schirme.

[0010] Erfindungsgemäß ist demnach vorgesehen, wenigstens einen der am Langstabisolator vorgesehenen kreisförmigen Schirme - nämlich wenigstens den der Isolatorkappe nächstliegende und damit oberste Schirm - als Schutzschirm für die anderen Schirme auszugestalten, wobei die Funktionalität des Isolators oder des Lichtbogenschutzrings nicht eingeschränkt werden soll. Mit "anderen Schirmen" sind dabei diejenigen Schirme eines Langstabisolators bezeichnet, die nicht als Schutzschirme oder einem Schutzschirm entsprechend ausgebildet sind.

[0011] Der wenigstens eine als Schutzschirm ausgestaltete Schirm des Langstabisolators soll dabei einen um wenigsten 20 mm größeren Radius aufweisen als die anderen Schirme, wobei insbesondere bei alternierenden Durchmessern der anderen Schirme auf den größten Durchmesser der anderen Schirme abgestellt wird. Es hat sich gezeigt, dass durch einen entsprechend größeren Durchmesser des Schutzschirmes bereits ein ausreichender Schutz gegenüber Verschmutzung der darunterliegenden anderen Schirme mit Vogeldreck erreicht werden kann.

[0012] Der auf einem Schutzschirm gelandete Vogeldreck kann bei Regen, der aufgrund des größeren Durchmessers insbesondere auf die als Schutzschirme ausgebildeten Schirme auftritt, abgewaschen werden, sodass ein Selbstreinigungseffekt auftritt. Dies gilt insbesondere für den obersten, als Schutzschirm ausgestalteten Schirm des Langstabisolators. Dabei ist aufgrund des um wenigstens 20 mm größeren Durchmessers der Schirme sichergestellt, dass der von denen als Schutzschirme ausgestalteten Schirmen abgelöste Vogeldreck nicht auf den darunterliegenden anderen Schirmen landet.

[0013] Indem erfindungsgemäß weiterhin vorgesehen ist, dass der Durchmesser des wenigstens einen als Schutzschirm ausgebildeten Schirm um wenigstens 10 mm kleiner ist als der Innendurchmesser des Lichtbogenschutzrings, wird sichergestellt, dass weder der Lichtbogenschutz beeinträchtigt noch die als Schutzschirme ausgestalteten Schirme beim Auftreten eines Lichtbogens beschädigt werden. Insbesondere wenn nur der oberste Schirm des Isolators als Schutzschirm ausgebildet ist, kann ein Abstand von 10 mm zwischen Schirm und Schutzring ausreichend sein, da aufgrund der sich aus der unmittelbaren Nähe zwischen Schirm und Schutzring in axialer Richtung des Langstabisolators ergebenden Geometrie bei Auftreten eines Lichtbogens mit einem Fußpunkt am Lichtbogenschutzring dieser Schirm ausreichend vom Lichtbogen beabstandet ist und keine Beschädigungen zu erwarten sind. Die anderen Schirme sind aufgrund des um wenigstens 30 mm gegenüber dem Innendurchmesser des Lichtbogenschutzringes geringeren Durchmessers ebenfalls ausreichend vor Beschädigungen durch einen Lichtbogen geschützt.

[0014] Es ist bevorzugt, wenn der Durchmesser des wenigstens einen Schutzschirms wenigstens 17,5 mm und/oder höchstens 42,5 mm kleiner ist als der Innendurchmesser des Lichtbogenschutzrings. Durch die genannte Untergrenze wird dabei sichergestellt, dass neben den obersten Schirm auch andere als Schutzschirme ausgebildete Schirme ausreichend vor Beschädigungen durch einen evtl. auftretenden Lichtbogen geschützt sind. Durch die maximale Durchmesserdifferenz von 42,5 mm wird sichergestellt, dass sich der eine Fußpunkt eines evtl. an dem Langstabisolator entstehender Lichtbogen unmittelbar auf den Lichtbogen-Schutzring bewegt.

[0015] Vorzugsweise ist der Durchmesser des wenigstens einen Schutzschirms höchstens 40 mm größer als der maximale Durchmesser der anderen Schirme. Ein um maximal 40 mm größerer Durchmesser der Schutzschirme ist ausreichend, um die anderen Schirme vor der Ablagerung von Vogeldreck zu schützen und bei Regen eine leitfähige Benetzung der anderen Schirme mit einem Gemisch aus Wasser und Vogeldreck zu verhindern. Gleichzeitig kann durch eine entsprechende Begrenzung der Durchmesserdifferenz in der Regel erreicht werden, dass die Armaturen zur Befestigung des Hochspannungsisolators sowie der Lichtbogenschutzring gegenüber einem Isolator gemäß dem Stand der Technik mit vergleichbaren Isolationseigenschaften unverändert bleiben kann.

[0016] Es ist bevorzugt, wenn der unterste, von der Isolatorkappe am weitesten entfernte Schirm entsprechend einem Schutzschirm ausgebildet ist. Auch wenn dieser unterste Schirm gegenüber den anderen Schirmen keine Schutzwirkung gegen Vogeldreck entfalten kann, ist eine Ausgestaltung entsprechend einem Schutzschirm - also insbesondere mit vergleichbarem Durchmesser - vorteilhaft für Transport und Lagerung des Hochspannungsisolators bzw. dessen Langstabisolators.

[0017] Es ist weiter bevorzugt, wenn wenigstens ein nicht an einem Ende des Langstabisolators befindlicher Schirm als Schutzschirm ausgebildet ist. Indem ein innenliegender Schirm des Langstabisolators als Schutzschirm ausgeführt ist - also einen mit den anderen Schutzschirmen vergleichbaren oder gleichen Durchmesser aufweist -, kann die Gefahr des Durchbrechens des Langstabisolators bei Transport und Lagerung in horizontaler Lage weiter reduziert werden. Insbesondere bei langen Isolatoren kann ein innenliegender Schutzschirm auch die darunterliegenden Schirme vor Verschmutzung von oben, die nicht bereits durch den obersten Schutzschirm abgehalten wurde, schützen.

[0018] Wenigstens zwei benachbarte andere Schirme des Langstabisolators können unterschiedliche Ausladungen haben. Das Alternieren von Schirmdurchmessern beschränkt sich dann nicht mehr nur auf Paarungen von Schutzschirmen und anderen Schirmen, sondern umfasst ausdrücklich auch wenigstens zwei benachbarte andere Schirme. Durch unterschiedliche Ausladungen jeweils benachbarter Schirme kann die Kriechstrecke über den Isolator verlängert werden.

[0019] Der Langstabisolator kann wenigstens zehn, vorzugsweise wenigstens fünfzehn Schirme umfassen und/oder aus Keramik oder glasfaserverstärktem Kunststoff sein. Insbesondere kann der Langstabisolator gemäß den Normen DIN EN 61466/2 (Verbund-Langstabisolator) oder DIN 48006/2 (Langstabisolator) ausgebildet sein, wobei die als Schutzschirm ausgebildeten Schirme Abwandlungen von diesen Normen darstellen. Die einzelnen Schirme des Langstabisolators können an ihrer Außenkante umlaufende Tropfkanten aufweisen. Der Hochspannungsisolator kann auch an seinem unteren Ende einen Lichtbogenschutzring aufweisen.

[0020] Die Erfindung wird nun anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Es zeigen:

Figur 1:

ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hochspannungsisolators mit Lichtbogenschutzring; und

Figur 2:

ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hochspannungsisolators mit Lichtbogenschutzring.

[0021] In Figur 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hochspannungsisolators 1 dargestellt.

[0022] Der Hochspannungsisolator 1 umfasst einen Langstabisolator 10, der an seinem oberen Ende mit einer Isolatorkappe 2 verbunden ist. Über diese als Gabelkappe ausgestaltete Isolatorkappe 2 lässt sich der Hochspannungsisolator 1 bspw. an einer Traverse eines Hochspannungsmasts befestigten. An dem unteren Ende des Langstabisolators 10 ist ebenfalls eine als Gabelkappe ausgestaltete Isolatorkappe 2' vorgesehen. An dieser unteren Isolatorkappe 2' kann die Hochspannungsleitung befestigt werden. Um die Isolatorkappen 2, 2' ist jeweils ein Lichtbogenschutzring 3, 3' angeordnet, welche die jeweiligen Enden des Langstabisolators 10 umgeben. Die Lichtbogenschutzringe 3, 3' sind dabei als Metallringe ausgebildet, die im Falle eines Lichtbogens über den Hochspannungsisolator Fußpunkte bilden können, über den der Lichtbogenstrom in die Erde abgeleitet wird. Dabei können die beiden Lichtbogenschutzringe 3, 3' Hornableiter aufweisen, um selbstverlöschend zu sein.

[0023] Der Langstabisolator 10 ist aus Keramik gefertigt und umfasst einen Schaft 11 und daran angeordnete kreisförmige Schirme 12. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwanzig Schirme 12 vorgesehen. Der Langstabisolator 10 und damit auch die Schirme 12 sind im Wesentlichen gemäß der Norm DIN 48006/2 ausgeführt, wobei sämtliche Schirme 12 an ihrer Außenkante umlaufende Tropfkanten 13 aufweisen. In der Folge kann es sich auch bei den Isolatorkappen 2, 2' und den Lichtbogenschutzringen 3, 3' ebenfalls um standardisierte Bauteile handeln.

[0024] Abweichend von der genannten Norm ist jedoch der oberste, also der oberen Isolatorkappe 2 nächstliegende Schirm 12 des Langstabisolators 10 als Schutzschirm 12' ausgestaltet. Während die anderen, nicht als Schutzschirme ausgebildeten Schirme 12" einen maximalen Durchmesser aufweisen, der um ca. 37,5 mm kleiner ist als der Innendurchmesser der Lichtbogenschutzringe 3, 3' ist der Durchmesser des Schutzschirmes 12' nur um ca. 17,5 mm kleiner als der Innendurchmesser des oberen Lichtbogenschutzringes 3. Der Durchmesser des Schutzschirms 12' ist somit um ca. 20 mm größer als der maximale Durchmesser der anderen Schirme 12".

[0025] Durch die Ausgestaltung des obersten Schirms 12 des Langstabisolators 10 als Schutzschirm 12' werden die darunter liegenden anderen Schirme 12" vor Vogeldreck geschützt. Gleichzeitig wird die Funktionalität der Lichtbogenschutzringe 3, 3' in keiner Weise eingeschränkt.

[0026] In Figur 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hochspannungsisolators 1 dargestellt. Der Hochspannungsisolator 1 gleicht dabei in weiten Teilen demjenigen aus Figur 1, weshalb auf die obigen Ausführungen verwiesen wird. Lediglich der Langstabisolator 10 ist, wie nachfolgend erläutert, von dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 abweichend ausgeführt.

[0027] Der Langstabisolator 10 ist erneut aus Keramik gefertigt und umfasst einen Schaft 11 und daran angeordnete kreisförmige Schirme 12, wobei jedoch grundsätzlich jeweils benachbarte Schirme 12 unterschiedliche Ausladungen bzw. Durchmesser haben. Die Schirme 12 sind jeweils analog zur Norm DIN 48006/2 ausgeführt und weisen - wenn auch in Figur 2 nicht explizit dargestellt - jeweils eine Tropfkante 13 (vgl. Figur 1) auf.

[0028] Der oberste, der oberen Isolatorkappe 2 nächstliegende Schirm 12 des Langstabisolators 10 und ein mittig und somit nicht am Ende des Langstabisolators 10 befindlicher Schirm 12 sind jeweils als Schutzschirm 12', der unterste, der unteren Isolatorkappe 2' nächstliegende Schirm entsprechend einem Schutzschirm 12' ausgestaltet. Die fraglichen Schirme 12' weisen einen Durchmesser auf, der um ca. 17,5 mm kleiner ist als der Innendurchmesser der beiden Lichtbogenschutzringe 3, 3'. Gleichzeitig ist der Durchmesser dieser Schirme 12 um ca.
20 mm größer als der maximale Durchmesser derjenigen Schirme 12", die nicht als Schutzschirm 12' oder entsprechend einem Schutzschirm 12' ausgestaltet sind. Somit ergibt sich bei den größeren der nicht als Schutzschirme 12' ausgebildeten anderen Schirme 12" ein gegenüber dem Innendurchmesser der Lichtbogenschutzringen 3, 3' um ca. 37,5 mm kleinerer Durchmesser, während die kleineren der anderen Schirme im dargestellten Ausführungsbeispiel um ca. 47,5 mm kleiner sind als der genannte Innendurchmesser.

[0029] Die Schutzschirme 12' am oberen Ende sowie in der Mitte des Langstabisolators 10 bieten gegenüber den jeweils darunterliegenden Schirmen 12" einen Schutz vor Verschmutzung, insbesondere durch Vogeldreck. Der entsprechend einem Schutzschirm 12' ausgebildete unterste Schirm 12 des Langstabisolators 10 erleichtert zusammen mit den anderen Schutzschirmen 12' im Wesentlichen den Transport und die Lagerung des Langstabisolators 10 in horizontaler Lage, insbesondere auch bevor die Isolatorkappen 2, 2' am Langstabisolator 10 angebracht werden.

Ansprüche

1. Hochspannungsisolator (1) umfassend einen Langstabisolator (10) mit einem Schaft (10) und daran angeordneten kreisförmigen Schirmen (12), eine Isolatorkappe (2) am oberen Ende des Langstabisolators (10) zur Befestigung des Hochspannungsisolators (1) an einem Hochspannungsmast und einen, die Isolatorkappe (2) oder den der Isolatorkappe (2) nächstliegenden Teil des Langstabisolators (10) umgebenden Lichtbogenschutzring (3),
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens der oberste, der Isolatorkappe (2) nächstliegende Schirm (12) des Langstabisolators (10) als Schutzschirm (12') für die anderen Schirme (12") ausgebildet ist, wobei der maximale Durchmesser der anderen Schirme (12") wenigstens 30 mm kleiner ist als der Innendurchmesser des Lichtbogenschutzrings (3), der Durchmesser des wenigstens einen Schutzschirms (12') wenigstens 10 mm kleiner ist als der Innendurchmesser des Lichtbogenschutzrings (3) und der Durchmesser des wenigstens einen Schutzschirms (12') wenigstens 20 mm größer ist als der maximale Durchmesser der anderen Schirme (12").

2. Hochspannungsisolator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Durchmesser des wenigstens einen Schutzschirms (12') wenigstens 17,5 mm und/oder höchstens um 42,5 mm kleiner ist als der Innendurchmesser des Lichtbogenschutzrings (3).

3. Hochspannungsisolator nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Durchmesser des wenigstens einen Schutzschirms (12') höchstens 40 mm größer ist als der maximale Durchmesser der anderen Schirme (12").

4. Hochspannungsisolator nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der unterste, von der Isolatorkappe (2) am oberen Ende des Langstabisolators (10) am weitesten entfernte Schirm (12) entsprechend einem Schutzschirm (12') ausgebildet ist.

5. Hochspannungsisolator nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens ein nicht an einem Ende des Langstabisolators (10) befindlicher Schirm (12) als Schutzschirm (12') ausgebildet ist.

6. Hochspannungsisolator nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens zwei benachbarte andere Schirme (12) des Langstabisolators (10) unterschiedliche Ausladungen haben.

7. Hochspannungsisolator nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Langstabisolator (10) wenigstens zehn, vorzugsweise wenigstens fünfzehn Schirme umfasst.

8. Hochspannungsisolator nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Langstabisolator (10) aus Keramik oder glasfaserverstärktem Kunststoff ist.

Zeichnung