DE708320C

DE708320C - Isolator mit Isolierfluessigkeitsgestaenge, insbesondere fuer Hochspannungsschalter

Info

Publication number: DE708320C
Application number: DES130638D
Authority: DE
Inventors: Hans Barthelt
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1937-11-10
Filing date: 1938-01-30
Publication date: 1941-07-17
Also published as: US2290320A; NL50549C; FR873902A; DE758052C; US2249006A; BE431038A; US2198491A; CH214263A

Description

Isolator mit Isolierlüssigkeitsgestänge, insbesondere für Hochspannungsschalter Es ist an sich bekannt, bei Hochspannungsschaltern Mittel zur Vergleichmäßigung des elektrischen Feldes vorzusehen. Bei den Isolatoren mit im Inneren derselben vorgesehenen Rohrleitungen zur Aufnahme der die Ein- und Ausschaltung bewirkenden Isolierflüssigkeit ist es indessen ,aus folgenden Gründen nicht ohne weiteres möglich, nach den bekannten Vorbildern durch einfache Maßnahmen die gewünschte Homogenesierung des Feldes herbeizuführen.
Der bei hydraulischen Antrieben Verwendung findende Metallführungszylinder für den Schaltstiftkolben befindet sich auf Hochspannungspotential und soll vorteilhaft, insbesondere aus Gründen der Verkürzung der Schalterbauhöhe, versenkt in dem Tragisolator vorgesehen werden, so daß sich eine besonders kurze Entfernung zwischen dem unteren Teil des Führungszylinders und der geerdeten Isolatorfassung ergibt. Dieser das Hochspannungspotential aufweisende Führungszylinder wird mit einer der die Flüssigkeit zum Schalten führenden zylindrischen Isolierleitungen verbunden. Es ist dabei unter anderem aus Gründen der vereinfachten Verlegung der die Isolierflüssigkeit führenden Leitungen vorteilhaft, dieselben von unten in den Tragisolator einzuführen und .als Träger des Führungszylinders auszubilden. Die Stoßstelle zyprischen dem metallenen Führungszylinder und der die Isolierflüssigkeitssäule führenden Isolierleitung ist indessen besonders beachtenswert. Die Isolierleitungen, die wegen der in denselben beim Schalten auftretenden Druckbeanspruchungen nicht ,aus keramischen, sondern aus faserigen (geschichteten) Isolierkunststoffen auszuführen sind, besitzen in Richtung der Fasern (Schichten) nur eine geringe elektrische Festigkeit, so daß an der Stoßstelle zwischen dem Führungszylinder und der Isolierleitung leicht ein den Schalter gefährdender Durchschlag nach Erde erfolgen kann.
Um trotz dieser Verhältnisse eine in elektrischer Hinsicht besonders zuverlässige und zugleich einfache Anordnung bei Verwendung von Isolierflüssigkeitsgestängen zu schaffen, ist gemäß der Erfindung die Stelle der höchsten Spannungsbeanspruchung in ein Dielektrikum mit in jeder Richtung gleicher oder nahezu gleicher elektrischer Festigkeit und die Stoßstelle zwischen dem an Hochspannung liegenden Teil, z. B. dem den Schaltstiftkolben aufnehmenden Führungszylinder, und dem beispielsweise aus faserigem (geschichtetem j Stofl bestehenden Isolierträger des metallenen Teils in ein Gebiet verlegt, in d-cin die elektrische Feldstärke nahezu gleich Null ist. Hierbei ist die Stelle der höchsten Spannungsbeanspruchung in öl bzw. in Vergußmasse. Außerdem ist diese Stelle in bezug auf die Stoßstelle zwischen dem Hochspannung führenden Teil und dem Isolierträger in Richtung nach der geerdeten Elektrode zu vorgeschoben.
In Fig. i der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes an Hand eines zum Teil dargestellten Expansionsschalters veranschaulicht, während Fig. 2 eine Ausführungsform für Abschirmungen zur Vergleichmäßigung des Feldes um den Stützisolator zeigt.
Im Inneren des Tragisolators i sind zwei das flüssige Isoliermittel, z. B. öl, führende Isolierzylinder 2 und 3 vorgesehen, die konzentrisch zueinander angeordnet sind. Als Isolierstoff kommen hierbei wegen der beim Schalten auftretenden Druckbeanspruchungen vor allem künstliche, insbesondere geschichtete bzw. faserige Preßstoffe in Betracht. Die Flüssigkeitsleitung 3 führt das 0l zum Einschalten und die Flüssigkeitsleitung 2 zum Ausschalten des Schalters. Der bewegliche Schaltstift 6 ist mit einem Kolben 5 verbunden, der in einem in das Innere des Tragisolators i hineinragenden Führungszylinder 4. gleiten kann, in den das Einschaltöl über die axiale üffnung 15 und die radialen Bobrungen 14 gelangen kann. Im Hinblick auf Abnutzung des Führungszylinders 4 beim Gleiten des metallenen Kolbens 5 ist der in seinem unteren. inn;-ren Teil Anschläge für den Kolben 5 bildende Führungszylinder 4 aus Metall ausgeführt. Er ist somit auf Hochspannungspotential gebracht. Da es hierbei im Hinblick auf eine einfache Verlegung der Zylinder 2 und 3 vorteilhaft ist, dieselben von unten in den Tragisolator i einzuführen und an die flanschartigen, geerdeten Metallteile 121 17 abzustützen, so ist es zweckmäßig, einen dieser Isolierzylinder als Träger für den Führungszylinder 4 auszubilden. Der den Führungszylinder 4. tragende Isolierzylinder 3, der beim Schalten hohen Drücken ausgesetzt ist, besteht aus geschichtetem bzw. faserigem Isolierstoff und besitzt daher in Richtung der Fasern nur eine geringe elektrische Festigkeit. Nach der Erfindung ist die Stoßstelle k zwischen dem Isolierzylinder 3 und dem Führungszylinder 4. an der dem freien Endteil 24 des hängend angeordneten Führungszylinders 4 abgekehrten Seite vorgesehen. Hierbei ist der Endteil24 des Führungszylinders an der Flüssigkeitseintrittsstelle 15 so abgerundet (vgl. den Halbmesser r ), daß keine wesentliche Feldkonzentration auftreten kann. Die größte Feldstärke herrscht dabei etwa an der mit a bezeichneten Stelle, die mit dem Isolierrohr 3 nicht in unmittelbarer Berührung steht, sondern sich in ü1 befindet. Um die elektrischen Verhältnisse noch günstiger zu gestalten, ist in an sich bekannter Weise eine besondere Elektrode 8, 18 vorgesehen. Diese Elektrode -wird durch einen aufgehängten Zylinder 8 gebildet, der in seinem unteren in 6l oder Vergußmasse hineinragenden Teil 18 so umgebogen ist, daß ein kreisförmiger Wandungsquerschnitt entsteht. Der hierdurch bedingte Verlauf der elektrischen Kraftlinien ist aus der Zeichnung (Fig. i ! ersichtlich.
Es ist an und für sich bekannt, daß die in ü1 vorhandenen Verunreinigungen, z. B. Faserteilchen, «-elche in ihren Kapillaren Feuchtigkeit tragen können, als elektrische Leiter an die Stelle höchster Felddichte gezogen «erden und dort nadelartige Auswüchse bilden, welche die Elektrodengestalt in unerwünschter Weise ändern. Um das Zustandekommen einer derartigen Nadelwirkung und damit eine Veränderung der Oberfläche der auf Hochspannungspotential gebrachten Metallteile zu verhindern, wird bei der Erfindung die Bewegung der ülsäulen benutzt, die den jeweiligen Schaltvorgäng herbeiführen. Das insbesondere am Führungszylinder 4 entlang strömende ü l sorgt dabei für die Be-Spülung und somit Säuberung der Oberfläche, insbesondere des abgerundeten Endteils 24 des Führungszylinders a. Da jedoch die Einleitung der Schaltvorgänge bei Leistungsschaltern in der Regel verhältnismäßig selten erfolgt, so können vorteilhaft zusätzliche Mittel verwendet werden, die die Oberfläche der auf Hochspannunäspotential gebrachten Schalterteile bei ruhendem 0l gegen eine Oberflächenveränderung schützen. Die spannungführenden und,l)zw. zur Vergleichmäßigung des elektrischen Feldes dienenden Teile, also insbesondere der metnllene Führungszylinder 4 -und die Elektrode 8, 18 können daher auf ihrer Oberfläche in an sich bekannter Weise ganz oder zum Teil mit Isolierschichten überzogen werden. Dabei wird der -Führungszylinder 4 vorteilhaft auf seiner äußeren Oberfläche, ,an den die axiale öldurchlaßöffnung 15 begrenzenden Flächen und im Inneren seines Endteils 24, also bis zu .den Kolbenanschlägen, mit einem derartigen überzu- versehen, daß nur die innere zylindrische Kolbenlauffläche blank verbleibt. Die überzugsschichten dienen nicht etwa dazu, eine zusätzliche Isolierfestigkeit hervorzurufen, sondern lediglich dazu, das Zustandekommen der Nadelwirkung zu unterbinden und somit die hochspannungführenden, insbesondere in Ül hineinragenden Metallteile bei ruhendem Ü1 vor einer Veränderung ihrer Oberfläche zu schützen. Die überzugsschichten können aus gewebtem, gestricktem oder gewirktem Stoff bestehen, der eventuell mit einem Lack getränkt sein kann.
Man kann ferner zwischen der Elektrode 18 und der Innenfläche des Stützisolators in einem bestimmten Abstand von der Innenfläche des Stützisolators i noch zusätzlich einen in der Fig. i durch punktierte Linien angegebenen, z. B. aus faserigem Stoff bestehenden Isolierzylinder 16 vorsehen, der vorwiegend als eine Sperre gegen die in Öl vorhandenen Faserteilchen dient.
Um auch in der Umgebung des Fußes des das hydraulische Antriebsgestänge aufnehmenden Isolators i eine günstige Feldverteilung zu bekommen, ist nach Fig. 2 der untere Metallflansch 22, auf den sich der Isolator i abstützt, mit einem so weit vorstehenden, den unteren Teil des Isolators umschließenden zylinderförmigen Teil 32 ausgerüstet, daß die äußere Begrenzung des Teils 32 als eine vorgeschobene Elektrode wirkt. Es wird also eine ähnliche Wirkung wie durch den Endteil 24 des vorgeschobenen Führungszylinders 4 erreicht, indem das den Isolator i tragende Gestell mit Ausnahme des vorstehenden zylindrischen Teils 32 der Fassung elektrisch entlastet wird. Hierdurch ergibt sich an dem zylindrischen Teil 32 der aus Fig.2 ersichtliche Verlauf der Kraftlinien.
Infolge des Vorstehens des zylindrischen Teils 32 an der Fassung 22 ist es indessen schwierig, eine Kittschicht 27 zum Verbinden der Fassung 22 mit dem Isolierzylinder- i einzubringen. Diese Schwierigkeit kann jedoch dadurch beseitigt werden, daß man in dem zylindrischen Teil 32 der Fassung 22 in a:n sich bekannter Weise eine oder mehrere öffnungen 28 vorsieht. Der Kitt kann dann seitlich in den Raum zwischen 'der inneren Fläche des zylindrischen Teils 32 der Fassung und der äußeren Fläche des unteren Endteils des 'Isolators i mittels besonderer Vorrichtung eingepreßt werden.
Um die elektrischen Verhältnisse noch weiterhin zu verbessern, kann der untere Porzellanschirm 2 1 des Isolators i in Abweichung von den übrigen Porzellanschirmen in .an sich bekannter Weise so ausgebildet und bemessen werden, daß derselbe als eine Ionenbarriere wirkt.
Ferner kann die an sich schon durch den zylindrischen Teil.32 hervorgerufene Entlastung nach Erde hin zusätzlich dadurch unterstützt werden, daß man an dem bzw. um den Metallflansch eine metallene Abschirmung 34 vorsieht, ,an der eine hohe elektrische Feldstärke herrscht. Die Abschirmung 34, welche die etwa noch vorstehenden Metallteile, z. B. Befestigungsschrauben 35, abdeckt, weist abgerundete Endteile auf. Auf diese Weise ergibt sich der im unteren, linken Teil der Fig. 2 angedeutete Kraftlinienverlauf.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Isolator mit Isolierflüssigkeitsgestänge, insbesondere für Hochspannungsschalter, bei denen Mittel zur Vergleichmäßigung des elektrischen Feldes vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelle der höchsten Spannungsbeanspruchung des Isolierflüssigkeitsgestänges in ein Dielektrikum mit in jeder Richtung gleicher oder nahezu gleicher elektrischer Festigkeit und die Stoßstelle zwischen dem an Hochspannung liegenden metallenen Teil, z. B. dem den Schaltstiftkolbefl aufnehmenden Führungszylinder, und dem beispielsweise aus faserigem. (geschichtetem) Stoff bestehenden Isolierträger des metallenen Teils in ein Gebiet verlegt ist, in dem die elektrische Feldstärke nahezu gleich Null ist.
2. Isolator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelle der höchsten Spannungsbeanspruchung in 01 bzw. in Vergußmasse liegt, und daß diese Stelle in bezug .auf die Stoßstelle zwischen dem Hochspannung führenden Teil und dem Isolierträger in Richtung nach der geerdeten Elektrode zu verschoben ist.
3. Isolator nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der bzw. in der Nähe der Stelle der höchsten Spannungsbeanspruchung eine in ül bzw. in die Vergußmasse hineinragende, die Stelle der höchsten Spannungsbeanspruchung entlastende Elektrode (8, 18) vorgesehen ist, die die beiden das Öl- zur Ein- und Ausschaltbewegung führenden Zylinder ringförmig umschließt.
4. Isolator nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ringförmig die Isolierzylinder umschließenden Elektrode und der Innenwandung des Stützisolators ein Isolationszylinder vorgesehen ist.
5. Isolator nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Öl.antriebszylinder an seinem Endteil, in dessen Umgebung die Stelle der höchsten Spannungsbeanspruchung liegt, so ausgebildet ist, daß er selbst im Sinne der Feldhomogenisierung wirkt.
6. Isolator nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der öl.antriebssäulen beim Schalten zur Verhinderung der Veränderung der Oberflächen der auf Hochspannungspotential gebrachten Schalterteile, insbesondere des Führungszylinders, benutzt wird.
7. Isolator nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung der Veränderung der Oberflächen der auf Hochspannungspotential gebrachten Teile, insbesondere des Führungszylinders, Überzugsschichten aus nicht leitendem oder halbleitendem Werkstoff auf den auf Hochspannungspotential gebrachten metallenen Teilen vorgesehen sind. B.
Isolator nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der geerdete Metallflansch des Isolators außen mit einem so weit vorstehenden zylindrischen Teil ausgerüstet ist, daß derselbe als eine vorgeschobene Elektrode wirkt.
9. Isolator nach Anspruch i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Teil des Metallflansches mindestens eine seitliche Öffnung zum Einfüllen von Kitt enthält. io. Isolator nach Anspruch i bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Porzellanschirm des Isolators in Abweichung von den übrigen Porzellanschirmen so ausgebildet und bemessen ist, daß derselbe als eine Ionenbarriere wirkt. i i. Isolator nach Anspruch i bis i o, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereiche des geerdeten Flansches eine Abschirmung vorgesehen ist, die etwaige vorstehende Gestellteile bzw. Befestigungsmittel abdeckt.