DE19654743A1

DE19654743A1 - Stützisolator

Info

Publication number: DE19654743A1
Application number: DE1996154743
Authority: DE
Inventors: Diego Sologuren; Pietro Tecchio
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Asea Brown Boveri Ltd; ABB AB
Priority date: 1996-12-30
Filing date: 1996-12-30
Publication date: 1998-07-02

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung geht aus von einem Stützisolator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

STAND DER TECHNIK

Aus der Europäischen Patentschrift 0 288 715 B1 ist ein scheibenförmig ausgebildeter Stützisolator mit einem Isolatorkörper bekannt, der für den Einsatz in metallgekapselten gasisolierten Schaltanlagen vorgesehen ist. Der Isolatorkörper ist mit einem Druckmittel beaufschlagbar. Als Druckmittel sind Isoliergase wie beispielsweise SF₆ oder auch Mineralöl vorstellbar. Ferner könnte der Isolator auch mit einem Vakuum beaufschlagt werden. Der Isolatorkörper besteht aus einem gehärteten Gießharz. Durch den Isolatorkörper führt eine Eingußarmatur. Die Eingußarmatur ist im Betrieb mit Hochspannung beaufschlagt und sie führt Strom. Der Isolatorkörper ist mit der Eingußarmatur druckmitteldicht vergossen.

Werden derartige scheibenförmige Isolatoren für höhere Betriebsspannungen ausgelegt, so muß der radial vergrößerte Isolatorkörper dicker ausgeführt werden, um der höheren infolge der Druckbelastung auftretenden, nahezu reinen Biegespannungsbeanspruchung standhalten zu können. Der Isolator wird dadurch vergleichsweise schwer und unhandlich, zudem steigt der Bedarf an Isoliermaterial unverhältnismäßig, was den Isolator verteuert. Es können sich, wegen der vergleichsweise großen Menge des zu verarbeitenden Gießharzes, auch Probleme mit der Herstellbarkeit ergeben.

Aus der Patentschrift DE 28 49 560 C2 ist ein Stützisolator bekannt, dessen Isolatorkörper hohlkegelförmig ausgebildet ist. Dieser Isolatorkörper ist mit zusätzlichen Isolierrippen versehen, um dessen Kriechstromfestigkeit zu erhöhen.

Während bei scheibenförmigen Stützisolatoren nicht auf die Einbaulage geachtet zu werden braucht, muß beim hohlkegelförmig ausgebildeten Isolatorkörper unbedingt die Einbaulage beachtet werden, was aufwendige Fertigungskontrollen erfordert.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen definiert ist,löst die Aufgabe, einen für vergleichsweise hohe mechanische Belastungen ausgelegten Stützisolator zu schaffen, der einfach und materialsparend aufgebaut ist und bei dessen Montage nicht auf die Einbaulage geachtet werden muß.

Der Stützisolator ist ein einfach an die zu erwartenden Betriebsanforderungen anpaßbares Bauelement. Der Stützisolator kann völlig lageunabhangig in die metallgekapselte gasisolierte Schaltanlage eingebaut werden. Der Platzbedarf des Stützisolators ist vergleichsweise gering. Besonders vorteilhaft ist es, daß bei der Montage, ähnlich wie beim scheibenförmig ausgebildeten Stützisolator, die Einbaulage des Stützisolators nicht beachtet zu werden braucht.

Durch die vergleichsweise stark geneigten Oberflächen des Isolatorkörpers wird, im Vergleich zu einem scheibenförmig ausgebildeten Stützisolator, die tangentiale Feldstärke wesentlich reduziert, wodurch die Überschlagsfestigkeit des Stützisolators vorteilhaft erhöht wird.

Die beschriebene Formgebung des Isolatorkörpers hat zur Folge, daß sich bei der Druckbelastung des Stützisolators eine von der reinen Biegespannungsverteilung, wie sie beim scheibenformig ausgebildeten Stützisolator auftritt, abweichende Belastung auftritt, welche eine bessere Ausnutzung der mechanischen Eigenschaften des für die Herstellung des Isolatorkörpers verwendeten Isoliermaterials ermöglicht.

Die weiteren Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung, ihre Weiterbildung und die damit erzielbaren Vorteile werden nachstehend anhand der Zeichnung, welche lediglich einen möglichen Ausführungsweg darstellt, näher erläutert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Es zeigen:

Fig. 1 einen schematisch dargestellten Teilschnitt durch eine metallgekapselte gasisolierte Schaltanlage, welche mit einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stützisolators versehen ist, und

Fig. 2 einen schematisch dargestellten Teilschnitt durch eine metallgekapselte gasisolierte Schaltanlage, welche mit einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stützisolators versehen ist.

Bei allen Figuren sind gleich wirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Elemente sind nicht dargestellt.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Die Fig. 1 zeigt einen schematisch dargestellten Stützisolator 1, wie er beispielsweise in einphasig metallgekapselten gasisolierten Schaltanlagen eingesetzt wird, um Aktivteile gegen die geerdete Kapselung abzustützen. Der Stützisolator 1 weist mindestens eine Eingußarmatur 2 aus Metall auf. Für eine einpolig gekapselte gasisolierte Schaltanlage ist pro Stützisolator 1 eine Eingußarmatur 2 vorgesehen, für eine dreipolig gekapselte gasisolierte Schaltanlage werden pro Stützisolator 1 drei entsprechend der Betriebsspannung der gasisolierten Schaltanlage voneinander beabstandete Eingußarmaturen 2 benötigt. Vorzugsweise ist diese Eingußarmatur 2 aus einer Aluminiumlegierung gefertigt und weist in der Regel eine versilberte Oberfläche auf. Die Eingußarmatur 2 weist beidseitig jeweils eine ebene Stirnfläche auf, die mit nicht dargestellten Befestigungsmöglichkeiten für die an sie elektrisch leitend anzuschließenden Aktivteile 3 versehen ist. Bei einer einpolig gasisolierten Schaltanlage durchdringt die Mittelachse 4 des scheibenförmigen Stützisolators 1 die Eingußarmatur 2 in der Mitte und verläuft senkrecht zu den Stirnflächen der Eingußarmatur 2. Die Eingußarmatur 2 weist eine zylindrisch ausgebildete Mantelfläche 5 auf, mit welcher der Isolatorkörper 6 des Stützisolators druckdicht verbunden ist. Wenn der Stützisolator 1, wie gezeigt, als Schottungsisolator ausgebildet ist, weist der Isolatorkörper 6 keine einen Druckausgleich zwischen den beidseits an den Stützisolator 1 angrenzenden Gasräumen ermöglichenden Durchbrüche auf. Der Isolatorkörper 6 ist in der Regel aus einem gehärtetem Gießharz gefertigt, es sind jedoch auch eine Vielzahl anderer Isoliermaterialien vorstellbar.

Eine Elektrode 7 umgibt die Eingußarmatur 2 konzentrisch und ist mit diese elektrisch leitend verbunden. Diese Elektrode 7 dient vorwiegend der dielektrisch günstigen Ausbildung des im Betrieb der gasisolierten Schaltanlage den Stützisolator 1 beaufschlagenden elektrischen Feldes. Die Elektrode 7 kann entweder als Teil der Eingußarmatur 2 ausgebildet sein oder auch aus verschiedenen elektrisch leitenden Materialien gefertigt sein, wie beispielsweise aus leitendem Kunststoff oder aus einem mit der Eingußarmatur 2 verschraubten Metallblechring, welcher das entsprechende dielektrisch günstige Profil aufweist. Zur Homogenisierung des Feldverlaufs im Bereich des Übergangs vom Isolatorkörper 6 auf die Eingußarmatur 2 sind beidseits der Eingußarmatur 2 metallische, elektrisch leitend mit den Aktivteilen 3 verbundene Abschirmungen 8 vorgesehen.

Auf der der geerdeten metallischen Kapselung zugewandten Seite des Stützisolators 1 wird der Isolatorkörper 6 zwischen Verbindungsflanschen 9 positioniert. Für die elektrisch leitende Verbindung zwischen den Verbindungsflanschen 9 ist ein metallischer Zwischenring 10 vorgesehen, welcher zugleich den Stützisolator 1 zentriert. Die Abdichtung des Stützisolators 1 erfolgt auf bekannte Art mittels nicht dargestellter Dichtringe. In den Isolatorkörper 6 kann im Bereich der Verbindungsflansche 9 eine mit den Verbindungsflanschen 9 elektrisch leitend verbundene Elektrode 11 zur Steuerung der Feldverteilung eingelassen werden, wenn dies nötig sein sollte.

Eine strichpunktierte Linie 12 deutet eine senkrecht zur Mittelachse 4 angeordnete Ebene des Stützisolators 1 an. Diese Ebene halbiert in axialer Richtung die Eingußarmatur 2 und auch den Außenrand des Stützisolators 1, der im Raum zwischen den Verbindungsflanschen 9 angeordnet ist. Der Isolatorkörper 6 ist vom Außenrand ausgehend hohlkegelstumpfförmig ausgebildet, wobei sich der Hohlkegelstumpf hier beispielsweise links der durch die strichpunktierte Linie 12 angedeuteten Ebene erstreckt. Dieser Hohlkegelstumpf verjüngt sich in der von der Ebene axial wegführenden Richtung. Von der Eingußarmatur 2 ausgehend ist der Isolatorkörper 6 ebenfalls hohlkegelstumpfformig ausgebildet, wobei sich der Hohlkegelstumpf ebenfalls links der durch die strichpunktierte Linie 12 angedeuteten Ebene erstreckt. Dieser Hohlkegelstumpf verjüngt sich ebenfalls in der von der Ebene axial wegführenden Richtung. Die beiden Hohlkegelstümpfe gehen in dem Bereich, wo sie aufeinander treffen wohlgerundet ineinander über, so daß der Isolatorkörper 6 links eine umlaufende Erhöhung 13 und rechts eine ihr entsprechend zugeordnete Vertiefung 14 aufweist. Die Wandstärke des Isolatorkörpers 6 verdickt sich in Richtung auf die Eingußarmatur 2 zu etwas. Die genaue Dimensionierung der Wandstärke und der Form des Isolatorkörpers 6 ist abhängig vom jeweils gewünschten Kriechweg entlang der Isolatoroberfläche, abhängig von der jeweils gewünschten Feldverteilung und abhängig von der jeweils zu beherrschenden mechanischen Beanspruchung. Der Stützisolator 1 ist ein einfach an die zu erwartenden Betriebsanforderungen anpaßbares Bauelement.

Die beiden gestrichelten Linien 15 deuten die Position des Stützisolators 1 an, wenn er um 180° um die Ebene gedreht montiert würde. In diesem Fall würde die Eingußarmatur 2 stets an der gleichen Stelle liegen wie bei der dargestellten Ausführung, und ebenso würde die Position des Außenrandes identisch beibehalten. Der gezeigte Stützisolator 1 kann demnach völlig unabhängig von der Lage der Erhöhung 13 bzw. der Vertiefung 14 in die metallgekapselte gasisolierte Schaltanlage eingebaut werden. Der Platzbedarf des Stützisolators 1 ist vergleichsweise gering. Besonders vorteilhaft ist es, daß bei der Montage, ähnlich wie beim rein scheibenförmig ausgebildeten Stützisolator, die Einbaulage des Stützisolators nicht beachtet zu werden braucht.

Durch die vergleichsweise stark von der Richtung der strich punktierten Linie 12 abweichend geneigten Oberflächen des Isolatorkörpers 6 wird, im Vergleich zu einem scheibenförmig ausgebildeten Stützisolator, die tangentiale Feldstärke wesentlich reduziert, wodurch die Überschlagsfestigkeit des Stützisolators 1 vorteilhaft erhöht wird.

Wird der Stützisolator 1 so eingebaut, daß die Mittelachse 4 waagrecht liegt, dann bewegen sich freie Partikel, die sich auf der Oberfläche des Stützisolators 1 in kritischen Bereichen hoher Feldstärken anlagern können, bedingt durch die beschriebene Form der Oberflächen und ihr Eigengewicht, in Randzonen, die in der Regel als sogenannte feldschwache Bereiche ausgebildet sind, so daß diese Partikel keine Teilentladungen verursachen können.

Die beschriebene Formgebung des Isolatorkörpers 6 hat zur Folge, daß sich bei der Druckbelastung des Stützisolators 1 eine von der reinen Biegespannungsverteilung, wie sie beim scheibenförmig ausgebildeten Stützisolator auftritt, abweichende Belastung auftritt, welche eine bessere Ausnutzung der mechanischen Eigenschaften des verwendeten Isoliermaterials ermöglicht.

Die Fig. 2 zeigt einen Stützisolator 1, der ähnlich ausgebildet ist wie der in Fig. 1 gezeigte. Die Einspannung des Außenrandes zwischen den Verbindungsflanschen 9 und die Übergangszone vom Isolatorkörper 6 auf die Eingußarmatur 2 sind gleich ausgebildet wie beim Stützisolator 1 gemäß Fig. 1. Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform weist jedoch zusätzlich zu der ersten Erhöhung 13 eine zweite ähnlich ausgebildete Erhöhung 16 auf, die auf der von der ersten Erhöhung 13 abgewandten Seite der Ebene angeordnet ist. Die zweite Erhöhung 16 ist im Bereich innerhalb des Durchmessers der ersten Erhöhung 13 und ebenfalls konzentrisch zur Eingußarmatur 2 angeordnet.

Diese zweite Erhöhung 16 schließt hier beispielsweise unmittelbar an die erste Erhöhung 13 an, wobei der der Eingußarmatur 2 zugewandte Hohlkegelstumpf der ersten Erhöhung 13 sich durch die durch die strichpunktierte Linie 12 angedeutete Ebene hindurch fortsetzt und gleichzeitig als Hohlkegelstumpf die dem durch die Verbindungsflansche 9 gehaltenen Außenrand zugewandte Seite der Erhöhung 16 bildet. Dieser Hohlkegelstumpf verjüngt sich, von der Ebene aus betrachtet, ebenfalls in der von der Ebene wegführenden axialen Richtung. Es ist jedoch auch möglich, zwischen den beiden Erhöhungen 13 und 16 einen Bereich des Isolatorkörpers 6 vorzusehen, der eben in dieser Ebene verläuft. Von der Eingußarmatur 2 ausgehend ist hier der Isolatorkörper 6 ebenfalls hohlkegelstumpfförmig ausgebildet, wobei sich der Kegelstumpf hier beispielsweise rechts der durch die strichpunktierte Linie 12 angedeuteten Ebene erstreckt. Dieser Hohlkegelstumpf verjüngt sich, von der Ebene aus betrachtet, ebenfalls in der von der Ebene wegführenden axialen Richtung. Die beiden, die Erhöhung 16 bildenden Hohlkegelstümpfe gehen dann in dem Übergangsbereich, wo sie aufeinander treffen wohlgerundet ineinander über, so daß der Isolatorkörper 6 rechts die zweite umlaufende Erhöhung 16 und links eine ihr entsprechende zugeordnete Vertiefung 17 aufweist. Die Wandstärke des Isolatorkörpers 6 verdickt sich in Richtung auf die Eingußarmatur 2 zu etwas. Die genaue Dimensionierung der Wandstärke und der Form des Isolatorkörpers 6 ist abhängig vom jeweils gewünschten Kriechweg entlang der Isolatoroberfläche, abhängig von der jeweils gewünschten Feldverteilung und abhängig von der jeweils zu beherrschenden mechanischen Beanspruchung. Diese zweite Ausführungsform des Stützisolators 1 ist ebenfalls ein einfach an die zu erwartenden Betriebsanforderungen anpaßbares Bauelement, sie ist besonders für hohe und höchste Betriebsspannungen geeignet.

Die beiden gestrichelten Linien 15 und die beiden gestri chelten Linien 18 deuten die Position der Erhöhung 13 bzw. der Erhöhung 16 des Stützisolators 1 an, wenn er um 180° um die Ebene gedreht montiert würde. In diesem Fall würde die Eingußarmatur 2 stets an der gleichen Stelle liegen wie bei der dargestellten Ausführung, und ebenso würde die Position des zwischen den Verbindungsflanschen 9 gelegenen Außen randes identisch beibehalten. Der in Fig. 2 gezeigte Stütz isolator 1 kann demnach völlig unabhängig von der Lage der Erhöhung 13 bzw. der Erhöhung 16 in die metallgekapselte - gasisolierte Schaltanlage eingebaut werden. Der Platzbedarf des Stützisolators 1 ist vergleichsweise gering. Besonders vorteilhaft ist es, daß auch bei der Montage dieser Ausführungsform des Stützisolators 1, ähnlich wie beim rein scheibenförmig ausgebildeten Stützisolator, die Einbaulage des Stützisolators 1 nicht beachtet zu werden braucht.

Die Ausführungsform des Stützisolators 1 gemäß Fig. 2 weist die entsprechenden Vorteile auf, wie sie bereits in Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform des Stützisolators 1 beschrieben wurden. Soll der Stützisolator 1 für höchste Betriebsspannungen eingesetzt werden, so können zusätzliche konzentrisch angeordnete und entsprechend den bereits beschriebenen Erhöhungen 13 und 16 und den zugeordneten Vertiefungen 14 und 17 ausgebildete Formelemente in den Isolatorkörper 6 eingeformt werden.

Die beschriebenen Ausführungsformen können auch, entsprechend modifiziert, für Stützisolatoren eingesetzt werden, die in einer dreiphasig gekapselten gasisolierten Schaltanlage eingesetzt werden. Auch bei diesen dreiphasig ausgeführten Stützisolatoren wird eine beachtliche Materialersparnis erreicht.

Bezugszeichenliste

1

Stützisolator

2

Eingußarmatur

3

Aktivteile

4

Mittelachse

5

Mantelfläche

6

Isolatorkörper

7

Elektrode

8

Abschirmungen

9

Verbindungsflansche

10

Zwischenring

11

Elektrode

12

strichpunktierte Linie

13

Erhöhung

14

Vertiefung

15

gestrichelte Linien

16

Erhöhung

17

Vertiefung

18

gestrichelte Linien.

Claims

1. Stützisolator (1) mit einem zwischen Verbindungsflanschen (9) einer Kapselung mit seinem Außenrand positionierbaren Isolatorkörper (6) und mit mindestens einer mit Hochspannung beaufschlagbaren, in den Isolatorkörper (6) eingegossenen und diesen durchdringenden, eine Mittelachse (4) aufweisenden, Eingußarmatur (2), mit einer senkrecht zur Mittelachse (4) angeordneten, durch die Mitte der Eingußarmatur (2) und die Mitte des Außenrandes führenden Ebene, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Isolatorkörper (6) aus mindestens zwei auf der selben Seite der Ebene angeordneten Hohlkegelstümpfen aufgebaut ist,
- daß ein vom Außenrand ausgehender erster beider Hohlkegelstümpfe sich in der von der Ebene wegführenden axialen Richtung verjüngt,
- daß ein von der Eingußarmatur (2) ausgehender zweiter Hohlkegelstumpf sich in der von der Ebene wegführenden axialen Richtung verjüngt, und
- daß die beiden Hohlkegelstümpfe in einem ersten Übergangsbereich, wo sie aufeinander treffen, eine erste Erhöhung (13) bilden.

2. Stützisolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß auf der von der ersten Erhöhung (13) abgewandten Seite des Isolatorkörpers (6) eine der Form der Erhöhung (13) entsprechend angepaßte erste Vertiefung (14) ausgebildet ist.

3. Stützisolator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Übergangsbereich zwischen den Hohlkegelstümpfen gerundet und dielektrisch günstig ausgebildet ist.

4. Stützisolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Isolatorkörper (6) konzentrisch zu der mindestens einen Eingußarmatur (2) mindestens eine zweite Erhöhung (16) aufweist,
- daß diese zweite Erhöhung (16) ebenfalls aus zwei auf der gleichen Seite der Ebene in einem zweiten Übergangsbereich zusammentreffenden Hohlkegelstümpfen ausgebildet ist, und
- daß diese zweite Erhöhung (16) auf der von der ersten Erhöhung (13) abgewandten Seite der Ebene angeordnet ist.

5. Stützisolator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

- daß die zweite Erhöhung (16) ähnlich der ersten Erhöhung (13) ausgebildet ist, und
- daß auf der von der zweiten Erhöhung (16) abgewandten Seite des Isolatorkörpers (6) eine der Form der zweiten Erhöhung (16) entsprechend angepaßte Vertiefung (17) ausgebildet ist.

6. Stützisolator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

- daß die beiden Erhöhungen (13, 16) bezogen auf die Ebene gleich hoch sind.

7. Stützisolator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

- daß die beiden Erhöhungen (13, 16) bezogen auf die Ebene unterschiedlich hoch sind.

8. Stützisolator nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet,

- daß die beiden Erhöhungen (13, 16) benachbart angeordnet sind, und
- daß der Übergangsbereich zwischen den beiden Erhöhungen (13, 14) dielektrisch günstig ausgebildet ist.

9. Stützisolator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Isolatorkörper (6) aus einem gehärtetem Gießharz gefertigt ist.