DE2852889C2 - - Google Patents

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    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B17/00Insulators or insulating bodies characterised by their form
    • H01B17/32Single insulators consisting of two or more dissimilar insulating bodies
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B17/00Insulators or insulating bodies characterised by their form
    • H01B17/42Means 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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