DE2905150A1 - Kunststoffisolator und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents
Kunststoffisolator und verfahren zu dessen herstellungInfo
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B17/00—Insulators or insulating bodies characterised by their form
- H01B17/32—Single insulators consisting of two or more dissimilar insulating bodies
Description
Kunatatoffiaolator und Verfahren zu deaaen Herateilung
Die Erfindung betrifft einen Kunatatoffisolator, bestehend aua
einem faser- oder teilchenverstärkten Harzatab und Schirmen
mit Slastomereigenschaften aowie Verfahren zu dessen Herstellung^
wobei dieser Kunststoffisolator hauptsächlich in Energieveraor- |
gungseinrichtungen verwendet wirdo |\
• I
Charakterlatik der bekannten technischen Lösungen j;
Ea iat bekannt, daß an Stelle der herkömmlichen Freileitunga- '|
isolatoren in Form von Kapoenisolatoren bzw0 Kappeniaolatoren- U
ti ketten aus Porzellan oder Glas und Langatabiaolatoren aua |
Porzellan Kunststoffisolatoren verwendet werden können» Dieae |
Konstruktionen sind meist ala Stabiaolatoren für Zug- oder |
Biegebeanapruchung ausgeführte Ea sind verschiedene Lösungen :'
bekannt, die vorwiegend aus einem verstärkten Plastmaterial als ί;
mechaniachen Peatigkeitaträger mit metallischen Armaturen und *;
Plast^schirmen unterachiedlicher chemischer Zusammensetzung und |
Struktur beatehenc Bei den angeführten Iaolatortypen unterachei-|
den sich die verschiedenen Konstruktionen insbesondere durch dieί
Art der mechanischen Verstärkung des Stabes, die Art der Ar- |
mlerung sowie durch die Verbindung zwischen den Schirmen und |
dem Trägerstab sowie durch das verwendete Schirmmaterial« |
Von besonderer Bedeutung iat die Lösung der Krafteinleitung Uber|
die Armaturen zur Erzielung einer hohen mechanischen Dauer- | festigkeit, die durchachlagaichere Ausbildung der Längsgrenzschicht
zwischen Strunk und Schirm sowie die Erzielung einer ge eignet hohen KriechetromfeatigkeIt bzw. Erosionsbeständigkeit
des Materials« Bei der Verwendung von dreidimensional vernetztet^ Harzen als Schirmwerkstoff muß das Problem der unterschiedlichen:, Ausdehnung des faserverstärkten Stabes in radialer und axialer i Richtung und der Schirmelemente aowie ihre gegenseitige Verbin-1
des Materials« Bei der Verwendung von dreidimensional vernetztet^ Harzen als Schirmwerkstoff muß das Problem der unterschiedlichen:, Ausdehnung des faserverstärkten Stabes in radialer und axialer i Richtung und der Schirmelemente aowie ihre gegenseitige Verbin-1
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T*cJtnl*ch«n Bericht Nr
dung berücksichtigt werden»
Bei Verwendung von Linearpolymeren und Elasten ala Schirmmateria3
iat die Verbindung mit dem veratärkten Kern und im Falle einer nicht kraftachlUsaigen Verbindung die Auebildung der inneren
Grenzachicht zu beachten«.
Die bisher bekannten Iaolatoren mit Duroplaatachirmen, inabesondere aus oyoloaliphatischen Epoxidharzen» haben vor allem bei
Einsatz für höhere Spannungen in einteiliger Ausführung wegen der unterschiedlichen thermischen Ausdehnung von glasfaserverstärktem Stab und Schirmen eine starke Neigung zur Rißbildung in
der Grenzschicht» die durch Zug- oder Biegebelastung noch verstärkt wird ο
Die in der US-PS 3 898 372 vorgeschlagene Lösung verbessert die
Situation durch Verwendung elaetomerer Schirme in ähnlicher Weiae wie die im DBP 530 702 und in der DE-OS 26 18 693 angeführten Ausführungen«, Der Löaung der US-PS 3 898 372 liegt die
radiale Dehnung und axiale Kompression des Blastomerachirmes
fllr die elektrische Dichtung der Längsgrenzschicht» ggf« mit
Hilfe von FettfUllungen»zugrunde ο Bei der axialen Kompression
kann es dabei wegen der unterschiedlichen Wandstärken im Schirm und Strunkbereich zu radialen Ausbeulungen im Strunkabachnitt
kommen, was die elektrische Längsfestigkeit ungünstig beeinflußt PUr mehrschirmlge einzeilige Schirmanordnungen und solche andere
Formgestaltung» z., B0 Wendelform, sowie für Anordnungen mit
konstruktiver Trennung der Abdicht- und Schirmfunktionen ist dat genannte Prinzip weitgehend ungeeignetβ
Es ist Ziel der Erfindung» mittels eines Kunststoffiaolators
und Verfahren zu dessen Herstellung die in der Charakteristik der bekannten technischen Lösungen genannten Nachteile zu beseitigen,,
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde» einen Kunststoffisolator und Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, wobei
durch eine geeignete Konstruktion und günstige Materialauswahl ein sicherer Einsatz auch in höheren Spannungebereichen gewährleistet werden soll. Erfindung gemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst» indem auf einen aus mechanisch verstärktem
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Kunststoff bestehenden Stab aus Elastomermaterial hergestellte
Schirme» die mit Bohrungen versehen werden» deren Durchmesser gleich oder geringfügig größer als der Stabdurchmeaaer sind,
aufgeschoben werden» wobei die Schirme miteinander fest und dicht zu einer Schirmanordnung» die unter axialer Zugspannung
steht» und die Enden der Schirmanordnung fest mit dem Stab und/oder der Armatur verbunden sind sowie der zwischen der
Schirmanordnung und dem Stab bestehende Spalt mit einer Isolier-»
flüssigkeit oder einem Isolierfett ausgefüllt wird, so daß durch
eine axiale Vorspannung der Schirmanordnung auf Zug und bei einer Zug- oder Biegebeanspruchung des Stabes die auftretende
axiale Ausdehnung der Schirmanordnung zu einer Durchmeaserverringerung derselben führt, wodurch eine radiale, nach innen
gerichtete Flächenpressung im Spalt entsteht, die bei Spaltverlängeruhg infolge mechanischer Belastung des Isolators volumenmäßig durch eine Spaltdickenverringerung ausgeglichen wird, was
zur Erhöhung bzwe Erhaltung der elektrischen Langsgrenzfestigkeit führt«, Die zur Schirmanordnung gehörenden Schirme sind
zusammengeklebt, vulkanisiert oder geschweißte Der Anfang und das Ende einer Schirmanordnung sind mit dem Stab verklebt,
verschweißt oder formschlüssig verbunden und/oder mit der Armatur fest verankert, vorzugsweise durch Verkleben oder formschlüssig« Verbindung,, Anfang und Ende einer Schirmanordnung
können auch mit dem Stab und der Armatur so verbunden werden, daß sie eine elastische Zwischenlage bei der Armatur-Stab-Verbindung darstellen,, PUr bestimmte Anforderungen können auch
elastische und starre Abschnitte der Schirmanordnung miteinander verbunden werden0 Auch kann die gesamte Schirmanordnung aus
einem Stück geformt aein0 Die Strunkabsohnitte der Schirmanordnung sind von der Materialdicke oder der Materialzusammensetzung her als bevorzugte Dehnungselemente ausgebildet und
wirken als besondere Dichtungsabachnitte des Längst;pnltesβ
Alternativ kann die Schirmanordnung aus einem axial unter Zugspannung stehenden Zylinders aua Elastomeren, auf dem Einzelschirme aua beliebigen isolierenden oder halbleitendem Material
im bestimmten Abstand aufgeklebt und fest verbunden aind, beateheno Die Schirmanordnung kann auch aus einem Wendelschirm
bestehenp der auf einem elastomeren Zylinder aufgeklebt,
vulkanisiert oder aufgeschweißt ist, wobei bei Längsausäehnung
der Windungadurchmesaer und damit die Lringaspaltdicke verringert
werden* Es ist auch mögliche die Schirme aus geschlosaenporigen
290515Q
oder offenporigen Dielektrika zu verwenden. Weiter kann die
Schirmober- und -unterfläche mit koaxial umlaufenden Schichtinhomogenitäten, wie Nuten oder Wulsten, versehen werden, die
in der Zahl und im Abstand variiert werden können, in ihrem Wirkungsoptimum Jedoch einen Abstand von 20 % bis 30 % der
Schirmausladung habeno Es ist auch möglich, die umlaufenden
Inhomogenitäten unterbrochen anzuordnen, wobei die Abschnitte der Inhomogenitäten gegenüber der radialen Richtung einen
Winkel, der von 90° verschieden ist, annehmeno
Vorzugsweise werden folgende verfahrenstechnische Schritte bei Herstellung des erfindungssemäßen Isolators angewendet:
Auf einen aus einem faser- r.der teilchenverstärktem Kunststoff
bestehenden Trägerstab werden miteinander fest verbundene Einzelschirme oder in einem Stück gefertigte Schirmanordnungen
unterschiedlicher Form aufgeschoben, wobei der zwischen Trägerstab und Schirmanordnung entstehende Spalt durch Ausbildung
einer Isolierfettschicht auf dem Stab oder durch Druckfüllung mit einem flüssigen oder hochviskosen Isoliermedium ausgefüllt
wird und die Schirmanordnung nach axialer Dehnung mit Hilfe einer geeigneten Vorrichtung am Träererstab und/oder an den
Armaturen fixiert wird. Die Armaturen werden mittels eines hydrostatischen Verfahrens plastisch verformt und auf den
Trägerstab aufgepreßte
Die erfindungsgemäße Lösung aowie ihre vorteilhafte Wirkungsweise
soll an Hand eines Ausführungsbeispiels sowie den dazugehörigen Zeichnungen näher erläutert werden,»
Ein Isolator nach Fig. 1 besteht aus einem Trägerstab 5» wobei als Werkstoff vorwiegend dreidimensional vernetzte Harze, wie
Bpoxid- und Polyesterharze, verwendet werden, die durch Glasfasern,
Whisker oder andere isolierende Fnserteilchen verstärkt
werden, und den Schirmen Sch 1, bestehend aus Elastomeren, vo:zugsweise vom Typ Polyäthylen-Propylen, mit einer aktiven
anorganischen Einlagerung, vorwiegend Aluminiumoxyhydrat„ Der
Epoxidharzstab nimmt bei Krafteinleitung über die Armaturen A die mechanische Belastung auf«. Entscheidend für die Funktionafähigkeit
des Isolators 1st, daß die Schirme einen Bohrunge-
Λ'. 5
ium Ttctinlschen Bincht Ni'
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•8·
durchmesaer gleich oder geringfügig größer als der Stabdurchraesser
besitzen, untereinander form- und/oder kraftachliiaaig
an der Verbindungsstelle V mechanisch feat und dicht verbunden sind, in axialer Richtung unter Zugspannung stehen, die bei Belaatung
erhöht wird, wobei eine Bohrungadurchmeaaerverringerung
gegenüber dem Herstellungszustand der Schirme resultiert, die eine Erhöhung der Flächenpressung auf das isolierende hochviskose
Füllmaterial im Spalt F ausübt und dadurch zu einer Erhöhung dar elektrischen Längsfestigkeit der inneren Grenzschicht
des Isolators führt· Die Vorspannung wird durch eine feste Verbindung K der Enden der Schirmanordnung, bestehend aus
den miteinander verbundenen Schirmen, mit dem Trägerstab, beispielsweise durch Verkleben oder durch eine formschlussige
Verbindung, beibehalten« Die Armaturen bestehen aus Stahl und haben eine plastisch oder elastisch verformbare Preßhülse Z
zwecks Abbau mechanischer Spannungaspitzeno
Der Isolator nach Figo 1 wird so gefertigt, daß die gepreßten oder extrudierten Schirme miteinander zu einer Schirmanordnung
fest verbunden werden und diese über den Trägerstab geschoben wird«, Durch ein Preßverfahren wird Isolierfett in den Spalt
zwischen Schirmanordnung und Trägerstab gedrückt· Anschließend erfolgt in einer geeigneten Vorrichtung eine axiale Dehnung der
Schirmanordnung mit einer Fixierung der Enden der Anordnung am Trägeratab. Die so hergestellte Einheit aus Trägerstab und
Schirmanordnung wird an beiden Enden mit Armaturen versehen» Die Armaturen werden durch hydrostatische Verformung im Bereich
P kraftachlüssig mit dem Stab verbundene Ein Isolator nach Figo unterscheidet sich vom Isolator nach Figo 1 dadurch, daß die
Schirmanordnung, bestehend aus den Schirmen Sch 1, an den Enden mit Schirmen der Form Sch 2 versehen ist, wodurch neben der
Fixierung an der Stelle K eine formschlüssige Verbindung X mit
der Armatur hergestellt ist· Diese Lösung ermöglicht eijie
günstige Abdichtung im feldfreien Raum der Armatur und eine günstige Fixierung der axialen Vorspannung·
Figo 3 zeigt einen Isolator, der sich von den bereits aufgeführten
Typen dadurch unterscheidet, daß anstelle der beschriebenen Schirmanordnung ein zylinderförmiger Schlauch ZS aus
einem modifizierten Elastmaterial mit dem Trägerstab und der Armatur in ähnlicher Weise verbunden wird0 Die Schirme Sch 3
oder Vendelschirme werden auf den axial unter Zug stehenden
zylindrischen Schlauch aufgeklebt oder vulkanisierte
Dieae erfinderiachen Lösungen gewährleisten eine gute Flexibilität
der Elemente zueinander eine große elektrische Dauerbesfindigkeit
der inneren Grenzschicht, έίηε hohe Kriec.'iatrom-
und Erosionsfestigkeit und ermöglichen damit einen Einsatz auch für höhere Spannungen.
9098AA/0627
/A 1 £ium TtctuilKh^n Bericht Nr
Bericht über daa Ergebnis der vorläufigen Prüfung der
Neuheit und der. technisch-ökonomischen Effektivität
Recherchiert wurde in der Patentachriftenaammlung dea AfEP
in folgenden Klaaaifikationaeinheiten»
IPK: HO1B, 3/00 : DE 1665056...2533416
H01B, 17/02 t DE 166549O0.O2618693
H01B, 17/12 : US 3592959...3898372
Die in der Erfindunprabeachreibung gewürdigten Patentschriften
kommen der erfindunga gemäße η Löaung am nächsten, jedoch v/irken
aich hierbei die geringe Flexibilität der Elemente zueinander, die niedrige elektrische DauerbeatHndigkeit sowie eine geringe
Kriechstrom- und Erosionsfestigkeit nachteilig aus ο Die Erfindung ist bei der Herateilung von Kunatatoffiaolatoren
anwendbar«.
Der techniach-ökonomiache Effekt der Erfindung liegt in der
Schaffung eines Kunatatoffiaolators und Verfahren zu dessen
Herstellung, wobei durch eine giinatige Materialauswahl und
eine geeignete Konstruktion ein sicherer Einaatz auch in höheren Spannungabereichen gewihrleiatet wirde
909844/0627
Claims (13)
1.i Kunststoffisolator aus vorwiegend einem verstärkten Plafit-
-^ material als mechanischen Festigkeitsträger mit metallischen
Armaturen und Plasteschirmen unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung und Struktur, gekennzeichnet dadurch, daß
auf einen aus mechanische verstärkt·· Kunststoff bestehenden
Stab (S) aus Elastomermaterial hergestellte, mit Bohrungen versehene Schirme (Sch), die einen Durchmesser geringfügig
größer als der Stabdurchmesser aufweisen, aufgeschoben sind, wobei die Schirme miteinander fest und dicht zu einer Schirmanordnung, die unter axialer Zugspannung steht, und die
Enden der Schirmanordnung fest mit dem. Stab und/oder der Armatur (A) verbunden sind.
2. Kunststoffisolator nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch,
daß die zur Schirmanordnung gehörenden Schirm« zusammengeklebt, vulkanisiert oder geschweißt sind·
3. Kunststoffisolator nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet
dadurch, daß Anfang und Ende einer Schirmanordnung mit den Stab verklebt, verschweißt oder formschlüssig verbunden sind.
4. Kunststoffisolator nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet
dadurch, daß Anfang und Ende einer Schirmanordnung mit den Armatures fest verankert sind, vorzugsweise durch
Verkleben oder formschlüssige Verbindung,
5. Kunststoffisolator nach Punkt 1 bia 4, gekennzeichnet
dadurch, daß Anfang und Ende einer Schirmanordnung mit
dem Stab und der Armatur so verbunden sind, daß sie eine elastische Zwischenlage bei der Armatur-Stab-Verbindung
darstellen.
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Tt*r$*tt- **<·. β *<"" Ttchnltchen Bericht Nr
6. KunststoffIsolator nach Punkt 1 bis 5» gekennzeichnet
dadurch, daß die Schirmanordnung aus einem Stück geformt 1st.
7* Kunststoffisolator n-ch Funkt 1 bis 5t gekennzeichnet
dadurch, daß elastische und starre Abschnitte zu einer Schirmanordnung miteinander verbunden sied.
8. kunststoffisolator nach Punkt 1 bis 7» gekennzeichnet
dadurch, αaß die Strunkabschnitte der Schirmenordnung
von der Materialdicke oder der Materialzusammensetzung her ale bevorzugte Dehnungselemente ausgebildet sind.
9. Kunststoffisolator nach Punkt 1 bis 5, gekennzeichnet
dadurch, daß die Schirmanordnung aus einem axial unter Zugspannung stehenden Zylinder aus Elastomeren besteht,
auf dem Einzelschirme aus beliebigem isolierenden oder halbleitenden Material im bestimmten Abstand aufgesetzt
und fest verbunden sind.
10. Kunststoffisolator nach Punkt 6, gekennselehnet dadurch,
daß die Schirmanordnung aus einem Wendelechirm besteht.·
11. Kunststoffisolator nach Punkt 9» gekennzeichnet daduroh,
daß ein Wendelschirm auf den elastomereη Zylinder aufgeklebt,
vulkanisiert oder aufgeschweißt ist.
12. Kunststoffisolator nach Punkt 1 bis 11, gekennzeichnet dadurch, daß die Armaturen mit Hilfe eines isostatischen
Verfahrens verformt und auf den Stab, vorzugsweise unter Beilage einer elastisch oder plastisch verformbaren
Zwischenschicht (Z), aufgepreßt sind.
13. Kunststoffisolator nach Punkt 1 bis 11, gekennzeichnet
dadurch, daß der Stab aus einem beliebigen teilchen- oder faserverstärkten Aunsts'ooff besteht.
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' Nr
ium Ttcbnhchen Bericht Nr
Kunststoffisolator nach Punkt 1 bis 12, gekennzeichnet
dadurch, daß die Schirme aus ßeschlossenporigen Isolierstoffen
oder offenporigen, mit einem geeigneten Tränkmittel versehenen Isolierstoffen bestehen.
Kunststoffisolator nach Funkt 1 bis 13» gekennzeichnet
dadurch, daß die Schirmober- und -unterflächen mit
koaxial oder wendelförmig umlaufenden Schichtinhomogenitäten, wie Nuten oder Wülsten, versehen sind, die in
der Zahl und im Abstand variiert werden können, in ihrem Wirkungsoptimum ,jedoch einen Abstand von 20 % bis 30 %
der Schirmausladung haben.
Kunststoffisolator nach Punkt 15» gekennzeichnet dadurch,
daß die umlaufenden Inhomogenitäten unterbrochen sind und die Abschnitte der Inhomogenitäten gegenüber der
radialen Richtung einen Winkel, der von 90 ist, annehmen.
verschieden
Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffisolator nach
Punkt 1 bis 13» gekennzeichnet dadurch, daß auf eines
Trägerstab eine Cchirmanordnung unterschiedlicher Form
aufgeschoben wird, wobei der zwischen Sch irma nor dnung und
Trägerstab bestehende Spalt mit einer Iaolierfettschicht
auf dem ?-tab oder durch Druckfüllung mit einem Isoliermedium ausgefüllt wird und die Enden der Schirmanordnung
nach axialer Dehnung derselben am Trägerstab und/oder an den Armaturen fixiert und die Armaturen hydrostatisch
auf den Trägerstab aufgepreßt werden.
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