Isolator von stabartiger Gestalt. Um bei Hochspannungsisolatoren, die als Stützer oder Hänger verwendet werden, bei denen also,die Spannung zwischen den beiden Enden .des Isolators herrscht, eine möglichst hohe Übersehlagsspannung zu erzielen, muss man die Feldstärke in der Längserstreckung des Isolators möglichst gleichmässig machen, öder anders ausgedrückt, man muss den tiqui- potentiaIflächen, die auf dem -Isolator enden, möglichst gleichen Abstand verschaffen.
Es ist bereits eine Anordnung bekannt, bei der ein rohrartiger Isolator, an dem die Spannung zwischen den beiden Enden des Rohres herrscht, zylindrisch gegeneinander gestaffelte, leitende Einlagen im Innern des Isoliermaterials aufweist, die ein radiales elektrisches Feld hervorrufen und durch die das achsiale Feld an den Rändern der Ein lagen und damit an der Oberfläche des Iso- lators beeinflusst wird. Die mittleren Um fangslinien der zylindrischen Einlagen liegen auf der Mantelfläche eines Kegels. Eine der artige Anordnung hat den- Vorteil, dass es sich durch geeignete Bemessung der Einlagen erreichen lässt, das Feld über die.
ganze Längserstreckung des Isolators einigermassen gleichmässig zu verteilen, während bei ge wöhnlichen rohr- oder knüppelartigen Isola toren ohne Einlagen eine starke Feldkonzen tration an den Enden des Isolators statt findet.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Weiterbildung dieser bekannten Anordnung. Erfindungsgemäss liegen die Enden der lei tenden zylindrischen Einlagen auf doppel- kegelartigen. Flächen. Die Staffelung der Einlagen in Form von ein oder mehreren Doppelkegeln hat gegenüber der bekannten Anordnung, bei der nur ein Kegel vorhanden ist, 'den Vorteil, dass die Wandstärke des Iso- lators ganz erheblich vermindert werden kann. Beispielsweise beträgt die Wandstärke bei der Ausbildung der leitenden Einlagen in Form eines Doppelkegels gegenüber einem einfachen Kegel nur etwa die' Hälfte.
Sind mehrere Doppelkegel vorhanden, so vermin dert sich die Wandstärke noch wesentlich mehr. Abbildung 1 der Zeichnung zeigt einen derartigen Stütz- oder Hängeisolator an einem Ausführungsbeispiel. Das Isolierrohr 1 ist in bekannter Weise aus Papier gewickelt, Z und 3 sind die beiden Kappen an den En den des Isolators. In das Innere des Isolier materials sind nun metallische Einlagen 5, zum Beispiel aus Stanniol, eingewickelt. Die Einlagen besitzen die Form von in achsialer Richtung verhältnismässig kurzen Zylindern; ausserdem sind sie in achsialer Richtung ge geneinander gestaffelt, so dass die Enden der leitenden Einlagen auf einem Doppelkegel mit dem Öffnungswinkel a bezw. den Mantel linien 6 und 7 liegen.
Die Einlagen bilden also eine kapazitive Kette zwischen den bei den gegeneinander zu isolierenden Endteilen und 3. Die Spannung im Isolator ist dann längs den schrägen Mantellinien 6 und 7 der gegeneinander gestaffelten leitenden Bele gungen einigermassen gleichmässig verteilt, da die Neigung dieser Mantellinien gegen die Achse des zylindrischen Isolators nur gering ist, so ist die Spannung und daher das Feld auch an der innern und äussern Oberfläche des Rohrisolators sehr gleichförmig. Die Lage der Xquipotentialflächen im Isolator bezw. in seiner nächsten Umgebung ist in Abbildung 1 durch die Linien 9 angedeutet.
Die Stärke der Staffelung der einzelnen Zwischenschichten bezw. die Neigung der Mittellinien 6 und 7 oder der Öffnungswin kel a des Ziegels bestimmt das Verhältnis der radialen zur achsialen Feldstärke im Isola tor. Um einen Durchschlag im Isolator zu vermeiden, wird man daher den Öffnungs winkel a. so wählen, da.ss die Durchschlags spannung höher liegt als die Überschlagsspan- nunb. Bei einem aus Papier gewickelten Iso lator kann man das Verhältnis der Durch schlagsfestigkeit und der Oberflächenfestig keit des Papiers bis zu etwa 15 wählen.
Da durch ist auch der Kegelwinkel a gegeben, er beträgt dann etwa 3 bis 4'.
Ohne Berücksichtigung der Feldstreuung oder der Nebenkapazitäten muss man zur gleichmässigen Aufteilung der Spannung längs der kapazitiven Kette die Kapazität zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Ein lagen gleich gross machen. Berücksichtigt. man die Nebenkapazität jedes Belages gegen den einen und den andern der zu isolierenden Metallteile (der beiden Fassungen 3 und 3), so führt man die Grösse der Kapazitäten zweckmässig ein wenig verschieden aus, und zwar so, dass die Spannungsverteilung bei Einschluss der Wirkung der kapazitiven Ne benströme gleichförmig genug wird.
Es kann aber auch wünschenswert sein, die Span nungsaufteilung längs der Mantelfläche des Isolators nicht nur gleichmässig zu machen, sondern noch einen Schritt weiter zu gehen und die Feldstärken an den mit Metallfas sungen oder Kappen bewehrten Enden noch weiter zu verringern. Dazu ist es nur erfor derlich, die Kapazität der Belegungen in der Nähe der Kappen 3 und 4 gegeneinander ein wenig grösser zu halten, so dass die Spannung bei ihrer Verteilung über alle hintereinander geschalteten Kapazitäten dort geringer bleibt. Hierdurch wird ein Überschlag am Isolator, der im allgemeinen von den metalli schen Kappen ausgeht, auch bei hohen Über spannungen sehr weitgehend verringert.
Abbildung ? der Zeichnung zeigt an der Kurve 10 die Spannungsverteilung an einem Isolator etwa gemäss der Abbildung 1. wenn dieser keine leitenden Einlagen besitzt. Die Gerade 11 gibt die gleichförmige Spannungs verteilung an, wenn die Kapazität zwischen den einzelnen Z.wisclienschichten etwa, gleich gross ist. Die Kurve 1? zeigt die Spannungs verteilung an, wenn die Kapazität der Zwi schenschichten an den Enden des Isolators grösser ist als in der Mitte.
Die gegeneinander gestaffelten zylindri schen Einlagen im Isolator sind zweekmässig alle durch eine gleichstarke Isolationsschicht voneinander getrennt. Bei gleicher achsiaier Länge der einzelnen zylindrischen Einlagen ergeben sich aber dabei je nach der Grösse des Radius der einzelnen Einlagen verschie dene Kapazitäten für diese. Umeine gleich mässige Kapazitätsaufteilung in einem sol- chen Fall zu erreichen, kann man den zylin drischen Schichten mit geringerem Durch messereine grössere achsiale Länge geben als denen, die in der Nähe des Aussenmantels lie gen. Abbildung 3 der Zeichnung zeigt eine derartige Anordnung.
Die einzelnen zylindri schen gegeneinander gestaffelten Einlagen verlaufen hier nur an der einen Seite ihrer Ränder längs den Mantellinien ö und 7 eines Kegels, während die Begrenzungslinie für die zweiten Ränder infolge der grösseren achsia- len Länge der innern Einlagen nach einer Kurve 8 verläuft. Selbstverständlich könnte man aber die Anordnung auch so wählen, dass, ähnlich wie bei der Anordnung nach Figur 1, die einzelnen Einlagen mit ihren mittleren Umfangslinien auf den Mantel linien eines Kegels liegen, so dass in Abbil dung 3 die Ränder der Einlagen beiderseitig auf gekrümmten Linien liegen.
Abbildung 4 zeigt einen Hängeisolator, bei dem die Zwischenschichten drei Doppelkegel bilden, so dass bei gleicher Isolierlänge nur ein Drittel der Wandstärke wie in Abbildung 1 notwendig ist. Man kann auf diese Weise rohrförmige Isolatoren herstellen, die auch bei einer höheren Spannung bei ihrer grossen erforderlichen Isolationslänge nur mässige Wandstärke benötigen.
Die Anordnung der einzelnen zylindri schen Einlagen längs der b1antelfläche von einem oder mehreren Doppelkegeln ermög licht auch eine leichte Befestigung der Me tallfassungen oder Kappen an dem Ende des Isolators, ohne dass dabei die leitenden Schichten verletzt werden. Die Metallfassung am Ende des Isolators kann zum Beispiel nach Abbildung 5 der Zeichnung in denjeni gen Teil des Isolators eingeschraubt werden. den keine leitenden Einlagen besitzt.
Am einfachsten erscheint die Herstellung des neuen Isolators zunächst bei Verwendung von aufgewickeltem Papier als Baustoff. Bei Verwendung für das Freie muss man den Iso lator alsdann durch einen Lacküberzug oder durch einen keramischen Überwurf wetter beständig machen oder ihn durch Regen- schirme gegen Zersetzung schützen. Man kann das gleiche Prinzip aber auch bei Isola toren aus Porzellan, Glas oder beliebigem an dern Material anwenden, indem man mehrere Rohre einzeln oder nacheinander herstellt und die leitenden Einlagen in den Zwischen schichten der übereinander zu schiebenden Rohre anordnet.
An Stelle von eingewickel ten Metallfolien wird man hier besser eine Metallbespritzung anwenden, die beim Aus einanderbrennen der verschiedenen Rohre haltbarer ist und einen besseren Luftabschluss gewährleistet.
In jedem Falle können die leitenden Ein lagen in ganz beliebiger Weise aufgebaut werden: als Metallfolien, als Drahtgewebe, als dünne Fäden, als aufgespritzte Schichten usw. Wesentlich ist nur, dass sie eine ausrei chende, an sich nicht hohe Leitfähigkeit be sitzen, .die den erforderlichen .Ausgleich der Spannung längs der Einlagen bewirkt.
Rod-like insulator. In order to achieve the highest possible surge voltage in high-voltage insulators that are used as supports or hangers, i.e. where the voltage prevails between the two ends of the insulator, the field strength in the longitudinal extension of the insulator must be made as uniform as possible, or in other words , the liquid potential surfaces that end on the insulator must be as equidistant as possible.
An arrangement is already known in which a tube-like insulator, on which the voltage prevails between the two ends of the tube, has conductive inserts in the interior of the insulating material which are cylindrically staggered against one another and which cause a radial electric field and through which the axial field the edges of the inserts and thus on the surface of the insulator. The middle To circumferential lines of the cylindrical deposits lie on the surface of a cone. Such an arrangement has the advantage that it can be achieved by suitable dimensioning of the deposits, the field over the.
to distribute the entire length of the isolator fairly evenly, while in the case of conventional tubular or stick-type isolators without inserts, a strong field concentration takes place at the ends of the isolator.
The present invention relates to a further development of this known arrangement. According to the invention, the ends of the leading cylindrical inserts lie on double cones. Surfaces. The staggering of the inserts in the form of one or more double cones has the advantage over the known arrangement in which there is only one cone that the wall thickness of the insulator can be reduced quite considerably. For example, when the conductive inserts are designed in the form of a double cone, the wall thickness is only about half that of a simple cone.
If there are several double cones, the wall thickness is reduced even more. Figure 1 of the drawing shows such a support or suspension insulator in one embodiment. The insulating tube 1 is wrapped in a known manner from paper, Z and 3 are the two caps on the En of the insulator. In the interior of the insulating material, metallic inserts 5, for example made of tinfoil, are now wrapped. The deposits are in the form of cylinders that are relatively short in the axial direction; They are also staggered in the axial direction ge against each other, so that the ends of the conductive inserts on a double cone with the opening angle a respectively. the jacket lines 6 and 7 are.
The deposits thus form a capacitive chain between the end parts and 3 to be insulated from one another. The voltage in the insulator is then fairly evenly distributed along the inclined surface lines 6 and 7 of the mutually staggered conductive coverings, since the inclination of these surface lines against the axis of the cylindrical insulator is only small, the voltage and therefore the field on the inner and outer surface of the pipe insulator is very uniform. The position of the Xquipotentialflächen in the insulator respectively. in its immediate vicinity is indicated in Figure 1 by the lines 9.
The strength of the graduation of the individual intermediate layers respectively. the inclination of the center lines 6 and 7 or the opening angle a of the brick determines the ratio of the radial to the axial field strength in the Isola gate. In order to avoid a breakdown in the insulator, the opening angle a. Choose so that the breakdown voltage is higher than the flashover voltage. In the case of an insulator wound from paper, the ratio between the dielectric strength and the surface strength of the paper can be up to about 15.
Since the cone angle α is also given, it is then about 3 to 4 '.
Without taking into account the field spread or the secondary capacities, the capacitance between two successive layers must be made the same in order to split the voltage evenly along the capacitive chain. Considered. if the secondary capacitance of each coating is compared to one and the other of the metal parts to be insulated (of the two sockets 3 and 3), then the size of the capacities is expediently a little different, namely in such a way that the voltage distribution with the inclusion of the effect of the capacitive Secondary currents becomes uniform enough.
However, it may also be desirable not only to make the voltage distribution along the outer surface of the insulator even, but to go one step further and further reduce the field strengths at the ends reinforced with metal brackets or caps. To do this, it is only necessary to keep the capacity of the assignments in the vicinity of the caps 3 and 4 against each other a little larger, so that the voltage remains lower there when it is distributed over all capacities connected in series. As a result, a flashover on the insulator, which generally starts from the metallic caps, is very largely reduced, even at high voltages.
Illustration ? The drawing shows on curve 10 the voltage distribution on an insulator approximately according to Figure 1. if it has no conductive inserts. The straight line 11 indicates the uniform voltage distribution when the capacitance between the individual intermediate layers is approximately the same. The curve 1? shows the voltage distribution when the capacitance of the interlayers at the ends of the insulator is greater than in the middle.
The staggered cylindrical inserts in the insulator are all separated from one another by an insulating layer of equal thickness. With the same axial length of the individual cylindrical deposits, there are different capacities for them depending on the size of the radius of the individual deposits. In order to achieve an even distribution of capacity in such a case, the cylindrical layers with a smaller diameter can be given a greater axial length than those in the vicinity of the outer jacket. Figure 3 of the drawing shows such an arrangement.
The individual cylindrical inserts staggered against one another run here only on one side of their edges along the surface lines 6 and 7 of a cone, while the boundary line for the second edges runs along a curve 8 due to the greater axial length of the inner inserts. Of course, you could also choose the arrangement so that, similar to the arrangement according to Figure 1, the individual inlays lie with their central circumferential lines on the envelope lines of a cone, so that in Figure 3 the edges of the inlays on both sides on curved lines lie.
Figure 4 shows a suspension insulator in which the intermediate layers form three double cones, so that with the same insulation length, only a third of the wall thickness as in Figure 1 is necessary. In this way, tubular insulators can be produced which, even at higher voltages, require only moderate wall thicknesses with their large required insulation length.
The arrangement of the individual cylindrical inserts along the outer surface of one or more double cones also enables the metal mountings or caps to be easily attached to the end of the insulator without damaging the conductive layers. The metal socket at the end of the isolator can be screwed into the part of the isolator as shown in Figure 5 of the drawing, for example. which has no conductive deposits.
The easiest way to manufacture the new insulator initially appears to be using wound paper as the building material. When used outdoors, the insulator must then be made weatherproof with a varnish coating or a ceramic cover, or it must be protected against decomposition with umbrellas. The same principle can also be used for isolators made of porcelain, glass or any other material by producing several tubes individually or one after the other and placing the conductive inserts in the intermediate layers of the tubes to be pushed one on top of the other.
Instead of wrapped metal foils, it is better to use metal spraying, which is more durable when the various pipes burn out and ensures better air exclusion.
In any case, the conductive layers can be built up in any way: as metal foils, as wire mesh, as thin threads, as sprayed-on layers, etc. The only important thing is that they have a sufficient conductivity that is not inherently high the necessary balancing of tension along the inserts.