DE2442405B2

DE2442405B2 - Steuerelektrode fuer geraete und anlagen der hochspannungstechnik

Info

Publication number: DE2442405B2
Application number: DE19742442405
Authority: DE
Inventors: Paul; Baumgärtl Ulrich; 1000 Berlin Küenzle
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-09-03
Filing date: 1974-09-03
Publication date: 1977-03-24
Also published as: US4072832A; ATA558375A; JPS5153226A; GB1506319A; YU201275A; ES440640A1; DE2442405A1; FR2284180B1; BE832786A; YU39074B; FR2284180A1; DE2442405C3; AU502064B2; IT1042055B; IN144705B; SE415510B; AU8431575A; SE7509687L; BR7505626A; AT355116B

Description

In der Hochspannungstechnik besteht häufig die Aufgabe, das elektrische Feld in dem Bereich spannungsführender 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 Hochspannungsgeräten 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 irechanische Formgebung bei kleineren Teilen hergestellt werden müssen. Daher war der Einsatzbereich von Steuerelektroden in der Hochspannungstechnik bisher auf Sonderfälle beschränkt.

Es ist bereits bekannt, eine Steuerelektrode bzw. eine Abschirmung für Hochspannungsanlagen aus glasfaserverstärktem Kunststoff herzustellen, dem eine leitende Substanz zugesetzt ist (DL-PS 88 820). Steuerelektroden dieser Art sind verhältnismäßig leicht, müssen jedoch der gewünschten oder benötigten Kontur entsprechend individuell hergestellt werden. Ferner sind diese Steuerelektroden auch an ihrer Oberfläche leitfähig, so daß unter Umständen Lichtbögen daran ansetzen können.

Es sind auch sogenannte lichtbogenfußpunktfreie Steuerelektroden hergestellt worden, die aus einem Metallkörper und einer durch Tauchen in einen flüssigen Isolierstoff aufgebrachten Isolierschicht gebildet sind (DT-OS 19 16 094). Hierbei entstehen jedoch häufig Lufteinschlüsse innerhalb der Kunststoffschicht oder zwischen der Kunststoffschicht und dem Metallkörper. Dies beeinträchtigt die Lebensdauer der Steuerelektroden, da der Kunststoff durch Glimmentladungen im Bereich der Lunfteinschlüsse zersetzt wird.

Bei gießharzisolierten Meßwandlern ist es ferner bekanntgeworden, kapazitive Steuerbeläge ganz oder teilweise aus kompressibel-elastischem Material herzustellen, das selbst elektrisch leitend sein kann (DT-AS 11 20 003). Hierbei handelt es sich jedoch nicht um eine freizügig verwendbare Steuerelektrode zur Verwendung als Bauelement einer Hochspannungseinrichtung oder -anlage, abgesehen davon, daß sich das Problem nicht stellt, wie Ansatzpunkte für Lichtbögen vermieden werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue und wirtschaftliche Bauweise für solche Steuerelektroden anzugeben, die einen allgemeinen Einsatz von Steuerdektroden 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 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. Gegenüber der erwähnten Isolierung von Steuerelektroden durch Eintauchen in flüssigen Isolierstoff werden die Zuverlässigkeit und Lebensdauer erheblich gesteigert, weil sich die isolierenden Hohlkörper in dielektrisch einwandfreier Qualität, d.h. ohne Einschlüsse und fehlerhafte Stellen, herstellen lassen.

In vorteilhafter Weise können die isolierenden Hohlkörper nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung 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.

Die zum Einbringen des leitfähigen 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 werden. Beispielsweise kann aus plattenförmigen!, leitendem Schaumstoff ein Kissen geschnitten und durch die öffnung des Hohlkörpers eingelegt werden. Hierbei empfiehlt es sich, einen t.lastisch verformbaren Schaumstoff zu wählen, der nach dem Durchtritt durch die öffnung des ,₅ Hohlkörpers infolge seiner Elastizität expandiert und den Hohlkörper glatt anliegend ausfüllt Für diese Zwecke geeignete leitende Kunststoff-Schaumstoffe sind im Handel erhältlich. Eine weiterj Möglichkeit zur Einbringung des feitfähigen 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 hoher Druckes sowie mit und ohne Wärmezufuhr 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.

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

F i g. 1 zeigt eine Steuerelektrode für ein kantiges elektrisches Bauteil;

F i g. 2 und 3 zeigen einen aus einem Kunststoff im Blasverfahren hergestellten Hohlkörper in der Draufsicht und im Schnitt; in den

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

Fig.6 zeigt eine isolierte Steuerelektrode mit Etefestigungsteilen im Schnitt; in den

F i g. 7 und 8 ist die Anwendung von Steuerelektroden nach der Erfindung bei einem Lasttrennschalter gezeigt.

In der F i g. 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. 6_U 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. Durtii 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, auj einer Tafel eines leitfähigen Kunststoff-Schaumstoffes herausgeschnittenes Stück um die Kante der Elektrode 2 herumgebogen und mit 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 F i g. 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 F i g. 2 und 3 ein Kissen 9 aus leitfähigem Schaumstoff nach den F i g. 4 und 5 eingelegt. Die Ecken des Kissens 9 sind entsprechend der Innenform des Hohlkörpers 4 abgerundet. 1st 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 10³ Ohm · cm gibt. Falls es erwünscht oder erforderlich ist, kann der Schaumstoff durch geeignete Behandlung auch einen höheren oder niedrigeren _r Widerstandswert erhalten.

Eine fertige Steuerelektrode 10 ist in der F i g. 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 isoliert, 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 gewährleitet sein.

In den F i g. 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 Fig.6 entsprechen. Die Steuerelektroden 30 und 31 sind jeweils durch Befesügungsschienen 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 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, können solche Hohlkörper auch dadurch hergestellt werden, daß zunächst im Preß- und Ziehverfahren Schalen hergestellt und diese dann in geeigneter Weise miteinander verbunden werden. Hierbei kann in der bereits beschriebenen Weise durch

ίο 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.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Steuerelektrode 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 stehende elektrische Zuleitung (13,14).

3. Steuerelektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (4) nach dem Blasverfahren aus einem thermoplastischen Kunstttoff 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.