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Abstützung einer teilisolierten Leitung in elektrischen Hoch- und
Höchstspannungsanlagen Der im Schaltanlagenbau immer stärker spürbaren Tendenz,
elektrische Schaltanlagen mit einem möglichst geringen Raumaufwand zu erstellen,
wird in besonderer Weise die sogenannte Teilisolationsmethode gerecht. Die Vorteile
einer Schaltanlage, die nach dem Prinzip der Teilisolation aufgebaut ist, bestehen
hauptsächlich in der einfachen Aufbringung der Teilisolationsschichten auf die Stromleiter
oder geerdete Kapselungen dieser Stromleiter, ferner in. der niedrigen elektrischen
Beanspruchung der Isolierschichten bei Betriebsspannung, in der einfachen Beherrschung
des Fugenproblems bei der notwendigen Unterteilung der Teilisolierschichten und
schließlich in der guten Zugänglichkeit und Sichtbarkeit der einzelnen Anlagenteile.
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Das Prinzip der Teilisolation besteht darin, daß der Stromleiter gegebenenfalls
auch die Innenwand eines ihn umhüllenden rohrförmigen Behälters mit einer Schicht
aus festem Isoliermaterial versehen ist, die nicht für die volle Höhe der Spannung
ausreicht. Eine ausreichende Isolation wird durch Hinzunahme eines entsprechenden
Luftabstandes, also einer Isolierschicht, erreicht, die mehrfach dicker ist als
die feste Isolierschicht auf dem Stromleiter. Der Isolationswert einer derartigen
Anordnung setzt sich aus wenigstens einer dünnen Isolierschicht aus festem Isoliermaterial
und einer mehrfach dickeren Luftschicht zusammen. Durch die geschilderte Hintereinanderschaltung
von Schichten aus festem Isoliermaterial und Luft tritt hauptsächlich auf Grund
der Kapazitäten dieser Schichten eine Spannungsaufteilung ein, und zwar derart,
daß der größte Spannungsanteil auf die Luftschicht entfällt. Aus der Tatsache, daß
nur ein sehr geringer Spannungsanteil auf die Schicht aus festem Isoliermaterial
entfällt, erklärt sich, daß etwaige Lufteinschlüsse zwischen dem Stromleiter und
der festen Isolierschicht nicht störend wirken, da sie nicht frühzeitig zu glimmen
beginnen, wie dies bei einer voll isolierten Leiteranordnung, wie etwa bei einem
Kabel, der Fall ist. Vielmehr tritt bei einem teilisolierten Stromleiter das Glimmen
etwaiger Lufteinschlüsse erst oberhalb der Betriebsspannung oder einer als zulässig
gewählten Überspannung ein.
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Weiterhin ist zu ersehen, daß die festen Isolationsschichten auf den
Stromleitern od. dgl. nur einer äußerst geringen elektrischen Dauerbeanspruchung
unterliegen. Bei der Auslegung der festen Isolationsschichten würde demnach die
VDE-Wechsel- bzw. Stoßspannungsprüfung völlig ausreichen, da ein Dauerdurchschlag
nicht zu befürchten ist. Bei der Vollisolation hingegen wird die Auslegung der Isolation
hauptsächlich mit Rücksicht auf die Dauerbeanspruchbarkeit des Isoliermaterials
erfolgen müssen, wodurch die kurzzeitig viel höhere elektrische Festigkeit nicht
auszunutzen wäre.
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Einige Probleme in elektrischer Hinsicht bringt die mechanische Abstützung
einer teilisolierten Leiteranordnung mit sich, die im folgenden erläutert werden:
Der Aufbau der Teilisolation, gekennzeichnet durch die Hintereinanderschaltung von
dünnen, festen Isolierschichten mit einer vielfach dickeren Luftschicht, wobei die
Luft den größten Teil der Spannung übernimmt, wird normalerweise an der Abstützungsstelle
nicht aufrechterhalten bleiben. Die Abstützungsstelle muß bekannterweise den im
Kurzschlußfall auftretenden recht erheblichen elektrodynamischen Kräften gewachsen
sein und das Gewicht der Leitung usw. übernehmen. Dies bedeutet, daß aus mechanischen
Gründen nicht ein kompliziert und dünnwandig ausgebildeter Hohlkörper od. dgl.,
der die Feldverhältnisse nicht wesentlich verschlechtert, Anwendung finden kann,
sondern daß die Leitung durch einen in der Hauptsache massiven mechanisch stabilen
Stützisolator gehaltert werden muß.
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Wird nun aber ein nach Art der Teilisolation mit einer dünnen Isolierschicht
versehener Stromleiter, z. B. eine Sammelschiene, an der Abstützungsstelle durch
einen üblichen Stützer gehaltert, dann ist die Spannungsfestigkeit des Isolators
durch die auf dem Stromleiter befindliche Isolierschicht nicht gestiegen, da auf
Grund der Spannungsaufteilung der weitaus größere Spannungsanteil immer noch auf
den Isolator entfällt und daher das überschlagsverhalten und
die
überschlagshöhe beinahe gleichbleiben, d. h., es ist für die Bemessung des Stützers
gleichgültig, ob die Sammelschiene teilisoliert ist oder nicht. Außerdem werden
an der Stelle, an der der mit einer durchgehenden Teilisolationsschicht versehene
Stromleiter den Stützer berührt, frühzeitig Glimmentladungen eintreten. Eine derartige
Abstützungsstelle verändert und stört die Spannungs- und Feldverhältnisse der teilisolierten
Leitungsanordnung, da dort die genannten Merkmale der Teilisolation, d. h. Hintereinanderschaltung
von Luft- und Isolierschichten, wobei die Luftschicht den Hauptspannungsanteil übernimmt,
nicht mehr vorhanden sind, und zwingt bei dieser Ausbildung der Abstützungsstelle
zu einer ungünstig großen Abmessung derselben. Dies widerspricht aber dem Ziel dieser
Isolationsmethode, den Raumbedarf für eine elektrische Anlage zu senken.
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Die Erfindung betrifft eine Abstützung einer teilisolierten Leitung
in elektrischen Hoch- und Höchstspannungsanlagen mittels eines Stützisolators mit
mehreren Steuerungseinlagen. Erfindungsgemäß ist die Anordnung so getroffen, daß
der Stützisolator in der Längsrichtung des Leiters mit einem oder mehreren schmalen
Stegen aus Isolierstoff, die Bohrungen zur elektrischen Entlastung von verbleibenden
Lufteinschlüssen zwischen einer Dichtungseinlage und dem Steg oder dem teilisolierten
Leiter besitzen, versehen ist, die den teilisolierten Leiter in einigem Abstand
vom Isolatorkopf halten.
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Auf diese Weise wird das eingangs geschilderte und als vorteilhaft
anerkannte Prinzip der Teilisolierung auch an der Abstützungsstelle durchgeführt.
Es gelingt auf diese Weise, die Abmessungen der Abstützung sehr klein zu halten.
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Zur Erzielung einer geeigneten Spannungsverteilung wird die genannte
unvermeidbare dünne Luftschicht zwischen dem teilisolierten Leiter und dem Stützisolator
vergrößert und zu Isolationszwecken herangezogen. Durch diesen Isolationsaufbau
an der Fassungs- bzw. Halterungsstelle einer teilisolierten Leitung ergibt sich
eine ähnliche Spannungsaufteilung wie bei der Teilisolationsmethode im allgemeinen.
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Die Dicke der Luftschicht, d. h. der Abstand zwischen dem teilisolierten
Leiter und Stützisolator wird so gewählt, daß auf Grund der Kapazitäten der einzelnen
Isolierschichten eine Spannungsaufteilung auf diese Schichten entsteht, durch die
bei Betriebsspannung oder einer anderen gewählten Spannung oberhalb der Betriebsspannung,
aber unterhalb der Prüfspannung hauptsächlich eine elektrische Beanspruchung der
Luftschicht entsteht, und daß der Glimmeinsatz der Luftschicht entsprechend hoch
ist. Erst bei höherer Spannung als die Betriebsspannung beginnt die Luftstrecke
zu glimmen. Es entsteht dann eine Veränderung der Spannungsaufteilung dadurch, daß
durch das Glimmen der Luftschicht eine Kapazitätserhöhung eintritt und daher der
auf die Luft entfallende Spannungsanteil bei weiterer Spannungssteigerung abnimmt,
d. h., bei angelegter Prüfspannung entfällt der größte Spannungsanteil auf den eigentlichen
Stützisolator. In der Zeichnung F i g.1, 2 und 3 sind Ausführungsbeispiele der Erfindung
schematisch dargestellt.
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In F i g. 1 bezeichnet 1 einen Stromleiter, beispielsweise eine Sammelschiene,
auf deren Oberfläche eine dünne Schicht 2 aus festem Isoliermaterial angebracht
ist. Dieser Stromleiter soll gegen ein geerdetes Bauteil 3, z. B. eine Traverse,
abgestützt werden. Zu diesem Zweck ist ein Stützisolator 4 vorgesehen, dessen besondere
Bauform an anderer Stelle ausführlicher erläutert ist (deutsche Patentschrift 1102
229). Der Stützisolator enthält plattenförmige, aber gut abgerundete Steuerungseinlagen
5, und seine äußere Form mit Rillen und Wulsten ist der Form der Steuerungseinlagen
angepaßt. Die unterste Steuerungseinlage 5 kann gleichzeitig zur Halterung an der
Traverse 3 dienen. In diesem Bereich besitzt der Isolator zweckmäßig einen Schirm
6 gegen die erdseitige Mastkonstruktion. Am oberen Ende des Isolators befinden sich
zwei nach oben gerichtete Stege 7 aus Isoliermaterial, die zweckmäßig gabelförmig
gestaltet sind, so daß der Stromleiter in einen Ausschnitt eingelegt und mit einer
nicht dargestellten Schelle bzw. Schrauben gehalten werden kann. Die Stege werden
an der Auflagestelle des Stromleiters mit einer Dichtung 8 aus elastischem Isoliermaterial
versehen, und der Stromleiter wird durch nicht dargestellte Isolierstoffschrauben
mit hohem Druck gegen diese Dichtungseinlage gepreßt. Auf diese Weise wird eine
innige Berührung zwischen dem Stromleiter und der Dichtungseinlage hergestellt.
Trotzdem besteht die Möglichkeit, daß zwischen der Oberfläche des Stromleiters 1
und dem halbkreisförmigen Ausschnitt in der Gabel der Stege 7 noch geringe Lufteinschlüsse
verbleiben, die Anlaß zum Glimmen geben können. Zur elektrischen Entlastung dieser
Lufteinschlüsse zwischen der elastischen Dichtungseinlage 8 und dem Steg 7 oder
dem teilisolierten Leiter 1, 2 muß daher der Isoliersteg 7 mit Bohrungen 9 versehen
werden. Bei geeigneter Formgebung werden hierdurch die mechanischen Festigkeitseigenschaften
nicht verringert.
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In den F i g. 2 und 3 ist im Grundriß und Aufriß eine etwas andere
Bauform gezeigt. Der Stromleiter 1 ist wiederum an seiner Oberfläche mit einer dünnen
Schicht 2 aus festem Isoliermaterial versehen und soll durch einen Isolator
4 gegen Erde abgestützt werden. Der Isolator besitzt an seinem oberen Ende
einen etwa rohrförmigen Ansatz 10 von viereckigem Querschnitt. Dieser Ansatz besitzt
halbkreisförmige Öffnungen zur Aufnahme des teilisolierten Stromleiters 1. Nach
Einlegen des Stromleiters 1 werden diese Öffnungen durch Isolierschellen 11 verschlossen
und durch Isolierstoffschrauben 12 gehalten. Zweckmäßig wird auch hier an der Auflagestelle
des Stromleiters 1 eine elastische Dichtungseinlage verwendet; die durch das Aufsetzen
der Schelle 11 und durch Anziehen der Schrauben 12 unter den entsprechenden
Druck gesetzt wird.
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Als Isolator findet besonders zweckmäßig ein Gießharzisolierkörper
Anwendung, der mit völlig eingebetteten Steuerungseinlagen versehen ist. Die Anordnung
der Steuerungseinlagen wird dabei so vorgenommen, daß in bekannter Weise die Einlage
am Fuß des Isolators als Armatur, d. h. Befestigung an der Mastkonstruktion od.
dgl. benutzt wird. Diese Steuerungseinlage ist in F i g. 1 mit 5 bezeichnet. Die
oberste Einlage am Kopf des Isolators hingegen ist allseitig von Isolierstoff umhüllt.
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Die Befestigung der Isolierstege 7 bzw. des rohrförmigen Ansatzes
10 wird am vorteilhaftesten so vorgenommen, daß der Isolator mit den Isolierstegen
aus einem Gußstück hergestellt wird, wobei zur Erhöhung und Verbesserung der mechanischen
Eigenschaften der Isolierstege Glasfasern od. dgl. mit eingegossen werden.