DE2142119C3 - Antriebs- oder Stützisolator für Hochspannung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Antriebs- oder Stützisolator für Hochspannung mit einem rotationssymmetrischen hohlen Isolierkörper, dessen Wandstärken einen Bruchteil des Innendurchmessers betragen. Solche Isolatoren hat man bisher aus herstellungstechnischen Gründen eingesetzt, obwohl sogenannte Vollkernisolatoren, d. h. massive Isolatoren, an sich in elektrischer Hinsicht günstiger sind, weil sie nicht durch innere Überschläge gefährdet sind, die zu einem Durchschlag der als Isolierschicht verbleibenden geringen Wandstärke des Hohlisolators führen. In der Praxis ist man jedoch soweit wie möglich von Hohlisolatoren abgegangen und hat sie nur dort verwendet, wo massive Körper wegen der großen Abmessungen zu untragbar großen Gewichten oder Herstellungsschwierigkeitcn führen würden. ^ Die bekannten Hohlisolatorcn sind zylindrische oder schwach konische Körper, deren Inneres zur Verringerung der Durchschlagsgefahr mit einer Gasfüllung oder mit Zwischenböden versehen wurden (vgl. Schumann, »Fortschritte der Hochspannungstechnik«, Springer-Verlag 1944, Seiten 308-313).

Die Erfindung greift dagegen in Abkehr von der vorgenannten Entwicklung die Konstruktion eines Hohlisolators auf, um insbesondere für metallgekapüelte Hochspannungsschaltanlagen mit Druckgasisolierung, vorzugsweise Schwefelhexafiuoridisolierung, einen Isolator mit guten dielektrischen Eigenschaften zu schaffen. Der neue Isolator ist dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper zwei Abschnitte wesentlich verschiedenen Durchmessers aufweist und daß der Abschnitt kleineren Durchmessers in den Abschnitt größeren Durchmessers hineinragt.

Da der neue Isolator mit dem Abschnitt kleineren Durchmessers in den Abschnitt größeren Durchmessers hineinragt, ergibt sich bei geringer axialer Länge eine große Kriechweglänge und auch eine besonders lange Durchschlagsstrecke im Isolierstoff, so daß die Feldstärke in dem Isoliermaterial selbst, das besonders an den Enden des Isolators wegen seiner höheren Dielektrizitätskonstante stark belastet sein kann, auf unschädliche Werte herabgemindert ist. Auch die Beanspruchung des den Isolator umgebenden Dielektrikums kann gegenüber der bei massiven Isolatoren gleicher Länge geringer sein. Zusätzlich erhält man eine vorteilhafte Leichtbauweise, die bemerkenswerte Materialeinsparungen ermöglicht. Die Isolatoren nach der Erfindung können deshalb besser als bekannte massive Isolatoren aus hochwertigen Isolierstoffen hergestellt werden. Zum Beispiel können teuere kriechstromfeste Gießharze dafür verwendet werden.

Bei der Erfindung bietet der Hohlraum im Innern des Isolators zwar theoretisch Raum für die eingangs beschriebenen Überschläge. Umfangreiche Erprobungen und genaue Beobachtungen in der Praxis haben aber gezeigt, daß Überschläge in erfindungsgemäßen Isolatoren bei vernünftiger Konzeption vollständig vermieden werden können und in druckgasisolierten Anlagen praktisch überhaupt keine Bedeutung haben. Das ist sicher nicht nur auf die in solchen Anlagen fehlende Feuchtigkeit, sondern auch auf die dielektrisch vorteilhafte Form des Isolators zurückzuführen. Im übrigen kann man den Hohlraum bei Isolatoren gemäß der Erfindung auch in an sich bekannter Weise gegen Verschmutzung und Befeuchtung abschließen, vorzugsweise indem man zwei Isolierkörper an ihren Stirnseiten größeren Durchmessers miteinander \ erbindet.

Zweckmäßig wird bei der Verwirklichung der Erfindung bei der bevorzugten Verwendung von im wesentlichen zylindrischen Abschnitten ein Durchmesserverhältnis von 2 : I eingehalten, weil dabei der Zwischenraum zwischen dem Isolierabschnitt kleineren Durchmessers und dem Abschnitt größeren Durchmessers nicht durch das Verbindungsstück der beiden Teile ausgefüllt ist, sondern genügend umfangreiche Gasstrecken aufweist, die für das elektrische Feld günstig sind. Außerdem ist bei einem solchen Durchmesserverhältnis auch im Bereich des Abschnittes kleineren Durchmessers ohne weiteres noch eine für übliche Beanspruchungen ausreichende Festigkeit gegeben.

Es ist ferner günstig, wenn der Abschnitt kleineren Durchmessers um mindestens etwa die Hälfte seiner Lange in den Abschnitt größeren Durchmessers hineinragt; denn dies ergibt gegenüber einem glatten Isolator gleicher Bauhöhe eine Verlängerung des Kriechweges um die Länge des Abschnittes kleineren Durchmessers, [!ine weitere Verlängerung kann durch

eine mehrfache Anwendung der erfindungsgemäßen Stufung des Isolierkörpers erreicht werden.

Der neue isolator kann mit üblichen Armaturen versehen werden, z. B. mit aufgekitteter oder -geklebten Metallarmaturen, eingekitteten oder eingegossenen Buchsen üsw. Mit Vorteil weist der Abschnitt größeren Durchmessers an seinem freien Ende einen Befestigungsflansch auf. Dieser Flansch kann mit aus Isolierstoff bestehenden Klemmringen oder ähnlichem umfaßt werdeis, so daß man bei günstiger gleichmäßiger Verteilung der angreifenden Kräfte eine stabile Befestigung ohne Beeinträchtigung des elektrischen Feldes erhalten kann. Der Befestigungsflansch kann mit Vorteil ein nach außen gestülpter Rand sein, dessen Breite gleich der Wandstärke des Isolators ist. im Hinblick auf den relativ großen Durchmesser des Abschnittes größeren Durchmessers beim Isolator nach <!er Erfindung kann man den Rand aber auch an der Innenseite anbringen, wenn man den Außendurchmesser nicht um den Rand vergrößern will.

Wie schon erwähnt, läßt sich die Erfindung vorteilhaft in der Weise ausführen, daß zwei Isolierkörper zu einem Isolator doppelter Länge verbunden sind. Solche Isolierkörper sind fertigungstechnisch einfach zu handhaben. Verbindet man sie mit Hilfe von Isolierstoffarmatüren, so haben sie trotz der zusammengesetzten Bauweise praktisch eine ebenso hohe dielektrische Festigkeit wie ein einstückiger Isolator. In extremen Fällen kann man zwischen die beiden Isolierkörper ein zylindrisches Zwischenstück aus Isolierstoff setzen, um jo mit geringem Aufwand eine besonders große Länge zu erreichen. Bei Drehisolatoren ist es günstig, wenn die Isolierkörper mit ihren Stirnseiten klauenartig ineinandergreifen, um ein großes Drehmoment übertragen zu können.

Wie schon erwähnt, kann der neue Isolator vorteilhaft unter Verwendung von Gießharzen hergestellt werden. Dabei wählt man gemäß der weiteren Erfindung eine einteilige Außenform, die auf der Isolatoroberfläche keine in Längsrichtung verlaufende Nähte hinterläßt.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung als Ausführungsbeispiel der Antriebsisolator eines Trennschalters in einer metallgekapselten Hochspannungsschaltanlage für 220 kV beschrieben.

Die Hochspannungsschaltanlage ist durch die geerdete Metallkapsclung 1 angedeutet, die alle Hochspannung führenden Teile umschließt und mit dem zur Isolierung dienenden Druckgas, nämlich Schwefelhexafluorid mit einem Druck von 2,5 ata, gefüllt ist.

Der Antriebsisolator 2 für den nicht weiter dargestellten Trennschalter 10 im Inneren 11 der Kapselung 1 ist ein zweiteiliger Hohlisolalor, der sich von einem geerdeten Deckel 12, der eine Ausbuchtung 13 der Kapselung I abschließt, zum spannungsführenden Gehäuse des Trennschalters 10 erstreckt. Der Isolator 2 überträgt ein zum Betätigen des Schalters erforderliches, außerhalb der K; pselung I aufgebrachtes Drehmoment auf den Schalter. Er kann zugleich als Stützisolator zur Befestigung des Schalters 10 in der Kapselung 1 herangezogen werden.

Die beiden Hälften 3 und 4 des Isolators 2 sind gleich ausgebildet und mit Isolierstoffflanschen 5 und 6 mit Hilfe von nicht dargestellten Isolierstoffschrauben st irr miteinander verbunden. Wie man sieht, sind die gleichen Hälften 3,4 rotationssymmetrische, hohle Isolierkörper. Sie bestehen im wesentlichen au.« zwei praktisch zylindrischen, d. h. nur etwa 3 bis 5° konischen Abschnitten 7, 8, deren gleichbleibende Wandstärke 5 einen Bruchteil des Innendurchmessers beträgt, und zwar knapp V_n des größeren Innendurchmessers d\ und ¹A des kleineren Innendurchmessers cfc. Der Außendurchmesser Di des kleineren Isolatorabschnittes 7 beträgt weniger als die Hälfte des Innendurchmessers c/, des größeren Isolatorabschnittes 8. Dadurch erhält man, wie die Figur deutlich zeigt, zwischen dem Außendurchmesser Di des kleineren Abschnittes 7 und dem Innendurchmesser d\ des größeren Abschnittes 8 etwa das Dreifache der Wandstärke S als Zwischenraum. Mithin sind auch dort, wo der kleinere Isolatorabschnitt 7 in den größeren Isolatorabschnitt 8 hineingestülpt ist, noch so große Gasstrecken 15 vorhanden, daß kein Glimmen zu befürchten ist. Der kleinere Isolatorabschnitt 7, der nur wenig kürzer als der größere Isolatorabschnitt 8 ist, ragt um etwa die Hälfte seiner Länge L in den Isolatorabschnitt 8.

Die beiden Isolatorhälften 3 und 4 sind mit ihren Stirnseiten 9 gegeneinander gesetzt. Am Umfang stoßen sie mit einem nach außen gestülpten Rand 16 aneinander, an dem die Befestigungsflansche 5, 6 angreifen. Anstelle der Klemmverbindung oder zusätzlich dazu kann man die Stirnseiten 9 miteinander verkleben, vorzugsweise mit einem Kunstharz. Dabei kann es in druckgasisolierten Anlagen günstig sein, eine öffnung zum Inneren des Isolators bestehen zu lassen, damit das Isoliergas auch dort für eine hohe elektrische Festigkeit sorgt.

Wie man sieht, ragt der Rand 16 um etwas mehr als die Wandstärke 5 des Isolators über den größten Umfang des Abschnittes 8 hinaus. In den Stirnseiten 9 sind symmetrische Einschnitte 17 mit der Tiefe T vorgesehen, so daß die beiden Isolatorenhälften 3,4 mit gleich großen, über den Umfang gleichmäßig verteilten vorspringenden Bereichen klaucnförmig ineinandergreifen. Dies gestattet das Übertragen von großen Drehmomenten. Dennoch sind die gleichen Isolatorhälften 3, 4 mit einer einfachen einteiligen Außenform gießbar. Um das Ausheben solcher Gußkörper aus der Form zu erleichtern, besitzen die Isolierkörper 3, 4 eine schwache Konizität von etwa 5".

Die dargestellte Isolatorform ist dielektrisch günstig, weil sie bei gegebener geringer Baulänge einen großen Oberflächenkriechweg und eine große Durchschlagslänge im Isolierstoff aufweist, und zugleich für den Fall, daß die Dielektrizitätskonstante des Isolierstoffes von dem den Isolator umgebenden Isoliermittel verschieden ist, eine günstige Feldverteilung erreicht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Antriebs- oder Stützisolator für Hochspannung mit einem rotationssymmetrischen hohlen Isolierkörper, insbesondere für druckgasisolierte metallgekapselte Hochspannungsschaltanlagen, dessen Wandstärke einen Bruchteil des Innendurchmessers beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper (3,4) zwei Abschnitte (7, 8) wesentlich verschiedenen Durchmessers aufweist und daß der Abschnitt (7) kleineren Durchmessers iin den Abschnitt (8) größeren Durchmessers hineinragt

2. Isolator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch im wesentlichen zylindrische Abschnitte (7, 8) mit einem Durchmesserverhältnis von 2:1.

3. Isolator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt (7) kleineren Durchmessers um etwa die Hälfte seiner Länge in den Abschnitt (8) größeren Durchmessers hineinragt.

4. Isolator nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt (8) größeren Durchmessers an seinem freien Ende einen Befestigungsflansch (5,6) aufweist.

5. Isolator nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch « einen nach außen gestülpten Rand (16), dessen Breite gleich der Wandstärke (S)des Isolators ist.

6. Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Isolierkörper (3,

4) an ihren Stirnseiten (9) größeren Durchmessers ><> miteinander verbunden sind.

7. Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Isolierkörper (J, 4) mit ihren Stirnseiten (9) größeren Durchmessers mit einem gemeinsamen zylindrischen Zwischen- >5 stück aus Isolierstoff verbunden sind.

8. Isolator nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch eine Verbindung mit um den Rand der Isolierkörper laufenden Isolierstoffflanschen (5,6).

9. Isolator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierkörper (3, 4) mit ihren Stirnseiten (9) klauenartig ineinandergreifen.

10. Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolator (2) aus Gießharz besteht und in einer einteiligen Außenform gießbar ist.