DE3214141A1 - Polymer-stabisolator mit verbesserten stoerfeld- und corona-charakteristiken - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hängeisolator, typischerweise bestehend aus einem Glasfaserstab mit aufgebrachten Metallteilen an jedem Ende und darauf aufgebrachten, nebeneinanderliegenden Polymerschirmen, wobei der Isolator für Hochspannungsanwendungen verbessert worden ist. Oberhalb von Netzspannungen von etwa 138 kV treten bei konventionellen Konstruktionen unerwünschte Störfelder und Corona im Bereich der Metallteile auf. Eine Hinzufügung von halbleitenden Polymeren zwischen die Metallteile und die Polymerschirme reduziert die Grosse der Störfelder erheblich und eliminiert die Corona. - _e _—»„-*

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Polymer-Stabhängeisolatoren leiden wie alle Stabisolatoren unter einer nichtlinearen Spannungsverteilung übe ihrer Länge in einem noch grösseren Ausmass als Isolatoren, die durch zwischenliegende Metallteile unter-' brochen sind, wie z.B. konventionelle Keramik-Hängeisolatoren. Diese nichtlineare Verteilung bringt übermässige Spannungsbeanspruchungen in die Bereiche nahe den Metallschuhen des Isolators, insbesondere am stromführenden Ende. Schliesslich kann ein Durchschlag der Luft in der Hochbeanspruchungszone auftreten, der Coron und Feldstörungen erzeugt.

Bei Polymer-Isolatoren tritt das Phänomen bei auf Netzspannungen über 138 kV erregten Geräten auf. Bis hinauf zu Netzspannungen von 138 kV ist der Standard-Endschuh 1Ξ ausreichend, um Werte der Funkbeeinflussungsspannung (Störfeld) unter 1OO uV an der Nennbetriebsspannung gegen Erde oder sogar 10 % mehr als der Nennwert zu erhalten.

Bei Netzspannungen von 161 kV und darüber werden jedoch übermässige Störfelder erzeugt, und die Standardkonstru tion kann hier nicht mehr verwendet werden. Ein einfach und effektiver Weg zur Reduzierung der Spannungsbeanspruchung auf Werte, wodurch keine sichtbaren Corona- und übermässige Störfelder erzeugt werden, wird daher ■ benötigt.

Diese Reduzierung der Spannungsbeanspruchung kann durch die wohlbekannten Mittel der Corona-Ringe erreicht werden. Solche Ringe sind jedoch teuer,unförmig in der Grosse und visuell aufdringlich bei solchen Spannungen 161 kV, wobei Freileitungen relativ dicht am Beobachter auf Erdniveau verlaufen.

Die Ursache für die Bedingung, die zum Durchschlag der Luft führt, liegt in der hohen Feldflussdichte (Spannungsgradient) an der Grenzfläche von Endschuh und Iso-. lation. An dieser Grenzfläche werden die organische Isolation, der metallene Endschuh und die umgebemde Luft einem hohen Feldfluss ausgesetzt. Die Spannungsniveaus ur.d die begleitenden Feldflüsse können bis zu bestimmten Werten toleriert werden, bevor die Luft durchschlägt. Sogar bei hohen Netzspannungen können die Probleme der Corona- und Feldstörungen vermieden werden, falls der steile Spannungsgradient reduziert werden kann.

Durch Verwendung halbleitender Polymere am metallenen Hochspannungsendschuh wird der Spannunqsgradient reduziert; Störfelder und Corona werden eliminiert oder auf annehmbare,niedrige Vierte reduziert. Wir haben auch- gefunden, dass dieses Ziel, genau wie eine Zunahme des Leckageabstandes, welcher für sich genommen bereits für .jeden Isolator und besonders für die unter Verschmutsungsbedingungen verwendeten wünschenswert ist, durch die Verwendung eines besonderen Schirms erreicht werden kann.

Weiterhin kann dieser besondere Schirm, der "Coronaschirm" genannt werden kann, im Erscheinungsbild im wesentlichen den Übrigen Schirmen am Isolator ähnlich sein, wodurch ein gefälliges Erscheinungsbild erreicht wird. Zusätzlich ist ein derartiger Coronaschirm nicht von hohen Kosten, da er durch konventionelle Spr1tzgusstechniken hergestellt werden kann.

Wir haben gefunden, dass durch die Verwendung halbleitender Polymere es nicht nötig ist sicherzustellen, dass der Coronaschirm überall mit dem Endschuh in innigem elektrischen Kontakt steht. Es ist nur notwendig, dass der Kontakt an einem oder einigen Punkten besteht, da dies alle Spannungsdiskrepanzen über jegliche leeren

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Räume eliminiert. Bei einer Konstruktion ohne halbleiter den Gummi neben den Endschuhen, falls irgendwelche Luftleerstellen zwischen dem Isolationsmaterial und dem Endschuh verbleiben, könnte eine Grenzfläche Luft/organisehe Isolation/Metall vorhanden sein, mit der Tendenz zur Erzeugung einer Corona und eines Störfeldes. Falls eine solche Corona entsteht, kann sie für die organische Isolation Schaden verursachen und sie gegebenenfalls zerstören. Soweit der Coronaschirm allgemein separat vom metallenen Endschuh gebildet wird und weil der End-■ schuh nicht gleichförmig glatt sein könnte, ergibt sich eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass derartige schädliche Leerstellen an der Grenzfläche zwischen Endschuh und Schirm, der in gewissem Sinn den Endschuh umhüllt, existieren können.

Einige frühere Versuche zum Erhalt derartiger umhüllender Schirme für Isolator und Schuhe beruhen auf Fetten zum Auffüllen aller Leerräume an der Grenzfläche. Solche Fette unterliegen jedoch im Laufe der Zeit der Wanderung und/oder Absorption im festen, organischen Isolationsmaterial und können daher keine permanente Antwort darstellen. Zwei Konstruktionen mit unverbundenen Komponenten werden in den US-Patenten 3 549 791 und 3 898 372 , gezeigt. Frühere Konstruktionen vom verbundenen oder vul kanisierten Typ werden in den britischen Patenten 1 182 045 und 1 292 276, den deutschen Patenten 2 650 36 und 2 746 870, entsprechend den US-Patenten 4 217 466 und.4 246 696, gezeigt.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnunge detailliert beschrieben, wobei darstellen -

Fig. 1 eine Höhenansicht im Schnitt eines polymeren Häng isolators entsprechend dem bekannten Stand der Technik , ' '~]

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Fig. 2 eine Höhenansicht im Schnitt einer Ausführungsform eines polymeren Hängeisolators gemäss der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3 eine Höhenansicht im Schnitt einer zweiten Ausführungsform eines polymeren Hängeisolators gemäss der vorliegenden Erfindung und

Fig. 4 eine Höhenansicht im Schnitt eines halbleitenden Gummistücks ohne vortretenden Wetterschirm.

Wie in der Fig. 1 dargestellt, besteht ein allgemein mit 1 bezeichneter Hängeisolator in der Konstruktion nach dem bekannten Stand der Technik aus einem zentralen Teil 10, das aus harzvernetzten Glasfasern besteht und an das Metallschuhe 11 am unteren und oberen Ende befestigt wurden. Diese Metallschuhe 11 können am zentralen Teil 10 auf verschiedene Weisen befestigt werden. Es ist jedoch ein gegossener E/ipoxidkonus 12 typisch und daher gezeigt. Der zentrale Teil 10 ist von einer Hülle 14 umgeben, die zu einer Lippe 15 des Endschuhs 11 gedichtet sein kann. An die Hülle 14 sind eine Anzahl von Wetterschirmen 16 befestigt, die im allgemeinen identisch sind. Der Aufbau eines Hängeisolators ist in der Technik wohlbekannt, wegen der hohen Feldflüsse nahe den Endschuhen treten. jedoch im Betrieb bei höheren Spannungen Störfelder auf, insbesondere bei höheren Spannungen als 138 kV Netzspannung.

Wie in der Fig.' 2 gezeigt, haben wir gefunden, dass eine geeignete Konstruktion mit einem Polymerisolator das Prinzip einer halbleitenden "Haut" über dem Isolatorkörper verwendet. Eine Ausführungsform der Konstruktion 30. gemäss der vorliegenden Erfindung besteht aus einer isolierenden Hülle 17 über die Länge eines Glasfaserstabs 18, über den Schirm 19 mit Kragen 20 gesetzt v/erden. Die Konstruktion der Schirme 19 mit integrierten Kragen 2ü

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ist derart, dass jeder Schirm mit seinem Kragen den näcl sten Schirm berührt (mit Kragen 20). Wie in der Fig. 2 deutlich gezeigt ist, kommt jeder. Kragen 20 mit einer vom nächsten, danebenliegenden Schirm gebildeten Ausnehmung in Eingriff. Der Schirm (mit Kragen 20), der dem metallenen Endschuh 11 am nächsten ist, muss bis zum Em schuh reichen. In der Fig. 2 kann dieser Kontakt durch < Hülse 22 erreicht werden. Durch dieses Hilfsmittel bedec eine kontinuierliche Oberfläche (Schirm 19 mit Kragen 2C die Hülse 17 vollständig. Sowohl die Hülse 17 als auch die Schirme 19 (mit Kragen 20) können aus einem Materia] bestehen, das sich für die Verwendung im Freien als Hoch spannungsisblatoren als geeignet erwiesen hat, z.B. Äth^ leri-Propylen-Gummi. Die Schirme 19 (mit Kragen 20) müssen in adäquater Weise an der Hülse 17 und die Hülse 17 am Stab 18 befestigt werden, um jegliche Grenzflächenwege für Stromfluss, Feuchtigkeitsansammlung etc. zu vermeiden. Diese Verbindung kann durch Kleber oder Vulka nisation einer unvulkanisierten Hülle 17 an vorher vulkanisierte Schirme 19 (mit Kragen 20) und an den Stab IS ■ erreicht werden. '

Falls die Schirme 19 (mit Kragen 20) sämtlich aus einer isolierenden Abfassung bestehen,, wird kein Dehnungsverlu zu verzeichnen sein. Falls jedoch ein Schirm 21 (mit Kra ' gen 20) und eine Kontakthülse 22 am Endschuh halbleitend sind, verbreitet sich die hohe elektrische Belastung übe eine grössere Fläche, und zwar mit einer beträchtlichen Reduzierung der Corona-Intensität. Die Erfindung hat sie auch als wirksam erwiesen, wenn eine Vielzahl von Schirmen 21 (mit Kragen 20) und eine Kontakthülse 22 sämtlich

halbleitend sind.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung, gezeigt in d¹ Fig. 3, eliminiert die Notwendigkeit eines vollständig

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leerraumfreien Aufbaus zwischen den Elastomeren des Isolators und dem Endschuh. Durch Umgeben eines Leerraumes mit Äquipotentialflächen entstehen keine partiellen Entladungen in diesem Leerraum. Wenn das kontaktierende Elastomeer 23 des Schirms 24 leitend gemacht wird, sind bei Erregung das Elastomer und der Endschuh beide auf demselben elektrischen Potential mit einer entsprechenden Reduzierung des Störfeldes.

Die Isolatoren der Konstruktion mit Coronaschirm 21 und Hülse 22 nach der Fig. 2 sowie mit Coronaschirm 23, 24 nach der Fig. 3 wurden getestet. Es wurde gefunden, dass diese Polymer-Hängeisolatoren bis zu Netzspannungen von 230 kV bei sehr geringen ( <100 tiV) Störspannungspegeln (RIV) und ohne sichtbare Corona verwendet werden können.

Dieselben Isolatoren ohne Erfindungsmerkmale erzeugen bei denselben Testspannungen nicht nur weit höhere Störspannüngspegel, sondern gehen auch in eine sichtbare Corona. Diese Coronaschirme erfordern bescheidene Kosten gegenüber einen Corona—Klassierring und sind weit weniger unhandlich und störend. Die Coronaschirme haben das gleiche allgemeine äussere Aussehen wie unmodifizierte Isolatoren und haben daher für den Betrachter ein angenehmes Aussehen. Weiterhin vergrössert der Halbleiter-Coronaschirm gemäss Fig. 3 den Leckageabstand des Isolators und verbessert somit seine Leistungsfähigkeit unter Verschmutzungsbedingungen.

Die besondere Konstruktion des Coronaschirmes 23, 24 nach Fig. 3 verdient einen weiteren Kommentar. Es ist wünschenswert, Erosioneschäden am halbleitenden Elastomerteil 23 auf Grund von hohen Leckströmen zu vermeiden. Im Hinblick auf d eses Ziel ist der halbleitende Elastomerteil 23 mi t eir.er Ausnehrung versehen und ist dadurch auf allen, dem Wetter und Oberfl^chenleckstromen ausgesetzten Seiten von einem kriech- und erosionsfesten, nichtleiten-

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den Elastomer 24 eingefasst. Diese Konstruktion des Corinaschirr.er; 23, 24 ist gegen Erosion hochbeständig und liefert die gewünschte Antwort auf das Störfeld- und Coronaprobleri bei hohem Feldfluss am Gummi/Me ta ll/Luf t-.5 Übergang.

Ein dem Curousschirm 23, 24 nach Fig. 3 sehr verwandtes Teil ist in der Fig. 4 gezeigt und kann "Coronaschild" genannt werden. Der Coronaschild unterscheidet sich vom Coronaschirr. nur darin, dass der Coronaschild keinen vor· stehenden Wetterschirm aufweist. Der Coronaschild dient dem gleichen Zweck des Verhinderns von Störfelderproblemen' und der Corona-Aktivitat. Der Coronaschild wird in Anwendungsfällen eingesetzt, bei denen ein oberer Endschuh einen derartigen Schutz benötigt. Falls der Coronaschirm am oberen Ende benutzt werden würde, müsste er umgedreht werden und könnte Regenwasser sammeln, wie leicht einzusehen ist.

Es wird allei. Fachleuten auf dem Erfindungsgebiet verständlich sein, dass vielfältige Abweichungen von den hierin gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen des Coronaschirrv»s und des Coronaschildes gemacht werden können, ohne v>r. Erfindungsrahmen abzuweichen, der von den Patentansprüchen festgelegt ist.

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Claims (3)

1. 3214H1

   Patentansprüche

   ·' I. -jo.s treck te» r Hc.chspannungs isolator zur Verwendung bei Span nungen oberhcilb von 138 kV in einer Umgebung im Freien, im wesentlichen bestehend aus einem Isolatorteil (18) von nicht leitendem Material, einem metallenen'Hochspannungsschuh (11)

   -.am Isolatorteil (18) befestigt, einer Vielzahl von polymeren Segmenten (19) auf dem Isolatorteil (18), wobei eines die- : ser Segmente mit dem metallenen Hochspannungsschuh (11) i in Kontakt steht, wobei der Isolator dadurch ge-, kennzeichnet ist , dass ein Teil des = Segmentes, das aus halbleitendem, elastomeren Material (23) besteht, direkt gegen den metallenen HochspannungssGhuh (11) drückt und eine Äquipotentialfläche in Kontakt mit diesem
   herstellt und wobei das Segment aus nichtleitendem, elastomere Material (24) das elastomere, halbleitende Material (2 umfasst und es von d^r Umgebung abschirmt.
2. 2. Isolator gemäss Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass das Isolatorteil (18) ein Spannbolzen ist. eine elastomere Hülle (17).den Stab (18) weitgehend bedeckt und die Vielzahl elastomerer Segmente (19)
   auf der Hülle (17) sich befinden.
3. 3. Isolator gennHss Anspruch 1, d a. d u r c h g e k e η π ze i"c h net, dass eine elastomere Hülle (17) das Isolatorteil (IS) weitgehend bedeckt, die elastomeren Segmente Schirme (L¹)) auf der Hüllte (17) enthalten, die nebeneinanderlLegen und zusammen die Hülle (17) weitgehend bedecken, einen Kragen (20), der, ein Ganzes bildend, auf eine Vielzahl der Schirme (19) gebildet ist, wobei jeder der Kragen (20) in eine Ausnehmung eingreift, die vom nächsten anliegenden Schirm (19) gebildet wird, wobei eines der Segment e.inen Rezess arn σ-etallenden HochspannungssGhuh (11) aufweist wobei das halble l'tende Material (23) in diesem Rezess sich -befinde·:.