DE443805C - Hochspannungsisolator - Google Patents

Description

Die heute bekannten Formen von Hochspannungsisolatoren nutzen das Isolationsvermögen des Werkstoffes nur schlecht aus und sind in ihrer Betriebssicherheit stark beeinträchtigt. An bestimmten Stellen bilden sich derartig hohe Feldstärken aus, sei es dauernd, sei es nach Benetzung, daß die umgebende Luft einer übermäßigen Beanspruchung unterliegt. Es treten Glimm- und weiterhin Gleitfunkenentladungen auf, welche entweder den vollständigen Überschlag einleiten, lange bevor die den Abmessungen entsprechende elektrische Bruchfestigkeit des Systems erreicht ist, oder sie können durch die örtliche Wärmeentwicklung den Bruch des Isolators herbeiführen.

Infolgedessen war man bestrebt, Verbesserungen durch andere Formgebung der Isolatorenkörper oder durch künstliche Beein-

ao flussung des elektrischen Feldes herbeizuführen. Derartige Bauarten, die jedoch an dem hauptsächlichen Aufbau der bekannten Isolatorenformen festhalten, sind z. B. der sogenannte Weitschirmisolator und der Metalldachisolator.

Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine neue Isolatorenform, bei der die Ursachen zu den obenerwähnten schädlichen Erscheinungen beseitigt sind durch Herabminderung der Feldstärke zwischen den Elektroden und durch Schaffung einer möglichst gleichmäßigen Feldverteilung zwischen den Elektroden. Die Herabminderung der Feldstücke wird erreicht durch Vergrößerung der Entfernung zwischen den Elektroden, wobei eine konzentrische Anordnung gewählt wird, welche elektrische (kapazitive) Einflüsse aus der Umgebung des Isolators auf die Feldverteilung unwirksam macht. Die Forderungen des Regenschutzes, der mechanischen Festigkeit und der einfachen und billigen Herstellung sind dadurch leicht zu erfüllen.

Die Ausbildung einer möglichst gleichmäßigen Feldverteilung und eines gleichmäßigen Potentialgefälles zwischen den Elektroden wird durch entsprechend eigenartige Formgebung der Elektroden und des Isolierkörpers erreicht, und zwar im besonderen dadurch, daß die Elektroden (Stütze und Leiter) unter Vermeidung scharfer Formenüber- s° gänge derart gestaltet und zueinander angeordnet sind, daß sich die kürzesten Entfernungen zwischen einem beliebigen Punkte der einen Elektrode und der Oberfläche der anderen annähernd verhalten wie die Dielektrizitätskonstanten der zwischenliegenden Isoliermittel, und daß der feste Isolierkörper zwischen den Elektroden derart ausgebildet ist, daß in dessen Querschnitten entlang diesen Entfernungslinien annähernd gleiche Feldstärke herrscht.

Wo die Entfernungslinien mehrere verschiedene Isoliermittel durchsetzen, z. B. Porzellan und Luft, ist der entsprechende Mittelwert der Dielektrizitätskonstanten zu nehmen.

Die auf der Zeichnung befindlichen Abb. 1 und 2 zeigen Ausführungsbeispiele, die sich für Stütz- und Hängeisolatoren im Freien eignen. Der Isolierkörper hat als Ganzes die Form eines Schirmpilzes, wobei die Stütze a

innerhalb des Schaftes und der Leiter δ am äußeren Umfange des Schirmes befestigt sind (Abb. i).

Der Schirme hat die Form einer flachen, nach unten gekehrten Schale. Besonders zu beachten ist die von der Mitte nach dem Rande abnehmende Dicke des Schirmes, wodurch die Querschnitte z. B. entlang der Linie ο·₄ so bemessen werden, daß in ihnen ίο überall annähernd gleiche Feldstärke herrscht. Der die Festigkeit der Schale c erhöhende Rand d ist nach unten gezogen, um die Innenfläche vor Benetzung zu schützen und den Kriechweg zu verlängern. Dem gleichen Zwecke können noch weitere konzentrische Ringe auf der Unterfläche der Schale c dienen. Dem gleichen Zwecke dient der Mantel e, der in bekannter Weise die Stütze a umgibt und einfach oder mehrfach angewendet werden kann.

Auf der Innenfläche der Stützenhöhlung wird zweckmäßig in bekannter Weise ein leitender Belag / aufgebracht, um einesteils Glimmentladungen zwischen Stütze und Isolierkörper vorzubeugen und andernteils die Ausbildung eines gleichmäßigen elektrischen Feldes zwischen Stützen und Leiter δ zu fördern. Dem letzteren Zweck dient auch die Anwendung großer Stützendurchmesser und die Vermeidung aller unvermittelten Formenübergänge sowohl bei den Elektroden wie dem Isolierkörper.

Die Linien g_v g_% deuten elektrische Kraftlinien an, welche zeigen, daß an keiner Stelle der Oberfläche des Isolierkörpers Veranlassung zur Entstehung eines übermäßig starken elektrischen Feldes vorliegt, das imstande wäre, Glimm- und Gleitfunkenentladungen auszulösen. Man sieht auch, daß die äußere Oberfläche der Hülsen ohne Schwierigkeit derart geformt werden kann, daß sich die ganze Fläche annähernd mit einer Äquipotentialfläche deckt, wodurch die Ausbildung von Gleitfunken auf dieser Fläche unmöglich gemacht wird.

Es sei an dieser Stelle noch auf eine bekannte Bauart hingewiesen, welche ein wesentliches Merkmal mit der vorliegenden Erfindung gemeinsam hat, nämlich die Befestigung des Leiters am äußeren Rande des Schirmes. Diese Bauart verfolgt ausgesprochenermaßen den Zweck, die Bieanspruchung des Porzellans auf Durchschlag zwischen Leiter und Stütze zu vermindern, ohne von den hier vorgeschlagenen künstlichen Mitteln der Feldverteilung Gebrauch zu machen. Demgegenüber verfolgt die. vorliegende Erfindung den Zweck, die Überschlagsspannung zwischen Leiter und Stütze zu erhöhen. Dementsprechend zeigt bei der neuen Erfindung schon rein äußerlich der Schirm des Isolators im Verhältnis zum Schaft einen viel größeren Durchmesser als bei der bekannten Bauart, bei der schon mit kleinen Schirmdurchmessern die angestrebte Herabsetzung der Durchschlagsbeanspruchung des Werkstoffes weitgehend erreicht wird.

Bei dem Isolator nach Abb. 1 macht sich indessen der Nachteil bemerkbar, daß die ursprüngliche Feldverteilung geändert wird, wenn die obere Fläche des Schirmes vom Regen benetzt oder mit einer leitenden Schmutzschicht überzogen ist, da dann die ganze obere Fläche die Spannung des Leiters b annimmt. Bei entsprechender Höhe dieser Spannung können Glimmentladungen eintreten.

Um dies zu verhindern, wird über der Schale c ein Metallschirm h angebracht (Abb. 2), der die Oberfläche der Schale c und bei entsprechender Ausladung auch in erhöhtem Maße den Mantel g vor Benetzung schützt und die gewünschte Feldverteilung, unbeeinflußt von allen Nebenumständen, stets aufrechterhält. Die gewünschte Gestaltung des elektrischen Feldes wird unter Anwen- · dung der gleichen Bauart wie oben bei der Erläuterung nach Abb. 1 erzielt.

Eine hinreichend gleichmäßige Feldverteilung tritt schon dann ein, wenn, die einzelnen Entfernungen, gemessen an benachbarten Stellen, nur allmählich zunehmende Abweichungen von den Verhältniswerten der Dielektrizitätskonstanten zeigen. Berücksichtigt ist hierbei auch der Umstand, daß sich die einzelnen gemessenen Entfernungen nicht genau mit dem Kraftlinienverlauf decken, da diese an der Grenzfläche zweier Dielektrika der Brechung unterliegen. i_t, I₂ usw. deuten in Abb. 2 Kraftlinien an, die sich ungefähr dekken mit den einzelnen Entfernungen zwischen den Elektroden.

Wie aus Abb. 2 zu ersehen ist, nimmt der Abstand des Schirmes h von der Oberfläche der Schale c vom Rande der Schale bis zur Achse des Isolators zu, einen Luftzwischenraum zwischen Schirm und Schale lassend. Mit den bekannten Anordnungen von Metalldachisolatoren hat die neue Erfindung das gemein, daß hier der Metallschirm ebenfalls no zur künstlichen Gestaltung des elektrischen Feldes verwendet wird, aber zu ganz verschiedenen Zwecken unter anderen Anwendungsformen. Bei den bekannten Formen, bei welchen der Metallschirm einfach auf die übliehen Isolierkörper aufgesetzt wird, unter Umständen den obersten Porzellanschirm ersetzend, soll mit diesem in erster Linie ein Abschleudern der Regentropfen vom Rande bewirkt werden. Das Feld zwischen Stütze und Schirmkappe wird nicht vermindert, da die Kappe die Stütze und den Kopf des Iso-

lators eng umschließt. Eine wesentliche Veränderung der Feldverteilung gegenüber den reinen Porzellanisolatoren ist nicht erreicht. Demgegenüber wird bei der neuen Erfindung durch eine ganz bestimmte Gestaltung des Metalldaches in Verbindung mit der Formgebung des Isolierkörpers und der Stütze eine viel weitergehende Vergleichsmäßigung und Herabminderung des elektri- sehen Feldes bewirkt.

Wesentlich für die Erfindung ist der Umstand, daß mit wechselndem Spannungsunterschied zwischen den Elektroden das Feld zwischen ihnen zwar hinsichtlich der Stärke sich ändert, aber nicht hinsichtlich seiner räumlichen Verteilung.

Der Isolator nach Abb. 2 kann ohne weiteres als Hängeisolator verwendet werden, indem die Metallkappe des einen Isolators in geeigneter Weise mit der Stütze des nächsten verbunden wird. Die elektrischen Eigenschaften des Isolators werden hierdurch nicht wesentlich geändert.

Ein bedeutender Vorteil dieser neuen Isolatorenform ist der Umstand, daß der ganze Isolierkörper auch für sehr hohe Spannungen ohne Schwierigkeiten in einem Stück hergestellt werden kann. Die Durchschlagsfestigkeit wird hierbei durch etwa vorhandene Fehler im Werkstoff nicht beeinträchtigt, da die elektrische Beanspruchung ungleich niedriger ist wie bei den bekannten Formen. Aus dem gleichen Grunde können auch billigere und leichter zu verarbeitende Werkstoffe, wie z. B. Steingut, Glas, verwendet werden.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Hochspannungsisolator, dadurch gekennzeichnet, daß unter Vermeidung scharfer Formenübergänge Stütze und Leiter so gestaltet und angeordnet sind, daß sich die kürzesten Entfernungen zwischen einem beliebigen Punkte der einen Elektrode und der Oberfläche der anderen Elektrode annähernd verhalten wie die Dielektrizitätskonstanten der dazwischenliegenden Isoliermittel.

2. Hochspannungsstützisolator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Elektrode (Leiter) das obere Ende der Stütze als eine annähernd halbkugelförmige, nach oben regendicht geschlossene Metallglocke derart umgibt, daß zwischen der oberen Fläche des Isolierkörpers und der Metallglocke ein Luftraum gebildet wird, dessen Höhe vom äußeren Rande des Isolierkörpers nach der Achse desselben zunimmt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.