DE19842654A1 - Verbesserter Verbundisolator - Google Patents

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf zusam­ mengesetzte Isolatoren oder Verbundisolatoren des Typs, die verwendet werden, um elektrische Hochspannungsleitungen zu tragen. Sie bezieht sich insbesondere auf Anwendungen in extrem verunreinigten Umgebungen, wo ausgedehnte Oberflächen­ entladungen auftreten können.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Isolatoren für elektrische Hochspannungsleitungen können viele Formen annehmen. In den letzten Jahren sind Verbundiso­ latoren extrem beliebt geworden. Ein solcher Isolator umfaßt einen Stab, der aus Glasfaser, das mit einem organischen Bindemittel getränkt ist, hergestellt ist. Dieser Stab wird mit einer Gummiisolationshülle beschichtet, und eine Vielzahl von Wetterabweiser, Wetterschützer oder Wetterschirme (weathershed) sind entlang des Stabes beabstandet angeordnet und an der Hülle befestigt.

Ein Verbundisolator dieses Typs hat normalerweise ein Hoch­ spannungselektrodenanschlußstück, das an einem Ende des um­ hüllten Stabes befestigt ist, und ein Erdanschlußstück, das am anderen Ende des umhüllten Stabes befestigt ist. Feldver­ suche haben gezeigt, daß die Gummihülle in der Umgebung des Hochspannungselektrodenendanschlußstücks eine Alterung und/oder eine Erosion durch elektrische Oberflächenentladun­ gen erfahren kann, die auftreten können, wenn extrem verun­ reinigte Bedingungen herrschen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen verbesserten Verbundisolator für stark verunreinigte Umgebun­ gen zu schaffen, der die elektrischen Entladungen in den Gebieten neben den Endanschlußstücken minimiert.

Eine andere Aufgabe besteht darin, einen verbesserten Verbun­ disolator zu schaffen, der eine überragende Alterungsbestän­ digkeit aufweist.

Nochmals eine andere Aufgabe besteht darin, einen verbesser­ ten Verbundisolator zu schaffen, bei dem eine Wassertropfen­ koronaentladung und eine damit verbundene Alterung und Erosi­ on weniger auftritt als bei den Gestaltungen konventioneller Verbundisolatoren.

Die vorangehende Aufgabe und andere Aufgaben werden gemäß der vorliegenden Erfindung durch das Bereitstellen eines Verbun­ disolators mit einer vorbestimmten, unregelmäßigen Musteraus­ bildung und Konfiguration von Wetterschirmen auf einem um­ hüllten Stab gelöst. Der Stab ist von bekannter Konstruktion und er ist auf konventionelle Art mit einer Silikongummihülle bedeckt.

In einer Ausführungsform der Erfindung werden zwei getrennte Reihen von unterschiedlich gestalteten Wetterschirmen über der Hülle auf dem Stab montiert. Eine erste Reihe hat konvexe Ober- und Unterseiten. Diese Schirme stoßen aneinander und an die Hochspannungselektrode an, um somit den Stab vollständig abzuschirmen. Eine zweite Reihe hat konvexe Oberseiten und konkave Unterseiten. Sie sind voneinander, von der Erdelek­ trode und den Schirmen der einen Reihe entfernt angeordnet. In einer anderen Ausführungsform, die für Anwendungen bei höheren Spannungen gedacht ist, stoßen eine Reihe von Schir­ men neben den Anschlußstücken aneinander und an die Anschluß­ stücke an. Eine dritte Reihe von Schirmen zwischen den ersten zwei Reihen umfaßt beabstandete Schirme. In jeder Ausfüh­ rungsform können in jeder Reihe die Schirme wechselnd einen großen und einen kleinen Durchmesser aufweisen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Der vorangehende Gegenstand und andere Gegenstände der Erfin­ dung sind mehr oder weniger schematisch in den Zeichnungen dargestellt:

Fig. 1 ist eine Vorderansicht eines Isolators, der eine Form der Erfindung verkörpert;

Fig. 2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 der Fig. 1;

Fig. 3 ist eine Vorderansicht eines Isolators, der eine andere Form der Erfindung verkörpert; und

Fig. 4 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 4-4 der Fig. 3.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Es wird nun Bezug genommen auf die Zeichnungen, und insbeson­ dere auf die Fig. 1 und 2, in denen ein Verbundisolator, der eine Form der vorliegenden Erfindung verkörpert, allge­ mein mit 10 bezeichnet ist. Der Isolator umfaßt einen Stab 11, der einen Isolationsstabkern 12 einschließt, der ein metallisches Hochspannungsanschlußstück 13 an einem Ende und ein metallisches Erdanschlußstück 14 am anderen Ende auf­ weist. Ein Gummihülle 18 bedeckt den Stabkern 12 zwischen den Anschlußstücken 13 und 14, und eine Vielzahl von Wetterschir­ men 20 sind über der Hülle montiert.

Der Stabkern 12 ist in wohlbekannter Art aus Glasfaser, die mit einem Epoxidharz oder einem anderen Harz getränkt ist, hergestellt. Das metallische Hochspannungsanschlußstück 13 ist an einem Ende des Kerns 12 durch eine konventionelle Vorrichtung befestigt, das heißt, der Kern ist in eine (nicht dargestellte) passend konfigurierte Bohrung eingeschoben, die längs in einem Ende des Anschlußstückes ausgebildet ist, und das Anschlußstück ist nach innen gequetscht, um den Kern mit einer Haltekraft zu greifen, die die axiale Belastung des Isolators übersteigt. Das metallische Erdanschlußstück 14 ist am anderen Ende des Stabkernes 12 in derselben Weise befe­ stigt.

Der Stabkern 12 ist mit Silikongummi beschichtet, das eine Hülle 18 auf dem Kern zwischen den Anschlußstücken 13 und 14 bildet. Die Beschichtung wird in einer konventionellen Art aufgebracht und gehärtet, so daß die Hülle 18 fest am Kern 12 anhaftet.

Die Hülle 18 liefert eine Schutzschicht für den Stab 11. Zur selben Zeit liefert sie eine kompatible Montageoberfläche für die Reihe von Silikongummiwetterschirmen 20, die an der Hülle 18 mit einer Silikonverbindung befestigt sind, die eine che­ mische Verbindung als Ergebnis eines Hochtemperaturvulkani­ sierverfahrens bildet.

Die Wetterschirme 20 sind in einer Konfiguration und einem Muster, die die Merkmale der Erfindung verkörpern, konstru­ iert und angeordnet. Diese Konfiguration und dieses Muster der Wetterschirme 20 dient zur Begrenzung der elektrischen Spannungen an den Orten des Stabes, die durch die elektri­ schen Oberflächenentladungen, die unter stark verunreinigten Bedingungen auftreten können, am meisten einem Altern und/oder einer Abtragung unterworfen sind. Die Erfindung dient auch zur Minimierung oder Elimination einer Wassertrop­ fenkoronaentladung und einer damit verbundenen Alterung oder Abtragung. Dies wird mit minimalen Kosten erreicht.

Die Wetterschirme 20 umfassen erste und zweite Reihen 20A und 20B getrennter und unterschiedlicher Wetterschirmkonfigura­ tionen, die in zwei getrennten und unterschiedlichen Mustern auf dem Stab 11 angeordnet sind. Die Wetterschirme der Reihe 20A haben ein doppelt konvexe Konfiguration und sind direkt nebeneinander auf dem Stab 11 und gegen die Hochspannungs­ elektrode 13 zu aufgestapelt. Die Wetterschirme der Reihe 20B haben eine konvex-konkave Konfiguration und sind in vorbe­ stimmter Entfernung voneinander auf dem Stab 11 zwischen der Erdelektrode 14 und den Wetterschirmen 20A angeordnet.

Die Wetterschirme der Reihe 20A umfassen jeweils eine Buchse 22, die neben der Hülle 18 angeordnet ist, und ein kreisför­ miges Dach 23, das sich radial nach außen von der Hülle weg erstreckt. In dieser Reihe 20A sind die Buchsen 22 und die Dächer 23 symmetrisch nach oben und unten, wie man sehen wird.

Die Wetterschirme der Reihe 20B umfassen jeweils eine Buchse 26, die sich neben der Hülle 18 befindet, und ein kreisförmi­ ges Dach 27, das sich radial nach außen von der Hülle weg erstreckt. In dieser Reihe 20B sind die Buchsen 26 und die Dächer 27 asymmetrisch nach oben und unten ausgebildet, wie man sehen wird, das heißt, im Gegensatz zur Reihe 20A sind ihre Unterseiten oder Böden konkav.

Ein Beispiel des vorher beschriebenen Verbundisolators 10 (der in Fig. 1 gezeigt ist), der getestet wurde, hat die folgende Eigenschaften:

Länge A (zwischen den Endanschlußstücken)	35 in/889 mm
Hochspannungsanschlußstücklänge X	5,2 in/132 mm
Erdanschlußstücklänge Y	5,0 in/127 mm
Zahl der Wetterschirme	8
Durchmesser B des Wetterschirmes	5,1 in/129 mm
Länge des Wetterschirmes (20A) entlang des Stabes	0,625 in/15,5 mm
Abstand D des Wetterschirmes (20A) von Kante zu Kante	4,07 in/103 mm
Länge E des Wetterschirmes (20B) entlang des Stabes	1,25 in/31 mm
Abstand C des Wetterschirmes (20B) von Kante zu Kante	1,25 in/31 mm

Dieser beispielhafte Isolator 10 umfaßt eine gestapelte erste Reihe von drei Wetterschirmen 20A, die auf dem Stab 11 mon­ tiert sind, die aneinander und am Hochspannungsanschlußstück 13 anliegen. Eine zweite Reihe von fünf Wetterschirmen 20B, die auf dem Stab 11 montiert ist, sind voneinander und vom Anschlußstück 14 als auch von der Reihe 20A der Wetterschirme entfernt angeordnet.

Dieses Muster und diese Konfiguration der Wetterschirme 20A und 20B auf der Stabhülle 18 eliminiert eine axial freige­ legte Hülle 18 nahe der Hochspannungselektrode 13. Dies ver­ mindert stark die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten einer Wassertropfenkorona. Zur selben Zeit bleiben die Kosten des Isolators niedrig, da ein beabstandetes Muster von Wetter­ schirmen 20B entlang des Restes des Stabes 11 verwendet wird.

Betrachtet man nun die Fig. 3 und 4, so ist ein Verbun­ disolator, der eine andere Form der vorliegenden Erfindung verkörpert, allgemein mit 110 bezeichnet. Der Isolator 110 ist gemäß der Erfindung speziell für Anwendungen mit höherer Spannung als der Isolator 10 ausgebildet.

Wie der Isolator 10 umfaßt der Isolator 110 einen Stab 111, der einen Isolationsstabkern 112 einschließt, der ein metal­ lisches Hochspannungsanschlußstück 113 an einem Ende und ein metallisches Erdanschlußstück 114 am anderen Ende aufweist. Eine Gummihülle 118 bedeckt den Stabkern 112 zwischen den Anschlußstücken 113 und 114 und eine Vielzahl von Wetter­ schirmen 120 sind auf dem Stab 111 über der Hülle montiert.

Der Stabkern 112 ist wie der Kern 12 aus mit einer Epoxidharz getränkten Glasfaser hergestellt. Das Hochspannungsanschluß­ stück 113 und das Erdanschlußstück 114 sind in der vorher beim Isolator 10 beschriebenen Art am Kern befestigt.

Der Stabkern 112 ist in der schon beschriebenen Art mit Sili­ kongummi beschichtet, um eine Hülle 118 zu bilden. In ähnli­ cher Weise sind eine Reihe von Silikongummi-Wetterschirmen 120 auf der Hülle in einer schon beschriebenen Art vulkani­ siert. Im Gegensatz zum Isolator 10 hat der Isolator 110a einen konventionellen Koronaring 121 neben dem Leitungsendan­ schlußstück 113.

Die Wetterschirme 120 sind auch auf dem Stab 111 in einer Konfiguration und einem Muster angeordnet und konstruiert, das die Merkmale der Erfindung verkörpert. Bei Anwendungen mit höherer Spannung ist diese Konfiguration und das Muster der Wetterschirme 120 bei minimalen Kosten auch wirksam, um lokalisierte elektrische Spannungen zu begrenzen, um die Erosion zu minimieren und um eine Wassertropfenkoronaentla­ dung zu minimieren oder zu eliminieren.

Die Wetterschirme 120 umfassen erste, zweite und dritte Rei­ hen 120A, 120B und 120C von getrennten und unterschiedlichen Wetterschirmkonfigurationen, die in zwei getrennten und un­ terschiedlichen Mustern auf dem Stab 111 angeordnet sind. Die Reihen 120A und 120C haben eine doppelt konvexe Konfiguration und sind direkt nebeneinander und auf die Hochspannungselek­ trode 113 und die Erdelektrode 114 zu aufgestapelt. Die Reihe 120B von Wetterschirmen hat eine konvex-konkave Konfiguration und diese Wetterschirme sind auf dem Stab 111 in vorbestimm­ ten Entfernungen voneinander und von den Wetterschirmen 120A und 120C entfernt angeordnet.

Die Wetterschirme der Reihen 120A und 120C umfassen jeweils eine Buchse 122 und ein Dach 123. Die Buchsen 122 und die Dächer 123 sind nach oben und unten symmetrisch, das heißt, ihre oberen Seiten oder Oberteile sind konvex, während ihre Unterseiten oder Böden konkav sind.

Die Wetterschirme der Reihe 120B umfassen jeweils eine Buchse 126 und ein Dach 127. Die Buchsen 126 und Dächer 127 sind nach oben und unten asymmetrisch, das heißt, ihre oberen Seiten oder Oberteile sind konvex, während ihre Unterseiten oder Böden konkav sind.

Ein Beispiel des vorher beschriebenen Verbundisolators 110 (der in Fig. 2 dargestellt ist) hat die folgenden Eigen­ schaften:

Länge A (zwischen den Endanschlußstücken)	86 in/2184 mm
Hochspannungsanschlußstücklänge X	5,1 in/129 mm
Erdanschlußstücklänge Y	6,6 in/168 mm
Zahl der Wetterschirme	52
Stabdurchmesser B	0,86 in/22 mm
Radius des Wetterschirmes (120A und 120C) vom Stab aus:@	groß N1	2,97 in/75 mm
klein N2	2,82 in/71 mm
Radius des Wetterschirmes (120B) vom Stab aus:@	groß P1	2,97 in/75 mm
klein P2	2,82 in/71 mm
Abstand S der Wetterschirme (120B) von Kante zu Kante	1,41 in/35,5 mm

Ein beispielhafter Isolator 110 umfaßt eine gestapelte erste Reihe von sieben Wetterschirmen 120A, die aneinander und am Hochspannungsanschlußstück 113 anstoßend auf dem Stab 111 montiert sind. Eine dritte Reihe von sieben Wetterschirmen 120C sind aneinander und am Erdanschlußstück 114 anstoßend auf dem Stab 111 montiert. Zwischen ihnen sind eine zweite Reihe von achtunddreißig Wetterschirmen 120B im Abstand zuein­ ander und im Abstand zu den Reihen 120A und 120C der Wetter­ schirme auf dem Stab 111 montiert.

Wie man sehen wird, umfassen die Wetterschirme 120A abwech­ selnd doppelt konvexe Wetterschirme mit einem großen Durch­ messer und mit einem kleinen Durchmesser. Vier Wetterschirme 120A mit großem Durchmesser sind getrennt durch drei Wetter­ schirme 120A mit kleinem Durchmesser.

Die Wetterschirme 120C umfassen ebenfalls abwechselnd doppelt konvexe Wetterschirme mit großem Durchmesser und mit kleinem Durchmesser. Vier Wetterschirme 120B mit großem Durchmesser sind durch drei Wetterschirme 120B mit kleinem Durchmesser getrennt.

Die Reihe 120B der Wetterschirme umfaßt wechselnd konvex­ konkave Wetterschirme mit großem Durchmesser und mit kleinem Durchmesser. Wie man sehen wird, sind sie so voneinander entfernt, daß der Stab 111 zwischen ihnen freigelegt ist.

Dieses Muster und diese Konfiguration von Wetterschirmen 120A, 120B und 120C auf der Stabhülle 118 eliminiert sowohl in der Nähe der Hochspannungselektrode 113 als auch der Erd­ elektrode 114 eine axial freigelegte Hülle. Auch erhöht sie, wie das vorher in Bezug auf den Isolator 10 besprochen wurde, das Oberflächengebiet neben diesen Elektroden. Zwischen den Reihen 120A und 120C der Wetterschirme sind die Wetterschirme 120B voneinander beabstandet, um Kosten und Gewicht zu spa­ ren.

Während bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrie­ ben wurden, sollte verständlich sein, daß die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, und daß Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von der Erfindung abzuweichen. Der Umfang der Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert, und alle Vorrichtungen, die entweder wörtlich oder im äquiva­ lenten Sinn innerhalb der Bedeutung der Ansprüche liegen, sollen davon umfaßt werden.

Claims (9)

1. Verbundisolator für die Anwendung bei Spannungen von 66 000 bis 765 000 Volt, umfassend:

• a) einen Stab, der aus einem Isolationsmaterial gebildet ist und der erste und zweite Enden aufweist;
• b) erste und zweite Anschlußstücke, die an den ersten beziehungsweise zweiten Stabenden befestigt sind;
• c) eine Beschichtung aus Elastomermaterial, die eine Hülle über dem Stab bildet, der sich zwischen den Anschluß­ stücken erstreckt;
• d) eine Vielzahl von Schirmen, die an dieser Hülle befe­ stigt sind, wobei jeder dieser Schirme eine Buchse neben dieser Hülle und ein Dach, das sich radial nach außen von der Hülle weg erstreckt, einschließt; und
• e) wobei diese Vielzahl von Schirmen eine erste Reihe von Schirmen, die sich neben dem ersten Anschlußstück befin­ den, wobei ihre Buchsen aneinanderstoßend nebeneinander ange­ ordnet sind, und eine zweite Reihe von Schirmen, die vom ersten Anschlußstück entfernt ist, wobei ihre Buchsen vonein­ ander entfernt angeordnet sind, umfaßt.

2. Verbundisolator nach Anspruch 1, weiter dadurch gekenn­ zeichnet, daß

• f) diese Vielzahl von Schirmen eine dritte Reihe von Schirmen neben dem zweiten Anschlußstück einschließt, wobei deren Enden aneinanderstoßend nebeneinander angeordnet sind.

3. Verbundisolator nach Anspruch 1, weiter dadurch gekenn­ zeichnet, daß

• f) diese erste Reihe von Schirmen drei oder mehr Schirme umfaßt.

4. Verbundisolator nach Anspruch 1, weiter dadurch gekenn­ zeichnet, daß

• f) diese Hülle und die Schirme aus Silikongummi gebildet sind.

5. Verbundisolator nach Anspruch 2, weiter dadurch gekenn­ zeichnet, daß

• g) diese Hülle und die Schirme aus Silikongummi gebildet sind.

6. Verbundisolator nach Anspruch 2, weiter dadurch gekenn­ zeichnet, daß

• g) die erste Reihe von Schirmen drei oder mehr Schirme umfaßt.

7. Verbundisolator für die Anwendung bei Spannungen von 66 000 bis 765 000 Volt, umfassend:

• a) einen Stab, der aus einem Isolationsmaterial gebildet ist und der erste und zweite Enden aufweist;
• b) ein metallisches Hochspannungsanschlußstück, das am ersten Ende und ein Erdanschlußstück, das am zweiten Ende befestigt ist;
• c) eine Beschichtung aus Elastomermaterial, die eine Hülle über dem Stab bildet, der sich zwischen den Anschluß stücken erstreckt;
• d) eine Vielzahl von Schirmen, die an dieser Hülle befe­ stigt sind, wobei jeder dieser Schirme eine Buchse neben dieser Hülle und ein Dach, das sich radial nach außen von der Hülle weg erstreckt, einschließt;
• e) wobei diese Vielzahl von Schirmen eine erste Reihe von Schirmen, die sich neben dem Hochspannungsanschlußstück befinden, wobei ihre Buchsen aneinanderstoßend nebeneinander angeordnet sind, und eine zweite Reihe von Schirmen neben dem Erdanschlußstück, wobei ihre Buchsen voneinander entfernt angeordnet sind, umfaßt;
• f) wobei diese erste Reihe von Schirmen drei oder mehr Schirme umfaßt.

8. Verbundisolator nach Anspruch 7, weiter dadurch gekenn­ zeichnet, daß

• g) diese erste Reihe von Schirmen konvexe Ober- und Unterseiten hat, und diese zweite Reihe von Schirmen konvexe Oberseiten und konkave Unterseiten hat.

9. Verbundisolator der Ansprüche 1, 2 oder 5, wobei diese Schirme eine Reihe von Schirmen mit wechselnd großen und kleinen Durchmessern umfassen.