EP1995739A1

EP1995739A1 - Hochspannungsisolator und Kühlelement mit diesem Hochspannungsisolator

Info

Publication number: EP1995739A1
Application number: EP07108754A
Authority: EP
Inventors: Jean-Claude Mauroux; Martin Lakner; Leopold Ritzer; Reto Weder
Original assignee: ABB Technology AG
Current assignee: ABB Technology AG
Priority date: 2007-05-23
Filing date: 2007-05-23
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2027-05-23
Also published as: ATE521070T1; CN101312085B; US20080289857A1; CN101312085A; EP1995739B1; JP2009004372A

Abstract

Der Hochspannungsisolator (H) enthält in koaxialer Anordnung: ein Isolierrohr (1) mit einem als Tragring (10) ausgebildeten Ende, eine am Tragring (10) gehaltene, hohle Metallarmatur (2), eine Klebfuge (51), die zwischen einer Klebfläche (16) des Tragrings (10) und einer Klebfläche (21) der Metallarmatur (2) vorgesehen und mit einer abgebundenen Klebstoffschicht vakuumdicht ausgefüllt ist, und einen entlang der Achse des Isolierrohrs (1) erstreckten Hohlraum (15), der vom Isolierrohr (1) und der Metallarmatur (2) radial begrenzt ist. Zwischen Hohlraum (15) und Klebfuge (51) ist mindestens ein vorwiegend radial geführter Klebstoffkanal (50) angeordnet, der mit abgebundenem Klebstoff verschlossen ist und der einen Querschnitt aufweist, welcher ausreicht, um vor Bildung der abgebundenen Klebstoffschicht nicht abgebundenen Klebstoff vom Hohlraum (15) in die Klebfuge (51) zu führen. Der Isolator und ein diesen Isolator enthaltendes Kühlelement weisen eine Leckrate von weniger als 10 -9 [mbar l/s] auf und zeichnen sich auch nach langjährigem Betrieb unter starker mechanischer, elektrischer, thermischer und chemischer Belastung durch grosse Betriebssicherheit aus.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Hochspannungsisolator nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, ein Verfahren zur Herstellung dieses Isolators, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und ein Kühlelement mit diesem Hochspannungsisolator. Der Hochspannungsisolator enthält in koaxialer Anordnung zumindest ein Isolierrohr mit einem als Tragring ausgebildeten Ende, eine am Tragring gehaltene hohle Metallarmatur, eine Klebfuge, die zwischen einer Klebfläche des Tragrings und einer Klebfläche der Metallarmatur vorgesehen und mit einer abgebundenen Klebstoffschicht vakuumdicht ausgefüllt ist, und einen entlang der Achse des Isolierrohrs erstreckten Hohlraum, der vom Isolierrohr und der Metallarmatur radial begrenzt ist. Im allgemeinen ist bei diesem Hochspannungsisolator das vom Tragring abgewandte andere Ende des Isolierrohrs ebenfalls als Tragring ausgebildet und über eine Klebfuge mit einer weiteren Metallarmatur verbunden.
Ein solcher Isolator kann als Isolierstrecke bei einer passiven Kühlung eines hohe Ströme führenden Hochspannungsgeräts eingesetzt werden, wobei unter Hochspannung grundsätzlich eine Betriebsspannung grösser 1 kV zu verstehen ist. Der bevorzugte Spannungsbereich liegt jedoch unterhalb 100 kV und betrifft vor allem hochstromführende Apparate und Anlagen mit Nennspannungen von typischerweise 10 bis 50 kV.
Die Stromtragfähigkeit solcher Apparate und Anlagen ist thermisch begrenzt. Für Nennströme im Bereich von typischerweise 10 bis 50 kA, wie sie etwa in als Generatorschalter ausgebildeten Hochstromgeräten geführt werden, werden daher besonders aktive Kühlelemente (z.B. Luft-Luft-Wärmetauscher mit Ventilatoren) oder passive Kühlelemente mit besonders gutem Wirkungsgrad eingesetzt, wie insbesondere Wärmerohre (heat pipes), welche neben dem eingangs definierten Hochspannungsisolator auch einen Verdampfer und einen Wärmeaustauscher sowie ein Arbeitsmittel enthalten. Im Hochstromgerät durch Stromverluste entstehende Wärme wird hierbei zum Verdampfen des Arbeitsmittels benutzt. Das verdampfte Arbeitsmittel wird zu einem extern angeordneten Wärmetauscher transportiert und gibt dort durch Kondensation die im Hochstromgerät gebildete Verlustwärme wieder ab.
Als Generatorschalter ausgeführte Hochstromgeräte sind im allgemeinen einphasig gekapselt ausgeführt und weisen einen in der Kapselung angeordneten und auf Hochspannungspotential befindlichen Innenleiter auf. Durch Stromverluste am Innenleiter gebildete Wärme ist durch die Kapselung hindurch an die Umgebungsluft abzuführen. Dies bedeutet, dass sich zwischen einem auf Hochspannungspotential befindlichen Verdampfer und einem auf Erdpotential gehaltenen Kondensator des Wärmerohrs eine elektrisch isolierende Strecke befinden muss, die entsprechend der geforderten Hochspannung (z.B. 150 kV BIL) ausgelegt sein muss. Verdampfer und Wärmeaustauscher (Kondensator) sind an den beiden Enden des Hochspannungsisolators vakuumfest gehalten.
Da bei einem solchen leistungsstarken, passiven Kühlelement bewegte Teile, wie Ventilatoren oder Gebläse, entfallen, kann mit diesem Kühlelement die Verlustwärme preiswert und effizient aus der Kapselung entfernt werden. Ferner ist ein solches Kühlelement wartungsfrei. Der Hochspannungsisolator erfüllt hierbei mehrere Funktionen, vor allem die des Führens des Arbeitsmittels und die des Trennens der Potentiale von Verdampfer und Kondensator. Die Zuverlässigkeit eines solchen leistungsstarken passiven Kühlelements und einer mit einem solchen Kühlelement ausgerüsteten Hochspannungsanlage ist nur dann gewährleistet, wenn der Isolator die vorgenannten Funktionen über viele Jahre erbringt. Ein solcher Isolator sollte daher über einen langen, typischerweise 20 Jahre betragenden, Zeitraum wartungsfrei sein. Eine solch grosse Langzeitstabilität setzt eine äusserst geringe Leckrate voraus, da nur so ein Verlust an Arbeitsmittel vermieden wird.

STAND DER TECHNIK

Ein Hochspannungsisolator der vorgenannten Art ist beschrieben in WO 2006/053552 A1 . Dieser Isolator ist Teil eines als Wärmerohr ausgebildeten, hohlen Kühlelements, welches der Abfuhr von Wärme aus einer Generatorableitung dient. Er weist in koaxialer Anordnung ein mechanisch tragendes Isolierrohr aus einem faserverstärkten Polymer und aus koaxial gehaltenen Diffusionsbarrieren auf sowie zwei hohle Metallarmaturen, die vakuumfest mit den beiden, jeweils als Tragring ausgebildeten Enden des Isolierrohrs verklebt sind. Zwischen einer Klebfläche jedes der beiden Tragringe und einer Klebfläche jeder der beiden Metallarmaturen ist eine von der Stirnseite jedes Tragrings auf seine Mantelfläche erstreckte Klebfuge vorgesehen, die mit einer abgebundenen Klebstoffschicht vakuumdicht ausgefüllt ist.
An der einen der beiden Metallarmaturen ist ein auf dem Potential eines Hochspannungsleiters gehaltener Verdampfer befestigt, an der anderen Armatur ein auf dem Potential einer geerdeten Kapselung gehaltener Kondensator. Der Hochspannungsisolator bildet eine Isolierstrecke eines Kühlelements, welches durch Stromverluste im Hochspannungsleiter gebildete Wärme auf die Kapselung überträgt. Hierbei dient ein im Inneren des Kühlelements befindliches Arbeitsmittel, wie insbesondere Aceton oder ein Hydro-Fluor-Äther, der Wärmeübertragung und zirkuliert dabei als Dampf vom Verdampfer durch das Isolierrohr zum Kondensator, in dem der Dampf unter Abgabe der Wärme als Flüssigkeit kondensiert. Die Flüssigkeit wird durch den Hochspannungsisolator wieder zum Verdampfer zurückgeführt. Der Hochspannungsisolator dient daher nicht nur als Isolierstrecke, sondern auch als Leitung für das Arbeitsmittel. Da diese Leitung ein chemisches Medium aufnimmt, einer Dauertemperatur von typischerweise 80°C ausgesetzt ist und über viele, typischerweise 20, Jahre flüssigkeits-, gas- und vakuumdicht sein muss, werden an die Klebestoffverbindungen zwischen den jeweils als Tragring ausgebildeten beiden Enden des Isolierrohrs und den Metallarmaturen hohe Anforderungen gestellt.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen angegeben ist, liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochspannungsisolator der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher eine geringe Leckrate aufweist und sich auch nach langjährigem Betrieb unter starker mechanischer, elektrischer, thermischer und chemischer Belastung durch eine grosse Betriebssicherheit auszeichnet, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieses Hochspannungsisolators, eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens und ein diesen Isolator enthaltendes Kühlelement anzugeben.
Beim Hochspannungsisolator nach der Erfindung ist zwischen Hohlraum und Klebfuge mindestens ein vorwiegend radial geführter Klebstoffkanal angeordnet, der mit abgebundenem Klebstoff verschlossen ist und der einen Querschnitt aufweist, welcher ausreicht, um vor Bildung der abgebundenen Klebstoffschicht nicht abgebundenen Klebstoff vom Hohlraum in die Klebfuge zu führen. Da vor dem Abbinden der Klebstoff aus dem Hohlraum über den Klebstoffkanal in die Klebfuge geführt wird, kann so mit einfachen Mitteln und in vergleichsweise kurzer Zeit eine besonders homogene und frei von unerwünschten Lufteinschlüssen gehaltene Klebstoffschicht zwischen zwei Fügeteilen, d.h. zwischen einem Tragring eines Isolierrohrs und einer Metallarmatur, erreicht werden. Da die Klebflächen der beiden Fügeteile zu 100% mit abgebundenem Klebstoff überdeckt und die gesamte Klebfuge vollständig mit abgebundenem Klebstoff ausgefüllt ist, zeichnen sich der Hochspannungsisolator nach der Erfindung und ein diesen Hochspannungsisolator enthaltendes Kühlelement durch eine sehr geringe Leckrate und durch hervorragendes dielektrisches Verhalten, wie insbesondere eine hohe Kriechstromfestigkeit, aus. Hochspannungsisolator und Kühlelement nach der Erfindung weisen dementsprechend eine hohe Langzeitstabilität auf.
Bei einem zur Herstellung des Hochspannungsisolators besonders geeigneten Verfahren werden das Isolierrohr und die Metallarmatur unter Bildung der Klebfuge und des Hohlraums verfugt, wird eine flüssigen Klebstoff enthaltende Injektionshilfe im Hohlraum installiert, und wird der flüssige Klebstoff mit der Injektionshilfe in einem als Kompressionsraum ausgebildeten Abschnitt des Hohlraums unter Druck gesetzt und aus dem Kompressionsraum über den mindestens einen Klebstoffkanal in die Klebfuge eingespritzt. Bei diesem Verfahren wird der Klebstoff luftblasenfrei und gut verteilt in die Klebfuge eingebracht und wird so in sicherer und gut reproduzierbarer Weise eine vakuumdichte Klebverbindung erreicht. Mit diesem Verfahren können daher vakuumdichte Hochspannungsisolatoren geringer Leckrate und hoher Lebensdauer praktisch ohne Ausschuss gefertigt werden.
Bei einer zur Durchführung dieses Verfahrens vorteilhaften Vorrichtung ist die Injektionshilfe als Kolben-Zylinder-Kompressionsvorrichtung ausgebildet und weist einen zur Aufnahme des flüssigen Klebstoffs geeignet ausgebildeten Kompressionsraum auf, der radial nach aussen vom Tragring und axial von einem in der Metallarmatur fixierten Zylinderboden und einem im Tragring axial verschiebbaren Kolben begrenzt ist. Die Kolben-Zylinder-Kompressionsvorrichtung kann leicht in den Fertigungsprozess eingebunden werden und stellt sicher, dass unerwünschte Luft aus der Klebfuge verdrängt und die Klebfuge vollständig mit luftblasenfreiem Klebstoff gefüllt wird.
Weitere Merkmale und weitere vorteilhafte Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Anhand von Zeichnungen wird dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigt:

Fig. 1: eine Seitenansicht einer Vorrichtung, in der gerade ein Hochspannungsisolator nach der Erfindung hergestellt wird,
Fig. 2: in perspektivischer Darstellung ein Isolierrohr des Hochspannungsisolators gemäss Fig.1,
Fig. 3: in vergrösserter Darstellung einen als Tragring ausgeführten Endabschnitt III des Isolierrohrs nach Fig.2,
Fig. 4: eine Aufsicht eine längs einer Achse A geführten Schnitt durch den unteren Endabschnitt des Hochspannungsisolators nach Fig.1 beim Einspritzen von Klebstoff in eine zwischen einem Tragring eines Isolierrohrs des Hochspannungsisolators und einer Metallarmatur angeordneten Klebfuge,
Fig. 5: die Aufsicht gemäss Fig.4 nach dem Einspritzen des Klebstoffs, und
Fig. 6: die Aufsicht gemäss Fig.4 nach dem Entfernen eines als Injektionshilfe ausgeführten Teils der Vorrichtung zur Herstellung des Hochspannungsisolators.

WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

In allen Figuren beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleichwirkende Teile. Ein aus Fig.1 ersichtlicher, axialsymmetrisch ausgebildeter Hochspannungsisolator H ist längs seiner Symmetrieachse A ausgerichtet in einer Spannvorrichtung 3 einer Vorrichtung V zu seiner Herstellung angeordnet. Der Hochspannungsisolator enthält ein Isolierrohr 1, dessen beide Enden jeweils als Tragring 10, 10' ausgebildet sind, sowie zwei hohle Metallarmaturen 2 und 2'. Das Isolierrohr 1 ist aus einem polymeren Verbundstoff, beispielsweise auf der Basis eines Duromers, wie etwa eines Epoxids, und eines Füllstoffs, wie etwa Quarzmehl oder Glasfasern, gefertigt, kann aber auch aus einer Keramik, wie beispielsweise Porzellan, hergestellt sein. In koaxialer Anordnung ist die Metallarmatur 2 ist mit dem Tragring 10 und die Metallarmatur 2' mit dem Tragring 10' vakuumdicht verklebt. Die Spannvorrichtung 3 ist mit einer horizontal ausgerichteten Grundplatte 30 auf Distanzfüssen 31 abgestützt und weist zwei vertikal ausgerichtete Gewindestangen 32 auf, die starr an der Grundplatte 30 befestigt sind. In der Grundplatte ist eine nicht ersichtliche Öffnung vorgesehen durch die der untere Teil der Metallarmatur 2 geführt ist. Ein als Feldelektrode 20 ausgebildetes Teil der Metallarmatur 2 liegt auf der Grundplatte 30 auf. Die Metallarmatur 2' weist das gleiche Design wie die Metallarmatur 2 auf und enthält eine Feldelektrode 20', auf der ein Druckbalken 33 aufliegt. Ein dem unteren Teil der Armatur 2 entsprechender Teil der Armatur 2' ist durch eine ebenfalls nicht ersichtliche Öffnung durch den Druckbalken 33 geführt. Der Druckbalken 33 ist mittels zweier auf den Gewindestangen 32 geführter Druckmuttern 34 gegen die Feldelektrode 20' gepresst und setzt so den Hochspannungsisolator H in der Spannvorrichtung 3 fest.
Die beiden Tragringe 10, 10' sind identisch ausgebildet und weisen - in den Figuren 2 und 3 beim Tragring 10 dargestellt - Distanznocken 11 auf, die in die freie Stirnseite 12 des Tragrings 10 eingeformt und axial ausgerichtet sind. Je zwei der Distanznocken 11 begrenzen einen vorwiegend radial geführten Klebstoffkanal 50 in Umfangsrichtung der Stirnseite 12. Ersichtlich begrenzen so die vier aus der dargestellten Ausführungsform ersichtlichen Distanznocken 11 vier vorwiegend radial ausgerichtete und im Umfangsrichtung (bezogen auf die Achse A) gleichmässig verteilt angeordnete Klebstoffkanäle 50.
In die Innenseite des Tragrings 10 ist eine zylinderförmige Dichtungsfläche 13 eingeformt. Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, umschliesst diese Dichtungsfläche einen vom Tragring 10 radial begrenzten und zwischen den Klebstoffkanälen 50 und einem Anschlag 14 axial erstreckten Abschnitt eines Hohlraums 15, der vom Isolator H resp. dem Isolierrohr 1 und den beiden Metallarmaturen 2, 2' umschlossen ist.
In die Aussenseite des Tragrings 10 ist eine aus den Figuren 2 und 3 ersichtliche Klebfläche 16 eingeformt. Wie in Fig.6 dargestellt, ist zwischen dieser Klebfläche und einer Klebfläche 21 der Metallarmatur 2 eine Klebfuge 51 vorgesehen, welche mit einer abgebundenen Klebstoffschicht vakuumdicht ausgefüllt ist. Auch die Klebstoffkanäle 50, die zwischen dem Hohlraum 15 und der Klebfuge 51 verlaufen, sind mit abgebundenem Klebstoff vakuumdicht verschlossen. Die Klebfuge 51 ist mit mehreren in Umfangsrichtung gleichmässig verteilten, oberhalb der Klebfläche 21 vorwiegend radial nach aussen durch die Metallarmatur 2 geführten Entlüftungsöffnungen 52 verbunden. Die Klebfuge 51 ist so bemessen, dass ihr Querschnitt zwischen den Klebstoffkanälen 50 und den Entlüftungsöffnungen 52 abnimmt. Eine solchermassen bemessene Klebfuge 51 kann in vorteilhafter Weise durch konisches Anschrägen der Klebfläche 16 hergestellt werden. Die konische Klebfläche 16 erweitert sich in axialer Richtung zwischen den Klebstoffkanälen 50 und den Entlüftungsöffnungen 52 und kann beim Fertigen des Isolierrohrs 1, etwa beim Giessen des Isolierrohrs und/oder durch spanabhebendes Bearbeiten eines Vorläuferkörpers des Isolierrohrs, leicht in den Tragring 10 eingeformt werden.
Zum Fertigen des Hochspannungsisolators H werden das Isolierrohr 1 und die Metallarmatur 2 unter Bildung der Klebfuge 51 verfugt. Um hierbei einen guten Presssitz zu erreichen, wird die Metallarmatur 2 erhitzt, typischerweise auf ca. 150°C, und die erhitzte Metallarmatur 2 auf den Tragring 10 aufgezogen bis die Distanznocken 11 auf einem radial nach innen geführten Absatz 22 der Metallarmatur 2 aufsitzen (Figuren 4 bis 6). In entsprechender Weise werden auch die Metallarmatur 2' und der Tragring 2' verfugt, obwohl diese beiden Teile auch durch Verschrauben unter Verwendung von Dichtungsringen oder durch Umgiessen miteinander verbunden werden können. In jedem Fall wird so ein axial erstreckter, vom Isolierrohr 1 und den beiden hohlen Metallarmaturen 2, 2' axial begrenzter Hohlraum 15 gebildet.
Wie aus den Figuren 4 und 5 ersichtlich ist, wird im Hohlraum 15 eine flüssigen Klebstoff 40 enthaltende Injektionshilfe 4 installiert. Diese Injektionshilfe ist als Kolben-Zylinder-Kompressionsvorrichtung ausgebildet und umfasst einen den flüssigen (nicht abgebundenen) Klebstoff 40 aufnehmenden Kompressionsraum 41 (Fig.4), der radial nach aussen vom Tragring 10 und dem Absatz 22 der Metallarmatur 2 und axial von einem in der Metallarmatur 10 fixierten Zylinderboden 42 und einem im Tragring 10 axial verschiebbaren Kolben 43 begrenzt ist. Zylinderboden 42 und Kolben 43 tragen auf ihren Mantelflächen jeweils mindestens einen aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht bezeichneten Dichtungsring. Der vom Zylinderboden 42 getragene Dichtungsring liegt gasdicht auf einer zylindersymmetrischen Innenfläche der Metallarmatur 2 im Bereich des Absatzes 22 auf, wohingegen der Dichtungsring des zwischen dem Anschlag 14 und dem Zylinderboden 42 in axialer Richtung verschiebbaren Kolbens 43 gasund flüssigkeitsdicht auf der Dichtungsfläche 13 gelagert ist.
Bei der Installation der Injektionshilfe 3 werden Isolierrohr 1 und Metallarmaturen 2, 2' zunächst so gehalten, dass die Metallarmatur 2 nach oben weist. Der Kolben 43 wird nun durch die Metallarmatur 2 hindurch in den Hohlraum 15 gebracht und am Anschlag 14 gehalten. Ersichtlich ist in eine den Kompressionsraum 41 begrenzende Seite des Kolbens 43 eine nach Art eines Trichters ausgebildete konische Vertiefung 44 zur Aufnahme des flüssigen Klebstoffs 40 eingeformt. In dieser Vertiefung ist bereits eine dosierte Menge an flüssigem Klebstoff, beispielsweise ein Zweikomponentenkleber auf der Basis eines Epoxids, vorgesehen. Von oben wird dann auch der Zylinderboden 42 in den Hohlraum 15 eingeschoben. Mit einer aus Figuren 1, 4 und 5 ersichtlichen Verschlussmutter 45 wird der Kolbenboden 42 gegen Herausfallen gesichert. Anschliessend wird die ganze Anordnung nach unten gedreht und so die aus Fig.4 ersichtliche Position der Anordnung erreicht, in der die Injektionshilfe 4 einen Kompressionsraum 41 aufweist, der sich in axialer Richtung von der Dichtungsfläche 13 über Einlässe der Klebstoffkanäle 50 bis zur Innenfläche der Metallarmatur 2 im Bereich des Absatzes 22 erstreckt.
Wie in Fig.1 gezeigt, wird die Anordnung in der Spannvorrichtung 3 befestigt und wird ein Stössel 46 durch die Metallarmatur 2' hindurch von oben in den Hohlraum 15 eingeschoben. Dieser Stössel stützt sich auf der vom Kompressionsraum 41 abgewandten Seite auf dem Kolben 43 ab (Fig. 4). Wirkt nun, wie in Fig.4 gezeigt, auf den Stössel 46 eine axial nach unten gerichtete Kraft K, so wird der Kolben 43 nach unten geführt und erhöht hierbei den Druck des flüssigen Klebstoffs 40 im Kompressionsraums 41. Ein Verschieben der Metallarmatur 2 unter der Wirkung der dabei auftretenden hydraulischen Kraft wird durch die Spannvorrichtung 3 verhindert. Der flüssige Klebstoff 40 wird über die Klebstoffkanäle 50 in die Klebfuge 51 eingespritzt. Die Klebstoffkanäle 50 sind so bemessen, dass vor Bildung der abgebundenen Klebstoffschicht eine ausreichende Menge an nicht abgebundenem Klebstoff 40 vom Kompressionsraum 41 in die Klebfuge 51 geführt wird. Der zugeführte Klebstoff 40 verdrängt die Luft in der Klebfuge 51 und füllt die Klebfuge 51 bis zu den Entlüftungsöffnungen 52 auf. Überschüssiger Klebstoff 40 tritt an den Entlüftungsöffnungen 52 ins Freie. Nach Abnehmen der Verschlussmutter 45 können dann Injektionshilfe 4 und Stössel 46 aus dem Hohlraum 15 entfernt und die Klebstelle bei erhöhter Temperatur, typischerweise 60 bis 80°C, ausgehärtet werden. Die Leckrate dieser Klebstelle ist typischerweise kleiner 10-⁹ [mbar I/s].
Eine besonders gute Verteilung des Klebstoffs 40 in der Klebfuge 51 und damit eine lunkerfreie, abgebundene Klebstoffschicht wird dadurch erreicht, dass der Klebstoff über mehrere im Umfangsrichtung gleichmässig verteilte Klebstoffkanäle 50 in die Klebfuge 51 injiziert wird. Dadurch, dass sich der Querschnitt der Klebfuge in Strömungsrichtung des flüssigen Klebstoffs 40 verringert, gelangt der der flüssige Klebstoff besonders gleichmässig und luftblasenfrei aus dem Kompressionsraum in die Klebfuge 51. Daher wird so eine lunkerfreie abgebundene Klebstoffschicht an der Klebstelle erreicht. Darüber hinaus nimmt die Dicke dieser Klebstoffschicht zur Stirnseite 12 des Tragrings 10 hin zu. Unerwünschte Spannungsüberhöhungen am Ende des Isolierrohrs 1 werden so stark reduziert.
Durch vakuumdichtes Anflanschen eines mit einem flüssigen Arbeitsmittel, vorzugsweise einem Hydro-Fluor-Äther, gefüllten Verdampfers an eine der beiden Metallarmaturen 2, 2' und eines Kondensators an die andere Metallarmatur wird ein passives Kühlelement mit vernachlässigbar kleiner Leckrate und hoher Langzeitstabilität erreicht.

BEZUGSZEICHENLISTE

A: Achse
H: Hochspannungsisolator
V: Fertigungsvorrichtung
K: Kraft
1: Isolierrohr
2, 2': Metallarmaturen
3: Spannvorrichtung
4: Injektionshilfe
10, 10': Metallarmaturen
11: Distanznocken
12: Stirnseite
13: Dichtungsfläche
14: Anschlag
15: Hohlraum
16: Klebfläche
20, 20': Feldelektroden
21: Klebfläche
22: Absatz
30: Grundplatte
31: Distanzfüsse
32: Gewindestangen
33: Druckbalken
34: Druckmuttern
40: flüssiger Klebstoff
41: Kompressionsraum
42: Zylinderboden
43: Kolben
44: Vertiefung
45: Verschlussmutter
46: Stössel
50: Klebstoffkanäle
51: Klebfuge
52: Entlüftungsöffnungen

Claims

Hochspannungsisolator (H), enthaltend in koaxialer Anordnung:
ein Isolierrohr (1) mit einem als Tragring (10) ausgebildeten Ende,

eine am Tragring (10) gehaltene hohle Metallarmatur (2),

eine Klebfuge (51), die zwischen einer Klebfläche (16) des Tragrings (10) und einer Klebfläche (21) der Metallarmatur (2) vorgesehen und mit einer abgebundenen Klebstoffschicht vakuumdicht ausgefüllt ist, und einen entlang der Achse (A) des Isolierrohrs (1) erstreckten Hohlraum (15), der vom Isolierrohr (1) und der Metallarmatur (2) radial begrenzt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Hohlraum (15) und Klebfuge (51) mindestens ein vorwiegend radial geführter Klebstoffkanal (50) angeordnet ist, der mit abgebundenem Klebstoff verschlossen ist und der einen Querschnitt aufweist, welcher ausreicht, um vor Bildung der abgebundenen Klebstoffschicht nicht abgebundenen Klebstoff (40) vom Hohlraum (15) in die Klebfuge (51) zu führen.
Isolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Klebstoffkanal (50) in Umfangsrichtung von zwei axial ausgerichteten Distanznocken (11) begrenzt ist.
Isolator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere in Umfangsrichtung mit Abstand voneinander angeordnete Distanznocken (11) vorgesehen sind, von denen jeweils zwei einen von mehreren Klebstoffkanälen (50) im Umfangsrichtung begrenzen.
Isolator nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanznocken (11) in eine Stirnseite (12) des Tragrings (10) eingeformt sind.
Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in den Tragring (10) eine zylinderförmige Dichtfläche (13) eingeformt ist, welche einen vom Tragring (10) radial begrenzten und zwischen dem mindestens einen Klebstoffkanal (50) und einem Anschlag (14) des Isolierrohrs (1) axial erstreckten Abschnitt des Hohlraums (15) umschliesst.
Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebfuge (51) mit mindestens einer vorwiegend radial nach aussen geführten Entlüftungsöffnung (52) verbunden ist.
Isolator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Klebfuge (51) zwischen dem mindestens einen Klebstoffkanal (50) und dem Entlüftungskanal abnimmt.
Isolator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebfläche (16) des Tragrings (10) konisch ausgebildet ist und sich zwischen dem mindestens einen Klebstoffkanal (50) und der Entlüftungsöffnung (52) erweitert.
Verfahren zur Herstellung des Isolators (H) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolierrohr (1) und die Metallarmatur (2) unter Bildung der Klebfuge (51) und des Hohlraums (15) verfugt werden, dass eine flüssigen Klebstoff (40) enthaltende Injektionshilfe (4) im Hohlraum (15) installiert wird, und dass der flüssige Klebstoff (40) mit der Injektionshilfe (4) in einen als Kompressionsraum (41) ausgebildeten Abschnitt des Hohlraums (15) unter Druck gesetzt und aus dem Kompressionsraum (41) über den mindestens einen Klebstoffkanal (50) in die Klebfuge (51) eingespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebfuge (51) durch Aufschrumpfen der Metallarmatur (2) auf den Tragring (10) gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Installation der Injektionsvorrichtung (4) das mit der Metallarmatur (2) verfugte Isolierrohr (1) in einer Spannvorrichtung (3) eingespannt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der flüssige Klebstoff (40) in Umfangsrichtung verteilt in die Klebfuge (51) eingespritzt wird.
Vorrichtung (V) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektionshilfe (4) als Kolben-Zylinder-Kompressionsvorrichtung ausgebildet ist und einen zur Aufnahme des flüssigen Klebstoffs (40) geeignet ausgebildeten Kompressionsraum (41) aufweist, der radial nach aussen vom Tragring (10) begrenzt ist und axial von einem in der Metallarmatur (2) fixierten Zylinderboden (42) und einem im Tragring (10) axial verschiebbaren Kolben (43).
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in eine den Kompressionsraum (41) begrenzende Seite des Kolbens (43) eine Vertiefung (44) zur Aufnahme des flüssigen Klebstoffs(40) eingeformt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass an der von der Vertiefung (44) abgewandte Seite des Kolbens (43) ein von aussen mit Druck belastbarer Stössel (46) aufliegt.
Kühlelement mit einem Hochspannungsisolator nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8.