DE2852889C2 - - Google Patents
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- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
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- H01B17/42—Means for obtaining improved distribution of voltage; Protection against arc discharges
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Freileitungs
isolator der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
Man unterscheidet zwei Kategorien von Isolatoren aus
organischem Material, und zwar einerseits Freileitungsisolato
ren, die auf Zug oder Biegung beansprucht werden, und anderer
seits Anlagenisolatoren, die auf Druck oder Biegung arbeiten.
Für beide Arten von Isolatoren ist es wichtig, die Gefahr von
oberflächlichen Lichtbögen, insbesondere bei der Verwendung in
stark verschmutzter Umgebung, zu verringern.
Oberflächliche Lichtbögen entstehen, wenn durch eine erst
feuchte, leitende Schmutzschicht Kriechströme fließen, die die
Schicht in Bereichen mit starker Stromdichte trocken werden
lassen, wodurch sich günstige Bedingungen für das Entstehen von
Lichtbögen über diese trockenen Bereiche ergeben.
Es wurden verschiedene Lösungen zur Behebung dieses
Problems vorgeschlagen, je nach Art der verwendeten Isolatoren.
Manche Lösungen beruhen darauf, daß zwischen den beiden Elektro
den die Verteilung des elektrischen Felds durch einen Halbleiter
bereich so geändert wird, daß das Auftreten oberflächlicher Licht
bögen weniger begünstig wird.
Für die üblichen mineralischen Isolatoren wurden Ober
flächenbeläge aus Emaille mit Eisen-, Titan- oder Zinnoxyd vor
geschlagen, die für eine bessere Elektronenleitung sorgen. In
der Praxis gab es oft große Schwierigkeiten bei der Verbindung
mit dem Halbleitermaterial, da die Schweißnaht sich als wenig
zuverlässig erwies.
Für Freileitungsisolatoren aus organischem Material,
und insbesodere für Isolatoren mit einem Stab aus mit Epoxy
harz getränkten Glasfasern, der mit einem Lamellen aufweisenden
Belag versehen ist, die gleichzeitig den Stab schützen und den
Kriechstromweg verlängern sollen (diese Art Stab ermöglicht
sehr große Zugfestigkeitswerte bei geringem Gewicht), hat man
auch äußere Verkleidungen vorgeschlagen, die Eisen-, Titan-
oder Zinnoxyd in Form von Beimischungen, oder aber pulverisiertes
Graphit oder Kohlenstoff enthalten.
Diese Lösungen ergeben jedoch große Schwierigkeiten bei
Freileitungsisolatoren, und zwar aufgrund der elektrochemischen
Korrosion, insbesondere an den Kontaktstellen der Elektroden.
Es wurden außerdem Anlagenisolatoren aus organischem
Material vorgeschlagen, insbesondere Isolatoren, die aus einer
gegossenen, mit bestimmten Stoffen gemischten Harzmasse (nor
malerweise auf Epoxy-Zykloaliphatischer Harzbasis) bestehen, an
deren Enden Endelektroden oder Endstücke vorgesehen sind. Die
Endstücke sind zum Teil in die Harzmasse eingetaucht (die Elek
troden oder Endstücke sind manchmal über einen dünnen leitenden
Stab mit der Isoliermasse verbunden). Es sind auch Beläge des
obengenannten Typs vorgeschlagen worden, die Halbleitermaterial
in ihrer gesamten Masse enthielten, oder solche, bei denen nur
der zentrale Teil Halbleiterfunktion hat.
So ist aus der US-PS 33 25 584 ein Hochspannungs
isolator bekannt, der einen zentralen Stab aus faserverstärk
tem Kunststoff und einem äußeren Isolierkörper aus Glas, Por
zellan oder Kunstharz besitzt. Zum Ausgleich der großen Unter
schiede in der thermischen Ausdehnung dieser Bestandteile
wird eine Schicht aus feinporigem Schaum zwischengefügt, die
durch Beigabe von leitenden Partikeln wie Graphit halbleitend
gemacht wird, um interne Überschläge zu vermeiden. Von äußeren
Überschlägen, insbesondere wenn eine Staubschicht sich auf dem
äußeren Isolierkörper abgesetzt hat, ist hier nicht die Rede.
Aus der DE-PS 26 50 363 ist ein Isolator bekannt,
der einen zentralen Stab aus verstärktem Kunststoff und einen
äußeren Isolierkörper aus Polymermaterial aufweist. Zwischen
beiden befindet sich eine Zwischenschicht aus einem mit dis
perser Kieselsäure verstärkten Polymer. Durch geeignete Wahl
der Materialien sollen Grenzflächenprobleme beseitigt werden,
die unter dem Einfluß der Luftfeuchtigkeit und des herrschen
den elektrischen Felds zur Zerstörung des Polymermaterials
führen. Die Problematik von oberflächlichen Lichtbögen in
staubreicher Atmosphäre ist in dieser Druckschrift ebenfalls
nicht angesprochen und wird auch durch den dort beschriebenen
Isolator nicht behoben.
Schließlich zeigt die GB-PS 10 93 193 einen Iso
lator aus Glas, Porzellan oder Epoxyharz, der außen von einer
dünnen Schicht eines halbleitenden Elastomermaterials umgeben
ist. Diese Schicht soll in der Tat die Eigenschaften des Iso
lators in staubbelasteter Umgebung verbessern. Freilich ist
diese dünne Schicht außerordentlich zerbrechlich und muß durch
eine Fettschicht oder vulkanisierte Schutzschicht geschützt
werden. Vermutlich verliert diese Schicht daher rasch ihre
Wirksamkeit.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Frei
leitungsisolator der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten
Art so zu verbessern, daß oberflächliche Lichtbögen dauerhaft
nicht mehr auftreten.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden
Merkmale der beiden unabhängigen Ansprüche gelöst.
Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungs
formen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der
Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Teilansicht eines erfindungs
gemäßen Freileitungsisolators und
Fig. 2 zeigt in vergrößertem Maßstab einen
Schnitt durch ein Endstück des Isolators aus Fig. 1.
Der Freileitungsisolator 1 besitzt zwei metallische
Endankerstücke 2 mit Haltering 3, zwischen denen mehrere Teller
lamellen 4 und 5 aus Elastomermaterial angeordnet sind. Am
Stapelende befindet sich je ein isolierendes Verbindungsstück 6
aus Elastomer an den Endankerstücken.
Wie in Fig. 2 zu sehen, weist der Isolator 1 einen
Stab 7 großer mechanischer Zugfestigkeit aus einem Verbundmate
rial mit mineralischen oder organischen Fasern oder Fäden auf,
die durch härtbares Kunstharz zusammengehalten werden; man wählt
z. B. einen Stab aus mit Epoxy- oder Polyesterharz imprägnierten
Glasfasern. Dieser Stab ist von einer Schutzhülle 8 aus Elasto
mermaterial umgeben und zwar über seine ganze Länge mit Aus
nahme der Endstücke des Stabs, die in den Endankerstücken 2
mit Hilfe eines die Endstücke direkt umgebenden Kittmaterials 9
befestigt sind, die doppelt konische Form des Kittmaterials und
einer Vergußmulde 10 des Endankerteils und ihre Eigenschaften
und Herstellungsart sind in der DE-OS 25 51 856 beschrieben.
Der Isolator weist schließlich noch mehrere Tellerlamellen (nur
die letzte, 4, ist in dieser Figur sichtbar) aus Elastomermate
rial auf, die auf der Hülle 8 befestigt sind.
Gemäß der Erfindung hat mindestens ein inneres Bauteil
des Isolators auf der ganzen Länge zwischen den Endankerteilen
halbleitende Eigenschaften. Dieses innere Bauteil bleibt voll
ständig geschützt vor einem Kontakt mit den Elektroden, wodurch
die auf eine elektrochemische Korrosion, insbesondere an den
Kontakten der Elektroden, zurückzuführenden Nachteile vermieden
werden und das elektrische Feld vorteilhaft verteilt wird.
Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung wird als das innere Bauteil mit halbleitenden Eigen
schaften die Schutzhülle 8 verwendet. Die Tellerlamellen 4, 5,
die die Schutzhülle umgeben, sind aus isolierendem Elastomer
gefertigt, wodurch eine gute Kriechstrom- und Erosionsfestig
keit gewährleistet ist. Die Verbindung zwischen der Schutzhülle
und den Endankerstücken wird über einen Ring 11 mit Halbleiter
eigenschaften hergestellt, der aus demselben Material wie die
Hülle besteht und sowohl an der Hülle als auch an der der Hülle
gegenüberliegenden Innenwand des dazugehörigen Endankerstücks
befestigt ist.
Die Hülle wird bei ca. 120°C auf dem vorbehandelten
und mit einem klassischen Vulkanisierstoff bestrichenen Stab
ausgezogen und dann vulkanisiert; der gegossene und auf die
Hülle aufgezogene Halbleiterring wird in bezug auf das Kitt
material 9 positioniert und dann gleichzeitig auf die Hülle und
die ihr gegenüberliegende Wand des Endankerstücks vulkanisiert.
Schließlich werden die Tellerlamellen 4, 5 hintereinander und
sich stirnseitig berührend durch Vulkanisierung auf die Hülle
aufgebracht. Diese verschiedenen Vulkanisiervorgänge ermöglichen
eine hochwirksame Haftung. Der letzte Vorgang ist die Veranke
rung der Endstücke des Stabs gemäß der obengenannten DE-OS,
gefolgt vom Gießen und der Vulkanisierung der Verbindungsstücke
6, so daß diese gut an der Hülle und der ihr gegenüberliegenden
Seite des Endankerstücks haften.
Das die Schutzhülle 8 bildende Elastomer ist vorzugs
weise ein mit mindestens einem Stoff wie z. B. Kohlenstoff mit
hoher Struktur, pulverisiertem Graphit passender Körnung,
Eisen-, Titan oder Zinnoxyd vermischtes Elastomer, wodurch
ein passender elektrischer Leitwert erhalten wird.
Gemäß einer anderen Ausführungsform wird als das
innere Bauteil mit Halbleitereigenschaften der Stab 7 und das
Kittmaterial 9 ausgewählt, das mit beiden Enden des Stabs und
der diesen gegenüberliegenden inneren Wand des dazugehörigen
Endankerstücks in Berührung steht, während die den Stab um
gebende Hülle aus einem isolierenden Elastomer besteht. In
diesem Fall könnte man eventuell auf den Halbleiterring 11
verzichten.
Der Stab besteht dann vorteilhafterweise zumindest
teilweise aus leitenden Kohlenstoffasern mit großer Zugefestig
keit, die mit Epoxy- oder Polyesterharz getränkt sind. Das
Kittmaterial ist mit Kohlenstoff zwischen dem Stab und den End
ankerstücken ermöglicht.
Zur Herstellung eines dieser zweiten Ausführungsform
entsprechenden Isolators verfährt man wie oben für die Aufvul
kanisierung der Hülle und die Befestigung der anderen Teile
angegeben.
Claims (8)
1. Freileitungsisolator aus organischem Material, mit einem
Stab großer Zugfestigkeit aus einem Verbundmaterial, das mine
ralische oder organische Fasern oder Fäden und ein härtbares
Kunstharz enthält, mit einer Schutzhülle aus Elastomermate
rial, die die ganze Oberfläche des Stabs mit Ausnahme der
Enden des Stabs umgibt, welche mit Hilfe eines Kittmaterials,
das diese Stabenden umgibt, in Endankerteilen befestigt sind,
und mit mehreren Isolatorschirmen aus Elastomer, die auf der
Hülle befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß sich die
Schutzhülle (8) vollständig im Inneren des Isolators befindet,
aus einem halbleitenden Material besteht und die Endankerteile
miteinander verbindet.
2. Freileitungsisolator aus organischem Material, mit einem
Stab großer Zugfestigkeit aus einem Verbundmaterial, das mine
ralische oder organische Fasern oder Fäden und ein härtbares
Kunstharz enthält, mit einer Schutzhülle aus Elastomermate
rial, die die ganze Oberfläche des Stabs mit Ausnahme der
Enden des Stabs umgibt, welche mit Hilfe eines Kittmaterials,
das diese Stabenden umgibt, in Endankerteilen befestigt sind,
und mit mehreren Isolatorschirmen aus Elastomer, die auf der
Hülle befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab
(7) und das Kittmaterial (9) je aus halbleitendem Material
bestehen, während die Schutzhülle (8) aus einem isolierenden
Material besteht.
3. Isolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Verbindung zwischen der Hülle (8) und den Endankerteilen (2)
durch einen Halbleiterring (11) hergestellt wird, der aus
demselben Material wie die Hülle besteht und der sowohl an
der Hülle als auch an der inneren Wand des zugeordneten Endan
kerteils (2) befestigt ist.
4. Isolator nach einem der Ansprüche 1 und 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Schutzhülle (8) über ihre ganze Länge hinweg
durch Vulkanisierung am Stab befestigt ist.
5. Isolator nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Halbleiterring (11) an der Schutzhülle (8)
und an der ihr gegenüberliegenden Wand des Endankerteils (2)
durch Vulkanisierung befestigt ist.
6. Isolator nach einem der Ansprüche 1, 3, 4, 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Elastomer der Schutzhülle mit mindestens
einem Stoff der Gruppe bestehend aus Kohlenstaub mit hoher
Struktur, einem pulverisierten Graphit passender Korngröße,
einem Eisenoxyd, einem Titanoxyd und einem Zinnoxyd vermischt
ist, damit ein passender elektrischer Leitwert erhalten wird.
7. Isolator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Stab (7) zumindest teilweise aus leitenden Kohlenstoffasern
besteht, die eine große Zugfestigkeit aufweisen und mit einem
Epoxy- oder Polyesterharz getränkt sind.
8. Isolator nach einem der Ansprüche 2 und 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Kittmaterial mit Kohlenstaub hoher Struktur
vermischt ist.
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