DE4107944A1

DE4107944A1 - Isolierteil

Info

Publication number: DE4107944A1
Application number: DE19914107944
Authority: DE
Inventors: Erwin Dipl Ing Reichl
Original assignee: Sachsenwerk AG; AEG Sachsenwerk GmbH
Current assignee: Schneider Electric Sachsenwerk GmbH
Priority date: 1991-03-13
Filing date: 1991-03-13
Publication date: 1992-09-17

Description

Die Erfindung betrifft ein Isolierteil nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.

Isolierteile der genannten Art sind aus der DE-38 28 016 A1 bekannt. Sie dienen als ohmsche Spannungsteiler innerhalb einer Vorrichtung zur Spannungsanzeige in Mittel- oder Hochspannungs-Schaltanlagen, vor allem im Rahmen der Durchführung von Arbeiten an den Schaltanlagen. Ohmsche Spannungsteiler haben gegenüber kapazitiven dabei den Vorteil, daß sie aufgrund eines größeren Ableitstromes eine betriebsmäßige Spannungserkennung, z. B. mittels einer LCD- Anzeige ohne einen zusätzlichen Verstärker ermöglichen. Solche Anzeigen arbeiten mit verhältnismäßig kleinen Betriebsspannungen von einigen Volt. Da das Spannungsteilerverhältnis R₁/R₂ = U₁/U₂ demnach je nach Höhe der Nennspannung der Schaltanlage sehr groß sein muß, besteht die Forderung nach einem entsprechend großen Wert für den Hochspannungsseitigen Teilerwiderstand R1 bei einem möglichst großen Ableitstrom I_a.

Bei dem bekannten Isolierteil sind die kopfseitige und die mittlere Elektrode, zwischen denen sich der hochspannungsseitige Teilerwiderstand R1 einstellt, als Scheiben mit relativ großem Durchmesser ausgebildet und in möglichst großem Abstand zueinander angeordnet, um so einen großen Wert für R1 zu erzielen. Die zugeordneten Befestigungsteile des Isolierteils durchdringen dabei die jeweilige Elektrode und ragen mit dem wesentlichen Teil ihrer Länge in den Isolierstoff hinein; sie verkürzen auf diese Weise den Abstand im Isolierstoff in diesem Bereich. Dies hat vor allem bei Stützisolatoren der kleineren Nennspannungen eine starke Verringerung des Teilerwiderstandes R1 in Verbindung mit einer deutlichen Konzentration der Stromlinien im unmittelbaren Bereich der Befestigungsteile zur Folge. Das gewünschte Teilerverhältnis läßt sich bei solchen Isolatoren nicht mehr mit der erforderlichen Genauigkeit herstellen. Außerdem führt die ungleiche Stromliniendichte im Betrieb zu unzulässigen Erwärmungen des Isolierstoffs.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein als ohmscher Spannungsteiler ausgebildetes Isolierteil so zu verbessern, daß sich bei einem großen Teilerwiderstand ein verhältnismäßig großer, über den gesamten Querschnitt des Isolierstoffs möglichst gleichmäßig verteilter Ableitstrom I_a einstellt.

Die Lösung der Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Patentanspruchs gegeben. Das Hauptanwendungsgebiet der Erfindung sind Stützisolatoren von Sammelschienen oder von Schaltgeräten und anderen Betriebsmitteln, die außerdem im Kurzschlußfall großen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens für diese Bauelemente angegeben.

Die Erfindungsidee soll anhand von zeichnerischen Darstellungen besser verständlich gemacht werden. Dazu sind als Beispiele in den Fig. 1 und 2 zwei verschiedene Ausführungen von Isolierteilen, deren äußere Abmessungen denen von üblichen Stützisolatoren entsprechen, verwendet. In den beiden Isolierteilen 1 bzw. 11 sind im Kopfbereich sowie im Fußteil metallische Befestigungsteile 2 bzw. 3 eingeformt, mit denen hochspannungsseitig aktive Teile einer Schaltanlage oder eines Schaltgeräts mit dem jeweiligen Isolierteil 1 bzw. 11 verbunden sein können, und die an der Fußseite zur mechanischen Halterung des Isolierteils an geerdeten Gerüstteilen der Schaltanlage dienen. Zur Einstellung des erforderlichen hochspannungsseitigen Teilerwiderstandes R1 sind in Fig. 1 die erste Elektrode 4 und die zweite Elektrode 5 im Isolierteil 1 gemäß Fig. 1 im Abstand A zueinander angebracht. Die Elektroden werden dabei von den Befestigungsteilen 2 und 3 in nahezu ganzer Länge durchdrungen. Zur Vermeidung einer daraus resultierenden Verstimmung des hochspannungsseitigen Teilerwiderstandes R1 und zur Vermeidung einer ungleichförmigen Verteilung des Ableitstromes I_A sind beide Befestigungsteile 2 und 3 jeweils mit einer Isolierschicht 7 überzogen, die von der Spitze bis zum Ansatz der jeweiligen Elektrode 4 bzw. 5 an das Befestigungsteil 2 bzw. 3 reicht. Der dabei eingesetzte Isolierstoff hat einen um mehrere Größenordnungen größeren spezifischen elektrischen Widerstand als der den Isolierkörper formende Kunststoff. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, die Schichtdicke s der Isolierstoffschicht 7 ausgehend vom Wert s₂ in der Nähe der Elektrode 4 bzw. 5 zur Spitze des Befestigungsteiles 2 bzw. 3 gemäß dem sich im Kunststoff einstellenden Spannungsgefälle im Betrieb auf einen entsprechend größeren Wert S₁ zunehmen zu lassen. Als Isolierstoff kann dabei ein dixotropes Harz mit einem geeigneten Füllstoff eingesetzt werden. Es wird weiterhin als vorteilhaft angesehen, die Befestigungsteile 2 bzw. 3 vor dem Einformen in das jeweilige Isolierteil im Tauchverfahren mit der vorgesehenen Isolierstoffschicht 7 zu überziehen. Dies kann zur Erzielung der erforderlichen Schichtdicken s auch in mehreren Stufen geschehen. Um eine spaltfreie Verbindung zwischen der Isolierstoffschicht 7 und dem Kunststoff des Isolierkörpers 1 zu ereichen, kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung das Einlegen der Befestigungsteile in die Formeinrichtung des ganzen Isolierteils 1 in einem teilangehärteten Zustand der Isolierstoffschicht 7 erfolgen. Als letzter Arbeitsgang bei der Herstellung der Isolierteile 1 ist das Vergießen bzw. Verpressen mit dem leitfähigen Kunststoff vorgesehen, dem sich das vollständige Aushärten desselben und der auf den Befestigungsteilen 2 und 3 befindlichen Isolierstoffschicht 7 anschließt. Auf diese Weise wird eine sehr innige Verbindung im Gebiet der Trennflächen zwischen den beiden Formstoffen erzeugt.

Durch die Isolierstoffschicht 7 wird ein Stromfluß zwischen den über die Elektroden 4 und 5 hinausragenden Abschnitten 12 und 13 der Befestigungsteile 2 und 3 verhindert. Der hochspannungsseitige Teilerwiderstand R1 hängt somit auch in diesem Fall allein vom Abstand A zwischen den beiden Elektroden 4 und 5 ab; außerdem wird eine gleichmäßige Stromdichte des Ableitstromes zwischen den beiden genannten Elektroden im Isolierkörper erzeugt.

Zwischen den Befestigungsteilen 2 und 3 stellt sich zusätzlich ein kapazitiver Ableitstrom Ic ein, der jedoch auf Grund seiner geringen Größe das durch R1 und R2 gegebene Teilerverhältnis nicht beeinflußt.

Die auf Erdpotential liegende dritte Elektrode 6 bestimmt wie bereits im bekannten Isolierteil zusammen mit der im Abstand B eingebetten zweiten Elektrode 5 den Meßwiderstand R2. Zwischen den beiden Elektroden 5 und 6 wird die Meßspannung an den Klemmen 11 abgegriffen, an denen in bekannter Weise Meß- und/oder Anzeigegeräte 14 angeschlossen sind.

Bei Isolierteilen 11 für größere Nennspannungen oder mit verhältnismäßig kleinen Befestigungsteilen 2 und 3 bestückten Isolierkörpern ist nach Fig. 2 der Einbau der ersten und der zweiten Elektrode 4 und 5 jeweils in der Nähe des Abschlusses der Befestigungsteile 2 und 3 vorgesehen, so daß letztere nicht oder nur in unbedeutendem Maß in den durch den Abstand A gebildeten Teil des Isolierkörpers eindringen. Eine Verstimmung des hochspannungsseitigen Teilerwiderstandes R1 findet dabei nicht statt. Die dritte Elektrode kann nach einem weiteren Erfindungsmerkmal dabei mit einer Hülse 8 das fußseitige Befestigungsteil 3 umgeben, während die Scheibe 9 als eigentliche Elektrode im Abstand B zur zweiten Elektrode 5 eingebaut ist und mit letzteren den Meßwiderstand R2 bestimmt. Um ein möglichst großes Teilerverhältnis R₁/R₂ zu erhalten, kann zur Reduzierung des Meßwiderstandes R2 in vorteilhafter Weise der Spalt 10 zwischen der Hülse 8 und dem Befestigungsteil 3 ebenfalls mit einem mit leitfähigen Füllmitteln versetzten Kunststoff ausgefüllt sein. Um die mechanische Belastbarkeit der Isolierkörper durch den Einbau von scheibenförmigen Elektroden 4, 5 und 6 nicht zu sehr zu beeinträchtigen, können nach einem weiteren Beispiel zur Ausgestaltung der Erfindungsidee letztere mit Durchtrittsöffnung 14 versehen oder gitterförmig ausgebildet sein, um eine optimale Verankerung mit dem Kunststoff zu ermöglichen. Der Anschluß von Meß- und Anzeigegeräten 14 erfolgt in analoger Weise wie in Fig. 1 zwischen dem Befestigungsteil 3 und der zur dritten Elektrode gehörenden Hülse 8.

Claims

1. Isolierteil, vorzugsweise als Stützisolator, für einen ohmschen Spannungsteiler in Hochspannungsanlagen, mit einem Isolierkörper aus einem mit leitfähigen Füllmitteln versetzten Kunststoff, in den an der Kopfseite wenigstens ein erstes Befestigungsteil zur Anbringung von Strombahnteilen und eine mit dem ersten Befestigungsteil verbundene erste Elektrode, sowie an der Fußseite wenigstens ein zweites Befestigungsteil zur Anbringung des Isolierteils an Teilen der Schaltanlage und eine mit dem zweiten Befestigungsteil verbundene zweite Elektrode sowie eine dritte an das Erdpotential angeschlossene Elektrode eingeformt sind, und bei dem zwischen der ersten und der zweiten Elektrode der hochspannungsseitige Teilerwiderstand (R₁) und zwischen der zweiten und der dritten Elektrode der Meßwiderstand (R₂) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung und die Ausbildung der in das Isolierteil eingeformten Teile (2, 3, 4, 5) einen hochspannungsseitigen Teilerwiderstand (R₁) bildet, der im wesentlichen ausschließlich von den Abmessungen der ersten und der zweiten Elektrode (4, 5) und dem zwischen ihnen bestehenden Abstand (A) bestimmt ist.

2. Isolierteil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den durch den Abstand (A) begrenzten Raum des Isolierkörpers ragenden Abschnitte (12, 13) der Befestigungsteile (2, 3) mit einer Schicht (7) aus einem hochwertigen Isolierstoff überzogen sind.

3. Isolierteil nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke (s₁) an der Spitze der Befestigungsteile (2, 3) dicker als die Schichtdicke (s₂) in der Nähe der jeweils angrenzenden ersten oder zweiten Elektrode (4, 5) ist.

4. Isolierteil nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierstoffschicht (7) eine von der Höhe der Spannungsdifferenz zur angrenzenden Elektrode (4, 5) abhängige gleichmäßig abnehmende Schichtdicke (s) aufweist.

5. Isolierteil nach einem der Patentansprüche 2, bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische elektrische Widerstand des die Isolierstoffschicht (7) bildenden Isolierstoffes wenigstens eine Größenordnung größer als der des den Isolierkörper ausfüllenden leitfähigen Kunststoffes ist.

6. Isolierteil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Elektrode (4, 5) jeweils am inneren Ende des zugehörigen Befestigungsteils (2) bzw. (3) mit letzterem verbunden ist.

7. Isolierteil nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Elektroden (4, 5) scheibenförmig ausgebildet und stirnseitig an dem jeweils zugehörigen Befestigungsteil (2 bzw. 3) angebracht ist.

8. Isolierteil nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Elektrode (6) rotationssymmetrisch zum fußseitigen Befestigungsteil (3) angeordnet ist.

9. Isolierteil nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Elektrode aus einer Scheibe (9) und einer das fußseitige Befestigungsteil mit einem Spalt (10) umgebenden Hülse (8) besteht.

10. Isolierteil nach einem der Patentansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (10) zwischen dem fußseitigen Befestigungsteil (3) und der dritten Elektrode (6) bzw. der Hülse (8) mit dem mit leitfähigen Füllmitteln versetzten Kunststoff ausgefüllt ist.

11. Isolierteil nach einem der Patentansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (4, 5, 6) z. B. in Form eines Gitters oder eines Maschennetzes mit Durchtrittsöffnungen (14) für den Kunststoff versehen sind.

12. Isolierteil nach einem der Patentansprüche 2 bis 5 oder 10, 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierstoff auf der Basis von dixotropem Harz hergestellt ist.

13. Verfahren zur Herstellung eines Isolierteils nach einem der Patentansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

a) Eintauchen der beiden Befestigungsteile (2, 3) im jeweiligen Abschnitt (12, 13) in den Isolierstoff,
b) teilweises Anhärten des Isolierstoffs bis zur Überwindung der Tropffähigkeit,
c) Einlegen der nach den Schritten a) und b) vorbereiteten Befestigungsteile in die Formeinrichtung des Isolierteils (1), und
d) Auffüllen der Formeinrichtung mit leitfähigem Kunststoff und gleichzeitiges Aushärten desselben und des eingeformten Isolierstoffs.

14. Verfahren zur Herstellung eines Isolierteils nach Patentanspruch 10, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte

a) Fixieren des fußseitigen Befestigungsteils (3) mit der dritten Elektrode (6) bzw. der Hülse (8) in einer Vorrichtung unter Beachtung des Spaltes (10),
b) Auffüllen des Spaltes (10) mit dem leitfähigen Kunststoff und Anhärtung desselben bis zur Überwindung der Tropffähigkeit,
c) Einlegen der nach den Schritten a) und b) vorbereiteten Bauteile in die Formeinrichtung des Isolierteils (11) und
d) Auffüllen der Formeinrichtung mit leitfähigem Kunststoff und Aushärtung desselben.