DE19700387A1

DE19700387A1 - Halbleiter-Verbundisolator

Info

Publication number: DE19700387A1
Application number: DE1997100387
Authority: DE
Inventors: Yukinobu Nagasaka
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1996-01-09
Filing date: 1997-01-08
Publication date: 1997-07-17
Anticipated expiration: 2017-01-09
Also published as: JP3602634B2; JPH09190729A; DE19700387B4

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Halbleiter- Verbundisolator, welcher beispielsweise zum Tragen einer Energieübertragungsleitung verwendbar ist, keine Störgeräu sche insbesondere in Radios und Fernsehgeräten verursacht und verbesserte Eigenschaften bezüglich Verunreinigung aufweist.

Die Isolatoren werden im allgemeinen verwendet, um Hochspan nungsübertragungsleitungen oder dergleichen zu tragen. Die Potentiale nahe den Seiten einer Hochspannungsleitung und der Verkleidung des Isolators sind höher als die im verbleibenden Teil. Als Ergebnis kann eine Korona-Entladung unter Erzeugung von Störgeräuschen in Radios und Fernsehgeräten und unter Verschlechterung der Beständigkeit gegenüber Verunreinigung auftreten. Um eine derartige ungleichförmige Potentialvertei lung flach machen zu können, um die Korona-Entladung zu un terdrücken, das Auftreten der Störgeräusche in Radios und Fernsehgeräten zu verhindern und die Beständigkeit gegenüber Verunreinigung zu verbessern, wurde herkömmlich ein Isolator verwendet, der etwas Leitfähigkeit besitzt. Beispielsweise ist ein mit einer leitfähigen Glasur beschichteter Isolator aus der japanischen Patentanmeldungsschrift Nr. 46-53417 be kannt. Dieser Isolator ist ein Hochspannungsisolator mit ei ner Vielzahl von abschirmenden Abschnitten, die zur Abschir mung eines elektrischen Bogens dienen, und eine aus einem Me talloxid bestehende Halbleiter-Oberflächenschicht ist auf zylindrischen Abschnitten zwischen den abschirmenden Ab schnitten bereitgestellt. Dieser Isolatortyp ist auf Porzel lan-Isolatoren gerichtet, und Leitfähigkeit wird dem Isolator durch Beschichten der Oberfläche des Isolators mit einer Gla sur verliehen, in welche das Metalloxid gemischt ist.

Andererseits tritt eine Korona-Entladung unvorteilhafterweise ebenfalls aufgrund einer ungleichförmigen Potentialverteilung in Bezug auf einen Verbundisolator auf, der ein aus einem isolierenden Polymermaterial um ein Kernelement aus einem glasfaserverstärkten Kunststoffstab (FRP) oder dergleichen gefertigtes Gehäuse besitzt. Es ist jedoch aufgrund der Härte und Elastizität der im Verbundisolator verwendeten Bestand teilmaterialien unmöglich, einem derartigen Verbundisolator gemäß dem in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 46-53417 offenbarten Verfahren Leitfähigkeit zu verleihen. Bis jetzt war keine wirkungsvolle Technik verfügbar, um dem Verbundiso lator Leitfähigkeit zu verleihen.

Nachdem beobachtet wurde, daß aufgrund der höheren Anfällig keit der Materialien, aus denen der Verbundisolator besteht, für Kriechwegbildung (tracking) und Abnützung im Vergleich zum Porzellan-Isolator dem Verbundisolator Leitfähigkeit un ter Erfüllung von Kriechwegbildungs- und Abnützungsbeständig keit verliehen werden muß, wurden verschiedene Untersuchungen bezüglich Materialien angestellt, welche den Verbundisolato ren Leitfähigkeit verleihen. Als Ergebnis wurde schließlich die vorliegende Erfindung entwickelt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verbund isolator bereitzustellen, der im Vergleich zum Porzellan-Iso lator leichter ist und eine weitaus bessere Wasserabweisungs fähigkeit besitzt sowie mit Halbleiterfähigkeit versehen ist, um Störgeräusche in Radios und Fernsehgeräten zu vermeiden und die Beständigkeit gegenüber Verunreinigung zu verbessern.

Die Aufgabe wird durch den Verbundisolator gemäß der vorlie genden Erfindung gelöst, welcher ein Kernelement sowie ein aus einem isolierenden Polymermaterial um das Kernelement ge fertigtes Gehäuse umfaßt, wobei mindestens eine Oberflächen schicht des Gehäuses aus einem Halbleiter-Polymermaterial ge fertigt und mindestens ein Leitfähigkeit verleihender Füll stoff, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Ruß, Metallpulver, Metallfasern und Kohlefasern besteht, der Oberflächenschicht des Gehäuses beigemengt ist.

Gemäß dem Verbundisolator der vorliegenden Erfindung ist die Potentialverteilung um den Isolator herum gleichförmiger ge macht, da die äußere Oberflächenschicht des Gehäuses aus dem Halbleiter-Polymermaterial gefertigt ist, welches mindestens einen funktionellen Füllstoff enthält, welcher aus der Grup pe, bestehend aus Ruß, Metallpulver, Metallfasern und Kohle fasern, ausgewählt wurde. Als Ergebnis werden die Korona- Entladung sowie die Störgeräusche in Radios und Fernsehgerä ten unterbunden und die Beständigkeit gegenüber Verunreini gung verbessert.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen des Verbund isolators gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Aus führungsformen, bei denen zusätzlich zu den vorstehend ge nannten wesentlichen Bestandteilmerkmalen irgendeiner der folgenden Punkte (1) bis (4) hinzugefügt ist, sind als bevor zugte Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung eingeschlossen.

1) Das vorstehende isolierende Polymermaterial ist Silikon gummi oder ein Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer (EPDM). In diesem Fall können die Eigenschaften des Gehäuses noch vor teilhafter zur Geltung gebracht werden.
2) Das gesamte Gehäuse ist aus dem Halbleiter-Polymerma terial gefertigt. In diesem Fall wird die Leitfähigkeit des gesamten Isolators verstärkt, so daß die Potentialverteilung um den Isolator gleichförmiger gemacht und die Korona-Entla dung wirkungsvoller verhindert werden kann.
3) Eine Schicht aus Polymermaterial mit ausgezeichneter Be ständigkeit gegenüber Kriechwegbildung und Abnützung ist auf der Oberfläche des Gehäuses bereitgestellt. Dieser Fall hat den Vorteil, daß das Halbleiter-Polymermaterial, welches dem Isolator Leitfähigkeit verleiht, und das Polymermaterial, welches dem Isolator Beständigkeit gegenüber Kriechwegbildung und Abnützung verleiht, getrennt oder unabhängig ausgewählt werden kann. Weiterhin kann der Verbundisolator erhalten wer den, der nicht unter einer Verschlechterung der Beständigkeit gegenüber Kriechwegbildung und Abnützung leidet.
4) Das Kernelement ist aus einem Bündel mit einem Harz im prägnierter Glasfasern gefertigt, wobei dem Kernelement da durch Halbleiterfähigkeit verliehen wird, daß ein Teil der Glasfasern durch dünne Halbleiterdrähte ersetzt oder minde stens ein Leitfähigkeit verleihender Füllstoff, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Ruß, Metallpulver, Metallfasern und Kohlefasern besteht, in das Kernelement gemischt wird. In diesem Fall ist das Kernelement halbleitend und mit dem vor stehenden Gehäuse bedeckt. Daher ändert sich der Widerstand des gesamten Verbundisolators nicht wesentlich, selbst wenn sich mit dem Abbau des Gehäuses die Beständigkeit gegenüber Kriechwegbildung und Abnützung verschlechtert. Entsprechend kann der Verbundisolator beständig verwendet werden. Da der erlaubte Widerstand des Isolators zum Zeitpunkt der Herstel lung des Kernelements bestimmt werden kann, ist weiterhin die Verwirklichung verschiedener Ausgestaltungen der abschirmen den Abschnitte möglich.
5) Wenn die Spannung einer Leitung, bei welcher der Verbun disolator verwendet wird, 1 kV beträgt, wird der Widerstand zwischen entgegengesetzten Enden des Verbundisolators pro 1 kV der Leitung auf 1 MΩ bis 10 MΩ festgelegt. Der vorstehen de Widerstandsbereich wurde hinsichtlich der folgenden Punkte als bevorzugter Widerstandsbereich bestimmt. Wenn der Wider stand zu groß ist, kann die Potentialverteilung um den Isola tor herum nicht wirksam gleichförmig gemacht werden. Anderer seits fließt bei einem zu geringen Widerstand Kriechstrom jenseits eines notwendigen Niveaus, so daß ein Energieverlust auf ein nicht vernachlässigbares Niveau ansteigen kann. Zu sätzlich wird im Verbundisolator aufgrund des Kriechstroms Stromwärme erzeugt, so daß die Bestandteilmaterialien stärker abgebaut werden.

Der in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendete Begriff "Verbundisolator" bezeichnet einen Isolator, der ein hohles oder festes Kernelement aus glasfaserverstärktem Kunststoff (FRP) oder dergleichen sowie ein aus einem isolierenden Poly mermaterial gefertigtes und um die äußere Randfläche des Kernelements herum bereitgestelltes Gehäuse umfaßt. Als iso lierendes Polymermaterial kann gewöhnlicher Gummi verwendet werden. Insbesondere können als bevorzugte Materialien Sili kongummi, ein Ethylen-Propylen-Gopolymer und ein Ethylen-Pro pylen-Dien-Terpolymer genannt werden. Ein derartiger Gummi wird als Basisgummi verwendet, ein letztendliches Material für das Gehäuse wird durch Mischen verschiedener gewöhnlicher Additive in den Basisgummi erhalten und das Gehäuse um das Kernelement durch Formen und Vulkanisieren des letztendlichen Gehäusematerials gebildet. Die Gehäuseform des Verbundisola tors kann die normalerweise im Stand der Technik verwendete sein.

Im folgenden werden die im Verbundisolator gemäß der vorlie genden Erfindung verwendeten Bestandteilmaterialien beschrie ben.

1) Kernelement

Als Kernelement wird ein aus glasfaserverstärktem Kunststoff (FRP) oder dergleichen gefertigtes, in den Verbundisolatoren normalerweise verwendetes Kernelement verwendet. Das heißt, daß das Kernelement aus einem Bündel mit einem Harz imprä gnierter Glasfasern oder dergleichen gefertigt werden kann. Um dem Kernelement Halbleiterfähigkeit zu verleihen, werden anstelle eines Teils der Glasfasern dünne Halbleiterdrähte verwendet oder wahlweise mindestens ein Leitfähigkeit verlei hender funktioneller Füllstoff, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Ruß, Metallpulver, Metallfasern und Kohlefasern be steht, in das Kernelement gemischt und in das Harz geknetet und anschließend der Kern durch Imprägnieren des Bündels Glasfasern oder dergleichen mit diesem Harz gebildet.

2) Gehäuse

i) Wird Silikongummi als Basisgummi verwendet, erhält man ein Material für das Gehäuse beispielsweise durch Verwendung der folgenden Bestandteile (a) bis (e) in den folgenden auf 100 Gewichtsteilen des Bestandteils (a) basierenden Mengen.

Bestandteil (a) : Diorganopolysiloxan mit mindestens zwei an Siliciumatome gebundenen Alkenylgruppen in einem Molekül (Viskosität: nicht weniger als 0,1 cm²/s (10 cSt) bei 25°C, bevorzugtes Gewichtsmittel-Molekulargewicht 40×10⁴, bevor zugter 5×10⁴).

Bestandteil (b) : Feines Siliciumoxldpulver (Quarzstaub, Kie selgallerte, Kieselaerogel usw., vorzugsweise extrem feine Quarzstaubpartikel mit der Korngröße 50 µm und dem spezifi schen Oberflächenbereich 100 m²), 10 bis 100 Gewichtsteile.

Bestandteil (c): Aluminiumhydroxid (Al₂O₃·3H₂O, bevorzugter durchschnittlicher Partikeldurchmesser < 5 µm), vorzugsweise 15 bis 300 Gewichtsteile, bevorzugter 50 bis 200 Gewichtstei le.

Bestandteil (d): Organisches Peroxid wie Benzoylperoxid (Vul kanisator).

Bestandteil (e) : Andere bekannte geeignete Additive (nicht verstärkendes Additiv, Pigment, hitzebeständiges Mittel, Flammschutzmittel, Innentrennmittel, Weichmacher, usw.).

ii) Wird EPDM als Basisgummi verwendet, kann ein Material für das Gehäuse durch Hinzufügen und Mischen der vorstehenden Bestandteile (b) bis (e) in EPDM in den gleichen jeweiligen Mengen erhalten werden.

3) Material zum Aufbau der Halbleiter-Oberflächenschicht des Gehäuses

Ein Halbleitermaterial zum Aufbau der Halbleiter-Oberflächen schicht des Gehäuses kann grundsätzlich durch Hinzufügen und Mischen eines funktionellen Füllstoffs mit der Eigenschaft, Halbleiterfähigkeit zu verleihen, in das vorstehend erläuter te Gehäusematerial erhalten werden. Um die äußere Oberflä chenschicht zu bilden, ist es vom Standpunkt der Herstellung bevorzugt, daß der funktionelle Füllstoff in flüssigen Sili kongummi gegeben wird. Das Halbleitermaterial, auf das in diesem Abschnitt Bezug genommen wird, bezeichnet ein Material mit einem spezifischen Volumenwiderstand von 10³ bis 10¹⁰ Ωcm (das für das Gehäuse des gewöhnlichen Verbundisolators ver wendete isolierende Material hat einen spezifischen Volumen widerstand von etwa 10¹⁴ Ωcm).

Der flüssige Silikongummi besteht aus einem durch Dimethylsi loxan veranschaulichtem Polymer, feinem Siliciumoxidpulver (verstärkendes Mittel/anorganischer Streck-Füllstoff), ver netzendem Mittel, Katalysator usw. Als ein derartiger flüssi ger Silikongummi sind vom Standpunkt der Produktform ein Ein-Flüssigkeitstyp und ein Zwei-Flüssigkeitstyp erhältlich. Wei terhin sind hinsichtlich des Härtungsmechanismus ein Konden sationsreaktionstyp und ein Additionsreaktionstyp erhältlich, und beide können gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden.

4) Ruß, Metallpulver, Metallfasern und Kohlefasern, die dem Material zur Bildung der äußeren Oberflächenschicht des Ge häuses beigemengt werden sollen i) Ruß

Als Ruß können bekanntes Kechen-Schwarz (kechen black), XCF-Kohle, Acetylenschwarz, SRF-Kohle, Graphit, Aktivkohle usw. verwendet werden.

Die Zugabemenge an Ruß kann basierend auf der Art des ausge wählten Rußes und der gewünschten Halbleiterfähigkeit be stimmt werden. Physikalische Materialeigenschaften und Mate rialverhalten derartiger Ruße sind beispielsweise in der ja panischen Offenlegungsschrift Nr. 56-165203 und der japani schen Offenlegungsschrift Nr. 59-18734 beschrieben. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann Ruß mit der Korngröße von nicht mehr als 100 um und dem spezifischen Oberflächenbereich von 1 m²/g bis 1000 m²/g verwendet werden.

ii) Metallpulver

Als Metallpulver können Silberpulver, Kupferpulver, Nickel pulver, Aluminiumpulver usw. aufgeführt werden. Ein derarti ges Metallpulver kann in Form eines Metalls allein, einer Le gierung, eines Oxids, eines Halogenids, z. B. eines Iodids usw. verwendet werden. Die Partikelform des Pulvers kann ku gelförmig, ellipsoid, planar oder dergleichen sein. Für den Fall, daß die Partikelform kugelförmig ist, wird ein Pulver mit der Korngröße von nicht mehr als 100 µm bevorzugt verwen det.

iii) Metallfasern

Als Material für die Metallfasern können die für das vorste hende Metallpulver aufgeführten Metalle (Silber, Kupfer, Nic kel, Aluminium) verwendet werden. Die Feinheit der Metallfa sern beträgt vorzugsweise nicht mehr als 10 µm.

iv) Kohlefasern

Als Kohlefasern können solche mit einer Feinheit von nicht mehr als 100 um verwendet werden.

Die vorstehenden leitenden Materialien können einzeln oder in Form eines Gemisches verwendet werden. Die Dicke der äußeren Halbleiter-Oberflächenschicht des Gehäuses ist nicht auf ir gendeinen besonderen Wert eingeschränkt, beträgt aber vor zugsweise nicht weniger als 5 mm im Hinblick auf die durch Kriechwegbildung und Abnützung an der Gehäuseoberfläche aus gelöste Korrosion. Weiterhin kann nicht nur der Oberflächen abschnitt des Gehäuses, sondern auch das gesamte Gehäuse halbleitend gemacht werden, und der Ausdruck "Oberflächen schicht-Abschnitt des Gehäuses" schließt den letzteren Fall ein.

v) Polymermaterial mit ausgezeichneter Beständigkeit gegen über Kriechwegbildung und Abnützung

Ein gegen Kriechwegbildung beständiges Polymermaterial ist das gleiche wie das Polymermaterial (Silikongummi oder EPDM-Gummi) zur Bildung des Gehäuses als grundlegender aufbauender Komponente. Vom Standpunkt der Herstellung wird flüssiger Si likongummi bevorzugt. Vorzugsweise wird Aluminiumhydroxid in einer Menge von 15 bis 300 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile des Polymers, zugegeben, wenn der durchschnitt liche Partikeldurchmesser nicht mehr als 5 µm beträgt. Da die Fließfähigkeit des flüssigen Silikongummis gewährleistet sein muß, beträgt die Zugabemenge an Aluminiumhydroxid bevorzugter 15 bis 100 Gewichtsteile, bezogen auf 100 Gewichtsteile des Polymers.

Die Dicke des Polymermaterials mit der ausgezeichneten Be ständigkeit gegenüber Kriechwegbildung und Abnützung ist so festgelegt, daß eine Verschlechterung aufgrund von Kriechweg bildung und Abnützung für eine gesicherte tolerierbare Anzahl von Jahren verhindert werden kann. Die Dicke des gegenüber Kriechwegbildung beständigen Polymermaterials beträgt vor zugsweise nicht weniger als 2 mm.

Gemäß dem Verbundisolator der vorliegenden Erfindung wird das Gehäuse mit einem isolierenden Polymermaterial um die äußere Peripherie des Kernelements durch Gießen, dem Schiebebildver fahren (transfer process) oder dergleichen gebildet.

Die Halbleiter-Oberflächenschicht des Gehäuses wird auf der Gehäuseoberfläche mit einem Halbleiter-Polymermaterial gebil det, in welches mindestens ein Halbleiterfähigkeit verleihen der Füllstoff, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Ruß, Me tallpulver, Metallfasern und Kohlefasern besteht, zuvor ge mischt worden ist. Genauer wird (1) das Gehäuse um die äußere Peripherie des Kernelements mit einem nicht halbleitenden Ma terial gebildet und das Gehäuse um das Kernelement in einen in einen Tank gefüllten flüssigen Gummi eingetaucht, welcher einen leitenden Füllstoff enthält. Anschließend wird das er haltene Gehäuse und der Kern unter Drehen hochgezogen, um ei ne gleichförmige Schicht des Halbleitermaterials auf dem Ge häuse zu bilden, gefolgt von Härten der Halbleitermaterial schicht und des Gehäuses. (2) Wahlweise wird zunächst einmal ein Verbundisolator gebildet und anschließend der Isolator in eine Form eingepaßt, wobei ein Zwischenraum entsprechend der Dicke einer Halbleiterschicht zwischen dem Isolator und der Innenoberfläche eines Formungsraums der Form gelassen wird. Anschließend wird die Halbleiterschicht durch Einführen von flüssigem Gummi in den Zwischenraum, gefolgt von Härten der Halbleiterschicht zusammen mit dem Gehäuse gebildet. (3) Wahlweise wird, wobei kein flüssiger Gummi verwendet wird, der Isolator in die Form eingepaßt und eine Halbleiterschicht durch Spritzgießen, gefolgt von Härten der Halbleiterschicht auf die gleiche Weise, gebildet.

Für den Fall, daß das gesamte Gehäuse aus einem Halbleiter-Polymermaterial gefertigt wird, wird mindestens ein Halblei terfähigkeit verleihender Füllstoff, ausgewählt aus der Grup pe, die aus Ruß, Metallpulver, Metallfasern und Kohlefasern besteht, zuvor in einen halbleitenden Silikongummi gemischt und geknetet und ein Gehäuse um die äußere Randoberfläche des Kernelements durch Gießen, das Schiebebildverfahren (transfer process) oder dergleichen gebildet. Die Schicht aus Polymer material mit ausgezeichneter Beständigkeit gegenüber Kriech wegbildung und Abnützung wird mit dem gleichen oder ähnlichen Verfahren wie zur Bildung der Halbleiter-Gehäuseoberflächen schicht um die äußere Randoberfläche des Gehäuses gebildet.

Das Kernelement wird aus einem Bündel Glasfasern gebildet, die gemäß einem wohlbekannten Verfahren mit einem Harz imprä gniert sind. Für diesen Fall wird dem Kernelement Halbleiter fähigkeit verliehen, indem ein Teil der Glasfasern durch fei ne Halbleiterdrähte ersetzt oder mindestens ein Leitfähigkeit verleihender funktioneller Füllstoff, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Ruß, Metallpulver, Metallfasern und Kohlefa sern besteht, in das Harz für das Kernelement beigemengt wird.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend genauer unter Be zugnahme auf die folgenden Beispiele erläutert. Im folgenden sind alle zugegebenen Mengen der Bestandteile in Gewichtstei len aufgeführt.

Beispiele 1 bis 4 Beispiel 1 (Verbundisolator, bei welchem der gesamte Oberflä chenabschnitt des Gehäuses als Halbleiterschicht gefertigt wurde)

Die Form des Isolators ist in den nachstehend genannten Be wertungen angegeben.

1) Eine Mischvorschrift für ein Gehäuse als Basismaterial war wie folgt:

Dimethylpolysiloxan (heißgehärteter Typ)

100

feines Siliciumoxidpulver 50

Aluminiumhydroxid 100

Benzoylperoxid 50

2) Eine Zusammensetzung für eine Halbleiterschicht wurde durch Zugabe von Ruß in flüssigen Silikongummi hergestellt:

Dimethylpolysiloxan (Ein-Flüssigkeitstyp)
100
feines Siliciumoxidpulver	50
Vernetzungsmittel (Benzoylperoxid, nachstehend genannte Vernetzungsmittel sind alle Benzoylperoxid)	5
Katalysator	0,5
Ruß (durchschnittlicher Partikeldurchmesser 50 µm spezifischer Oberflächenbereich 500 m²/g)	20

Ein Verbundisolator wurde durch Formpressen unter Verwendung des rohen Gummimaterials als Basismaterial und eines mit ei nem Epoxidharz imprägnierten Glasfaserstabs gebildet. Der ge formte Verbundisolator wurde für eine vorgegebene Zeitdauer in flüssigen Silikongummi eingetaucht, welcher als Material zum Aufbau einer Halbleiterschicht in einen Tank gefüllt wor den war. Anschließend wurde der erhaltene Isolator hochgezo gen und der aufgetragene Silikongummi gehärtet, während der Isolator gedreht wurde, um die Filmdicke gleichförmig zu ma chen. Dieser Schritt wurde wiederholt, um die Dicke der Halb leiterschicht von 5 mm zu erreichen.

Der letztendliche Verbundisolator wurde durch Anbringen von Endstücken an entgegengesetzte Enden vervollständigt.

Beispiel 2 (Verbundisolator, bei welchem das gesamte Gehäuse als Halbleiterschicht gefertigt wurde)

Die Form des Isolators ist in den nachstehend genannten Be wertungen angegeben.

Eine Mischvorschrift für ein Basismaterial mit Halbleiterfä higkeit war wie folgt:

Dimethylpolysiloxan (heißgehärteter Typ)
100
feines Siliciumoxidpulver	50
Aluminiumhydroxid	100
Benzoylperoxid	5
Ruß	20

Ein Verbundisolator wurde auf die gleiche Weise wie in Bei spiel 1 durch Formpressen unter Verwendung des Basis-Gummi materials für das Gehäuse und eines mit einem Epoxidharz im prägnierten Glasfaserstabs, gefolgt von Härten, gebildet.

Beispiel 3 (Verbundisolator, bei welchem eine gegenüber Kriechwegbildung beständige Schicht auf der gesamten Oberflä che eines Halbleiter-Gummis bereitgestellt wurde)

Die Form des Isolators ist in den nachstehend genannten Be wertungen angegeben.

1) Eine Mischvorschrift für ein Basismaterial mit Halblei terfähigkeit war die gleiche wie in Beispiel 2.
2) Eine Mischvorschrift für die gegenüber Kriechwegbildung beständige Schicht war wie folgt:

Dimethylpolysiloxan (Ein-Flüssigkeitstyp)

100

feines Siliciumoxidpulver 50

Aluminiumhydroxid 100

Vernetzungsmittel 5

Katalysator 0,5

Ein Verbundisolator wurde durch Formpressen unter Verwendung des Basis-Gummimaterials für das Gehäuse und eines mit einem Epoxidharz imprägnierten Glasfaserstabs, gefolgt von Härten, gebildet.

3) Eine Zusammensetzung für eine Halbleiterschicht wurde durch Zugabe von Ruß in flüssigen Silikongummi hergestellt:

Dimethylpolysiloxan (Ein-Flüssigkeitstyp)
100
feines Siliciumoxidpulver	50
Vernetzungsmittel (Benzoylperoxid, nachstehend genannte Vernetzungsmittel sind alle Benzoylperoxid)	5
Katalysator	0,5

Das Formen und Härten wurde auf die gleiche Weise wie in Bei spiel 1 durchgeführt. Die Dicke der gegenüber Kriechwegbil dung beständigen Schicht betrug 2 mm.

Beispiel 4 (Verbundisolator, bei welchem ein Kernelement halbleitend war)

Die Form des Isolators ist in den nachstehend genannten Be wertungen angegeben.

1) Der in Beispiel 2 verwendete Gummi wurde als Material für ein Gehäuse eingesetzt.
2) Ein nachstehend beschriebener Kern wurde verwendet:

Epoxidharz (Zwei-Flüssigkeitstyp)

100

Ruß (durchschnittlicher Partikeldurchmesser 50 µm spezifischer Oberflächenbereich 500 m²/g) 30

Glasfasern 100

Eine geeignete Anzahl an Glasfasern in Bündelform wurden durch ein Flüssigkeitsgemisch geführt, welches das mit Ruß versetzte Epoxidharz vom Zwei-Flüssigkeitstyp enthielt, wo durch die Glasfasern mit dem Harz imprägniert wurden. Ein Kernelement wurde durch eine Düse mit einer gewünschten Dicke gezogen, gefolgt von Härten.

Ein Gehäuse wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 2 ge formt und gehärtet.

Bewertungsverfahren für die Beispiele

Die folgenden Kriterien (a) bis (e) wurden als Bewertungskri terien verwendet:

a) Spannungsverteilungsrate
b) Auftreten von Korona-Entladung
c) Fernsehrauschen, Radiorauschen
d) Beständigkeit gegenüber Verunreinigung
e) Beständigkeit gegenüber Kriechwegbildung und Abnützung

Bezüglich der Bewertungskriterien a) bis d) wurde die folgen de Form eingesetzt:
Auf 5 m gestreckter Suspensionstyp zur Verwendung bei 735 kV

Durchmesser der Abschirmungen:\|182 mm
Zylinderdurchmesser:	42 mm
Kerndurchmesser:	32 mm
Abstand der Abschirmungen:	50 mm
Anzahl an Abschirmungen:	89

Bezüglich des Bewertungskriteriums e) wurde die folgende Form eingesetzt:

Durchmesser der Abschirmungen:\|126 mm
Zylinderdurchmesser:	26 mm
Kerndurchmesser:	16 mm
Abstand der Abschirmungen:	50 mm
Anzahl an Abschirmungsabschnitten:	4

In den Testproben wurden bis auf die Bestandteilmaterialien die gleichen Konstruktionen verwendet.

a) Spannungsverteilungsrate

Eine normale Spannung wurde zwischen entgegengesetzten Enden einer Testprobe angelegt und bezüglich jedes Abschirmungsab schnitts eine Potentialverteilung durch eine Messung gemäß einem herkömmlichen Verfahren erhalten.

b) Spannung von aufgetretener sichtbarer Korona-Entladung

Auf eine Testprobe wurden die folgenden Bedingungen angewen det und eine Spannung gemessen, bei der bei einem schrittwei sen Anstieg der Spannung eine sichtbare Korona-Entladung auf trat.
Verunreinigungsbedingung:
Dichte an angehaftetem Salz: 0,34-0,37 mg/cm²

Feuchtigkeitsbedingung:
künstliches Besprühen: 5 g/m³

c) Fernseh-/Radiorauschen (TVI, RIV)

Eine Testprobe wurde wie nachstehend erläutert verunreinigt und unter Feuchtigkeitsbedingungen eine Spannung an die Test probe angelegt. Bezüglich dieser Testprobe wurden das Fern sehrauschen (TVI) und das Radiorauschen (RIV) von einer 6-Elementtyp-YAGI-Antenne empfangen und unter Verwendung eines TVI-Meßgeräts, eines RIV-Meßgeräts und eines elektromagneti schen Oszillographen analysiert.

TVI: Das Rauschen wurde bei 94 MHz gemessen, wo es den ge ringsten Hintergrundrauschpegel zwischen der Frequenz eines Bildes im ersten Kanal und den Stimmfrequenzen gibt.

RIV: Es wurde NEMA Pub. 107-1964 verwendet. Die Meßfrequenz war 1 MHz.

Angelegte Spannung: 735 kV
Verunreinigungsbedingung:
Dichte des angehafteten Salzes: 0,34-0,37 mg/cm²
Menge an angehaftetem Polierpulver: 0,1 mg/cm²

Feuchtigkeitsbedingung:
künstliches Besprühen: 5 g/m³

Es ist der Durchschnittswert der Signalintensitäten aufge führt, welche 30 Minuten vom Beginn eines Experiments an emp fangen wurden.

d) Verunreinigungsbeständigkeits-Spannung

Dieser Test ist ein Test, der eine Situation simuliert, in welcher ein Isolator einer sich über eine lange Zeit anhäu fenden Verunreinigung unterworfen und Nebel und leichtem Re gen während des gewöhnlichen Betriebs ausgesetzt ist.

Während eine Testprobe mit variierender Dichte an angehafte tem Salz einem künstlichen Nebel unterzogen wurde, wurde die angelegte Spannung schrittweise erhöht. So wurde eine Verun reinigungsbeständigkeits-Spannung gemessen.

Dichte des angehafteten Salzes: 0,5 mg/cm²
künstlicher Nebel: 5 mg/cm²

e) Beständigkeit gegenüber Kriechwegbildung und Abnützung

Eine hochintegrierte elektrische Komponente IEC 1109 wurde angelegt und eine Testprobe gleichzeitig einem Besprühen mit Salzwasser und einem Anlegen von Spannung unterworfen. Es wurde überprüft, ob innerhalb eines Testzeitraums eine Kriechwegbildung und Abnützung auftrat oder nicht, und die maximale Abnützungstiefe gemessen.

Angelegte Spannung: 16 kV
Volumen der Nebelkammer: 8,75 m³
Nebelaustrittsgeschwindigkeit: 3, 5 l/h
Elektrische Leitfähigkeit des Nebels: 16 mS/cm
Testzeitraum: 1000 h

Die Bewertungstestergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 aufgeführt.

Als herkömmliche Testprobe wurde ein Verbundisolator mit ei nem aus dem in Beispiel 1 angegebenen Gehäusematerial gefer tigten Gehäuse verwendet.

Wie aus den vorstehenden Ergebnissen klar hervorgeht, hatten die Halbleiter-Verbundisolatoren in den Beispielen 1 bis 4 gemäß der vorliegenden Erfindung, verglichen mit dem herkömm lichen Verbundisolator, weit höhere eine sichtbare Korona- Entladung erzeugende Spannungen, und das Auftreten von Rau schen konnte in einem größeren Ausmaß unterdrückt werden. Zu sätzlich ist ersichtlich, daß die Verunreinigungsbeständig keitsspannungen der Halbleiter-Verbundisolatoren in den Bei spielen 1 bis 4 gemäß der vorliegenden Erfindung verglichen mit dem herkömmlichen Verbundisolator deutlich verbessert werden konnten. Weiterhin ist ersichtlich, daß obwohl in den Beispielen 1 und 2 die Beständigkeit gegenüber Kriechwegbil dung und Abnützung leicht verschlechtert war, sich diese auf Niveaus befindet, wo keine praktischen Probleme verursacht werden. Was die Beispiele 3 und 4 betrifft, so ist ersicht lich, daß die Beständigkeit gegenüber Kriechwegbildung und Abnützung auf fast dem gleichen Niveau wie bei dem herkömmli chen Verbundisolator gehalten werden konnte.

Wie vorstehend beschrieben schließt ein Verbundisolator gemäß der vorliegenden Erfindung ein Kernelement sowie ein aus ei nem isolierenden Polymermaterial um das Kernelement gefertig tes Gehäuse ein, wobei mindestens eine Oberflächenschicht des Gehäuses aus einem Halbleiter-Polymermaterial gefertigt und mindestens ein Leitfähigkeit verleihender Füllstoff, ausge wählt aus der Gruppe, die aus Ruß, Metallpulver, Metallfasern und Kohlefasern besteht, der Oberflächenschicht des Gehäuses beigemengt ist.

Claims

1. Halbleiter-Verbundisolator mit einem Kernelement sowie einem um das Kernelement bereitgestellten und aus einem iso lierenden Material bestehenden Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine äußere Oberflächenschicht des Gehäuses aus einem Halbleiter-Polymermaterial gefertigt und mindestens ein Leitfähigkeit verleihender Füllstoff, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Ruß, Metallpulver, Metallfasern und Kohlefa sern besteht, der äußeren Oberflächenschicht des Gehäuses beigemengt ist.

2. Halbleiter-Verbundisolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende Polymermaterial Silikongummi oder ein Ethyl en-Propylen-Dien-Terpolymer ist.

3. Halbleiter-Verbundisolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte Gehäuse aus halbleitendem Silikongummi gefertigt ist.

4. Halbleiter-Verbundisolator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht aus Polymermaterial mit ausgezeichneter Bestän digkeit gegenüber Kriechwegbildung und Abnützung auf einer Oberfläche des Gehäuses bereitgestellt ist.

5. Halbleiter-Verbundisolator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernelement aus einem Bündel von mit einem Harz imprä gnierten Glasfasern besteht und dem Kernelement dadurch Halb leiterfähigkeit verliehen ist, daß ein Teil der Glasfasern durch Halbleiterdrähte ersetzt oder mindestens ein Leitfähig keit verleihender Füllstoff, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Ruß, Metallpulver, Metallfasern und Kohlefasern besteht, in das Kernelement gemischt ist.

6. Halbleiter-Verbundisolator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernelement aus einem Bündel von mit einem Harz imprä gnierten Glasfasern besteht und dem Kernelement dadurch Halb leiterfähigkeit verliehen ist, daß ein Teil der Glasfasern durch Halbleiterdrähte ersetzt oder mindestens ein Leitfähig keit verleihender Füllstoff, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Ruß, Metallpulver, Metallfasern und Kohlefasern besteht, in das Kernelement gemischt ist.

7. Halbleiter-Verbundisolator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand zwischen entgegengesetzten Enden des Verbund isolators in einem Bereich von 1 MΩ bis 10 MΩ liegt, wenn eine Spannung einer Energieübertragungsleitung, in welcher der Verbundisolator verwendet wird, 1 kV beträgt.

8. Halbleiter-Verbundisolator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand zwischen entgegengesetzten Enden des Verbund isolators in einem Bereich von 1 MΩ bis 10 MΩ liegt, wenn eine Spannung einer Energieübertragungsleitung, in welcher der Verbundisolator verwendet wird, 1 kV beträgt.

9. Halbleiter-Verbundisolator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand zwischen entgegengesetzten Enden des Verbund isolators in einem Bereich von 1 MΩ bis 10 MΩ liegt, wenn eine Spannung einer Energieübertragungsleitung, in welcher der Verbundisolator verwendet wird, 1 kV beträgt.

10. Halbleiter-Verbundisolator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er weiterhin Endstücke umfaßt, die an seinen entgegengesetz ten Enden angebracht sind.

11. Halbleiter-Verbundisolator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß er weiterhin Endstücke umfaßt, die an seinen entgegengesetz ten Enden angebracht sind.

12. Halbleiter-Verbundisolator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß er weiterhin Endstücke umfaßt, die an seinen entgegengesetz ten Enden angebracht sind.

13. Halbleiter-Verbundisolator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß er weiterhin Endstücke umfaßt, die an seinen entgegengesetz ten Enden angebracht sind.

14. Halbleiter-Verbundisolator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß er weiterhin Endstücke umfaßt, die an seinen entgegengesetz ten Enden angebracht sind.

15. Halbleiter-Verbundisolator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß er weiterhin Endstücke umfaßt, die an seinen entgegengesetz ten Enden angebracht sind.

16. Halbleiter-Verbundisolator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß er weiterhin Endstücke umfaßt, die an seinen entgegengesetz ten Enden angebracht sind.