Höehstspannungsisolator für niederfrequente Kraftübertragungsanlagen. Elektrische Isolatoren, die sich in freier Luft befinden, werden namentlich bei hohen Übertragungsspannungen der üblichen Wech selzahl ebenso wie bei hohen Gleichspannun gen stark beansprucht. Sie sollen auch in mehr oder weniger verschmutztem Zustande viele Jahre lang ohne Reinigung unverändert Sicherheit gewährleisten.
Eine Überschlags sicherheit muss auch bei gleichzeitigem Regen, der chemische Bestandteile oder Staub ent hält, oder bei Nebel und starken Temperatur schwankungen, die ebenfalls Niederschläge, Verkrustungen und Versalzungen auf der Oberfläche der Isolatoren, namentlich durch elektrische Anziehung der Schmutz- und Nebelteilchen, begünstigen, vorhanden sein. Durch diese Einflüsse werden Teile der Ober fläche des Isolators gewissermassen zu flä chenhaften und scharfkantigen Halbleitern, so dass die Ausbildung der elektrischen Fel der gegenüber dem trockenen und auch nas sen Zustande ohne Verschmutzung wesent lich verändert und ungünstiger werden.
Im neuen, trockenen Zustande des Isolators sind bekanntlich die Schirm- oder Rippenoberflä- chen so gelegt, dass sie überall reit den Flä chen gleicher Spannung um die Elektrode herum im allgemeinen recht spitze Winkel einschliessen, während die Induktionslinien senkrecht zu den Flächen gleicher Spannung und daher auch meist steil zu den Oberflä chen der Schirme und Rippen,
aber zum Bei spiel bei einem gedrehten Stabisolator fast parallel zur der Erzeugenden der äussern Oberfläche des Strunkes und daher beinahe senkrecht zu den Rippenflächen des Stabes verlaufen und durch die Rippen hindurch gehen. Die Schirm- und Rippenflächen sind also im sauberen Zustande im Gegensatz zum Beispiel zur freien Strunkoberfläche durch eine verhältnismässig sehr geringe Spannung tangential beansprucht. Allgemein wirkt sich diese ungleiche Spannungsverteilung bei einer Verschmutzung der gesamten Oberfläche des Isolators ungünstig aus.
Im Zuge der Induk- tions-Iinien zwischen den Elektroden und zw- schen den Schirmen oder Rippen und durch diese hindurch wechselt die Feldstärke etwa im umgekehrten Verhältnis der Dielektrizi- tätskonstanten :der Luft zu der des -festen Isolierstoffes, so da.ss die Luft und die ver schmutzten Grenzschichten teilweise, zum Bei spiel an einem Stabstrunk, sehr viel höher be ansprucht sind, als der feste Isolierstoff selbst.
Zur Erhöhung der Festigkeit gegen Ver schmutzung bewährte sich bereits in einem gewissen Grade eine veränderte äussere Ge staltung der Oberflächen, zum Beispiel an Stütz-, Hänge-, Abspann-, Verbund-, Rippen- und Schirmstabisolatoren, Überwürfen oder Mänteln aus Isolierstoff. Hierbei werden be sonders ausgestaltete volle Schirme und Rip pen an den betreffenden Isolatoren ange bracht.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass durch die Verschmutzung der ihr ausgesetzten Oberflächenteile des Isolators ungünstige und völlig unberechenbare Feld bildungen zwischen den Elektroden entstehen. Durch Mittel der Erfindung soll daher die Feldbildung an den Schirmen und Rippen des Isolators günstig erhalten werden. Diese Aufgabe löst die Erfindung, indem am Iso lator mindestens einzelne der Schirme und Rippen hohl ausgebildet sind.
Die Fig. 1 bis 4 veranschaulichen bei spielsweise Ausführungsformen des Erfin dungsgegenstandes. Dargestellt sind ein Kappen-, ein Verbund- bezw. Stab- und ein Durchführungs- oder Stützerisolator. Diese weisen Hohlräume 1 innerhalb der Schirme 2 oder Rippen 3 bezw. 1.3 auf.
Für die Füllung der einen Verschmut zung und Feuchtigkeit nicht ausgesetzten Hohlräume 1 eignet sich zum Beispiel eiii trockenes Gas oder ein Gasgemisch, wie Luft, am besten. Die Durchschlagsfestigkeit des Gases kann in bekannter Weise durch er höhten Druck gesteigert werden. Es genügen dabei im allgemeinen Überdrücke von noch nicht einer Atmosphäre.
Isolierende Flüssig keiten oder durch vorübergehende Erwär mung flüssig gemachte, sonst feste Massen eignen sich ebenfalls für die Füllung der Hohlräume 1, wenn die Dielektrizitätskon- stanten noch erheblich kleiner sind, als die des Materials des Isolatorkörpers 5 bezw. 16 bezw: 9. Elektrisch bietet ein körniger oder pulveriger Stoff, zum Beispiel Quarzsand, zur weitgehenden Ausfüllung der Hohlräume 1 ebenfalls noch Vorteile.
Auch eine Flüssig keit oder das Gas in den Poren einer körni gen Füllung in dein Hohlraum 1 können zwecl@mässigerweise unter Überdruck gehal ten sein.
Die Fig. 1 zeigt einen Kappenisolator 5 einer daraus gebildeten Kette von zwei der artigen Isolatoren 5. Innerhalb des darge stellten Schirmes ?, zur Hälfte sowohl im Schnitt als auch in Ansicht gezeichnet, ist ein ringförmiger und im Querschnitt ovaler Hohlraum 1 mit trockener Gasfüllung unter geringem Überdruel,: angeordnet. Dadurch er hält der Schirm ? äusserlich eine mehrfach grössere Dicke als bei den bekannten Aus führungsformen. Die Ausbildung jedes Iso- lators 5 innerhalb seiner Kappe 4, und diese selbst sowie der Klöppel 15 und dessen Be festigung erfolgt in bekannter Weise.
Der Klöppel 15 ist nur infolge der auch aussen nutzbar gemachten grossen Dicke des Schir mes 2 etwas länger als sonst. Aus Fig. 1 ist ohne weiteres zu ersehen, dass die Induktions linien zwischen den Kappen 4 bezw. resul tierend zwischen den beiden Elektroden einer s Isolatorenkette infolge des nach der Erfin dung in jedem Isolator 5 angeordneten Hohl raumes 1. und dessen Füllung mehr als bei den bekannten Isolatoren um den Hohlraum herum verlaufen. Deshalb ist auch die Span- s nungsverteilung auf den äussern verschmutz ten Flächen der Schirme 2 gleichmässiger als bei vollen Schirmen.
Der elektrische Anflug des Staubes wird dadurch ebenfalls gleich mässiger und weniger schädlich als ohne Hohlräume 1.
In Fig. 2 ist ein Verhundstabisolator, im wesentlichen bestehend aus dem Strunk 6 und dem Mantel 16 mit Rippen 3, die hohl ausgebildet sind, dargestellt. Die Hohlräume 1 innerhalb der Rippen 3 sind dabei zweck mässig, auch zur Vereinfachung der Herstel lung, mit dem Hohlraum des Mantels 16 vereinigt. Die Hohlrippen 3 weisen wieder eine gleichmässigere Spannungsverteilung auf der aussen verschmutzten Oberfläche auf als die bekannten Vollrippen. Der innere tra gende Strunk 6 des Verbundisolators besitzt Wulste 7 nahe den in üblicher Weise konisch ausgeführten Enden B. Diese Ausführung kommt insbesondere für Verbundisolatoren aus keramischem Stoff in Frage.
Der vor dem Aufsetzen der normalen Kappe 4 über den Strunk 6 geschobene Mantel 16 schliesst mit den Enden schon im rohen Zustande an den Wulsten 7 eng an und beide Teile 6 und 16 lassen sich im Ofen zum Beispiel mittels Glasur zusammenbrennen. Die Teile 6 und 16 lassen sieh an den Wulsten 7 aber auch durch bekannte Kittung leicht und dicht ver binden. Die Ausrüstung des Mantels 16 mit Hohlrippen 3 hat auch zur Folge, dass mecha nische Dehnungen und Wärmespannungen infolge der Elastizität des Mantels 16 in der Längsrichtung an den Verbindungsstellen bezw. Wulsten 7 vermieden werden.
Wegen der Zugbeanspruchung im Mantel 16 ist der innere Überdruck in den Hohlräumen 1 bei einem Verbundisolator gering zu halten. Die obere Kappe 4 ist in bekannter Weise auf das Strunkende S des Stabes 6 aufgebracht.
Zur Ausbildung der Rippen, deren Schnittfläche bisher der Fläche eines gleich schenkligen Dreiecks glich, an Isolatoren nach der Erfindung erscheint es mit Rücksicht auf den Kraftlinienverlauf insbesondere vor teilhaft, die Schenkelflächen, sowohl inner halb als auch ausserhalb der Hohlrippen 13 angenähert senkrecht aufeinander stehen zu lassen. Dies ist in Fig. 3 angedeutet. Der Mantel 26 besteht dann ausserdem, abgesehen von den beiden kragenförmigen Teilen an den Befestigungsstellen mit den Wulsten 7, prak tisch nur noch aus Rippen 13 ohne ein an genähert zylindrisches, durch die Hohlrippen unterbrochenes Mantelstück.
Um die Bruch- und Lichtbogensicherheit des Mantels 16 zu erhöhen, kann dieser in an sich bekannter Weise aus Quarz hergestellt werden, während der' Stab 6 wie üblich aus einem zugfesten keramischen Stoff besteht. Bei Verwendung von durchsichtigem Quarz für den Mantel 16 lässt sich das darin gegebe nenfalls unter Druck enthaltene Gas färben. Die Bruchsicherheit kann auch durch geeig nete Stützen zwischen dem Strunk und denn Mantel 16 erhöht werden.
In Fig. 4 ist ein Durchführungsisolator 9 mit Schirmen 2 gezeigt. Der Isolator 9 kann auch als Stützen Verwendung finden. Die Hohlräume 1 innerhalb der Schirme 2 rei chen bis weit in das Fleisch des rohrförmigen Körpers 19 des Isolators 9 hinein. Dadurch kann eine Induktionslinie nicht gut an der , verschmutzten Oberfläche des Körpers 19 entlang -zwischen den Fassungs- und Kappen elektroden auf kürzestem Wege verlaufen, sondern. russ um die Hohlräume 1 herum mehr oder weniger ausweichen, so dass die Spannungsverteilung auf der Oberfläche des Isolators 9 eine günstige ist.
Um den Kör per 19 an den Ansatzstellen der Hohlschirme 2 nicht zu sehr zu schwächen, sind in dem innern, abgeschlossenen und daher der Ver= schmutzung -nicht ausgesetzten Teile des Iso- lators 9 Wulste 12 vorgesehen. Die Über gänge von dem Körper 19 in die Wulste 12 sind allmähliche, ebenso wie die Hohlräume 1 keine scharfen spitzen Winkel aufweisen sollen. Jeder Hohlraum 1 kann an dem Iso lator 9 für sich gefüllt sein.
Es ist aber manchmal auch zweckmässig, durch ein ein ziges feines Bohrloch jeden Hohlraum 1, etwa am zugehörigen Wulste 12, mit dem grossen Innenraum des Isolators 9 in einen Druck ausgleich zu bringen: Bei der Herstellung eines gedrehten, also nicht gegossenen Porzellanisolators nach der Erfindung erscheint die Herstellung der Hohlräume 1 zum Beispiel in den Schirmen 2 der Isolatoren nach den Fig. 1 und 4 nicht ohne weiteres ausführbar. An' Hand : der Fig. 4 ,sollen daher noch nähere Erklärungen gegeben werden.
Der Isolator 9 wird-gewöhn- lieh in rohem Zustande aus so vielen Teilen, wie Schirme 2 vorhanden sein sollen, ange fertigt. Jeder Hohlschirm -2 kann also für sieh beiderseits zusammen mit ringförmigen Stücken des' Körpers 19 hergestellt werden. An dem mittleren Schirm 2 der Fig. 4 ist im Schnitt eine ringförmige Öffnung im obern Teil angedeutet, in die ein trapezförmi> ger Porzellanring 10 eingesetzt ist.
Im rohen Zustande besteht also die bekannte Möglich keit, den Hohlraum 1 mit einem Werkzeug, das durch die zunächst hergestellte Ringöff nung im Schirm 2 eingeführt wird, auszu drehen. Danach wird der Hohlraum 1 durch den nicht geteilten Ring 10 im ungebrannten Zustande verschlossen und schliesslich im Brande in dichte und feste Verbindung finit dem Schirm 2 gebracht. Die vorübergehende Öffnung des Hohlraumes 1 ist derart ge wählt, dass sie elektrisch und mechanisch an günstiger Stelle liegt.
An allen Isolatoren nach der Erfindung kann ein für sich bestehender Hohlraum 1 zweckmässigerweise dadurch unter Überdrucl_ gesetzt werden, dass im fertigen Zustande zunächst an geeigneter Stelle ein feines Bohr loch angebracht, .durch dieses hindurch eine ganz geringe Menge eines entzündbaren Pul vers eingefüllt und -der Zündsatz nach Ver- kittung des Bohrloches entflammt wird.
Da: nach, ist der Hohlraum 1 mit Verbrennungs gasen unter geringem Überdruck gefüllt. Das brennbare Pulver darf seiner Zusammen setzung nach auf der Fläche des Hohlraumes keine leitenden Beläge hinterlassen, sondern es muss sich möglichst ganz in isolierendes Gas verwandeln. Die Entzündung und Ver brennung kann durch Erwärmung von aussen, durch das Einwirken von Hochfrequenzfel- Bern oder durch eine andere Energieart, zum Beispiel Ultraschall, eingeleitet und durch- geführt werden.
Aus der Beschreibung ist zu ersehen, dass die äussere und innere Form der Schirme und Rippen aufeinander abgestimmt sein müssen. Es sind daher noch sehr viele andere For men der Schirme und Rippen an Isolatoren nach der Erfindung möglich, die in der Zeichnung nicht weiter dargestellt sind.
Extra high voltage isolator for low frequency power transmission systems. Electrical insulators that are in the open air are particularly stressed at high transmission voltages of the usual Wech as well as at high DC voltages conditions. Even if they are more or less soiled, they should guarantee unchanged safety for many years without cleaning.
A rollover safety must also be provided in the event of simultaneous rain that contains chemical components or dust, or in the event of fog and strong temperature fluctuations, which also favor precipitation, encrustation and salinity on the surface of the insulators, namely through electrical attraction of the dirt and mist particles, to be available. As a result of these influences, parts of the upper surface of the insulator become, to a certain extent, planar and sharp-edged semiconductors, so that the formation of the electrical fields in comparison to the dry and also wet states without contamination are changed and less favorable.
In the new, dry state of the insulator, as is well known, the screen or rib surfaces are placed in such a way that they generally enclose the surfaces of the same voltage around the electrode at very acute angles, while the induction lines are perpendicular to the surfaces of the same voltage and therefore also mostly steep to the surfaces of the screens and ribs,
but in the case of a twisted rod insulator, for example, they run almost parallel to the generatrix of the outer surface of the shank and therefore almost perpendicular to the rib surfaces of the rod and go through the ribs. The shield and rib surfaces are thus in the clean state, in contrast to, for example, the free trunk surface, tangentially stressed by a relatively very low stress. In general, this uneven voltage distribution has an unfavorable effect if the entire surface of the insulator is soiled.
In the course of the induction lines between the electrodes and between the screens or ribs and through them, the field strength changes roughly in the inverse ratio of the dielectric constant: that of the air to that of the solid insulating material, so that the air and some of the dirty boundary layers, for example on a rod trunk, are subject to much higher loads than the solid insulating material itself.
To increase the resistance to contamination, a modified external design of the surfaces has already proven itself to a certain extent, for example on support, suspension, tensioning, composite, rib and shielding rod insulators, throws or sheaths made of insulating material. Here, specially designed full screens and ribs are attached to the insulators in question.
The invention is based on the knowledge that unfavorable and completely unpredictable field formations arise between the electrodes due to the contamination of the surface parts of the insulator exposed to it. By means of the invention, the field formation on the shields and ribs of the insulator should therefore be obtained favorably. This object is achieved by the invention in that at least some of the screens and ribs are hollow on the isolator.
Figs. 1 to 4 illustrate embodiments of the invention in example embodiments. Shown are a cap, a composite or. Rod and a bushing or post insulator. These have cavities 1 within the screens 2 or ribs 3 respectively. 1.3 on.
For example, a dry gas or a gas mixture, such as air, is best suited for filling the cavities 1 that are not exposed to contamination and moisture. The dielectric strength of the gas can be increased in a known manner by increasing the pressure. In general, overpressures of not yet one atmosphere are sufficient.
Insulating liquids or otherwise solid masses made liquid by temporary heating are also suitable for filling the cavities 1 if the dielectric constants are considerably smaller than those of the material of the insulator body 5 or respectively. 16 and 9. Electrically, a granular or powdery substance, for example quartz sand, also offers advantages for largely filling the cavities 1.
A liquid or the gas in the pores of a granular filling in the cavity 1 can also be kept under excess pressure.
Fig. 1 shows a cap insulator 5 of a chain formed therefrom of two of the type insulators 5. Inside the Darge presented screen ?, half drawn both in section and in view, is an annular cavity 1 with an oval cross section and a dry gas filling low overpressure,: arranged. Thereby he holds the screen? Externally, a thickness several times greater than that of the known embodiments. The formation of each insulator 5 within its cap 4, and this itself as well as the clapper 15 and its attachment, takes place in a known manner.
The clapper 15 is only slightly longer than usual as a result of the large thickness of the screen 2 which has also been made usable externally. From Fig. 1 it can be readily seen that the induction lines between the caps 4 respectively. resulting between the two electrodes of an insulator chain as a result of the inven tion in each insulator 5 arranged cavity 1. and its filling run more than in the known insulators around the cavity. For this reason, the voltage distribution on the externally soiled surfaces of the screens 2 is more even than with full screens.
The electrical approach of the dust is also more even and less harmful than without cavities 1.
In Fig. 2, a rod insulator, consisting essentially of the shank 6 and the jacket 16 with ribs 3, which are hollow, is shown. The cavities 1 within the ribs 3 are expediently, also to simplify the manufacture, combined with the cavity of the shell 16. The hollow ribs 3 again have a more even distribution of stress on the externally contaminated surface than the known solid ribs. The inner tra lowing shank 6 of the composite insulator has beads 7 near the conventionally conical ends B. This design is particularly suitable for composite insulators made of ceramic material.
The sheath 16 pushed over the shank 6 before the normal cap 4 is put on closes with the ends in the raw state on the beads 7 and both parts 6 and 16 can be fired together in the oven, for example by means of glaze. The parts 6 and 16 can see on the beads 7 but also bind easily and tightly ver by known cement. The equipment of the shell 16 with hollow ribs 3 also has the consequence that mechanical strains and thermal stresses due to the elasticity of the shell 16 BEZW in the longitudinal direction at the connection points. Bulges 7 are avoided.
Because of the tensile stress in the jacket 16, the internal overpressure in the cavities 1 must be kept low in the case of a composite insulator. The upper cap 4 is applied to the stem end S of the rod 6 in a known manner.
For the formation of the ribs, the sectional surface of which has so far resembled the surface of an equilateral triangle, on insulators according to the invention it appears particularly advantageous, with regard to the course of the force lines, to make the leg surfaces, both inside and outside the hollow ribs 13, approximately perpendicular to each other . This is indicated in FIG. 3. The jacket 26 then also consists, apart from the two collar-shaped parts at the fastening points with the beads 7, practically table only from ribs 13 without an approximately cylindrical, interrupted by the hollow ribs jacket piece.
In order to increase the resistance to breakage and arcing of the jacket 16, it can be made of quartz in a manner known per se, while the rod 6 consists of a tensile ceramic material as usual. When using transparent quartz for the jacket 16, the gas contained therein, if necessary, can be colored under pressure. The break resistance can also be increased by suitable supports between the shank and the jacket 16.
In Fig. 4 a bushing insulator 9 with screens 2 is shown. The insulator 9 can also be used as supports. The cavities 1 within the screens 2 are rich in the flesh of the tubular body 19 of the insulator 9. As a result, an induction line cannot run along the shortest path along the dirty surface of the body 19 between the socket and cap electrodes, but rather. soot more or less evade around the cavities 1, so that the stress distribution on the surface of the insulator 9 is favorable.
In order not to weaken the body too much at the attachment points of the hollow screens 2, beads 12 are provided in the inner, closed and therefore not exposed parts of the insulator 9. The transitions from the body 19 to the beads 12 are gradual, just as the cavities 1 should not have any sharp acute angles. Each cavity 1 can be filled on the isolator 9 for itself.
But it is sometimes also expedient to bring each cavity 1, for example on the associated bead 12, into a pressure equalization with the large interior of the insulator 9 through a single fine drill hole: When producing a rotated, i.e. not cast, porcelain insulator according to the invention the production of the cavities 1, for example in the shields 2 of the insulators according to FIGS. 1 and 4, does not appear to be readily feasible. With reference to FIG. 4, more detailed explanations should therefore be given.
The insulator 9 is usually made in the raw state from as many parts as there should be screens 2. Each hollow screen 2 can therefore be produced on both sides together with annular pieces of the body 19. On the middle screen 2 of FIG. 4, an annular opening in the upper part is indicated in section, into which a trapezoidal porcelain ring 10 is inserted.
In the raw state so there is the known possibility of turning the cavity 1 with a tool that is introduced through the ring opening in the screen 2 initially produced, trainees. Thereafter, the cavity 1 is closed by the non-split ring 10 in the unfired state and finally brought into a tight and firm connection with the screen 2 in the fire. The temporary opening of the cavity 1 is selected in such a way that it is electrically and mechanically in a favorable place.
On all insulators according to the invention, an existing cavity 1 can expediently be put under overpressure in that in the finished state a fine drill hole is first made in a suitable location, through which a very small amount of an inflammable powder is filled and -der Ignition charge is ignited after the borehole has been cemented.
Since: after, the cavity 1 is filled with combustion gases under slight overpressure. According to its composition, the flammable powder must not leave any conductive deposits on the surface of the cavity, but rather it must be transformed into an insulating gas as completely as possible. The ignition and combustion can be initiated and carried out by heating from the outside, by the action of high-frequency fields or by another type of energy, for example ultrasound.
From the description it can be seen that the outer and inner shape of the screens and ribs must be coordinated with one another. There are therefore very many other For men the screens and ribs on insulators according to the invention possible, which are not shown in the drawing.