DE2442405C3 - Steuerelektrode für Geräte und Anlagen der Hochspannungstechnik - Google Patents
Steuerelektrode für Geräte und Anlagen der HochspannungstechnikInfo
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Description
In der Hochspannungstechnik besteht häufig die Aufgabe, das elektrische Feld in dem Bereich spann
jngsführender kantiger Bauteile so umzugestalten, daß die Feldstärke herabgesetzt wird und Vcrentladungen
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 mechanische 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 (DD-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 Lichtbogen 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
i·. Bereich der Lunfteinschlüsse zersetzt v/ird.
Bei gießharzisolierten Meßwandlern ist es ferner bekanntgeworden, kapazitive Steuerbeläge ganz oder
teilweise aus kompresVibel-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 Lichtbogen vermieden
werden können.
Die Erfindung geht von einer isolierten Steuerelektrode mit einer elektrischen Zuleitung für Geräte und
Anlagen der Hochspannungstechnik aus, wie sie durch die DE-OS 19 16 094 bekanntgeworden ist. Der Erfin-
2" dung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue und wirtschaftliche
Bauweise für solche Steuerelektroden anzugeben, die sich durch geringes Gewicht und leichte Herstellbarem
auszeichnet.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Schaumstoffe der in dem Anspruch 1 angegebenen Art stehen in verschiedenen Handelsformen zur Verfügung. Aus diesem Ausgangsmaterial lassen sich durch einfache Bearbeitungsverfahren, z. B. durch Schneiden, Formkörper fast beliebiger Gestalt herstellen. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit der freien Formgebung durch Biegen. Auch die isolierenden Hohlkörper sind in vielfältigen Formen preiswert herstellbar. Gegenüber der bekannten Isolie-
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Schaumstoffe der in dem Anspruch 1 angegebenen Art stehen in verschiedenen Handelsformen zur Verfügung. Aus diesem Ausgangsmaterial lassen sich durch einfache Bearbeitungsverfahren, z. B. durch Schneiden, Formkörper fast beliebiger Gestalt herstellen. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit der freien Formgebung durch Biegen. Auch die isolierenden Hohlkörper sind in vielfältigen Formen preiswert herstellbar. Gegenüber der bekannten Isolie-
4" rung aus Metall bestehender Steuerelektroden durch Tauchen in flüssigen Isolierstoff werden die Zuverlässigkeit
und die Lebensdauer erheblich gesteigert, weil sich isolierenoe 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
5f) 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 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 sowoh! 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 Wärmezufuhr erfolgen.
Geeignete Rohstoffe und Verfahrensweisen für das Ausschäumen sind beispielsweise dem Buch »Kunststoff-Schaumstoffe«
von H ο mann, 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 Belestigungselemente durch Schrauben, Niete oder auf
andere Weise.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Fig. 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 Befestigungsteilen im Schnitt; in den
F i g. 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 Spanni-ng 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 der Elektrode 2 durch Kleben verbunden werden. Der gewünschte große Abrundungsradius
bildet sich hie b>.·'·. -on 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 Fig. 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 (F i g. 5). Der Hohlkörper 4 kann beispielsweise aus Polyäthylen im Blasverfahren hergestellt
werden. Da dieses Verfahren allgemein bekannt ist, wird von näheren Erläuterungen hierzu abgesehen.
ίο 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 Fig. 2 und 3 ein Kissen 9 aus
leitfähigem Schaumstoff nach den Fig.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 10J 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 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 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 Lasttrennschalter 20 bei gegebenen
Abmessungen uir eine höhere Nennspannung einzusetzen bzw. seine Spannungssicherheit, besonders gegenüber
Stoßspannungen, zu vergrößern. Dies gilt sowohl für die Trenristrecke 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 Ausführungsbeispiclen 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 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 1 liiull Zeichnungen
Claims (6)
1. Isolierte Steuerelektrode mit einer elektrischen Zuleitung für Geräte und Anlagen der Hoehspannungstcchnik,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode aus einem Formkörper (9)
aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff-Schaumstoff besteht und von einem als gesondertes Teil aus
Isolierstoff hergestellten Hohlkörper (4) umhüllt ist.
2. Steuerelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (4) nach dem
Blasverfahren aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt ist.
3. Steuerelektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der geblasene Hohlkörper (4)
eine durch mechanische Bearbeitung entfcrnbare Vorwölbung (5) entsprechend einer gewünschten
Öffnung (7) besitzt.
4. Steuerelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaumstoff-Formkörper (9)
die Gestalt eines elastisch verformbaren Kissens besitzt.
5. Steuerelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Hohlkörper durch einen innerhalb des Hohlkörpers zum Aufschäumen gebrachten
und ausgehärteten leitfähigen Kunststoff ausgefüiit ist.
6. Steuerelektrode nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet,
daß in den aufgeschäumten Kunststoff Befestigungselemente eingebettet sind.
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