DE2442405A1

DE2442405A1 - Steuerelektrode fuer geraete und anlagen der hochspannungstechnik

Info

Publication number: DE2442405A1
Application number: DE2442405A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Baumgaertl; Paul Kueenzle
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-09-03
Filing date: 1974-09-03
Publication date: 1976-03-11
Also published as: US4072832A; ATA558375A; JPS5153226A; GB1506319A; YU201275A; ES440640A1; DE2442405B2; FR2284180B1; BE832786A; YU39074B; FR2284180A1; DE2442405C3; AU502064B2; IT1042055B; IN144705B; SE415510B; AU8431575A; SE7509687L; BR7505626A; AT355116B

Description

Steuerelektrode für Geräte und Anlagen der Hochspannungstechnik

In der Hochspannungstechnik besteht häufig die Aufgabe, das elektrische Feld in dem Bereich spannungführender kantiger Bauteile so umzugestalten, daß die Feldstärke herabgesetzt wird und Vorentladungen vermieden werden. Hierzu ist es bekannt, sogenannte Steuerelektroden zu verwenden, bei denen es sich um flächenhafte leitende Teile mit abgerundeten Kanten handelt, die in der Nähe der kantigen Bauteile in elektrisch leitender Verbindung mit diesen angeordnet werden und dadurch das elektrische Feld im Bereich der Bauteile vergleichmäßigen. Steuerelektroden dieser Art ermöglichen den Einsatz von Höchspannungsgeräten bei gegebenen Abmessungen für eine höhere Spannung.

Die Herstellung von Steuerelektroden ist mit einem verhältnismäßig großen Aufwand verbunden, da die benötigten großen Abrundungsradien bei großen Teilen durch Drücken oder Ziehen von Blechen oder durch Gießverfahren und mechanische Formgebung bei kleineren Teilen hergestellt werden müssen. Daher war der Einsatzbereich von Steuerelektroden in der Hochspannungstechnik bisher auf Sonderfälle beschränkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue und wirtschaftliche Bauweise für solche Steuerelektroden anzugeben, die einen allgemeinen Einsatz von Steuerelektroden in der Hochspannungstechnik ermöglicht.

Gemäß der Erfindung besteht die Steuerelektrode aus einem Formkörper aus einem leitfähigen Kunststoff-Schaumstoff. Schaumstoffe dieser Art stehen in verschiedenen Handelsformen zur Verfügung. Das Ausgangsmaterial kann durch einfache Bearbeitungsverfahren, z. B. durch Schneiden, zu Stücken von fast beliebiger

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Gestalt geformt werden. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit der freien Formgebung durch Biegen. Die Befestigung der Schaumstoff-Formkörper an Metallteilen kann durch Kleben erfolgen, wobei erfahrungsgemäß ohne besondere Maßnahmen eine leitende Verbindung zwischen dem Schaumstoff und dem Metall entsteht. Es können jedoch auch leitfähige Kleber benutzt werden. Wegen des geringen Aufwandes, den die Herstellung der neuen Steuerelektroden erfordert, läßt sich die Beanspruchung an kritischen Stellen in Hochspannungsgeräten und Hochspannungsanlagen herabsetzen und damit eine bessere Ausnutzung erzielen.

In Weiterbildung der Erfindung kann die Steuerelektrode durch einen aus einem Isolierstoff bestehenden Hohlkörper und einen diesen ausfüllenden elektrisch leitfähigen Kunststoff--Schaumstoff sowie eine mit dem Schaumstoff verbundene elektrische Zuleitung gekennzeichnet sein. Isolierende Hohlkörper sind in vielfältigen Formen preiswert herstellbar. Es ist bereits bekannt (DT-OS 1 916 094), die Spannungsfestigkeit von Steuerelektroden durch eine äußere Isolierschicht zu verbessern. Hierzu ist es beispielsweise bekannt, einen Gußkörper aus Metall durch Tauchen in flüssigen Kunststoff umlaufend zu isolieren. Hierbei entstehen jedoch häufig Lufteinschlüsse innerhalb der Kunststoffschicht oder zwischen der Kunststoffschicht und dem Metallkörper. Dies beeinträchtigt die Haltbarkeit der Steuer-elektroden, da der Kunststoff durch Glimmentladungen im Bereich der Lufteinschlüsse zersetzt wird.

Diese Schwierigkeiten können nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch vermieden v/erden, daß die benötigten isolierenden Hohlkörper nach dem an sich bekannten Blasverfahren aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt werden. Da hierbei von vorgefertigten Folien oder Platten eines Kunststoffes ausgegangen wird, sind die Hohlkörper glatt und blasenfrei, was sich günstig auf das Verhalten in elektrischen Feldern auswirkt .

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Die zum Einbringen des leitfälligen Schaumstoffes vorgesehene Öffnung der isolierenden Hohlkörper kann durch eine der gewünschten Öffnung entsprechende Vorwölbung gebildet sein, die durch mechanische Bearbeitung entfernt wird. Die Öffnung wird daher durch Aufschneiden des Hohlkörpers im Bereich der Vorwölbung oder durch Abfräsen derselben hergestellt.

Der leitfähige Schaumstoff, der die eigentliche Steuerelektrode bildet, kann auf unterschiedliche Weise in den Hohlkörper eingebracht v/erden. Beispielsweise kann aus plattenförmigem, leitendem Schaumstoff ein Kissen geschnitten und durch die Öffnung des Hohlkörpers eingelegt werden. Hierbei empfiehlt es sich, einen elastisch verformbaren Schaumstoff zu wählen, der nach dem Durchtritt durch die Öffnung des Hohlkörpers infolge seiner Elastizität expandiert und den Hohlkörper glatt anliegend ausfüllt. Für diese Zwecke geeignete leitende Kunststoff-Schaumstoffe sind im Handel erhältlich. Eine weitere Möglichkeit zur Einbringung des leitfähigen Schaumstoffes in den Hohlkörper besteht darin, daß der Hohlkörper durch einen innerhalb desselben zum Aufschäumen gebrachten leitenden Kunststoff ausgefüllt ist. Hierfür ist eine Anzahl von Verfahren bekannt, die sowohl harte als auch elastisch nachgiebige Kunststoff-Schaumstoffe ergeben. Das Verschäumen kann sowohl drucklos als auch unter Anwendung eines mehr oder weniger hohen Druckes sowie mit und ohne Wärme-' zufuhr erfolgen. Geeignete Rohstoffe und· Verfahrensweisen für das Ausschäumen sind beispielsweise dem Buch "Kunststoff-Schaumstoffe" von Homann, Carl Hanser Verlag, München, 1966, zu entnehmen.

Wird der leitfähige Kunststoff innerhalb des Hohlkörpers aufgeschäumt, so besteht hierbei die vorteilhafte Möglichkeit, die Befestigungselemente für die Steuerelektrode in den sich bildenden Schaumstoff einzubetten. Dadurch entfällt die nachträgliche Anbringung der Befestigungselemente durch Schrauben, Niete oder auf andere Weise.

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

Die Fig. 1 zeigt eine Steuerelektrode für ein kantiges elektrisches Bauteil.

Die Figuren 2 und 3 zeigen einen aus einem Kunststoff im Blasverfahren hergestellten Hohlkörper in der Draufsicht und im Schnitt.

In den Figuren 4 und '5 ist ein in den Hohlkörper nach den Figuren 2 und 3 einzubringendes Kissen aus leitfähigem Schaumstoff in zwei Ansichten dargestellt.

Die Fig. 6 zeigt eine isolierte Steuerelektrode mit Befestigungsteilen im Schnitt.

In den Figuren 7 und 8 ist die Anwendung von Steuerelektroden nach der Erfindung bei einem Lasttrennschalter gezeigt.

In der Fig. 1 ist in vereinfachter Darstellung eine in der Hochspannungstechnik häufig vorkommende.Grundanordnung gezeigt, die aus einer geerdeten plattenförmigen Elektrode 1 und einer senkrecht zu der Platte stehenden stab- oder stangenförmigen Elektrode 2 besteht, die sich auf Hochspannungspotential befindet. An der der Platte 1 zugewandten Spitze der Elektrode 2 besteht eine verhältnismäßig hohe Feldstärke, so daß bei Anlegung einer ausreichenden Spannung an die Anordnung von der Spitze der Elektrode 2 Vorentladungen entstehen. Durch eine Steuerelektrode 3, die aus einem die Spitze bzw. Kante der Elektrode 2 bedeckenden Schaumstoffkörper 3 besteht, kann die Spannungsfestigkeit der Anordnung wesentlich erhöht werden, da der Abrundungsradius vergrößert und damit die Feldstärke verringert wird. Zur Bildung der Steuerelektrode 3 kann beispielsweise ein ebenes, aus einer Tafel eines leitfähigen Kunststoff-Schaumstoffes herausgeschnittenes Stück um die Kante der Elektrode 2 herumgebogen und mit

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der Elektrode 2 durch Kleben verbunden werden. Der gewünschte große Abrundungsradius bildet sich hierbei von selbst. Nach diesem Prinzip läßt sich beispielsweise die Beanspruchung an kritischen Stellen von Hochspannungs-Schaltanlagen vermindern.

Im folgenden wird eine isolierte Steuerelektrode beschrieben, bei der ein leitender Schaumstoff in einem Hohlkörper aus Isolierstoff angeordnet ist.

Der Hohlkörper 4 nach den Figuren 2 und 3 hat eine flache, allseitig abgerundete Gestalt. An einer der Flachseiten besitzt der Hohlkörper 4 eine Vorwölbung 5, durch deren Entfernung etwa entlang der strichpunktierten Linie 6 durch Abschneiden oder Fräsen eine Öffnung 7 gebildet wird, die von einem hochstehenden Rand 8 begrenzt ist (Fig. 5). Der Hohlkörper 4 kann beispielsweise aus Polyäthylen im Blasverfahren hergestellt werden. Da dieses Verfahren allgemein bekannt ist, wird von näheren Erläuterungen hierzu abgesehen. Um eine ausreichende mechanische Stabilität zu erzielen, empfiehlt es sich, den Hohlkörper 4 mit einer Wandstärke in der Größenordnung von Millimetern auszuführen.

Zur Bildung der Steuerelektrode wird in den Hohlkörper nach den Figuren 2 und 3 ein Kissen 9 aus leitfähigem Schaumstoff nach den Figuren 4 und 5 eingelegt. Die Ecken des Kissens 9 sind entsprechend der Innenform des Hohlkörpers 4 abgerundet. Ist der verwendete Schaumstoff ausreichend elastisch verformbar, so genügt es, das Kissen einachsig abzurunden. Im Handel erhältliche leitfähige Schaumstoffe besitzen diese Verformbarkeit und enthalten eine Leitsubstanz, die dem Schaumstoff einen spezifischen Widerstand von etwa 10 Ohm.cm gibt. Falls es erwünscht oder erforderlich ist, kann der Schaumstoff durch geeignete Behandlung, auch einen höheren oder niedrigeren Widerstandswert erhalten.

Eine fertige Steuerelektrode 10 ist in der Fig. 6 dargestellt. Es ist zu erkennen, daß das Kissen 9 den Hohlkörper 4 dicht anliegend ausfüllt und daher eine allseitig verrundete Steuerelektrode bildet. Diese ist durch den Hohlkörper 4 Umlaufend iso-

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liert, so daß die Steuerelektrode eine höhere Spannungsfestigkeit besitzt. Zur. Anbringung der Steuerelektrode 10 an einem Gerät ist der Hohlkörper 4 in der Nähe des die Öffnung 7 umgebenden Randes 8 mit Bohrungen 11 versehen, durch die sich Befestigungsschrauben 12 für zwei Haltebleche 13 erstrecken. Mit beiden Halteblechen 13 ist ein Befestigungswinkel 14 durch Schrauben 15 verbunden. Abweichend von dieser Gestaltung der Befestigungsteile sind auch andere geeignete Konstruktionen anwendbar, z. B. einstückige Befestigungsvorrichtungen, die in vorbereitete Ausnehmungen des Hohlkörpers 4 durch eine Schnappverbindung einrastbar sind. In jedem Fall muß jedoch ein sicherer elektrischer Kontakt zwischen den Befestigungsteilen und dem Kissen 9 aus leitfähigem Schaumstoff gewährleistet sein.

In den Figuren 7 und 8 ist in vereinfachter Darstellung ein Lasttrennschalter 20 gezeigt. Das bewegliche Schaltstück 21 und das feststehende Schaltstück 22 werden von je einem Stützisolator 23 bzw. 24 getragen, der auf einem Grundrahmen 25 befestigt ist, der auch die Antriebsteile des Lasttrennschalters trägt. In den Figuren ist das bewegliche Schaltstück 21 in der Ausschaltstellung gezeigt. Zum Einschalten wird das bewegliche Schaltstück 21 durch eine Welle 26 und einen darauf befestigten Hebel 27 nach rechts bewegt und in Eingriff mit dem feststehenden Schaltstück 22 gebracht.

Zur Vergleichmäßigung des elektrischen Feldes im Bereich des Trägers 28 des beweglichen Schaltstückes 21 und im Bereich des feststehenden Schaltstückes 22 dienen jeweils zwei beidseitig der Schaltstücke angeordnete Steuerelektroden 30 bzw. 31, die den Abmessungen der Schaltstücke entsprechend eine rechteckige bzw. quadratische Gestalt aufweisen und in ihrem Aufbau der Steuerelektrode 7 nach der Figur 6 entsprechen. Die Steuerelektroden 30 und 31 sind jeweils durch Befestigungsschienen 32 bzw. 33 miteinander verbunden, die in elektrisch leitender Verbindung mit den Anschlußvorrichtungen 34 bzw. 35 der Schaltstücke 21 und 22 stehen. Die Steuerelektroden ermöglichen es, den

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Lasttrennschalter 20 bei gegebenen Abmessungen für eine höhere Nennspannung einzusetzen bzw. seine Spannungssicherheit, besonders gegenüber Stoßspannungen, zu vergrößern. Dies gilt sowohl . für die Trennstrecke als auch für den Abstand zu benachbarten, in gleicher Weise aufgebauten Polen eines mehrpoligen Schaltgerätes. Bei anderer Gestalt der abzuschirmenden Bereiche können auch z. B. kreisförmige oder ovale Steuerelektroden verwendet werden.

Während bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen von im Blasverfahren hergestellten Hohlkörpern' ausgegangen worden ist, kön?- nen solche Hohlkörper auch dadurch hergestellt werden, daß zunächst im Preß- oder Ziehverfahren Schalen hergestellt und diese dann in geeigneter Weise miteinander verbunden werden. Hierbei kann in der bereits beschriebenen Weise durch eine Öffnung der Hohlkörper ein Kissen aus leitfähigem Schaumstoff eingebracht werden. Wird von Halbschalen ausgegangen, so kann aber der leitfähige Schaumstoff auch vor der Verbindung der Halbschalen zwischen diese eingelegt werden. Wie bereits erwähnt, besteht auch die Möglichkeit, den Schaumstoff erst innerhalb des Kunststoffhohlkörpers herzustellen, indem ein verschäumbarer flüssiger Kunststoff eingebracht wird. Die gewünschte elektrische Leitfähigkeit erhält man in diesem Fall durch Beimischung einer geeigneten leitenden Substanz, z. B. Graphitpulver oder Metall in sehr feiner Pulverform, zu dem flüssigen Kunststoff. Das Ausschäumen des Hohlkörpers bietet die Möglichkeit, in einem Arbeitsgang auch Befestigungsteile für die Steuerelektrode zu befestigen. Hierzu kann vorzugsweise ein sogenannter Hartschaum verwendet werden, um eine ausreichende Verankerung der Befestigungsteile zu gewährleisten.

7 Ansprüche

8 Figuren ■ ,. -

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Claims

Patentansprüche

iVSteuerelektrode für Geräte und Anlagen der Hochspannungstechnik, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode aus
einem Formkörper (3) aus einem leitfähigen Kunststoff-Schaumstoff besteht.
2. Steuerelektrode nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen
aus einem Isolierstoff bestehenden Hohlkörper (4) und einen
diesen ausfüllenden elektrisch leitfähigen Kunststoff-Schaumstoff .(9) sowie eine mit dem Schaumstoff in Verbindung stehen- . de elektrische Zuleitung (13, 14).
3. Steuerelektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (4) nach dem Blasverfahren aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt ist.
4. Steuerelektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der geblasene Hohlkörper (4) eine durch mechanische Bearbeitung entfernbare Vorwölbung (5) entsprechend einer gewünschten Öffnung (7) besitzt.
5· Steuerelektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der leitfähige Schaumstoff die Gestalt eines elastisch verformbaren Kissens (9) besitzt.
6. Steuerelektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper durch einen innerhalb des Hohlkörpers zum Aufschäumen gebrachten und ausgehärteten leitfähigen Kunststoff
ausgefüllt ist.
7. Steuerelektrode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den aufgeschäumten Kunststoff Befestigungselemente eingebettet sind.

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