DE3145896A1

DE3145896A1 - Hochspannungsisolator

Info

Publication number: DE3145896A1
Application number: DE19813145896
Authority: DE
Inventors: Takeshi Futamuradai Toyoake Ishihara; Shigeo Niwa Aichi Ishino; Michio Hosono Kasugai Ishiwari
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1980-11-20
Filing date: 1981-11-19
Publication date: 1982-06-03
Also published as: FR2494488A1; GB2089141A; AU7762081A; SE462774B; FR2494488B1; SE8106886L; AU534670B2; JPS5787016A; JPS623531B2; US4427843A; GB2089141B; DE3145896C2; CA1173127A

Description

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Hochspannungsisolator

Die "Erfindung betrifft eine Verbesserung von Kunstharzisolatoren, die einen faserverstärkten Plastikstab oder ein solches Rohr (nachfolgend als verstärkter Plastikstab bezeichnet) , Teller oder Kappen aus einem elastischen Isoliermaterial und Anschluß- oder Aufhängeösen aufweisen.

Ein verstärkter Plastikstab, der mit Faserbündeln oder Faserlitzenbündeln verstärkt ist, die in axialer Richtung verlaufen,.ist- gegen sehr hohe Zugbeanspruchung widerstandsfähig .und hat ein äußerst, hohes Verhältnis von Fes-. tigkcit zu Gewicht. Elastische Isoliermaterialien wie Silikongummi, Äthylen-Propylen-Gummi, Polyäthylen, Polypropylen, Äthylen-Propylen-Copolymer, cycloaliphatisches Epoxid,. Acrylharz, Polyfluoräthylen und dergleichen, nach Bedarf mit einem anorganischen Füllstoff vermischt, der eine niedrige Zersetzungstemperatur hat, wie etwa Kieselsauretrihydrat oder dergleichen, haben ausgezeichnete Wetterbeständigkeit und Kratzfestigkeit. Neuerlich wurden verschiedene Untersuchungen angestellt,' um Kunstharzisolatoren von ge^- ringem Gewicht und hoher Festigkeit durch Kombinieren dieser elastischen Isoliermaterialien herzustellen. Als typischer-Kunstharzisolator ist ein solcher bekannt, der einen verstärkten Plastikstab 1 und eine große Anzahl von darübergeschobe-nen Isolatorkappen 3 besitzt, wobei jede Kappe 3 außen einen Tropfrand aufweist, während in die Fuge 4 zwischen dem'verstärkten Plastikst'ab'1 und die einzelnen

Kappen 3 ein Fett 6 eingefüllt ist, wie dies in den Figuren 1, 2a und 2b dargestellt ist.

EiB solcher herkömmlicher Kunstharzisolator mit seiner großen Anzahl einzelner, übereinander aufgeschobener Isolatorkappen wird, damit aus der Fuge 4 kein Fett 6 austritt oder verhindert wird, daß Wasser in diese Fuge 4 hineingelangt, auf folgende Art und Weise zusammengebaut. Die Kappen 3 besitzen einen Innendurchmesser, der kleiner als der Außendurchmesser- des verstärkten Plastiks tabes T ist, so daß sie diesen stets fest umspannen, und außerdem sind die Kappen 3 in axialer Richtung zwischen den beiden Metallhalteösen 2 an den Enden des verstärkten Plastikstabes 1 aufeinandergepreßt, so daß sie an ihren Berührungsflächen mit ■15 Pressung aufeinanderdrücken. Daraus ergibt sich/ daß die Isolatorkappen 3 stets in Umfangsrichtung gedehnt sind. Eine derartige dauernde Dehnung fördert das Brechen der Molekularketten des elastischen Isoliermaterials unter dem Einfluß von Sauerstoff, ultravioletter Strahlung und dergleichen, und das elektrisch isolierende Material verschlechtert seine Eigenschaften in diesem dauernd gedehnten Zustand sehr leicht. Speziell die Schulterkante χ im Borührungsbereich 5 aneinandergrenzender Isolatorkappen 3 wird durch Sauerstoff aufgrund ihrer großen spezifischen Oberfläche schnell beschädigt, wie dies in der Fig. 2a angedeutet ist. Da außerdem die Kappen 3 in axialer Richtung zusammengepreßt werden, ist die Belastung in der Schulter x.. konzentriert, so daß sie in hohem Maße gedehnt wird und dadurch noch leichter beschädigt wird. Man kann allgemein sagen, daß die Erosion in Richtung senkrecht zur Dehnungsrichtung fortschreitet. Darüber hinaus wird die Schulter x.. durch winzige Entladungen aufgrund von Kriechströmen erodiert, die bei Regen über die Oberfläche der Isolatorkappen fließen, so daß ein Zustand entsteht, wie bei X₂ in Fig. 2b

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angedeutet, und die Erosion schnell voranschreitet und in Richtung senkrecht zur Dehnungsrichtung, d.h. auf die Trennfuge 4 zwischen dem Plastikstab 1 und den Isolatorkappen 3 hin fortschreitet, wobei diese Erosionsursache mit der oben genannten zusammenwirkt. Die in dieser Richtung- wirkende Erosion erreicht die Trennfuge 4 zwischen der Kappe 3 und dem verstärkten Plastikstab 1 in relativ kurzer Zeit, so daß dann das Eett 6 austritt und Wasser leicht eindringen kann, wodurch ein Durchschlag an der Trennfläche 4 begünstigt wird, und außerdem erodiert und bricht dann der verstärkte Plastikstab. Der Isolator ist dann funktionsunfähig. In diesem Fall hängt die Geschwindigkeit für die Verschlechterung der Funktion des Isolators aufgrund der .Erosion von der Erosionsgeschwindigkeit im Berührungsbereich benachbarter Isolatorkappen 3 ab.

im praktischen Einsatz befindet sich der Isolator in einer • Hochspannungsleitung und ist dabei unmittelbar- der Sonnenbestrahlung ausgesetzt, die seine Temperatur ansteigen läßt, - wodurch das in der Trennfuge 4 befindliche Fett 6 sich ausdehnt und ebenfalls die Isolatorkappe 3 spannt. Da der dichte Abschluß Zwischen benachbarten Kappen, die übereinander aufgesteckt sind,^ nur durch die" Kompressionskraft'in axialer Richtung hervorgerufen wird, kann das sich ausdehnende Fett aus der Berührungsstelle 5 benachbarter Isolatorkappen 3 austreten. Wenn mit einem Hochdruck-Wasserstrahl die Iso- ' latoren der in Betrieb stehenden Leitung gewaschen werden, damit der an den Isolatoren anhaftende Schmutz weggewaschen wird, wenn sie in einer Verteilerstation oder dergleichen verwendet.werden, wo sie sehr stark verschmutzen, werden die Isolatorkappen.3 unter der Kraft des Hochdruck-Wasserstrahls bewegt, so daß sich Spalte in" den Berührungsstellen 5 benachbarter Kappen auftun und Wasser dann durch die- ^: se Spalte, bis zur Trennfuge 4 eindringen· kann. Wie oben be-

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schrieben, ergeben sich zahlreiche Schwierigkeiten. Um dieser. Probleme Herr zu werden, wurde ein Isolator entwickelt, bei dem der verstärkte Plastikstab 1 mit den Isolatorkappcn 3 an der Trennfuge 4 mit Hilfe eines Klebemittels verklebt wurde, und auch aneinandergrenzende Kappen 3 wurden an .ihrer Berührungsfläche 5 miteinander mit einem Kleber verklebt. Da jedoch ein solcher Kleber allgemein ein aktivies Material ist,.tendiert er auch nach dem Festwerden dazu, schneller als das Material der Isolatorkappen zu zerfallen.

oder zu verderben, und wenn der Kleber der äußeren Atmosphäre an den Berührungsstellen 5 benachbarter Kappen ausgesetzt .wird, wird er zuerst durch die Ultraviolettstrahlung und den Sauerstoff sowie das Wasser in der Außenluft angegriffen, woraufhin sich auch Erosion durch kleinste Eritladüngen bemerkbar macht und sich so Spalte in der Kleberschicht ergeben. Die· Schulter x.. , die eine große spezifische Oberfläche hat, kann sehr schnell' oxidieren und beschädigt werden, so daß sie anschließend erodiert. Diese Erosion erreicht dann die Trennfuge 4 in kurzer Zeit wie bereits bei dem oben beschriebenen Iso-lator, so daß das in der■Trennfuge· befindliche Fett 6 zum Vorschein kommt, und es kommt zu Isolationsdurchschlägen an der Trennfuge 4, und schließlich erodiert auch allmählich der verstärkte Plastikstab 1, was zu einem mechanischen Bruch des Isolators führt. Ein solcher Isolator hat also beträchtliche Mangel.

Es ist außerdem ein Isolator bekannt, bei dem eine Isolatorkappe mit äußerem Teller 8 direkt auf einen verstärkten Plastikstab 1 mit Hilfe einer Form 12 aufgeformt oder der verstärkte Plastikstab 1 praktisch mit der Isolatorkappe 3 umgössen wird, und dieser Vorgang wird für sämtliche Isolatorkappen wiederholt, so daß sich schließlich ein einheitliches Gebilde gemäß den Figuren 3a und 3b ergibt. Die durch das Aneinandergießen benachbarter Isolatorkappcn

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3 sich einstellende, verklebte Fläche 13 ist jedoch che-isc misch und mechanisch schwach und kann leicht oxidieren und verrotten, und wenn außerdem der verstärkte Plastikstab 1 sich durch die am Isolator angehängte Last lenkt, wird die Klebefläche 13 zwischen den Kappen 3- häufig getrennt, wodurch sich für den Isolator ernsthafte Mangel • ähnlich den oben beschriebenen einstellen. Um die genannten Mangel und Schwierigkeiten zu beseitigen, wurde ein Isolator mit einem nahtlosen einheitlichen Überzug vorgeschla— gen. Dazu wird jedoch eine sehr große Form benötigt, und es ist außerdem sehr schwierig/ einen langen, schlanken, ■ ' mit Isolatork.appen ausgestatteten, stabförmigen Isolator in.Massenproduktion herzustellen, der eine Länge von mehr als 1 m hat.

-In neuerer Zeit wurden die Spannungen der Fernübertragungs-Leitungen immer mehr gesteigert, um größere Leistungen über-■. tragen zu können, so daß Isolatoren erforderlich sind, die für die hohen übertragungsspannungen 'die. erforderlichen Isolationsabstände schaffen. . .

Wird nun beabsichtigt, den gewünschten Isolationsabstand mit Hilfe- relativ kurzer, einstückiger Isolatoren ohne Fugen herzustellen, müssen viele derartige Isolatoren aneinandergehängt werden. Dies ergibt zahlreiche Probleme, denn der Isolationsabstand muß in einem Maße lang sein, das den Längen der jeweiligen Befestigungsglieder entspricht. Es werden' deshalb hohe Stahlmasten benötigt, die teuer sind. • Außerdem steigt das Gewicht der Isolatoranordnung mit dem . Wachsen -der Zahl der Halteteile, und zudem stellen die.

■metallischen Halteelemente Schwachpunkte dar wegen der Kon- ■ . " zentration der mechanischen Beanspruchung und der elektrischen, Beanspruchung, so daß die Zuverlässigkeit des Isola-. " tors geringer wird .oder verloren geht, wenn eine große Zahl derartiger Schwachpunkte aneinandergefügt ist.

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Mit Hilfe der Erfindung sollen die aufgezeigten Mängel, Schwierigkeiten und Probleme, die bei herkömmlichen Kunstharzisolatoren auftreten, überwunden werden.

Es wird deshalb mit 'der Erfindung ein Kunstharzisolator geschaffen, welcher gekennzeichnet ist durch einen faserverstärkten Plastikstab, Metallbefestigungselemente· an beiden Enden des verstärkten Stabes, zahlreiche Isolatorkappen, die aus elastischem Isoliermaterial bestehen und die gesamte'Fläche des faserverstärkten Plastikstabes zwischen den Metallbefestigungselementen umschließen, und leitende Pfade, die die Verbindungsstelle benachbarter Isolatorkappen überbrücken, um den Kriechstrom, der bei feuchtem Isolator an seiner Oberfläche fließt, durch den leitenden Pfad zu leiten und von der Verbindungsstelle der Isolatorkappen abzuleiten.

Folgende Darstellungen finden sich in den Figuren'der Zeichnung: ■
20

Fig. 1 die teils geschnittene Ansicht eines gewöhnlichen Kunstharzisolators;

Fig. 2a· vergrößerte Schnittdarstellungen der Be- und 2b rührungssteilen benachbarter Isolatorkappen

zur Erläuterung der auftretenden Erosion;

Fig. 3a Schnittansichten, die das Herstellungsver- und 3b fahren eines bestimmten Isolators in wiederholten Gießformvorgängen verdeutlichen;

Fig. 4a eine teils aufgeschnittene Ansicht eines Kunstharzisolators gemäß der Erfindung;

- ίο -

Fig. 4b vergrößerte Teilansichten .des Kunstharziso- und 4c lators gemäß der Erfindung mit zur Verdeutlichung weggebrochenen Abschnitten;

Fig. 5, perspektivische Ansichtsdarstellungen von und 7 Ausführungsbeispielen von-Leiterbahnen, die im erfindungsgemäßen Kunstharzisolator verwendet werden;

Fig. 8, teils aufgebrochene Ansichten von Ausschnit- und 10 ten aus dem Kunstharzisolator nach der Erfindung mit verschiedenen Leiterbahnen;

Fig. 11 eine zur Hälfte aufgeschnittene Teilänsicht zur Erläuterung des Erosionszustandes im

Kunstharzisolator nach der Erfindung; ■

Fig. 12 eine Erläuterungsansicht, die eine Ausführungsform eines leitenden Pfades zeigt, der ■ beim Kunstharzisolator gemäß der Erfindung

verwendet wird;

Fig. 13 eine Ansicht zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Übergriffslänge einer Kappe und dem Abstand zwischen benachbarten Kappen;

Fig. 14 ein diagramm, das die Beziehung zwischen dem Verhältnis der .Übergriffslange einer Kappe zur Länge des leitenden Pfades gegenüber · der Durchschlagspannung zeigt;

Fig. 15 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen

dem Verhältnis von Abstand zwischen benachbarten Kappen zur Überstandsweite der Kappe

und der Durchschlagsspannung des Isolators zeigt;

Fig. 16 eine Ansicht eines für die Messung der Ei- · " genschaften gemäß Figuren 14 und 15 verwendeten Isolators;

Fig. 17 eine Ansicht, die einen Isolator zeigt, der bei der Messung der Beziehung zwischen dem Verhältnis von L₃ZL₃, wobei L₂ den Abstand

zwischen der auf Spannung liegenden Elektrode und dem dieser Elektrode zunächst liegenden leitenden Pfad bedeutet und L₃ die wirksame Länge des Kunstharzisolators nach der Erfin- ■ dung ist, und der Durchschlagspannung des

Isolators verwendet worden ist;

Fig.. 18 ein Diagramm der Beziehung zwischen dem Verhältnis von Lp/ L, und der Durchschlagspan-" nung des Kunstharzisolators aus Fig. 17; und

Fig. 19 teils aufgebrochene Ansichten anderer Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen'Kunst-. harzisolators.
· . ■' Nachfolgend wird die Erfindung genauer mit Hilfe von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren· 4a bis 19 beschrieben.

Der erfindungsgemäße Kunstharzisolator ist in einem ersten Ausführungsbeispiel in der Fig. 4a gezeigt und weist einen verstärkten Plastikstab 1 auf, der aus in·axialer Richtung verlaufenden imprägnierten Faserbündeln aus Glas oder dergleichen oder aus mit Kunstharz imprägnierten Faserlitzenbündeln hergestellt ist, wobei dieser■Kunstharz Epoxid-

harz, Polyesterharz oder dergleichen sein kann, und dieses Harz ausgehärtet ist. Metallische Anschlußelemente 2 sind an beiden Enden des verstärkten Plastikstabes 1 befestigt. An ihren freien Enden sind sie beispielsweise mit einer öse, einer Schelle oder einer Befestigungsbasis für einen Stützerisolator oder ähnlichen Gliedern versehen, die für die Anbringung des Isolators oder die Halterung der Leitung benötigt werden. Ferner sind zahlreiche Isolatorkappen 3 aus einem gummiartigen, elastischen Isoliermaterial wie

10. Silikongummi, Äthylen-Propylen-Gummi oder dergleichen.vorhanden, die praktisch die gesamte Außenfläche des verstärk-' ten Plastikstabes 1 zwischen den Metallanschlußgliedern 2 umschließen. Jede Isolatorkappe 3 weist einen einstückig angeformten Kappenteller 8 auf. Leitende Pfade 9a, die aus einem leitfähigen Material wie Metall oder dergleichen hergestellt sind," haben eine solche Form/ daß sie die Berührungsflächen aneinandergrenzender Kappen 3 überspannen, so daß Kriechströme, die an der Oberfläche des Isolators entlangfließen, wenn der Isolator feucht-ist,- örtlich-kurzgeschlossen werden und somit nicht über die Berührungsstellen 5 der Isolatorkappen 3 fließen müssen.

Der leitende Pfad 9a besitzt in Isolatorlängs.richtung eine Länge £ , die ausreicht, die Berührungsstelle 5 benachbarter Kappen zu überspannen, wobei diese Kappen aneinander anstehen oder auch einen Abstand voneinander haben können, wie dies in vergrößertem Maßstab in den Figuren 4b und 4c dargestellt ist.

Ein leitender Pfad 9a, der eine Gestalt hat, wie es in den Figuren 5, 6 oder 7 gezeigt ist, kann nach Belieben eingesetzt werden". Der in Fig. 5 gezeigte leitende Pfad besteht aus zwei konzentrisch zueinander angeordneten Metallringen, • die miteinander mit einem stabförmigen Leiterelement zu ei-

- 1.3 - . ■

ner Einheit verbunden sind. Der leitende Pfad nach Fig. 6 ist aus einer Metallplatte hergestellt, die zu einem Kx"cissektor gebogen ist, so daß die zylindrische Oberfläche aneinandergrenzender I^solatorkappen 3 davon umschlossen wird. Die Ausführungsform nach Fig. 7 hat die Gestalt eines Zylinderabschnitts. Die Querschnittsgestalt des leitenden Pfades 9a in Richtung der Mittelachse hat folgende Form. Bei einem hohlzylindrischen leitenden Pfad kann eine glatte Innenfläche, wie sie in der Fig. 8 gezeigt ist, den Gedanken der Erfindung verwirklichen. Ein leitender Pfad mit einem im Inneren vorstehenden Ring kann in eine Vertiefung eingreifen, die an der Berührungsstelle 5 benachbarter Isolatorkappen ausgebildet, wie Fig. 9 zeigt. In einem wiederum'anderen Ausführungsbeispiel sind Nuten zu beiden Seiten .der Ber.ührungsstelle 5 in den Außenflächen der Isolatorkappcn 3 mit Abstand zueinander ausgebildet, und der leitende Pfad weist auf seiner Innenfläche vorspringende Ringwülste auf, die dann gemäß Darstellung der Fig. 10 in diese Ringnuten, eindringen. Die Ausbildung der leitenden Pfade gemäß Figuren 9 und 10 besitzen den Vorteil, daß'sie sich auf den Isolatorkappen nicht verschieben- .können.

Ein Isolator mit einem leitenden Pfad 9a, der die Verbindungsstelle 5 benachbarter Isolatorkappen gemäß der Erfindung übergreift, bringt gegenüber einem herkömmlichen Isolator folgende Vorzüge. Wenn bei einem herkömmlichen Isolator durch Regen die Oberfläche der Isolatorkappe naß wird, fließen Kriechströme auf dieser Oberfläche und rufen kleinste Entladungen hervor, wodurch die Isolatorkappe erodiert wird und die Kappe ihre Isolierwirkung einbüßt.

Bei dem erfindungsgemäßen Isolator fließen die Kriechströme gezielt durch den leitenden Pfad 9a, der die Verbindungsstelle 5 umschließt, so daß sie an dieser Stelle keine Entladungen hervorrufen. Der erfindungsgemäße Isolator besitzt infolgedessen eine erheblich größere Lebensdauer.

Die beschriebene Wirkung soll anhand der Versuchsergebnisse erläutert, die in den folgenden Tabellen. 1 und 2
aufgeführt sind. Die in der Tabelle 1 gezeigten Prüflinge A, B und C sind herkömmliche Isolatoren, die keinen
5. leitenden Pfad 9a haben. Beim Prüfling A ist Fett in die Fuge 4 eingefüllt, wie in der Fig. 1 dargestellt» Der Prüfling B besitzt verklebte Isolatorkappen 3 mit Kleber an· den Verbindungsstellen 5 und einem Aufbau wie Fig. 1.
Prüfling C hat Isolatorkappen 3, die gemäß Fig. 3a und 3b in aufeinanderfolgenden Form- oder Gieß-Vorgängen hergestellt sind.- Die in der Tabelle. 1 aufgeführten Prüflinge D, E und F sind Isolatoren gemäß der Erfindung. Prüfling D ist mit einem leitenden Pfad 9a ausgestattet, der die
Übergangsstelle 5 bei einem Isolator gemäß Prüfling A umgibt. Prüfling E ist ein Isolator entsprechend dem Prüfling B, jedoch mit einem leitenden Pfad 9a um die Übergangsstelle 5 herum. Prüfling F entspricht dem Prüfling C mit einem leitenden Pfad 9a um die Übergangsstelle 5 herum.
Sämtliche Prüflinge A bis F haben I.solatorkappen aus Äthy-

.len-Propylen-Gümmi. -.

Die in der Tabelle 2 aufgeführten Prüflinge G bis H sind. gewöhnliche Isolatoren, die keinen leitenden Pfad 9a haben. Prüfling. G weist Isolatorkappen 3 aus Polyäthylen auf, wobei die Trennfuge 4 mit Fett 6 gefüllt ist und der Isolator einen Aufbau gemäß Fig. 1 hat. Prüfling H hat Isolatorkappen 3 aus'cycloaliphatischem Epoxid, die in_wiederholten Gießvorgängen gemäß Figuren 3a und 3b hergestellt sind. Die Prüflinge I un,d J in der Tabelle 2 sind erfindungsgemäße Isolatoren. Sie entsprechen den Prüflingen G und H im Aufbau, besitzen jedoch jeweils leitende Pfade 9a.

Die verwendeten leitenden Pfade haben eine Länge £ von

30-mm- und bestehen aus zwei Kupferdrahtringen, die miteinan-

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der durch einen Kupferdraht.oder dergleichen leitend zu · einem Stück verbunden sind. Jeder Prüfisolator hat folgende Abmessungen: Außendurchmesser der inneren Hülse der Isolatorkappe 36 mm, Durchmesser der Isolatorkappe 138 mm, Abstand zwischen den metallischen Befestigungselementen 200mm, Anzahl-der Kappen 3, Abstand zweier Isolatorkappen untereinander 60 mm. Die Isolatoren wurden bei einer anliegenden Spannung von 20 kV intermittierend mit einer Sohle besprüht, und zwar wurde 10 see lang mit 120 ml/min besprüht, woraufhin eine 20 see Pause folgte. Dieser Zyklus wurde dauernd wiederholt, so daß auf der Oberfläche der Isolatorkappen sich ein starker Kriechstrom ausbildete und kleine Entladungen auftraten, die die Oberfläche erodiert. Die Teile, an denen sich di.e Erosion ausbildete, sowie die Zeit, bis die Erosion die Trennfuge erreichte, v/urde gemessen. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 1 und 2 aufgeführt.

Tabelle 1

20

Erodiertes Teil

Zeit bis Erosion Trennfläche erreicht (Tage)

25

	Prüfling	A	Kontaktteil	20
Herkömmlicher	Prüfling	B	Il	28
Isolator	Prüfling	C	Il	30
			oberer Teil des
	Prüfling	D	Leiterpfades nicht ι	inte
Isolator gemäß	Prüfling	E	Il	Il
Erfindung	Prüfling	F	Il	Il

30

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Tabelle 2

Erodiertes Teil	Zeit bis Erosion	Trenn
	fläche erreicht	(Tage)
Kontaktteil	25
Il	20
oberer Teil des
Leiterpfades	nicht unter 200

herkömmlicher Prüfling G
Isolator Prüfling H

■ Isolator gemäß Prüfling I
Erfindung - Prüfling J

Aus den Versuchsergebnissen geht hervor, daß an den Berührungsstellen der einzelnen Isolatorkappen bei den Prüflingen A, B, C, G und H Erosionsschäden auftraten und die Erosion die Trennfuge zwischen dem verstärkten Plastikstab und den Isolatorkappen in 20 bis 30 Tagen erreichte. Bei den erfindungsgemäßen Isolatorprüflingen D, E, P, I und J trat an den Berührungsstellen zwischen den Isolatorkappen überhaupt keine Erosion auf. Die Erosion fand im Gegenteil an anderen Stellen statt/ und es dauerte· in keinem Fall weniger als 200 Tage, bis die Erosionsschäden bis zur Trennfuge 4 durchgedrungen waren, was erkennen; .läßt, daß für den erfindungsgemäßen Isolator eine um mehr als das 10-fache größere Lebensdauer als beim herkömmlichen Isolator zu erwarten ist.

Bei den oben beschriebenen Isolatoren ist der die Berüh-ung rungsstelle der einzelnen Isolatorkappen überspannende leitende Pfad aus zwei Metallringen hergestellt, die zueinander konzentrisch sind und durch ein leitendes Teil miteinander verbunden"sind. Dieser leitende Pfad kann aber auch aus einer- Metallplatte von vorgegebener Breite hergestellt •sein-, die. der ■ Isolatoroberfläche angepaßt in Umfangsrichtung gekrümmt ist, wie in der Fig. 6 gezeigt. Dieser leiten-

de' Pfad läßt sich leicht an den Berührungsstellen 5 der Isolatorkappen anbringen und verhindert die-kleinen Entladungen oder Glimmentladungen an den Berührungsstellen 5, läßt aber auch die ultraviolette Strahlung nicht angreifen, so daß ein solcher leitender Pfad auch die Verschlechterung des Isolators aufgrund dieses Phänomens vermeidet. Man wird deshalb mit Vorzug diese Art des leitenden Pfades einsetzen. Ein hohlzylindrischer leitender Pfad gemäß Fig.

7 ist besonders günstig, da er die gesamte Verbindungsstel-Ie 5 umschließt und deshalb mit Sicherheit Glimmentladungen an diesem Ort vermeidet, aber auch der ultravioletten Strahlung keinen Zugang gewährt und das Eindringen von Wasser und dergleichen bis zur Trennfuge 4 zwischen dem verstärkten Plastikstab 1 und der Isolatorkappe 3 unterbindet.

..

Bei dem in Fig. 6 gezeigten, gebogenen leitenden Pfad verläuft, wenn er sich an die Oberfläche eines Isolators in Umfangsrichtung anschmiegt, ein Spalt 10'parallel' zur Achsrichtung. Wenn dieser Spalt 10 nicht größer als ein Vier-. .

tel der Gesamtumfangslänge des leitenden Pfades 9a ist, wie dies in Fig. 12 gezeigt ist, dann können die Beruh-' rungsstellen 5 der Isolatorkappen wirksam gegen Erosion aufgrund von Kriechströmen geschützt werden.

Des weiteren können Erosionsstellen k- und k~ aufgrund von Kriechströmen an den beiden Enden des leitenden Pfades 9a auftreten. Dies ist für einen als Hohlzylinder ausgebildeten leitenden Pfad in der Fig. 11 dargestellt. Das .obere Ende a liegt auf der Unterseite des Schirms 8 der oberen Isolatorkappe 3 der beiden übereinander angeordneten Kappen. Das untere Ende b liegt auf der Oberseite des Schirms

8 der unteren'Isolatorkappe 3. Die Isolatorkappe 3, auf der der untere Rand oder das untere Ende b des leitenden Pfades 9a aufliegt, erodiert stärker als die Isolatorkappe

an der Stelle a. Um zu verhindern, daß die Erosion aufgrund von Leckstrom auf der Oberfläche der Isolatorkappe 3 bis zur.Berührungsfläche 5 vordringt, sollten die Längen des oberen Abschnittes und des unteren Abschnittes des leitenden Pfades 9a, ausgehend von der Berührungsstelle 5 der aneinandergrenzenden Isolatorkappen 3, folgende Bedingungen erfüllen:

A £.5 mm und A < B , . so daß die Funktionsfähigkeit des Isolators nicht verdorben wird. " " -

Außerdem sollte der überstand H eines Isolatorschirms 8 der Isolatorkappe 3 nicht kleiner als die Halfte der axialen Länge t« eines leitenden Pfades 9a und sollte, der Abstand £,„ zwischen benachbarten Isolatorkappenschirmen nicht grosser als das Zweifache des überStandes.H sein, wie dies in Fig. 13 gezeigt ist, denn die Verringerung der effektiven Länge des Isolators aufgrund der Anbringung der leitenden Pfade 9a kann durch^ die oben genannten Begrenzungen von £_Λ ι t*) und H kompensiert werden.

Die oben beschriebenen Tatsachen werden anhand der Figuren 14, 15 und 16 näher erläutert. Die-Figuren 14 und 15 zeigen Spannungsfestigkeitseigenschaften' von Isolatoren mit und ohne leitende Pfade 9a. Fig. 16 zeigt einen Isolatorprüfling, an dem die Prüfung vorgenommen worden ist. Der Abstand L₃ zwischen den Elektroden des Isolatorprüflings beträgt 1000 mm, und die Länge L₁ eines hohlzylindrischen Leiterpfades 9a in Axialrichtung beträgt 30 mm. Damit die effek-• tive.Länge bei dem Experiment gleich gemacht wird, wird ein Lichtbogenhorn angebracht, dessen überstand 10 mm grosser als die Uberstandsweite H eines Isolatorkappenschirms ■ ist. ""■ "' . . - · ■ '

Fig. 14 zeigt die Beziehung zwischen dem Verhältnis E/t« auf der Abszisse und der Durchschlagsspannung auf der Ordinate für den Fall, daß €- im wesentlichen gleich ^₂ ist" und H variiert wird. Die ausgezogene Linie (a) in Fig. 14 " zeigt das Verhältnis bei Verwendung eines leitenden Pfades 9a, während die gestrichelte Linie (b) die Beziehung darstellt, wenn kein leitender Pfad'9a eingesetzt wird. Es läßt sich aus Fig. 14 erkennen, daß dann, wenn die Überstandsweite H eines Isolatorkappenschirms nicht kleiner als ~ I- ist, keine Abnahme der Durchschlagsspannung' oder Spannungsfestigkeit des Isolators durch Einsatz eines leitenden Pfades 9a auftritt. Daneben zeigt Fig.' 15 eine Beziehung zwischen dem Verhältnis £~/Η auf der Abszisse und. der Spannungsfestigkeit oder Durchschlagsspannung auf der Ordinate. Die ausgezogene Linie (c) in Fig. 15 zeigt das Verhältnis mit leitendem Pfad 9a, die gestrichelte Linie (d) ohne einen solchen. Ist das Verhältnis von £₂/H kleiner als 2, wobei 6₂ den Abstand zwischen benachbarten Isolatorkappenschirmen und H die überstandsweite eines Schirms bedeuten, so tritt gemäß Fig·. 15 keine Abnahme der Spannungsfestigkeit aufgrund der Verwendung eines leitenden Pfades 9a auf.

Als nächstes wird die Fig. 17 betrachtet. Die Abstände .L.J und L₂ bezeichnen die Strecken zwischen den Metallbe-festigungselementen 2 oder den Elektroden-bildenden Abschnitten, die mit den Metallbefestigungselementen 2 verbunden sind und Lichtbogenhörner aufweisen, und den ihnen am nächsten gelegenen leitenden Pfaden 9a. Wenn der Abstand L~ zwischen der Spannung-führenden Elektrode und dem am nächsten gelegenen leitenden Pfad wenigstens 20 % der Gesamtlänge Lj zwischen den beiden entgegengesetzten Elektroden ist, tritt keine Verschlechterung der Isoliereigenschaften· aufgrund der elektrischen Pfade 9a ein. Dies wird anhand, der F.iq. 18 noch n.Mhor erlöut<M(.

Diese Fig. 18 zeigt die Spannungsfestigkeit des Isolators mit und ohne leitenden Pfad 9a. Fig. 17 zeigt Isolatorprüflinge, die für den Versuch hergestellt wurden. Diese Isolatorprüflinge haben zwischen den beiden entgegengesetzten Elektroden einen Gesamtabstand von 6000 mm und besitzen in Abständen von etwa 300 mm leitende Pfade 9a. Die ausgezogene Linie in Fig. 18 stellt das Ergebnis der Messungen dar, wenn· mit Abständen von etwa 300 mm leitende Pfade 9a angebracht sind und der Abstand .L- zwischen der Span-10' nung-führenden Elektrode und dem dieser Elektrode am nächsten gelegenen leitenden Pfad variiert wird.

Es läßt sich aus der Fig. 18 erkennen, daß dann, wenn das prozentuale Verhältnis des Quotienten L₃ZL₃ wenigstens 20 % beträgt, die Spannungsfestigkeit des Isolators nicht sehr wesentlich herabgesetzt ist.

Der Kunstharzisolator gemäß der Erfindung, gleichgültig ob mit Fett oder mit einem Kleber gefüllt, kann auf folgendem Weg zusammengebaut werden. Ein verstärkter Plastikstab 1., eine erforderliche Anzahl von Isolatorkappen 3, die einzeln hergestellt sind und eine bestimmte Länge haben, und eine Anzahl von leitenden Pfaden 9a mit Hohlzylindergestalt oder dergleichen, deren Innendurchmesser dem Außendurchmes-" ser der Endteile der Isolatorkappen 3 entspricht, werden, letztere in der Zahl der Berührungsstellen 5, benötigt. Ein Ende einer jeden Isolatorkappe 3 wird in einen leitenden Pfad 9a gesteckt, und diese dann zusammen mit dem Fett oder dem Kleber auf den- verstärkten Plastikstab T aufgeschoben.

Der Innendurchmesser der Isolatorkappen 3 sollte nicht wesentlich größer als der Außendurchmesser des verstärkten Plastikstabes sein, damit "die Oberfläche der Isolatorkappe nach auß.en hin in aufgepaßtem Zustand nicht gedehnt wird. Dann wird-der"leitende Pfad 9a gleichmäßig in zentripetaler"

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Richtung in einer vorgegebenen Stellung mit Hilfe einer' radial ansetzenden hydraulischen Presse zusammengedrückt und dabei deformiert, so daß er die Endabschnitte der Isolatorkappen 3 dicht umspannt und sie preßt. ■

Nachdem die Isolatorkappen 3 in dieser Weise auf dem verstärkten Plastikstab zusammen mit Fett 6 oder einem Kleber aufgezogen und dann äle leitenden Pfade 9a an den Berührungs- oder Verbindungsstellen 5 festgesetzt sind, werden die Metallanschlußelemente an beiden Enden des verstärkten Plastikstabes angebracht, womit der Kunstharzisolator gemäß der Erfindung fertig ist. Wenn eine Form verwendet wird, mit der eine einzelne Isolatorkappe 3 mit einem Kappenschirm geformt wird, um eine Isolatorkappe 3 unmittelbar auf' einem verstärkten Plastikstab 1 zu gießformen, wie in den Figuren 3a und 3b dargestellt, und wenn dieser Gießformvorgang wiederholt durchgeführt wird, um einen Isolator mit praktisch einstückigem Aufbau zu erzeugen, dann wird ein leitender Pfad 9a bei jedem Formvorgang auf die Isolatorkappe aufgesetzt, ähnlich wie es bei der Herstellung des Isolators gemäß obiger Beschreibung geschieht, und nachdem alle Gießformvorgänge beendet sind, werden die leitenden Pfade 9a in vorgegebene Stellungen in zentripetaler Richtung komprimiert, d.h. an den Stellen der aufeinanderklebenden Ebenen 13 benachbarter Isolatorkappen 3, wodurch die leitenden Pfade dann deformiert und im Durchmesser reduziert werden, so daß sie die Oberfläche der Isolatorkappen 3 fest umspannen. Anschließend werden die Metallbefestigungselemente an den beiden Enden des verstärkten Plastikstabes 1 angebracht,, womit der erfindungsgemäße Isolator dann fertig ist.

Gegenüber den beschriebenen Ausführungsbeispielen sind unterschiedliche Abweichungen möglich, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen wird. So kann z. B. der Endabschnitt eines Metallbefestigungselementes 2 von einer

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Isolatorkappe 3 umgeben sein. Außerdem kann bei der Erfindung mit Vorteil ein Isolator mit folgendem Aufbau verwendet werden, damit an der Verbindungsstelle 5 benachbarter Isolatorkappen 3 Glimmentladungen vermieden werden: die Endabschnitte aneinandergrenzender Isolatorkappen können streng aneinander befestigt sein und eine Isolatorkappe 3 kann luftdicht gegenüber der Außenluft an der Trennfuge- 4 zwischen verstärktem Plastikstab 1 und Isolatorkappe 3 abgeschlossen sein, damit auf keinen Fall Wasser oder dergleichen in diese Trennfuge 4 eindringen kann. Zu diesem Zweck wird eine Hülse' 9b, die das Ende einer Isolatorkappe 3 aufnimmt und damit in Berührung ist, luftdicht an einem Metallanschlußelement 2 auf der Seite zur. Aufnahme eines verstärkten Plastikstabes mittels eines Gewinde-Eingriffs oder einer Dichtung oder einem O-Ring verbunden , wie in .Fig. 19 gezeigt, und außerdem wird ein leitender Pfad 9a, der die Verbindungsstelle 5 zweier Isolatorkappen 3 über.-spannt, durch Biegen einer Metallplatte in zylindrische Gestalt gebildet, so daß er die Oberfläche des Isolators in

.20 Umfangsrichtung dicht umschließt, wie in Fig. 7 gezeigt, wodurch der Endabschnitt der Isolatorkappe 3 von dem leitenden Pfad aufgenommen wird, und der leitende Pfad wird dann gleichmäßig in zentripetaler Richtung zusammengedrückt, so daß er deformiert und im Durchmesser verringert wird und den Endteil der Isolatorkappe 3 preßt. Wenn der Außendurchmesser einer Isolatorkappe 3 oder der Innendurchmesser eines leitenden Pfades 9a und der Hülse 9b so aufeinander abgestimmt sind, daß der leitende Pfad 9a und die Hülse 9b am Eingangsteil mit der Oberfläche einer Isolatorkappe 3 in Berührung kommen und die: Kappe am inneren Abschnitt gepreßt wird, ist die Verlängerung der Oberfläche • der Isolatorkappe 3 klein in dem Teil, der an der Außen*- luft freiliegt, so daß Erosionsnarben verhindert werden körinen.

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Vorzugsweise werden Kunstharzisolatoren mit überzügen hergestellt aus einem elastischen Isoliermaterial wie Äthylen-Propylen-Gummi oder dergleichen, die beim Anbringen an den Stahlmasten nicht beschädigt werden können und die sich ausgezeichnet handhaben lassen. Andererseits sind aus diesen Gummisorten hergestellte überzüge nicht sehr erosionsbeständig aufgrund des Aufbaus mit Verbindungsabschnitten ihrer Isolatorkappen. Gemäß der Erfindung können diese Verbindungsstellen nun geschützt werden, so daß Kunstharzisolatoren mit den oben beschriebenen, ausgezeichneten Eigenschaften vorliegen.

Thermoplastikharz wie Polyäthylen und dergleichen haben keine Kohlenstoffdoppelbindungen in ihrer chemischen Struktur und sind ausgezeichnet kratzfest. Bei der Herstellung der . Isolatorkappen ist es günstig, Einzelisolatorkappen mit nur einem Kappenschirm jeweils für sich herzustellen und sie dann übereinanderzusetzen, was mit Blick auf die Formbarkeit des thermoplastischen Harzes vorteilhaft ist. Der Nachteil der Berührungsstellen der einzelnen Isolatorkappen aus Kunstharz wird durch die Erfindung überwunden. Wenn-die Absicht besteht, einen Isolator nach dem Verfahren herzustellen, das einzelne Isolatorkappen mit jeweils einem Kappenschirm unmittelbar auf dem verstärkten Plastikstab aufgeformt werden, und dieses Gießformverfahren dann wiederholt· durchgeführt wird, so daß ein nahezu einstückiger Aufbau entsteht, werden thermisch härtende Harze wie cycloaliphatisches Epoxid und dergleichen wegen ihrer guten Gießformbarkeit verwendet. Mit Hilfe der Erfindung lassen sich- die Nachteile, die.durch die Trennflächen aneinandergrenzender Isolatorkappen bedingt sind, überwinden.

Gemäß der Erfindung werden Kunstharzisolatoren mit ausgezeichneter Erosionsfestigkeit hergestellt werden, ohne

daß die sehr guten Eigenschaften-verloren gehen, die dem elastischen Isoliermaterial innewohnen.

Erfindungsgemäß sind an den Kunstharzisolatoren leitende Pfade oder überbrückungsleiter angebracht, wodurch Kriechströme, die Glimmentladungen verursachen, örtlich kurzgeschlossen werden und nicht in den Trennstellen benachbarter Isolatorkappen auftreten; diese Trennstellen tendieren sonst dazu,.sehr leicht zu erodieren, und zwar aufgrund von UV-0 Strahlung, Sauerstoff in der Luft und durch die Glimmentladungen, die während des Regens auf der Isolatorkappenoberflache auftreten. Mit der Erfindung sind diese Berührungs-· stellen der Isolatorkappen nun gegen Erosion durch Glimmentladungen geschützt. Besonders die Art von leitenden Pf aden, die durch Biegen eines Metallplättchens von vorgegebener Breite in Umfangsrichtung um die Oberfläche eines Isolators hergestellt wird, kann die UV-Strahlung abhalten und die Berührungsstelle der Isolatorkappen gegen/ die Beschädigung aufgrund von UV-Strahlung schützen.

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Bei einem Isolator, bei dem die Verbindungsstellen der Iso- · latorkappen luftdicht und fest von einem hohlzylindrischen leitenden Pfad umschlossen sind und außerdem auch die Endabschnitte der obersten bzw. untersten Isolatorkappe luftdicht und fest eingeschlossen sind, ist das Eindringen von Wasser in die Trennfuge zwischen dem verstärkten Plastikstab und den Isolatorkappen oder das Austreten von Fett aus dieser Trennfuge damit wirksam verhindert.

\ 30' Bei dem erfindungsgemäßen Isolator werden die überstandsweite eines Isolatorkappenschirmes an der Stelle eines leitenden Pfades, der Abstand zwischen den Schirmen benachbarter Isolatorkappen oder die Länge der Isolatorkappen, die einen einteiligen Aufbau haben, auf der spannungsfuhren-

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den Seite oder auf der geerdeten Seite in richtiger Weise ausgewählt, wodurch eine Beschädigung oder Erosion und.damit Verschlechterung der Isoliereigenschaften des Isolators verhindert werden kann. "^
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Der vorstehenden Beschreibung nach kann mit.den Mitteln der Erfindung eine Verschlechterung der Isoliereigenschaften verhindert werden, die binnen sehr kurzer Zeit bei herkömmlichen Isolatoren aufgrund der Zerstörung durch Oxidation entsteht, die an den Rändern der Isolatorkappen auftritt, ferner aufgrund von Erosion durch Glimmentladungen, Eindringen von -Wasser in die Grenzfläche zwischen'dem verstärkten Plastikstab und der Isolatorkappe durch die Fuge zwi- ■ sehen den Isolatorkappen und Austritt von Fett aus dieser Fuge. Auch wenn eine große Zahl kurzer Isolatoren mit einstückigen Isolatorkappen, die miteinander verbunden werden, benützt wird, kann die Verschlechterung der Zuverlässigkeit, der Verlust an Isolationsabstand und der Anstieg von Gewicht aufgrund der Reihenverbindung einer großen Zahl von Metallbefestigungselementen vermindert werden, in denen eine Konzentration mechanischer Beanspruchung und elektrischer Beanspruchung auftritt, so daß lange Kunstharzisolatoren mit ausgezeichneten Isoliereigenschaften und hoher Erosionsfestigkeit erhalten werden, die geringes Gewicht und hohe Festigkeit und Zuverlässigkeit haben.' Speziell die Kunst- · harzisolatoren gemäß der Erfindung können'als Isolatoren für Höchstspannungsübertragungsleitungen und dergleichen Anwendung finden, so daß die Erfindung sehr zur industriellen Entwicklung beiträgt.

Lee rs e ι te

Claims

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35 94 0

NGK Insulators, Ltd.
Nagoya City /JAPAN

•Hochspannungsisolator

Patentansprüche 10

Isolator aus Kunstharz,
• gekennzeichnet durch· einen faserverstärkten Plastikstab (1), Metallbefestigungselemente· (2) an beiden Enden des verstärkten Plastik■-Stabes (1), zahlreiche Isolatorkappen (3), die aus elas¹-tischem Isoliermatieral bestehen und die· gesamte Fläche· des faserverstärkten Plastikstabes (1) zwischen den Metallbefestigungselernenten (2) umschließen, und leitende Pfade (9a), die die Verbindungsstelle (5) benachbarter Isolatorkappen (3) überbrücken, um den Kriechstrom, der bei. feuchtem Isolator an seiner Oberfläche fließt, durch den leitenden Pfad (9a) zu leiten und von der Verbindungs.stel-Ie (5) der Isolatorkappen (3) abzuleiten.
2. Isolator nach Anspruch 1, ·

dadurch gekennzeichnet,

daß der Isolator Einzelkappen oder mehrere einstückig miteinander verbundene Isolätorteller (8) besitzt,

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3. Kunstharzisolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einander gegenüberstehenden Enden der Isolatorkappen (3) voneinander an der Verbindungsstelle benachbarter Isolatorkappen einen Abstand haben (Pig. 9)
4. Isolator nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der die Verbindungsstelle (5) benachbarter Isolatorkäppen (3) überspannende leitende Pfad (9a) durch Krümmen eines bandförmigen leitenden Streifens um die Oberfläche des Isolators in Umfang'srichtung gebildet ist (Fig. 6).
5. Isolator nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der die. Verbindungsstelle (5) überbrückende·leitende Pfad Hohlzylindergestalt hat.(Fig. 7).
6. . Isolator nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der die Verbindungsstelle (5) überbrückende leitende Pfad (9a) aus zwei Leiterringen besteht, die miteinander durch ein Leiterelement verbunden sind (Fig. 5).
7. Isolator nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch .gekennzeichnet, daß das elastische Isoliermaterial ein kratzfester Gummi wie Xthylenpröpylengummi ist. "

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8. Isolator nach Anspruch 1, 2ioder 3/ dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Isoliermaterial ein kratzfestes thermoplastisches Harz wie Polyäthylen ist, das in seiner chemischen Struktur keine -C=C-Bindung enthält..
9. Isolator nach Anspruch 1, 2 oder 3,_: dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Isoliermaterial ein kratzfestes, thermisch aushärtendes Harz wie cycloaliphatisches Epoxid ist.
10. Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge [IA des leitenden Pfades (9a) in Axial-'richtung, der überstand (H) des Kappenrandes über den Kern der Isolatorkappe im Bereich des leitenden Pfades (9a) und der Abstand (£2) zwischen aufeinanderfolgenden Isolatorkappen folgende Beziehungen erfüllen:

H ^ ~t\ und 2H =? £₂-
11. Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (L2)zwischen dem auf Spannung liegenden Metallanschlußelement (2) und dem nächstliegenden leitenden Pfad (9a) wenigstens 20 % der wirksamen Länge (L₃) des Isolators beträgt.