DK150765B - Fremgangsmaade til fremstilling af frilufts-forbindelsesisolatorer - Google Patents

Description

150765 ^ Opfindelsen angår en fremgangsmåde til fremstilling af gennemslagssikre sammensatte isolatorer til højspændingsanlæg i fri luft bestående af en præfabrikeret glasfiberstav af epoxyharpiks og E-glasfiber, et påført overtræk af et elastomert materiale og på overtrækket anbragte præfabrikerede isolatorskærme af vejr-, krybe-10 strøms- og lysbueresistente isoleringsmaterialer.

Sammensatte isolatorer har været kendt i lang tid. De består i reglen af en mekanisk stiv fiberforstærket plastkerne, som kan optage mekaniske belastninger, og en række skærme, som er anbragt ^ uden om kerneri for at forhindre elektriske overslag som følge af vejrets indflydelse, samt ophængningsarmaturer til fastgørelse af 2 150765 isolatoren på luftledningsmaster. Højspændingsisolatorer af den sammenbyggede type til anlæg i fri luft har i forhold til de kendte isolatorer af porcelæn og glas en række betydelige fordele, der skyldes konstruktionen. Ved de sammensatte isolatorer tildeles 5 de elektriske og mekaniske funktionsområder dertil svarende hen sigtsmæssige materialer, således at sådanne isolatorer kan fremstilles industrielt med det mindste materialeforbrug. Af denne årsag kan de sammensatte isolatorer fremstilles med væsentligt mindre vægt end konventionelle isolatorer. De har større slag-10 styrke end disse og kan fremstilles med meget stor mekanisk styrke. De sammensatte isolatorer kan opbygges i ét stykke til anvendelse ved de højeste spændinger, således at der på grund af den ringe vægt opnås konstruktive fordele ved dimensioneringen af masterne til luftledningerne.

15 Højspændings-frilufts-isolatorer af den sammensatte type volder dog betydelige problemer både ved konstruktionen og ved materialeudvælgelsen. Forbindelseszonen mellem kernen eller staven og skærmene er udsat for betydelige elektriske belastninger, da den for-20 løber parallelt med det elektriske felts retning. Derfor må der træffes foranstaltninger for at forhindre elektriske gennemslag. Oven i de elektriske belastninger kommer mekaniske spændinger, der opstår på grund af forskellige udvidelseskoefficieater i den fiberforstærkede stav og i skærmen, da driftstemperaturen i ekstreme 25 tilfælde kan svinge mellem -50°C og + 80°C. Også traskkræfter, svingninger og pludselige yderligere belastninger og aflastninger af vind og is kan bevirke yderligere spændinger i forbindelseszonerne, hvad der kan føre til elektrisk gennemslag. Endvidere kan fugtighed trænge ind i isolatoren under påvirkning af vejret 30 og ved tilsmudsning. Specielt kræver elektriske deludladninger på isolatoroverfladerne et bestemt valg af skærmmateriale for derved at undgå krybespor og overslag ved drift. Af højspændingsisolatorer forventes desuden en stor driftssikkerhed og pålidelighed over et årelangt tidsrum, således at materialevalget, konstruk-35 tionen og fremstillingen af de sammensatte isolatorer må følges meget omhyggeligt, idet det økonomiske aspekt ikke må lades ude af betragtning.

3 150765

Til løsning af dette problemkompleks kendes et stort antal materialer, konstruktioner og fremstillingsmetoder. Således foreslår canadisk patent nr. 963.115 en sammensat isolator, ved hvilken den bærende stav er omgivet af et overtræk af en fluorkulstofharpiks, 5 hvorpå en skærm af ledende metal er fastgjort. Denne isolator er ikke egnet som friluftsisolator, da isolatorstokken ganske vist delvis er beskyttet mod regn, men ved tilsmudsning af isolatoren - hvilket er uundgåeligt i fri luft - bliver stokoverfladen delvis ledende, således at der kan optræde overslag på isolatoren på grund af ]_q mangelen på isolerende skærme, der begrænser dannelsen af dellysbuer.

Britisk patentskrift nr. 1.292.276 beskriver en forbedret sammensat isolator med en centralt placeret bærer eller stav, hvis ydre over-15 flade er omgivet af et krybestrømsresistent materiale. Præfabrikerede skærme, som består af et i varme sammenkrympende krybestrømsresistent materiale, er skubbet ind over denne bærer og er ved hjælp af det i varme smeltende overtræk fastgjort på bæreren. Den foreslåede fremgangsmåde med påkrympning i varme indeholder en væsent-20 lig ulempe. Den består deri, at krympespændingen af delvis termo-plastiske, deformerbare materialer er så ringe, at der ikke kan opstå noget pressetryk mellem den påskubbede skærm og bærerens hylster. Derved vil der vedblivende i fugetætningsmaterialet være små hulrum og spalter, hvori indsivende vand kondenseres og kan føre 25 til elektrisk gennemslag. Dette gælder også for bærerens overtræk, der er fastgjort med samme midler og på samme måde som skærmen. Desuden er det foreslåede materiale meget dyrt og 'fremgangsmåden bekostelig.

30 En anden fremgangsmåde er beskrevet i tysk offentliggørelsesskrift nr. 2.254.468, hvor gensidigt overlappende skærme af butylkautsjuk fastgøres langs et centralt langstrakt hovedrørs akse. Skærmene er præfabrikerede og skubbes på hovedrøret ved hjælp af siliconefedt. Ulempen ved denne isolator ligger i, at skærmene gensidigt over-35 lapper hinanden, d.v.s. at friheden ved udformningen af den enkelte isolator er begrænset. I tilfælde af, at der kræves flere skærme end for samme isolatorlængde, f.eks. hvis isolatoren skal anvendes i en stærkt forurenet atmosfære, vil det være nødvendigt at have 150765 4 endnu en dyr form med en anden udformning. Også i tilfælde af, at isolatoren skal optimeres til anvendelse i et mindre forurenet område med mindre risiko for belægninger med urenheder, hvor der kun kræves få skærme, er en ny skærmform atter påkrævet. Endvidere 5 er det foreslåede skærmmateriale, butylkautsjuk, modtagelig for autoxidation i fri atmosfære som følge af dens dobbeltbindinger, således at krybestrømsmodstandsevnen formindskes. De foreslåede mellemlag af siliconefedt er heller ikke hydrolyseresistente. Som følge af vanddiffusion gennem butylkautsjukken opløses silicone-10 fedtet i det elektriske felt, således at der opstår ledende produkter, der kan indlede et elektrisk overslag mellem skærmen og bæreren.

Fra britisk patentskrift nr. 915.052 kendes endvidere en glasfiber-15 stav med et derpå anbragt lag af et krybestrømsresistent materiale, f.eks. neopren, butyl eller siliconegummi og fluorkulstofharpiks.

I dette skrift er det også foreslået, at laget anbringes ved eks-trusion. Det er endvidere som et alternativ foreslået at anvende slanger af disse materialer, idet slangerne skal have en mindre 20 indre diameter end glasfiberstaven, og at udvide disse slanger elastisk og skubbe dem ind over glasfiberstaven. For at fugt ikke skal kunne trænge ind imellem gummiovertrækket og glasfiberstaven, er materialesamlingen mellem gummiovertrækket og ophængningsapparaturet afdækket af et yderligere slangestykke. Det er også fore-25 slået ved anvendelse af siliconekautsjuk på materialesamlingen mellem ophængningsapparatet og gummilaget til afdækningen at anvende en bevikling af et elastomert materiale og et bomuldsbånd, hvorved der under viklingen tilvejebringes et tyndt overtræk af et elastomert materiale på den rugjorte og med en primer forbehandlede sili-30 coneflade. Den foreslåede isolator har imidlertid betydelige ulemper. De foreslåede foranstaltninger til tætning af materialesamlingen mellem ophængningsapparaturet og gummilaget på staven er ikke effektive. Som følge af det elektriske felt mellem ophængningsapparaturerne sker en forøget diffusion af vanddamp gennem 35 overtrækslaget på staven. Der er som følge af fejl i det elektrisk tætnende overgangslag små hulrum, hvori vand kan kondenseres, således at elektriske fugegennemslag er uundgåelige. Dette forhindres heller ikke ved den foranstaltning, at gummilaget formes på staven under pressetryk eller påekstruderes, da små spalter og 40 hulrum alligevel ikke kan undgås. Hovedulempen ved den foreslåede 5 150765 isolator er den fuldstændige mangel på skærme, således at den til rådighed stående krybevej ved normal byggelængde af isolatoren i intet tilfælde er stor nok. Endvidere er en forlængelse nødvendig med flere gange en almindelig skærmisolators længde, således at 5 denne skærmisolator giver en særdeles uøkonomisk konstruktion.

Det er formålet med opfindelsen at anvise en fremgangsmåde til fremstilling af en gennemslagsresistent sammensat isolator af den i indledningen nævnte art, ved hvilken fremgangsmåde de ovenfor nævnte 10 konstruktionsvanskeligheder afhjælpes. Der sigtes især på en rationel fremgangsmåde til fremstilling af sådanne isolatorer under anvendelse af delvis kendte fremgangsmådetrin og materialer. Endvidere skal sådanne gennemslags resistente sammensatte isolatorer især kunne indsættes på steder med en høj luftforurening.

15

Dette opnås ifølge opfindelsen ved en kombination af de i og for sig kendte foranstaltninger, at å) den prafabrikerede glasfiberstav af epoxyharpiks og E-glasfibersilke underkastes en overfladebehandling med silanen, b) et gummilag af siliconegummi påføres ved ekstru-20 sion på den præfabrikerede glasstav, c) en stramning af gummilaget foretages, d) en påskubning af på forhånd radialt udvidede præfabrikerede isolatorskærme foretages på det ekstruderede overtræk, og e) en vulkanisering og en afsluttende anbringelse af armaturer på den glasfiberforstærkede stavs ender gennemføres. D® nævnte 25 foranstaltninger bevirker, at gummilaget hæfter bedre på glasstaven.

Opfindelsen skal forklares nærmere i det følgende under henvisning til tegningen, hvor 30 fig. 1 viser et tværsnit gennem en sammensat isolator fremstillet ved en første fremgangsmåde ifølge opfindelsen, og fig. 2 et tværsnit gennem en anden sammensat isolator fremstil-35 let ved en anden fremgangsmåde ifølge opfindelsen.

Skærme til sådanne sammensatte isolatorer til anvendelse i det fri fremstilles ved metoder, der er kendt i forbindelse med plastbearbejdning, f. eks. såkaldt "Transfer-Moulding" eller "Injection-Mouldina" . Disse forarbeidninusmetoder kan automat i sprps bolt nn or- 6 150765 derfor meget rationelle.

I fig. 1 er vist en sådan isolator fremstillet ved en fremgangs-måde ifølge opfindelsen. En præfabrikeret glasfiberstav 1 kan 5 for eksempel være fremstillet ved trækning (f. eks. såkaldt Pultrusion) og kan f. eks. bestå af epoxyharpiks med passende andele af E-glasfibre. Desuden er der på glasfiberstaven 1 et ikke vist bindelag, der f. eks. kan være påført ved dypning eller sprøjtning. Endvidere har det ved ekstrusion påførte gummilag 2 for-10 trinsvis en lagtykkelse fra 1-10 mm. Et sådant lag består eksempelvis af en krybestrømsresistent og vejrbestandig kappe af silikone-elastomere. De præfabrikerede skærme 3, som fortrinsvis er af det samme materiale som gummilaget, skubbes ind på glasfiberstaven 1 med en radial spænding og sammenvulkaniseres derefter.

15 Det således fremstillede legeme bliver derefter tværbundet enten ved brug af varm luft eller ved brug af tryk alt efter arten af den anvendte gummi, og det anvendte skærmmateriale og det ekstruderede materiale er i denne forbindelse tilpasset hinanden, således at der sker en tværbinding mellem de to materialer. Dette kan især gennemføres ved silikone-forbindelser, når tilsvarende kata-

m U

lysatorsystemer vælges på rette måde, dvs. således at der optræder tværbindende virkninger.

Når gummilaget 2 og isoleringsskærmen 3 består af silikone-gummi, og vulkaniseringen af det ekstruderede gummilag 2 og den derefter påførte isoleringsskærm 3 foregår samtidigt, vil der mellem gummilaget 2 og isoleringsskærmen 3 ved en kemisk reaktion opstå en kraftig binding. Den således frembragte sammensatte isolator egner sig til anvendelse til højspændingsanlæg i fri luft, hvor der er 2g risiko for belægninger af urenheder og ved en tilsmudsningsgreænse ved en lednignsevne på under 40 μ S.

Ved den sammensatte isolators ender fastgøres derefter metalliske ophængningsarmaturer 4. De anbringes eksempelvis ved opspaltning af den fiberforstærkede stamme eller ved radial påpresning. Grund- 35 læggende kan det fastslås, at ved en på forhånd udført overfladebehandling dannes en førsteklasses kemisk forbindelse mellem den præfabrikerede glasfiberstav og det ekstruderede gummilag. Ved an- 7 150765 vendeisen af godt vejrbestandigt og krybestrømsresistent varme-krydsbundet silikonegummi til gummilaget på kernen anvender man til mekanisk binding silane, med hvis hjælp en sådan binding kan gennemføres. For at forøge hæftningen er det fordelagtigt yder-5 ligere at behandle glasfiberstavens 1 rugjorte overflade med en dispersion af et opløsningsmiddel og en speciel siliconegummi, inden ekstrusionsprocessen gennemføres. Den såkaldte opstramningsproces udføres, for at de tværbundne skærme, der skal skubbes på det endnu ikke-tværbundne ekstrudat ikke mekanisk ødelægger eks-10 trudatet ved påskubningen med radiale forspændinger. Det strammede gummilaigs tilstand er således, at en tværbinding kan komme i stand med de efterfølgende påskubbede skærme. Ekstrudatets opstramning kan eksempelvis gennemføres ved tilsætning af pyrogen udvundet kiselsyre i gummiet, hvilket bevirker en tidsafhængig thixo= 15 trophi-effekt. En anden mulighed består i ekstrudatets lagring ved forhøjet temperatur samt i anvendelsen af flere tværbindinger med forskellige igangsættelsestemperaturer.

Disse sammensatte isolatorer fremstillet ved denne fremgangsmåde 20 ifølge opfindelsen er især elektrisk gennemslagsresistente, da der mellem den fiberforstærkede stamme og ekstrudatet samt mellem ekstrudatet og de påskubbede skærme foreligger en kemisk binding af de forskellige materialer. Mekaniske udvidelser af glasfiberstaven overføres til gummiet, uden at gummiet løsnes fra stamme-25 overfladen. De forskellige udvidelseskoefficienter mellem gummi og stav fører ikke til nogen forskydning, således at ingen spalter eller hulrum kan dannes, i hvilke indsivende vand kan kondenseres. Ved rigtigt materialevalg dels til den præfabrikerede glasfiberstav af ekstrudatet og dels til skærmene, der er opbyg-30 get af alkalifrie bestanddele, der ikke kan forsæbe og er krybe-strøms- og vejrbestandige, opnås at isolatoren ifølge opfindelsen kan tilfredsstille alle driftskravene. Endvidere kan en sådan isolator fremstilles rationelt og billigt, da både skærmene og gummiovertrækket på staven kan fremstilles ved en automatisk pro-35 ces. Ved skærmens forskydelighed er der givet en stor frihed i henseende til isolatoropbygningen, således at en sådan sammensat isolator kan tilpasses optimalt til specielle atmosfæriske krav.

Den i fig. 2 viste isolator er opbygget ved en variant af frem- 8 150765 1 anbringes et ikke vist bindelag, som ovenfor beskrevet, således at det ligger mellem glasfiberstavens overflade og det efterfølgende anbragte gummilag 2, der eksempelvis består af en krybe-strømsresistent, vejrbestandig elastomer, som f. eks. silikon.

5 Ekstrudatet tværbindes umiddelbart efter ekstrusionsprocessen.

De præfabrikerede skærme bliver derefter i udvidet stand med radial forspænding skubbet ind over ekstrudatet ved hjælp af et glat, elektrisk godt isolerende fugetætningsmateriale med pastøs konsistens. Som fugetætningsmateriale 5 har en silikonpasta på 10 basis af polyorganidimethyl-siloxan med dispergeret kiselsyre vist sig velegnet. Dens bestanddele kan ikke forsæbes og kan derfor ikke spaltes af vand. Grundpolymeren kan med fordel bestå af polydimethyl-siloxan med et vist indhold af vinylgrupper, hvorved en tværbinding mellem silikone-gummilaget og den påskubbede sili-15 kon-skærm kan gennemføres ved en efterfølgende varmebehandling.

Efter skærmenes påskubning forsynes glasfiberstavens fritliggende ende med armaturer på kendt måde. På denne måde opnås en fremragende tætning mellem skærm og gummilag.

2o Isolatorer fremstillet ifølge denne fremgangsmåde er på stedet mellem ekstrudatet og glasfiberstaven ligeledes absolut gennemslagsresistente. Fordelen ved denne fremgangsmåde er, at den er mere rationel, idet den vidtgående kan fremstilles ved en automatisk proces, og konstruktionsændringer kan hurtigt gennemføres efter 25 behag. Forskellen mellem denne fremgangsmåde og den først beskrevne fremgangsmåde består deri, at der her kan fremstilles sammensatte isolatorer til brug i fri luft, ved hvilke en kemisk binding af skærmene til ekstrudatet ikke lader sig realisere på grund af materialerne. Til gengæld kan der anvendes skærme af andre materi-3q aler. Ved drift med sådanne isolatorer må man dog i meget sjældne tilfælde regne med, at en skærm slår igennem. På grund af et større antal skærme påvirkes isolationsfunktionen imidlertid ikke nævneværdigt, da glasfiberstaven ikke angribes som følge af, at den er omgivet af et fast bundet gummilag. Isolatoren ifølge denne 35 fremgangsmåde kan fordelagtigt indsættes til drift ved mindre tilsmudsningsrisiko, f. eks. ved en lagledningsevne indtil grænsen på 40 yS. Der er dermed ikke nogen fare for elektriske gennemslag. På grund af de mindre materialeudgifter for disse isolatorer viser prisen sig også at være gunstigere. Da disse sammensatte iso-

Claims (8)

150765 latorer hidtil hovedsageligt har været anvendt ved højspænding, åbner sig der med disse isolatortyper og i henseende til prisen også anvendelsesmuligheder for sammensatte isolatorer til lavere driftsspændinger i det fri. Så kan skærmene på sådanne isolatorer 5 opbygges af materialer som ethylenpropylengummi (EPR) i forskellige modifikationer. Dette skærmmateriale har den fordel, at det er billigt i anskaffelse. Endelig skal det tilføjes, at skærmene ved begge fremgangsmåder 10 kan udformes efter behov, dvs. med forskellige skærmbøjninger eller underskærme, således at der med få skærme kan realiseres en stor krybevej. Da alle skærme præfabrikeres, har de ingen længdesømme, som kan fremme smudsaflejringen og dermed høje krybestrøm-me. Derimod ses et fremgangsmådetræk i de ringformede vulster på 15 glasfiberstaven.

1. Fremgangsmåde til fremstilling af gennemslagssikre sammensatte isolatorer til højspændingsanlæg i fri luft bestående af en præfabrikeret glasfiberstav af epoxyharpiks og E-glasfiber, et påført overtræk af et elastomert materiale og på overtrækket anbragte præfabrikerede isolatorskærme af vejr-, krybestrøms- og lys-25 bueresistente isoleringsmaterialer, kendetegnet ved en kombination af de i og for sig kendte foranstaltninger,, at a) den præfabrikerede glasfiberstav (1) af epoxyharpiks og E-glasfiber underkastes en overfladebehandling med silanen, b) et gummilag (2) af siliconegummi påføres ved ekstrusion på den præparerede glas-30 fiberstav, c) en stramning af gummilaget (2) foretages, d) en på-skubning af på forhånd radialt udvidede præfabrikerede isolatorskærme (3) foretages på det ekstruderede overtræk (2), og e) en vulkanisering og en afsluttende anbringelse af armaturer (4) på den glasfiberforstærkede stavs ender gennemføres. 35 150765

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at overfladebehandlingen af den præfabrikerede glasfiberstav danner et bindelag, hvis hæftning forøges ved hjælp af silanen, idet den præfabrikerede glasfiberstavs (1) rugjorte overflade smøres med en 5 dispersion af et opløsningsmiddel og en siliconegummi, inden eks-trusionsprocessen gennemføres.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at som middel til stramningen af det ekstruderede gummilag af sili- 10 conegummi anvendes pyrogenudvundet kiselsyre som blandingsbestanddel .

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at som middel til stramningen af det ekstruderede gummilag af 15 siliconegummi (2) indsættes flere tværbindere med forskellige aktiveringstemperaturer .

5. Fremgangsmåde ifølge et eller flere af kravene 1-4, kendetegnet ved, at det ekstruderede gummilags (2) tykkelse 2C på den glasfiberforstærkede stav (1) ligger mellem 1 og 10 mm.

6. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at gummilaget (2) og isolatorskærmen (3) fremstilles af det samme isoleringsmateriale, fortrinsvis af en varmetværbindende silikone- 25 kautsjuk, og at vulkaniseringen af det ekstruderede gummilag (2) og af de efterfølgende påsatte isoleringsskærme (3) foretages samtidigt.

7. Fremgangsmåde ifølge et eller flere af kravene 1-5, kende-30 tegnet ved, at gummilaget (2) fremstilles af en varmetværbindende silikonekautsjuk, og at isolatorskærmen (3) fremstilles af en ethylen-propylenkautsjuk.

8. Fremgangsmåde ifølge et eller flere af kravene 1-6, kende-35 tegnet ved, at silikoneskærmene (3) skubbes ind over sili- konegummilaget (2) ved hjælp af et smørende elektrisk fugetætningsmateriale (5), som danner en vinylgruppeholdig polydimethylsiloxan, av -FttT A +- τπλΛ ΙίΜίΛί enarrrorQ'h Tri col o\7TP _ Off Λ’Η ΏΊ3Π ftn pf