Selbstreinigender Freiluft-Hochspannungsisolator. Es sind zwei Arten von FreiluftJHochspan- nungsisolatoren bekannt, nämlich Isolatoren mit Regenschutzschirmen und selbstreinigende Isolatoren. Den Isolatoren mit Regenschutz- schirmen wird fast ausschliesslich der Vorzug gegeben. Bei diesen Isolatoren sind die Schirme so geformt, dass bei Regen unter den .Schirmen Trockenzonen bestehen bleiben.
Die Spannung verteilt sich dann bei Regen so, dass der Hauptteil der Spannung an den Trockenzonen liegt, während die nassen Teile nar einen Bruchteil der Spannung tragen. Diese Isolatoren haben den Nachteil, dass sich die an den Trockenzonen niederschlagenden Verunreinigungen mit der Zeit verstärken. Dadurch wird die überschlagsspannung des Isolators, wenn sich bei Tau und Nebel eine Wasserhaut bildet, herabgesetzt.
Dies beruht darauf, dass sich beim Feuchtwerden der Ver unreinigungen die spezifische Leitfähigkeit der Wasserhaut auf der Isolatoroberfläche sehr stark erhöht, da sich die in den Verun reinigungen enthaltenen leitenden Bestand teile lösen. Um die dadurch hervorgerufene Herabsetzung der überschlagsspannung zu vermeiden, ist es notwendig, die Isolatoren in um so kürzeren Zeitabständen zu reinigen, je grösser die Verschmutzungsgefahr ist. In Fig.l der Zeichnung ist als Beispiel eines solchen Isolators ein Glockenisolator mit wei ten Schirmen dargestellt, wobei die bei Regen trocken bleibenden Zonen mit a-b bzw.
c-d bzw. e -f bezeichnet sind. An diesen Stellen bilden sich mit der Zeit starke Schmutzschichten.
Der selbstreinigende Freiluftisolator mit vertikaler Achse ist bisher nur in wenigen Fällen gebaut worden, und zwar als Ketten isolator, der aus einzelnen diskusförmigen Tellern mit Kappen besteht, wobei die ein zelnen Glieder in bekannter Weise durch Klöppel miteinander verbunden sind. Bei die sen bekannten Isolatoren wird bei Regen auch die Unterseite der Teller vom Regenwasser be- spült, so dass der Isolator allseitig durch das Regenwasser gereinigt wird. Bei diesen Isola toren ist jedoch der Abstand der 'Teller ver hältnismässig gross, so dass bei einer gegebenen Länge zwischen spannungführender und ge erdeter Elektrode (!Schlagweite) nur eine ver hältnismässig geringe Zahl von Tellern unter gebracht werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen selbst reinigenden Freiluft - Hochspannungsisolator mit durchgehendem Schaft zu schaffen, der zur Verwendung in senkrechter oder annä hernd senkrechter Stellung geeignet ist, und der eine hohe überschlagsspannung besitzt, wenn sich bei Tau und Nebel der Isolator mit einer zusammenhängenden Wasserhaut über zieht. Diese Aufgabe wird gemäss der Erfin dung dadurch gelöst, dass der selbstreinigende Freiluftisolator mindestens einen eine eingän gige Schraube um den Isolierschaft bildenden Vorsprung besitzt, dessen Unterseite vom Re genwasser bespült ist. Bei Regen wird also ähnlich wie bei den bekannten selbstreinigen den Freiluftisolatoren die Schmutzschicht weggewaschen.
Während aber die bekannten Isolatoren, wenn der Regen, wie üblich, seit lich einfällt, hauptsächlich auf der Wetterseite gereinigt werden, wird bei dem Isolator ge mäss der Erfindung durch die schraubenför mige Anordnung der Vorsprünge das Regen wasser auch auf die der Wetterseite abge kehrte 'Seite geführt und dort verteilt, so da.ss eine Reinigung des ganzen Isolators erzielt wird.
Während bei den bisher bekannten selbstreinigenden Isolatoren die Teller einen grossen Abstand haben müssen, weil das ganze vom Isolator aufgefangene Regenwasser von oben nach unten über die Ränder der Teller fliesst und daher an den Tellerrändern starke Wasserringe und grosse Tropfen bildet, so kann man beim Isolator nach der Erfindung die Vorsprünge in sehr kleinem Abstand dicht untereinander anordnen und dadurch eine sehr grosse Kriechstrecke erzielen, weil ein grosser Teil des aufgefangenen Regenwassers auf dem schraubenlinienförmigen Weg abge leitet wird und nur ein 'Teil über die Kanten und die Unterseiten der Vorsprünge von oben nach unten fliesst. Auf einer gegebenen Länge (Schlagweite) kann also eine sehr grosse An zahl von Vorsprüngen untergebracht werden.
Das hat den Vorteil, dass bei Tau oder Nebel, wenn sich also eine Kondenswasserhaut bildet, der Kriechweg sehr lang ist. Durch den Kriechstrom wird die Wasserhaut erwärmt. Diese Erwärmung ist am grössten an den Schaftstellen zwischen den aufeinanderfolgen den Vorsprüngen. Da eine grosse Zahl solcher 'Stellen vorhanden ist, sind die an diesen Stellen bei der Erwärmung entstehenden Ent ladungen zahlreich, und sie sind auch örtlich eng begrenzt. Unter diesen Umständen bilden sich beim Aufreissen der Wasserhaut Entla dungen, die pro Längeneinheit eine hohe Spannung verbrauchen. Infolgedessen wird der Kriechstrom sehr stark herabgesetzt, so dass sich kein Gesamtüberschlag zwischen den Elektroden des Isolators bilden kann.
Bei Regen hat der Teil des Wassers, der auf dem eine eingängige Schraube um den Isolierschaft bildenden Vorsprung fliesst, eine sehr grosse Länge, so dass nur ein relativ klei ner Strom fliessen kann, dessen Unterbre chung beim Aufhören des Regens keine Schwierigkeiten macht. Der direkte Kriech weg, auf dem das Wasser von oben nach unten fliesst, ist ebenfalls, wie vorher erwähnt, ver hältnismässig lang.
Die Bildung von dicken Längswasserbahnen, die unmittelbar eine Elektrode des Isolators mit der andern verbin den, ist vermieden, und zwar nicht nur wegen der schraubenförmigen Ableitung eines grossen Teils des Wassers, sondern auch deswegen, weil alle Wasserteilchen eine tangentiale Be wegungskomponente erhalten und deshalb nir gends bloss der senkrechten Fallrichtung folgen.
Bei Aufhören des Regens bilden sich an den Schirmrändern Vorentladungen, weil dort die Regenwasserhaut am dünnsten ist und zuerst verdampft. Der Teil des Wassers, der schraubenförmig abfliesst, bildet zu all diesen Stellen einen Nebenschlusswiderstand, der eine gleichmässige Spannungsverteilung auf diese Unterbrechungsstellen bewirkt. Dadurch wird eine Einzelentladung gehindert, sich zu einem Gesamtüberschlag auszuwachsen.
Um bei grossem Steigungswinkel der Schraube eine grosse Zahl von Vorsprüngen auf gegebener 'Schlagweite unterzubringen, kann man zwei oder mehr Vorsprünge vor sehen, so dass eine zwei- oder mehrgängige Schraube gebildet ist. Dadurch bekommt, man eine noch grössere Beschleunigung des Was sers in tangentialer Richtung.
Die Vorsprünge erhalten im Schnitt mit einer durch die Isolatorachse gelegten Ebene eine untere Begrenzungslinie, die gegenüber der Waagrechten in einem spitzen Winkel ge neigt ist. Man wird zweckmässig diesen Nei gungswinkel gleich oder grösser als 2fl , vor zugsweise ungefähr 30 , machen. Es wird dann erreicht, dass an den Unterseiten der Vor sprünge das Wasser in annähernd gleicher Stärke zum Schaft fliesst.
Die obere Begrenzungslinie kann eine kleine Neigung zur Waagrechten besitzen. Man wird sie jedoch vorzugsweise waagrecht machen; denn durch die Zentrifugalkraft des in der Schraubenlinie beschleunigten Was sers wird ein kleiner Teil des Wassers in ra.. dialer Richtung an den Rand des Vorsprun- nes bewegt. Von dort fliesst es in dünner Schicht über die untere Seite des Vorsprun ges, da die von der Isolatoroberfläche auf eine solche dünne Wasserhaut wirkende Adhäsions kräfte ein starkes Haften dieser Haut bewir ken.
Dieses Wasser genügt, um den Isolator alieh an den nicht unmittelbar vom Regen ge troffenen Stellen von Staubablagerungen zu reinigen.
Da die Menge des in Form der Schraube fliessenden Wassers von oben nach unten zu nimmt, kann es zweckmässig sein, die obere Begrenzungslinie der untern Vorsprünge ge gen die Luftseite konkav auszuführen, damit auf dem untern Teil des Isolators die Menge des von oben nach unten über den Kriechweg fliessenden Wassers nicht zu gross wird.
Man wird die Ausladung der Vorsprünge etwa gleich der Teilung des Isolators machen (wobei unter der Teilung des Isolators der Abstand zweier in Richtung der Isolatoraehse aufeinanderfolgender Teile von Vorsprüngen zu verstehen ist), weil man dann - wie Ver suche gezeigt haben - ungefähr die beste An ordnung erhält. Um die gleichzeitige Unter brechung der Wasserhaut an vielen 'Stellen zu fördern, ist es zweckmässig, einen nach ehraubenlinien verlaufenden Heizleiter, zum S<B>S</B> Beispiel eine halbleitende, bandförmige Ober flächenglasur, auf oder zwischen den schrau- benlinienförmig um den Isolatorschaft herum geführten Vorsprüngen vorzusehen.
Beispiels weise kann man diese Glasur auf der Kante der Vorsprünge oder auf dem Schaft des Isolators vorsehen.
In der Zeichnung ist in Fig. 2 ein Aus führungsbeispiel der Erfindung dargestellt. In der 'Zeichnung ist mit 10 der Schaft, mit 1.1 der erste und mit 12, der zweite Vorsprung bezeichnet. 13 ist die obere, 14 die untere Elektrode. Beide Elektroden sind als versenkte Innenelektroden ausgeführt, um die Feld stärke an der Elektrodenkante zu entlasten und dadurch starke Entladungen und elek- trischen Staubniederschlag an dieser Stelle zu vermeiden.
Der ,Steigungswinkel der Schraube ist mit a bezeichnet, fl ist der Neigungs winkel der obern Begrenzungsfläche im Profil gegen die Waagrechte, y der Neigungswinkel der untern Begrenzungsfläche, wie er sich im Profil darstellt. f3 und<I>y</I> werden der Kürze halber als radiale Neigungen der Vorsprung- flächen im Gegensatz zu der tangentialen Nei gung a (Steigung) bezeichnet.
Die Steigung a der Vorsprungschraube und die radialen Neigungen fl und y der Begrenzungslinien werden so bemessen,. dass bei Regen auch die Vorsprungunterfläehen und der Schaft von einem gleichmässigen Wasserschleier berieselt werden. Dieser wird zweckmässig nur so gross gemacht, dass er gerade ausreicht, um den angelagerten Schmutz fortzuspülen oder zu mindest alle löslichen Bestandteile auszulau gen. Das von den nach einer 'Schraubenlinie verlaufend um den Isolator geführten Vor sprüngen aufgefangene Regenwasser teilt sich also in zwei Teile.
Der eine Teil fliesst nach Massgabe den Neigungen der obern Flächen der Vorsprünge in radialer Richtung, das heisst senkrecht zur Schraubenlinie als mehr oder weniger stark ausgebildeter Wasser schleier in der vertikalen Richtung über die Vorsprungkanten hinweg, während der an dere grössere Teil des aufgefangenen Regen wassers von der Schraubenfläche auf dem schraubenlinienförmigen Weg abgeleitet wird. Fig. 3a, 3b, 3c zeigen verschiedene Vorsprung- profile, um diesen Zweck in Anpassung an die gegen das untere Ende zunehmende Was sermenge zu erreichen.
Bei den obern Vor- sprungteilen (Fig.3a) ist die obere Begren zungslinie waagrecht, bei den mittleren Vor- sprimgteilen (Fig.'3b) ist sie gegen die Luft seite konkav, bei den untern Vorsprungteilen (Fig. <B>3e)</B> noch stärker konkav.
Da der schrau- benlinienförmige Weg des Wassers bedeutend länger ist als der vertikale Weg, so ist der elektrische Widerstand dieses schraubenlinien- förmigen Stromweges so hoch, dass nur ein kleiner elektrischer Strom schraubenlinienför mig fliessen kann, dessen Unterbrechung keine Schwierigkeiten bereitet und vor allem nicht zur Zündung eines Gesamtüberschlages füh ren kann. plan kann- den schraubenlinien- förmigen Wasserweg noch länger machen als in der Zeichnung dargestellt, wenn man den Schaftdurchmesser grösser macht oder eine eingängige Schraube wählt.
Bei Aufhören des Regens wird das über den Kriechweg von oben nach unten fliessende Wasser zuerst an den schraubenlinienförmigen Kanten ver dampft, weil es dort die kleinste Stärke hat.. Es wird also dann der Stromfluss über den Kriechweg zunächst an den schraubenlinien- förmigen Kanten, also an vielen :Stellen, un terbrochen, und hierauf reisst auch der schrau- benlinienförmig fliessende Reststrom ab.
Bei Tau, Nebel und feinem Sprühregen wird die dünne Wasserhaut zuerst an den Schaftstellen zwischen den Vorsprüngen ver dampfen, und an allen diesen Stellen werden sieh auf eine kleine Länge begrenzte Glimm- entladungen bilden. Infolge der Vielzahl von derartigen Stellen am Schaft bildet sich eine grosse Zahl von solchen in Reihe geschalteten kurzen Glimmentladungen, die infolge ihres hohen Spannungsverbrauches den Kriech stromfluss auf einen ungefährlichen Wert be grenzen und einen vollständigen, von Elek trode zu Elektrode reichenden Überschlag verhindern.
In Fig. 4 ist ein anderes Ausführungsbei spiel der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt dieses einen Isolator mit einem Vor sprung 11, der nach einer eingängigen Schraubenlinie verläuft. Es ist bei dieser An ordnung ferner ein sehraubenlinienförmiger Heizleiter 15 an den Kanten vorgesehen, der zum Beispiel als halbleitende Glasur ausge führt ist. Durch die gezeichnete Anordnung kann die Kante infolge ihres relativ zur Masse des Isolatorschaftes kleinen '\Värmefassungs- vermögens bereits durch einen kleinen Heiz strom auf eine örtlich erhöhte Temperatur gebracht. werden. Dieser Heizleiter unterstützt die Unterbrechung der Wasserhaut an vielen Stellen.
In Fig. 5 ist ein anderes Ausführungsbei spiel der Erfindung dargestellt, und zwar für einen Isolator, der, ähnlich wie in Fig. 2, zwei Vorsprünge besitzt, die nach Art einer zwei gängigen Schraubenlinie verlaufen und wie der mit. 11 bzw. 1"? bezeichnet sind. 13 ist die obere, 14 die untere Elektrode. Es sind hier zwei Heizleiter 16 und 17 am Grunde des Schaftes 10 vorgesehen, die ebenfalls nach einer 'Schraubenlinie, verlaufend geführt sind.
Der Isolator nach der Erfindung kann so wohl als Hängeisolator für Freileitungen als auch als Stützer für Freiluftstationen und als Überwurf für Freiluftdurchführungen, für die Lichtbogenlösehkammern von im Freien aufgestellten Leistungsschaltern, als Überwurf von Überspannungsableitern, Messwandlern usw. verwendet werden.
Self-cleaning outdoor high voltage isolator. Two types of outdoor high-voltage insulators are known, namely insulators with rain protection umbrellas and self-cleaning insulators. The insulators with rain protection screens are almost exclusively given preference. With these insulators, the umbrellas are shaped in such a way that dry zones remain under the umbrellas when it rains.
When it rains, the tension is distributed in such a way that the main part of the tension lies in the dry areas, while the wet parts carry only a fraction of the tension. These isolators have the disadvantage that the impurities precipitating on the dry zones increase over time. This reduces the breakdown voltage of the insulator if a layer of water forms in dew and fog.
This is based on the fact that when the impurities become damp, the specific conductivity of the water skin on the insulator surface increases significantly, as the conductive components contained in the impurities dissolve. In order to avoid the resulting reduction in the flashover voltage, it is necessary to clean the insulators at shorter intervals, the greater the risk of contamination. In Fig.l of the drawing, a bell insulator with white screens is shown as an example of such an insulator, the zones that remain dry in the rain with a-b and
c-d and e-f, respectively. Over time, thick layers of dirt form at these points.
The self-cleaning open-air isolator with a vertical axis has so far only been built in a few cases, namely as a chain isolator, which consists of individual disc-shaped plates with caps, the individual links are connected in a known manner by clapper. In the case of these known insulators, when it rains, the underside of the plate is also washed away by rainwater, so that the insulator is cleaned on all sides by the rainwater. With these isolators, however, the distance between the plates is relatively large, so that for a given length between the live and earthed electrode (! Distance between the electrodes), only a relatively small number of plates can be accommodated.
The object of the invention is to create a self-cleaning outdoor high-voltage insulator with a continuous shaft, which is suitable for use in a vertical or approximately vertical position, and which has a high flashover voltage when the insulator is connected to a coherent skin of water in dew and fog over pulls. According to the invention, this object is achieved in that the self-cleaning outdoor insulator has at least one projection which forms a single screw around the insulating shaft and whose underside is flushed with rainwater. When it rains, the layer of dirt is washed away, similar to the known self-cleaning outdoor insulators.
But while the known insulators, when the rain, as usual, falls from Lich, are mainly cleaned on the weather side, in the case of the insulator ge according to the invention through the screw-shaped arrangement of the projections, the rain water is also returned to the weather side. Side out and distributed there, so that a cleaning of the entire isolator is achieved.
While with the previously known self-cleaning isolators, the plates must have a large distance, because all the rainwater collected by the isolator flows from top to bottom over the edges of the plates and therefore forms strong rings of water and large drops on the edges of the plate, you can follow the isolator the invention arrange the projections close to each other at a very small distance and thereby achieve a very large creepage distance, because a large part of the collected rainwater is diverted on the helical path and only a 'part over the edges and the undersides of the projections from top to bottom flows. A very large number of projections can therefore be accommodated over a given length (striking distance).
This has the advantage that in the case of dew or fog, i.e. when a layer of condensation water forms, the creepage distance is very long. The skin of the water is heated by the leakage current. This heating is greatest at the shaft points between the successive projections. Since there are a large number of such 'places, the discharges produced at these places during the heating process are numerous, and they are also localized very closely. Under these circumstances, when the water skin ruptures, discharges are formed which consume a high amount of tension per unit length. As a result, the leakage current is greatly reduced, so that no total flashover can form between the electrodes of the insulator.
When it rains, the part of the water that flows on the protrusion forming a catchy screw around the insulating shaft has a very long length, so that only a relatively small current can flow, the interruption of which makes no difficulties when the rain stops. The direct crawl path on which the water flows from top to bottom is also, as mentioned before, relatively long.
The formation of thick longitudinal waterways, which directly connect one electrode of the insulator with the other, is avoided, not only because of the helical drainage of a large part of the water, but also because all water particles receive a tangential movement component and therefore nir gends just follow the vertical fall direction.
When the rain stops, pre-discharges form at the edges of the screen because the rainwater membrane is thinnest there and evaporates first. The part of the water that flows off helically forms a shunt resistance to all these points, which causes an even distribution of stress on these interruption points. This prevents a single discharge from growing into a total flashover.
In order to accommodate a large number of projections at a given pitch with a large pitch angle of the screw, two or more projections can be seen before, so that a two-start or multi-start screw is formed. This gives you an even greater acceleration of the water in the tangential direction.
The projections receive a lower boundary line in section with a plane laid through the insulator axis, which is inclined at an acute angle to the horizontal. It is advisable to make this angle of inclination equal to or greater than 2fl, preferably about 30 before. It is then achieved that on the underside of the jumps in front of the water flows to the shaft in approximately the same strength.
The upper boundary line can have a slight incline to the horizontal. However, they will preferably be made horizontal; because through the centrifugal force of the water accelerated in the helical line, a small part of the water is moved in a radial direction to the edge of the projection. From there it flows in a thin layer over the lower side of the projection, since the adhesive forces acting on such a thin water skin from the insulator surface cause this skin to adhere strongly.
This water is sufficient to clean the isolator from dust deposits in the areas not directly hit by the rain.
Since the amount of water flowing in the form of the screw increases from top to bottom, it can be useful to make the upper boundary line of the lower projections ge against the air side concave, so that the amount of from top to bottom over the lower part of the insulator the creepage path of flowing water does not become too large.
The projection of the projections will be made approximately equal to the division of the insulator (whereby the separation of the insulator is to be understood as the distance between two parts of projections following one another in the direction of the insulator axis), because then - as tests have shown - approximately the best order received. In order to encourage the simultaneous interruption of the water skin in many places, it is advisable to use a heating conductor that runs along a dome line, for example a semiconducting, band-shaped surface glaze, on or between the helical lines to provide protrusions guided around the insulator shaft.
For example, this glaze can be provided on the edge of the protrusions or on the shaft of the insulator.
In the drawing, an exemplary embodiment of the invention is shown in FIG. In the drawing, 10 denotes the shaft, 1.1 denotes the first and 12 denotes the second projection. 13 is the upper, 14 the lower electrode. Both electrodes are designed as recessed inner electrodes in order to relieve the field strength at the edge of the electrode and thereby avoid strong discharges and electrical dust deposits at this point.
The angle of inclination of the screw is denoted by a, fl is the angle of inclination of the upper boundary surface in the profile relative to the horizontal, y is the angle of inclination of the lower boundary surface as it is shown in the profile. For the sake of brevity, f3 and <I> y </I> are referred to as radial inclinations of the projection surfaces in contrast to the tangential inclination a (slope).
The pitch a of the projection screw and the radial inclinations fl and y of the boundary lines are dimensioned so. that when it rains, the lower surfaces of the protrusions and the shaft are sprinkled with an even veil of water. This is expediently only made so large that it is just enough to wash away the accumulated dirt or at least to remove all soluble components. The rainwater collected by the cracks running around the insulator along a helical line is therefore divided into two parts.
One part flows according to the inclination of the upper surfaces of the projections in the radial direction, i.e. perpendicular to the helical line as a more or less strongly developed water veil in the vertical direction over the projection edges, while the other larger part of the collected rainwater the helical surface is derived on the helical path. 3a, 3b, 3c show different projection profiles in order to achieve this purpose in adaptation to the increasing amount of water towards the lower end.
In the upper projection parts (Fig.3a) the upper boundary line is horizontal, in the middle projection parts (Fig.3b) it is concave towards the air side, in the lower projection parts (Fig. 3e) </B> even more concave.
Since the helical path of the water is significantly longer than the vertical path, the electrical resistance of this helical current path is so high that only a small electrical current can flow in a helical manner, the interruption of which causes no difficulties and, above all, does not cause it Can lead to ignition of a total flashover. plane can make the helical waterway even longer than shown in the drawing if the shaft diameter is larger or a single-thread screw is chosen.
When the rain stops, the water flowing from top to bottom via the creepage path is first evaporated at the helical edges because it has the smallest strength there. The current flow over the creepage path then starts at the helical edges, i.e. in many places: uninterrupted, and then the residual current flowing in a helical shape breaks off.
In the presence of dew, fog, and fine drizzle, the thin layer of water will first evaporate at the points on the shaft between the projections, and at all these points will form glow discharges limited to a small length. As a result of the large number of such points on the shaft, a large number of such series-connected short glow discharges are formed, which limit the creep current flow to a harmless value due to their high voltage consumption and prevent a complete flashover from electrode to electrode.
In Fig. 4, another Ausführungsbei game of the invention is shown, namely this shows an insulator with a jump 11 before, which runs after a catchy helix. It is in this order also a very helical heating conductor 15 is provided at the edges, which leads out, for example, as a semiconducting glaze. Due to the arrangement shown, the edge can be brought to a locally increased temperature with a small heating current due to its small heat capacity relative to the mass of the insulator shaft. will. This heating conductor supports the interruption of the water skin in many places.
In Fig. 5, another Ausführungsbei game of the invention is shown, for an insulator, which, similar to Fig. 2, has two projections that run in the manner of a two common helical line and like that with. 11 and 1 "? Respectively. 13 is the upper electrode, 14 the lower electrode. Here, two heating conductors 16 and 17 are provided at the base of the shaft 10, which are also guided along a helical line.
The isolator according to the invention can be used as a suspension insulator for overhead lines as well as a support for outdoor stations and as a cover for outdoor bushings, for the arc release chambers of circuit breakers installed outdoors, as a cover for surge arresters, instrument transformers, etc.