DE19654687A1 - Mastkopf zum Stützen von Leitern und dergleichen auf Masten für oberirdische Mittel- und Hochspannungsnetzleitungen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mastkopf zum Stützen von Leitern und dergleichen auf Masten für oberirdische Mittel- und Hochspannungsnetzleitungen.

Wie bekannt werden die Masten, die normalerweise zum Stützen von elektrischen Leitern für Mittel- und Hochspannungs­ netzleitungen bei einer vorschriftsmäßigen Höhe verwendet werden, für gewöhnlich mit einer Stahlgitter-ähnlichen Struktur bereitgestellt, die je nach den unvorhergesehenen Anforderungen unterschiedliche strukturelle Kombinationen erfordern.

Eine der Eigenschaften der Gitter-ähnlichen Strukturen besteht darin, daß sie die Verwendung von Isolatoren zur Verbindung der Leiter mit der Struktur auch in den kompaktesten Aufbauten, die Verwendung finden, benötigen.

Praktisch ist es notwendig, lange Arme bereitzustellen, um die Isolatoren aufzuhängen, so daß die entsprechenden Leiter von der Hauptstützstruktur ausreichend beabstandet gehalten werden.

In einigen Fällen, jedoch nur für Niederspannungsleitungen wurden Betonmasten bereitgestellt; diese sind jedoch sehr schwer und darüber hinaus ermöglichen sie nicht, einen ausreichenden dielektrischen Widerstand zu erreichen, da diese Masten auf ihrer Oberfläche Wasser aufnehmen können. Dementsprechend erfor­ dern die Betonmasten zusätzliche Strukturen wie beispielsweise Querarme oder dergleichen, um die Leiter zu stützen.

Glasfaserstrukturen wurden bereits für kleine Masten verwendet; diese haben jedoch mechanische Widerstandsprobleme im Falle von hohen mechanischen Lasten. Diese Nachteile wurden ebenfalls bei Verwendung von pultrudierten (oder zieh-strang­ gepreßten) Röhren festgestellt, da diese Lösungen, bei denen unidirektionelle Glasfaser verwendet werden, leicht Durchbie­ gungslasten widerstehen können, aber sie weisen einen geringen Widerstand in bezug auf die Torsionslasten auf, weshalb sie nicht zur Herstellung von Masten für oberirdische Mittel- und Hochspannungsnetzleitungen verwendet werden können.

Ein Ziel der Erfindung besteht in der Tat in der Beseiti­ gung der oben erwähnten Nachteile durch die Bereitstellung eines Mastkopfes, der es gestattet, die herkömmliche Verwendung von Porzellan- oder Verbundisolatoren zu beseitigen, die sperrig und schwer sind und außerdem die Verwendungen von Stützstrukturen erfordern, die sehr sperrig sind, und folglich beträchtliche Auswirkungen auf die Umwelt haben.

Innerhalb des oben erwähnten Ziels besteht eine besondere Aufgabe der Erfindung in der Bereitstellung eines Mastkopfes, der es gestattet, den Querraumbedarf zu verringern, und der des weiteren in bezug auf den Aufbau und der Montage wesentlich vereinfacht ist.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Mastkopfes, der vorgefertigt werden kann, und leicht zur Montagestelle transportiert werden kann.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Mastkopfes, der aufgrund seiner besonderen baulichen Eigenschaften in der Lage ist, die höchste Zuverlässigkeit und Sicherheit bei der Verwendung zu gewährleisten, und der weiterhin rein wirtschaftlich gesehen konkurrenzfähig ist.

Dieses Ziel, diese Aufgaben sowie weitere Aufgaben, die nachstehend ersichtlich sind, werden durch einen Mastkopf zum Stützen von Leitern und dergleichen auf Masten für oberirdische Mittel- und Hochspannungsnetzleitungen gemäß der Erfindung erfüllt, dadurch gekennzeichnet, daß er folgendes umfaßt:

zumindest einen rohrförmigen Abschnitt, der aus einem elektrisch isolierenden Verbundmaterial hergestellt ist, der an einer Stützstruktur angebracht ist;
Anbringungsflansche, die mit dem zumindest einen zum Stützen der elektrischen Leiter rohrförmigen Abschnitt verbunden sind, die entlang der Achse des zumindest einen rohrförmigen Abschnittes voneinander beabstandet sind.

Weitere Merkmale und Vorteile werden aus der Beschreibung einer bevorzugten, jedoch nicht ausschließlichen Ausführungsform eines Mastenkopfes zum Stützen eines Leiters und dergleichen auf Masten für oberirdische Mittel- und Hochspannungsnetzleitungen ersichtlich, die nur beispielhaft, aber nicht einschränkend in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht ist, wobei:

Fig. 1 eine Ansicht eines pfeilförmigen Mastes mit dem erfindungsgemäßen Mastkopfes zeigt;

Fig. 2 eine Ansicht eines bogenförmigen Mastes mit einem einzigen Kopf zeigt;

Fig. 3 eine Ansicht eines bogenförmigen Mastes mit einem Doppelkopf zeigt;

Fig. 4 eine schematische Ansicht eines Mastkopfes ist;

Fig. 5 eine vergrößerte Teilschnittansicht einer Einzelheit des Mastkopfes zur Verbindung des Leiters mit den Anbringungsflanschen zeigt;

Fig. 6 eine Schnittansicht entlang der Ebene VI-VI aus Fig. 5 zeigt; und

Fig. 7 eine schematische und schichtweise Ansicht des rohrförmigen Elementes, das aus Verbundmaterial besteht, zeigt.

Unter Bezugnahme auf die oben erwähnten Figuren wird der Mastkopf zum Stützen von Leitern und dergleichen auf Masten für oberirdische Mittel- und Hochspannungsnetzleitungen allgemein mit dem Bezugszeichen gekennzeichnet und besteht aus einem rohrförmigen Abschnitt 2, der aus einem elektrisch isolierenden Verbundmaterial hergestellt ist.

Der rohrförmige Abschnitt, der monolytisch oder durch eine Vielzahl von rohrförmigen Abschnitten, die zueinander axial ausgerichtet angeordnet sind, verwirklicht werden kann, weist die wichtige Eigenschaft auf, daß er sowohl das elektrische Isolierelement zum Stützen der Leiter als auch das Element, das strukturell die Leiter stützt, bereitstellt.

Um diese mechanischen Widerstandseigenschaften zu erhalten, wird der rohrförmige Abschnitt 2 - der zylindrischförmig oder konischförmig sein kann, und der im Falle von mehrfach zusammengebauten rohrförmigen Abschnitten mit unterschiedlichen Durchmessern in Übereinstimmung mit den lokalen Beanspruchungen, denen er widerstehen muß, verwirklicht werden kann - durch abwechselnde Schichten 2a und 2b mit langen Fasern verwirklicht, die vorteilhaft aus E-Glasfasern oder S-Glasfasern oder R-Glasfasern oder in einer Epoxy-Harz-Matrix eingebetteten Kevlarfasern bestehen.

Die Schicht 2a wird aus Fasern hergestellt, die axial verlaufen, und wechselt sich mit den Schichten 2b ab, die vorteilhaft Fasern mit einer axialen Ausrichtung aufweisen, die mit Fasern geflochten sind, die sich in spiralförmigen Muster winden, die einen gleichbleibenden Winkel an der entsprechenden zylindrischen Fläche besitzen, wobei sich die einen in eine Richtung und die anderen in die andere Richtung erstrecken.

Die axialen und die geflochtenen Schichten wechseln sich ab, so daß eine Schichtung entsteht, die so weit wie möglich homogen ist und in Übereinstimmung mit Wert ist, der dem (mit P_a bezeichneten) Prozentsatz der axialen Schichten zugeordnet wird. Es ist zu berücksichtigen, daß die axialen Schichten insbesondere den Biegungsmomenten widerstehen, während die Drehmomente besser von den umflochtenen Schichten widerstanden werden.

Man hat festgestellt, daß die besten Ergebnisse zum Erhalten eines Widerstandes auf eine maximale Last, die eine Mittel- und Hochspannungsleitung beansprucht, erreicht werden, während ein nicht zu hoher Rohrdurchmesser und eine nicht zu hohe Rohrdicke verwendet werden, wenn die axiale Schicht einen Prozentsatz P_a zwischen 0% (Null) und 80% besitzt und wenn die umflochtenen Schichten mit einem Spiral-Winkel α zwischen 10 und 50° relativ zur Achse bereitgestellt werden.

Wie vorstehend erwähnt erzeugen die Lasten, die den Mastkopf beanspruchen, starke Biegungsmomente und geringere Drehmomente. Der Biegungsmoment erzeugt Beanspruchungskomponen­ te, die senkrecht zur Axialrichtung verlaufen, so daß die Axialschichten hauptsächlich dazu beitragen, um einen Durchbiegungswiderstand bereitzustellen. Der Drehmoment erzeugt Beanspruchungskomponente, die normal in die Richtung verlaufen, die bei 45° in bezug auf die Achse verläuft, so daß die umflochtenen Schichten, in denen die Fasern in bezug auf die Achse mit einem Winkel geneigt sind, hauptsächlich zum Torsionswiderstand beitragen.

Die umflochtenen Schichten tragen des weiteren zur Bereitstellung der Stabilität der komprimierten axialen Fasern bei; je homogener und feiner die Abwechslung der zwei Schichttypen, desto effektiver wird die bereitgestellte Stabilität.

Das Ausmaß der Durchbiegungslasten im Falle von Hochspannung erfordert einen hohen Prozentsatz an axialen Schichten, während die Torsionslasten und die Stabilität der Fasern auf jeden Fall umflochtene Schichten erfordern, die nicht übermäßig kleine Umschlingungswinkel besitzen.

Auf den Mastkopf 1 werden Flansche 10 direkt angebracht, die aus Metall oder Isoliermaterial bestehen können, die entlang der axialen Richtung des Kopfes beabstandet sind, so daß der vorgeschriebene Abstand zwischen den verschiedenen Drähten eingehalten wird, mit dem Ziel, eine elektrische Entladung vorzubeugen.

Jeder Leiter 11 wird von einem kurzen Arm gestützt, dessen Länge so kurz wie möglich ist, damit der Ausleger und folglich die induzierten Belastungen auf ein Mindestmaß verringert werden.

Auf dem Mast ist vorteilhaft ein Überzug 20 aus Silikon-Gummi oder ähnliches vorgesehen, der vorteilhaft durch geneigte ringförmige Rippen 21 und 22 mit zueinander unterschiedlichem Durchmesser erhalten wird, die sich derart abwechseln, daß an jeder Rippe mit geringem Durchmesser ein Paar Rippen mit vergrößertem Durchmesser angrenzt und umgekehrt.

Diese technische Lösung mit geneigten ringförmigen Rippen gewährleistet den besten Schutz gegen die Ablagerung von Schmutzpartikeln auf der Oberfläche der Rippe, und außerdem ermöglicht die Abwechslung von Rippen mit zwei verschiedenen Durchmessern einen größeren Tropfabstand zwischen übereinander­ liegenden Rippen für die gleiche Anzahl von Fluchtlinien im Gegensatz zu einer Lösung mit Rippen gleichen Durchmessers.

Wie in Fig. 1 dargestellt, kann das Rohr 2 an einer pfeilartigen Stützstruktur 30 angebracht werden, in der der Mastkopf 1 mit den entsprechenden Flanschen 10 vertikal gestützt wird, wobei er mit einer seiner axialen Enden verbunden wird.

In Fig. 2 wird eine bogenförmige Lösung 31 dargestellt, in der der aus einem elektrisch isolierenden Verbundmaterial hergestellte Mastkopf vertikal angeordnet ist und in einen Bogen, der aus zwei Metallpfosten 31a und 31b unterschiedlicher Länge besteht, eingeführt wird, wobei der längste Pfosten in diesem bestimmten Beispiel 31b wahlweise geneigt wird.

Fig. 3 zeigt einen Mast mit einem bogenförmigen Aufbau und einem Doppelkopf, in dem zwei Köpfe ausgebildet sind, die durch rohrförmige Abschnitte 2 geformt sind, die vertikal angeordnet und in einen Bogen eingeführt sind, der aus zwei am oberen Bereich zusammengefügten Metallpfosten 32a gleicher Länge besteht.

Es soll zum oben Erwähnten hinzugefügt werden, daß es wahlweise möglich ist, die rohrförmigen Abschnitte mit einem isolierenden Polymermaterial zu füllen, das eine Isolierfunktion hat und das durch Bezugszeichen 40 gekennzeichnet ist, um der Bildung von Kondensation, die durch Feuchtigkeit der inneren Wände der Röhre entsteht, vorzubeugen.

Das Polymermaterial besitzt Eigenschaften, die eine elektrische Isolierung bereitstellen, eine niedrige Dichte, die Fähigkeit an die inneren Wände mit einer ausreichenden Biegsamkeit zu haften, um sich jeder elastischen Verformung ohne Brüche, Reißen oder Wandablösungen anzupassen.

Das Polymermaterial kann in Form von geflossenporigem Schaum wie beispielsweise Polyuretan- oder Silikonschaum bereitgestellt werden.

Alternativ dazu kann das Material die Form von Gel oder eines weichgemachten Harzes besitzen, vorzugsweise des Silikon- oder Polyuretan-Typs.

Das Material kann den Zusatz von geeigneten Stoffen erhalten, so daß es selbstlöschende Eigenschaften aufweist.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß die von der Erfindung angestrebten Ziele und Aufgaben erfüllt werden, und insbesondere wird die Tatsache hervorgehoben, daß die Verwendung eines Mastkopfes, der eher aus einem Glasfaserverbundmaterial als aus einem Keramikmaterial besteht, den Vorteil aufweist, daß der spezifische Widerstand des Verbundmaterials - d. h. das Verhältnis zwischen dem Widerstand und dem spezifischen Gewicht - und die spezifische Steifheit des Materials - d. h. das Verhältnis zwischen der Steifheit und dem spezifischen Gewicht - wesentlich besser sind als jene von Porzellan, so daß für eine gleiche Last ein Porzellan-isolierter Kopf viel sperriger und schwerer als ein Verbundkopf ist.

Porzellan ist aufgrund der geringen Nachgiebigkeit viel zerbrechlicher und folglich ist ein Porzellanmastkopf viel schwieriger bei der Montage zu handhaben und weniger wider­ standsfähig bei Zerstörungshandlungen oder bei außergewöhnlichen Naturereignissen, die beim Betrieb auftreten, wie beispielsweise Erdbeben.

Außerdem ermöglicht die Wahl der langfaserigen Verbundmate­ rialien die Optimierung der mechanischen Widerstand- und Stei­ figkeitseigenschaften, wobei das Vorhandensein der umflochtenen Fasern einen hohen Drehmoment-Widerstand gestatten.

Auf der Grundlage des oben Erwähnten, ist es daher möglich, einen Mastkopf bereit zustellen, der durch Beseitigung herkömmli­ cher Isolatoren, auch den Mittel- und Hochspannungsleitungen gestattet, die Leiter mit sehr kurzen horizontalen Armen zu stützen, die voneinander axial beabstandet sind, wodurch eine bedeutende Verringerung des Volumens des Mastaufbaus miteinher­ geht und dementsprechend die Umweltbelastung viel geringer ist.

Die so ausgearbeitete Erfindung kann zahlreichen Abänderun­ gen und Varianten unterzogen sein, die in den Schutzumfang des gleichen Erfindungsgedanken fallen fallen.

Außerdem können alle Einzelheiten durch andere technisch äquivalente Elemente ersetzt werden.

Praktisch können die verwendeten Materialien, soweit sie mit der spezifischen Verwendung übereinstimmen, sowie die betreffenden Ausmaße und Formen gemäß den Anforderungen geändert werden.

Claims (17)

1. Mastkopf zum Stützen von Leitern und dergleichen auf Masten für oberirdische Mittel- und Hochspannungsnetzleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß er folgendes umfaßt:
zumindest einen rohrförmigen Abschnitt (2), der eine strukturelle Funktion besitzt, aus einem elektrisch isolierenden Verbundmaterial hergestellt ist, und an einer Stützstruktur (30; 31; 32) angebracht ist; und Anbringungsflansche (10) zum Stützen der elektrischen Leiter (11), die mit dem zumindest einen rohrförmigen Abschnitt (2) verbunden sind und entlang der Achse des zumindest einen rohrförmigen Abschnittes (2) voneinander beabstandet sind.

2. Mastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Vielzahl von rohrförmigen Abschnitten (2a, 2b) umfaßt, die derart angeordnet sind, daß sie zueinander axial ausgerichtet sind.

3. Mastkopf nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Element (2) eine im wesentlichen zylindrische Form aufweist.

4. Mastkopf nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zumindest eine rohrförmige Element (2) eine konische Form besitzt.

5. Mastkopf nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Abschnitte (2a, 2b) unterschiedliche Durchmesser aufweisen in Übereinstimmung mit den lokalen Beanspruchungen, denen der Mast (1) ausgesetzt ist.

6. Mastkopf nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine rohrförmige Abschnitt (2) durch in Längsrichtung verlaufende langfaserige Schichten (2a) bereitgestellt wird, die sich mit umflochtenen Schichten (2b) abwechseln, die Fasern aufweisen, die im wesentlichen in Längsrichtung verlaufen mit Fasern, die entlang spiralförmigen Mustern verlaufen.

7. Mastkopf nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, der Prozentsatz, in dem die axialen Schichten (2a) in dem zumindest einen rohrförmigen Abschnitt (2) vorhanden sind, zwischen 0 (Null) und 80% liegt.

8. Mastkopf nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die umflochtenen Schichten (2b) umflochtene Fasern umfassen, die einen Winkel α von 10 bis 50° in bezug auf die Achsen der rohrförmigen Abschnitte (2) bildet.

9. Mastkopf nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Mehrzahl von Flanschen (10) umfaßt, die mit dem zumindest einen rohrförmigen Abschnitt (2) zum Stützen der Leiter (11) verbunden sind.

10. Mastkopf nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er auf dem zumindest einen rohrförmigen Abschnitt (2) zumindest einen Überzug (20) umfaßt, der durch eine Mehrzahl von geneigten ringförmigen Rippen (21, 22) besteht, die nebeneinander angeordnet sind.

11. Mastkopf nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die geneigten ringförmi­ gen Rippen (21, 22) abwechselnde und zueinander unterschiedliche Durchmesser aufweisen, wobei die Rippen (22) mit dem kleineren Durchmesser zwischen zwei Rippen (21) mit größerem Durchmesser angebracht sind.

12. Mastkopf nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (20) aus einem Silikon-Gummi besteht.

13. Mastkopf nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützstruktur (30; 31; 32) zwei Pfosten (31a, 31b; 32a, 32b) besitzt, die ein Stützbein für den zumindest einen rohrförmigen Abschnitt (2) bilden.

14. Mastkopf nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützstruktur (31) einen bogenförmigen Aufbau aufweist, der auf zwei Pfosten (31a, 31b) unterschiedlicher Länge bereitgestellt wird, wobei das zumindest eine rohrförmige Element (2) am kürzeren Pfosten (31a) dazwischen gelegt ist.

15. Mastkopf nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützstruktur (32) zwei miteinander verbundene Metallpfosten (32a, 32b) gleicher Länge aufweist, wobei auf jedem der zumindest eine rohrförmige Abschnitt (2) dazwischen gelegt ist.

16. Mastkopf nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Füllung (40) umfaßt, die aus einem Polymermaterial besteht, das im Inneren des zumindest einen rohrförmigen Abschnittes (2) eingefügt ist.

17. Mastkopf zum Stützen von Leitern und dergleichen auf Masten für oberirdische Mittel- und Hochspannungsnetzleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß er eine oder mehrere der beschriebe­ nen und/oder dargestellten Merkmale aufweist.