DE2439838C3 - Flächenhaftes Isoliermaterial für elektrische Betriebsmittel - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem flächenhaften Isoliermaterial für mit einem Fluid isolierte elektrische Betriebsmittel. Materialien dieser Art werden z. B. als Trennwand benötigt, um innerhalb eines Betriebsmittels einen Gasraum in mehrere einzelne Räume zu unterteilen. Hohe Anforderungen werden an solche Isoliermalerialien insbesondere dann gestellt, wenn sie nicht nur dielektrisch, sondern durch eine Druckdifferenz auch mechanisch beansprucht werden, wobei die getrennten Räume unterschiedliche Fluide enthalten können. Als Fluide werden in diesem Zusammenhang vor allem isolierende Gase und Flüssigkeiten verstanden.

Ein bekanntes Isoliermaterial (DT-AS 16 40 593) weist drei Schichten auf, und zwar eine innere Schicht, die aus pulverigen oder faserigen Mineralstoffen und einem Kunstharz besteht, sowie äußere Deckschichten aus anorganischen Fasern mit einer Kunstharzbindung. Ein weiteres bekanntes Isoliermaterial (DT-GM 75 760) ist ebenfalls aus drei miteinander verbundenen Schichten zusammengesetzt, von denen die mittlere kunstharzgebundene Glasfasermatten aufweist, die beidseitig mit kunstharzgetränktem Asbestpapier beschichtet sind.

Diese bekannten Isoliermaterialien eignen sich dafür, innerhalb eines Isoliermediums auf unterschiedlichem Potential befindliche Teile zu trennen. Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Isoliermaterial zu schaffen, das nicht nur gute elektrische und mechanische Eigenschaften besitzt sondern darüber hinaus imstande ist, Räume voneinander zu trennen, die eleiche oder verschiedene isolierende Fluide bei gleichem oder unterschiedlichem Druck enthalten.

Gemäß der Erfindung ist das Isoliermaterial durch zwei aus einem Werkstoff relativ großer Dichte bestehende Deckschichten und einen den Raum zwischen den Deckschichten ausfüllenden und für die Fluide durchlässigen Isolierstoff relativ geringer Dichte gekennzeichnet. Der zwischen den Deckschichten befindliche Isolierstoff nimmt Fluide auf, die beispielsweise infolge von Undichtigkeiten der Deckschichten eindringen Ein Durchtritt von Fluiden durch das gesamte Isoliermaterial wird dadurch verhindert. Die in den durchlässigen Isolierstoff eingedrungenen Fluide können durch einen geeigneten Auslaß leicht entfernt

werden. ,. „ ,

Der für Fluide durchlässige Isolierstoff kann aus einem Laminat mit linearer Porosität bestehen. Ein solches Material, das z. B. durch enge Schichtung von gewellten Isolierfolien herstellbar ist, besitzt eine Vorzugsrichtung für die Durchlässigkeit. Dies ist vorteilhaft, wenn die Sammlung von Fluiden, die in den Raum zwischen den Deckschichten des Isoliermaterials eingedrungen sind, an bestimmten Stellen erwünscht ist.

In besonders vorteilhafter Weise läßt sich der für Fluide durchlässige Isolierstoff aus einem offenzelligen Kunststoff-Schaumstoff herstellen. Schaumstoffe dieser Art bilden einerseits ein mechanisch stabiles Gerüst und gestatten daher in Verbindung mit geeigneten Deckschichten die Herstellung von mechanisch hoch beanspruchbaren Isoliermaterialien. Andererseits ist eine ausreichende Durchlässigkeit für Fluide gegeben, um eindringende Fluide ableiten zu können.

Bei beiden genannten Ausführungsformen der Erfindung, d. h. mit einem für Fluide durchlässigen Isolierstoff in Gestalt eines Laminates oder eines offenzelligen Kunststoff-Schaumstoffes, kann eine der Deckschichten und/oder der Isolierstoff mit leitfähigen Einlagen und/oder einem die Spannungsverteilung beeinflussenden Zusatzstoff versehen sein. Auf diese Weise kann eine insbesondere bei der Anwendung des Isoliermaterials in Hochspannungseinrichtungen nützliche Steuerung der Spannungsverteilung bewirkt werden.

Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Anwendung als Trennwand zwischen zwei Gasräumen, die unterschiedliche Gase bei verschiedenen Drücken enthalten, wobei der gasdurchlässige Isolierstoff mit einem in die beide Gasräume umgebende Atmosphäre führenden Auslaß verbunden ist. Bei der Trennwand kann es sich beispielsweise um das Gehäuse eines gasgefüllten Überspannungsabieiters handeln, der innerhalb eines mit einem anderen Gas gefüllten Kessels angeordnet ist. Hierbei kommt es darauf an, den Durchtritt von Gasen sowohl aus dem Kessel in den Überspannungsableiter als auch umgekehrt zu verhindern. Die Erfindung löst dieses Problem auf verhältnismäßig einfache Weise durch ein einheitliches Bauteil. Demgegenüber wurden bisher zwei ineinander gestellte isolierende Zylinder verwendet, deren Zwischenraum über ein Ventil mit der umgebenden Atmosphäre verbunden war (deutsche Offenlegungsschrift 23 11281).

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Die F i g. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Isoliermaterials nach der Erfindung in einer perspektivi-

sehen Ansicht.

In der F i g. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Isoliermaterials dargestellt.

Die Fig.3 zeigt die Anwendung eines Isoliermaterials als Trennwand zwischen zwei Gasräumen.

I_n F ig. 4 ist ein meiullgekapselter Überspannungsableiter gezeigt, dessen Gehäuse aus einem Isoliermaterial nach der Erfindung besteht.

Das Isoliermaterial 1 in F i g. 1 besteht aus einer oberen Deckschicht 2 und einer unteren Deckschicht 3 sowie einem zwischen diesen Deckschichten angeordneten Laminat 4, .Jas einen gasdurchlässigen Isolierstoff bildet. Die Deckschichten 2 und 3 können aus einem Isolierstoff relativ großer Dichte, z. B. einem Hartpapier oder Hartgewebe, bestehen oder aus einem Glasgewebe, das mit einem ausgehärteten Epoxidharz gebunden ist. Das Laminat 4 kann aus elektrisch hochwertigen Isolierfolien bestehen, die mit parallel zueinander verlaufenden Wellungen aufeinandergelegt und zumindest stellenweise durch ein geeignetes Bindemittel zu einem festen Körper vereinigt sind. Zwischen den Deckschichten 2 und 3 und dem Laminat 4 besteht ebenfalls eine mechanisch feste Bindung, die durch ein ausgehärtetes Kunstharz erzielt sein kann. Das Isoliermaterial 1 ist somit ein mechanisch und elektrisch stark beanspruchbarer Werkstoff.

In Fig. 1 sind durch Pfeile die Beanspruchungen des Isoliermaterials 1 durch Gase und das sich daraus ergebende Verhalten des Materials angedeutet. Die ausgezogenen Pfeile 5 kennzeichnen hierbei die Beanspruchung des Isoliermaterials 1 durch ein erstes Gas in Richtung auf die Deckschicht 2. Die gestrichelten Pfeile 6 bezeichnen dementsprechend ein auf die Deckschicht 3 einwirkendes weiteres Gas. Sofern das Gas 5 oder das Gas 6 oder beide Gase gemeinsam in das Laminat 4 eindringen sollten, sei es dadurch, daß eines der Gase oder beide Gase durch die Deckschichten hindurchdiffundieren oder dadurch, daß die Deckschichten eine Undichtigkeit aufweisen, so tritt das eingedrungene Gas bzw. Gasgemisch in Richtung der strichpunktierten Pfeile 7 aus. Da das Laminat 4 eine lineare Porosität besitzt, tritt das Gas nur entlang einer Achse aus dem Isoliermaterial aus, wie dies durch die strichpunktierten Pfeile 7 in F i g. 1 angedeutet ist. Es unterbleibt dagegen ein Gasaustritt in einer senkrecht zu den strichpunktierten Pfeilen 7 liegenden Richtung parallel zu den Deckflächen 2 und 3.

Das Isoliermaterial 10 nach der F i g. 2 besteht ähnlich wie das Isoliermaterial 1 nach der Fig. 1 aus einer oberen Deckschicht 11, einer unteren Deckschicht 12 und einem zwischen den Deckschichten angeordneten gasdurchlässigen Isolierstoff 13. Die Schichten sind untereinander fest verbunden. Der gasdurchlässige Isolierstoff 13 ist in Fig.2 ein offenzelliger Kunststoff-Schaumstoff, der beispielsweise zwischen die in gegenseitigem Abstand angeordneten Deckschichten 11 und 12 eingeschäumt sein kann. Es kann aber auch eine Schicht eines Kunststoff-Schaumstoffes gesondert hergestellt werden, auf die anschließend die Deckflächen mit Hilfe eines geeigneten Bindemittels aufgebracht werden.

Entsprechend der F i g. 1 ist die Beanspruchung des Isoliermaterials 10 durch Gase und das Verhalten des Isoliermaterials durch ausgezogene Pfeile sowie durch gestrichelte und strichpunktierte Pfeile dargestellt. Im Unterschied zu dem Isoliermaterial 1 treten auf beliebige Weise in den gasdurchlässigen Isolierstoff 13 eingedrungene Gase nicht nur in Richtung der strichpunktierten Pfeile 7 auf, sondern auch senkrecht hierzu, jedoch ebenfalls parallel zu den Deckfläclien 11 und 12 entlang den strichpunktierten Pfeilen 8 aus dem Isoliermaterial aus. Damit soll zugleich angedeutet werden, daß der Isolierstoff 13 allseitig gasdurchlässig ist.

Die Anordnung nach der Fig. 3 umfaßt ein auf Hochspannungspotential befindliches Teil 20 mit einem Spannungsanschluß 21 sowie ein geerdetes Bauteil 22 mit einem Erdanschluß 23. Zwischen den Bauteilen 20 und 22 befindet sich ein Isolierkörper 24, der aus einem Isoliermaterial nach der Erfindung besteht. Dementsprechend besteht der Isolierkörper 24 aus einer Deckschicht 25 sowie einer weiteren Deckschicht 26 und einem zwischen diesen Deckschichten befindlichen gasdurchlässigen Isolierstoff 27. Die Deckschicht 25 ist mit leitenden Einlagen 30 versehen, die den Einfluß einer vorspringenden Kante 31 des auf Hochspannungspotential befindlichen Teiles 20 au! die dielektrische Beanspruchung des Isolierteiles 24 ausgleichen und für eine annähernd gleichmäßige Beanspruchung des Isoliermaterials sorgen. Die leitenden Einlagen 30 können daher in jeder geeigneten Verteilung und Anzahl in der Deckschicht 25 angeordnet sein. Anstelle der leitenden Einlagen kann auch in dein Werkstoff der Deckschicht 25 ein leitender oder halbleitender Zusatzstoff enthalten sein, der eine Spannungssteuerung bewirkt. Die Anordnung leitender Einlagen bzw. die Beigabe von leitenden oder halbleitenden Stoffen zu Isoliermaterialien ist an sich bekannt, so daß nähere Erläuterungen hierzu nicht erforderlich sind. Im übrigen kann auch der gasdurchlässige Isolierstoff 27 leitende oder halbleitende Zusatzstoffe enthalten.

In Übereinstimmung mit den Fig. 1 und 2 ist die Beanspruchung des Isolierteiles 24 in F i g. 3 durch Pfeile 5 und 6 gekennzeichnet. Ein eventueller Gasaustritt aus dem gasdurchlässigen Isolierstoff 27 erfolgt in Richtung des Pfeiles 7 durch eine in dem auf Erdpoiential befindlichen Teil 22 vorgesehene öffnung 32.

Die Fig.4 zeigt die Anwendung eines Isoliermaterials nach der Erfindung bei einem Überspannungsableiter 35 für eine metallgekapselte Hochspannungsanlage 36, von der in Fig.4 ein Teil der Kapselung 37 einer Sammelschiene 38 gezeigt ist. Der Überspannungsableiter 35 befindet sich in einer gesonderten Kapselung 40, die gasdicht mit der Kapselung 37 der Sammelschiene 38 verbunden ist. Das in der Kapselung 37 befindliche unter Druck stehende Isoliergas, z. B. Schwefelhexafluorid, hat zu dem Innenraum der Kapselung 40 Zutritt über eine Ventilanordnung 41. Der vereinfacht dargestellte Überspannungsableiter 35 weist an seinen Enden je eine Metallarmatur 42 und ein zwischen den Armaturen angeordnetes Gehäuse 44 auf, das aus einem rohrförmigen Isolierkörper aus einem Isoliermaterial nach der Erfindung besteht. In der unteren Armatur 43 ist eine Ringnut 45 vorgesehen, die mit dem gasdurchlässigen Isolierstoff 46 des Gehäuses 44 in Verbindung steht und von der ein Auslaß 47 durch die Armatur 43 und die Wandung der Kapselung 40 in die umgebende Atmosphäre führt.

Im Inneren des Gehäuses 44 befinden sich in Reihenschaltung miteinander zwei schematisch dargestellte Löschfunkenstrecken 50 sowie ein spannungsabhängiger Widerstand 51. Diese Reihenschaltung ist mittels eines Verbindungsleiters 52, der sich durch eine zwischen der Kapselung 37 und der Kapselung 40 angeordnete Durchführung 54 erstreckt, an die Sammelschiene 38 angeschlossen. Der Erdanschluß des

Überspannungsabieiters 35 wird durch die untere, mit der Kapselung 40 verbundene Armatur 43 gebildet.

Der Überspannungsableiter 35 ist mit Rücksicht auf die gewünschte Wirkungsweise der Löschfunkenstrekken 50 mit Stickstoff gefüllt. Das Gehäuse 44 des Überspannungsabieiters 35 trennt somit zwei Gasräume, die unterschiedliche Gase bei verschiedenem Druck enthalten können. Das Isoliermaterial, aus dem das Gehäuse 44 besteht, verhindert das Eindringen des in der Kapselung 40 befindlichen Gases in den Überspannungsableiter 35 und umgekehrt das Eindringen des Gases aus dem Überspannungsableiter in die Kapselung

40. Falls nämlich die Gase die innere bzw. äußere Deckschicht des lsoliermaterials durchdringen sollten, gelangen sie in den gasdurchlässigen Isolierstoff 46. aus dem sie über den Auslaß 47 nach außen entweichen können.

Wie bereits erwähnt, eignet sich die Erfindung in gleicher Weise für gasisolierte oder flüssigkeitsisolierte Hochspannungseinrichtungen. Ferner kann das Isoliermaterial nach der Erfindung als Trennwand zwischen

ίο einem eine Isolierflüssigkeit und einem ein Isoliergas enthaltenden Raum verwendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

/i Patentansprüche:

1. Flächenhaftes Isoliermaterial für ein mit einem Fluid isoliertes elektrisches Betriebsmittel, gekennzeichnet durch zwei aus einem Werkstoff relativ großer Dichte bestehenden Deckschichten (2, 3) und einen den Raum zwischen den Deckschichten ausfüllenden, für das Huid durchlässigen Isolierstoff (4) relativ geringer Dichte. >°

2. Isoliermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen den Deckschichten (2, 3) befindliche Isolierstoff aus einem Laminat (4) mit linearer Porosität besteht.

3. Isoliermaterial nach Anspruch 1, dadurch '5 gekennzeichnet, daß der zwischen den Deckschichten (Jl, 12) befindliche Isolierstoff aus einem offenzelligen Kunststoff-Schaumstoff (13) besteht.

4. Isoliermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Deckschichten (25) und/oder der zwischen den Deckschichten (25, 26) befindliche Isolierstoff (27) leitfähige Einlagen (30) und/oder die Spannungsverteilung beeinflussende Zusatzstoffe enthalten.

5. Verwendung eines Isoliermaterials nach Anspruch 1 als Trennwand (24) zwischen zwei Gasräumen (28, 29), die unterschiedliche Gase bei verschiedenem Druck enthalten, wobei der zwischen den Deckschichten befindliche Isolierstoff (27) mit einem in die beide Gasräume (28, 29) umgebende Atmosphäre führenden Auslaß (32) verbunden ist.

6. Verwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand als Gehäuse (44) eines gasgefüllten Überspannungsabieiters (35) dient, der innerhalb eines mit einem anderen Gas gefüllten Kessels (40) angeordnet ist.