EP2182527A1

EP2182527A1 - Insulating hollow body for a high voltage insulator

Info

Publication number: EP2182527A1
Application number: EP08168006A
Authority: EP
Inventors: Christian Franck; Lars E. Schmidt; Marco Schneider; Nikolaus Zant; Stephen Clifford; Willi Gerig
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland; ABB Research Ltd Sweden
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland; ABB Research Ltd Sweden
Priority date: 2008-10-31
Filing date: 2008-10-31
Publication date: 2010-05-05

Abstract

The hollow body (10) has a composite material (20) based on a polymer matrix, and a filler material embedded into the polymer matrix. A fiber insert (30) e.g. mat and self-supporting fiber body, is embedded into the composite material, and is guided around a hollow chamber that is defined by the hollow body and exposed to overpressure. The fiber insert acts as shatter protection above breaking strength of the composite material, where the hollow body has a hardened cycloaliphatic epoxy resin compound as polymer. An independent claim is also included for a method for producing an insulating hollow body.

Description

Technical area

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Hochspannungstechnik und betrifft einen Isolierstoffhohlkörper nach dem einleitenden Teil von Patentanspruch 1. Die Erfindung betrifft auch einen Hochspannungsisolator, in dem dieser Isolierstoffhohlkörper enthalten ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung des Isolierstoffhohlkörpers.The invention relates to the field of high voltage engineering and relates to a Isolierstoffhohlkörper according to the introductory part of claim 1. The invention also relates to a high voltage insulator, in which this hollow insulating body is contained, and a method for producing the insulating hollow body.

Da der vorstehend definierte Isolierstoffhohlkörper einen im allgemeinen hochgefüllten polymeren Verbundwerkstoff enthält, weist er eine relativ grosse Sprödigkeit auf. Wird der Isolierstoffhohlkörper während des Betriebs des Hochspannungsisolators lokal oder global unzulässig hoch mechanisch belastet, so kann dies zum Bersten des mit einem komprimierten Isoliergas gefüllten Hochspannungsisolators führen, wobei gegebenenfalls explosionsartig Splitter des Verbundwerkstoffs freigesetzt werden.Since the insulating hollow body defined above contains a generally highly filled polymeric composite material, it has a relatively large brittleness. If the Isolierstoffhohlkörper during operation of the high-voltage insulator locally or globally impermissibly high mechanical load, this can lead to bursting of filled with a compressed insulating gas high-voltage insulator, possibly explosively splinters of the composite are released.

State of the art

Ein Isolierstoffhohlkörper der vorgenannten Art ist beschrieben in US 4,102,851 A , EP 1 172 408 A1 und EP 1 300 439 A1 . Der beschriebene Isolierstoffhohlkörper ist Teil eines mit Überdruck belastbaren Hochspannungsisolators und ist aus einem Verbundwerkstoff auf der Basis einer polymeren Matrix und eines in die polymere Matrix eingelagerten Füllstoffs gebildet.An insulating hollow body of the aforementioned type is described in US 4,102,851 A . EP 1 172 408 A1 and EP 1 300 439 A1 , The insulating hollow body described is part of a high-pressure insulator capable of overpressure and is formed from a composite material based on a polymeric matrix and a filler incorporated in the polymeric matrix.

Aus EP 350 289 A2 und EP 488 764 B1 sind explosionsgeschützte Hochspannungsisolatoren bekannt, die jeweils einen Isolierstoffhohlkörper aus Porzellan aufweisen. Explosionssicherheit wird bei diesen Isolatoren durch eine auf der Innenwand des Isolierstoffhohlkörpers angebrachte, mechanisch stabile Schutzbeschichtung erreicht. Beim Bersten des Porzellans infolge einer unzulässig hohen Krafteinwirkung wird so das im Isolator enthaltene komprimierte Gas kontrolliert ausgestossen und wird so ein unerwünschtes Austreten von Porzellansplittern weitgehend vermieden.Out EP 350 289 A2 and EP 488 764 B1 Explosion-proof high-voltage insulators are known, each having a Isolierstoffhohlkörper made of porcelain. Explosion safety is in these insulators by a mounted on the inner wall of the hollow Isolierstoffhohlkörpers, mechanically stable Protective coating achieved. When bursting of the porcelain as a result of an impermissibly high force so that contained in the insulator compressed gas is discharged in a controlled manner and so an undesirable leakage of porcelain splinters is largely avoided.

Brief description of the invention

Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen 1 bis 14 definiert ist, liegt die Aufgabe zugrunde, einen Isolierstoffhohlkörper der eingangs genannten Art und einen diesen Isolierstoffhohlkörper enthaltenden Hochspannungsisolator zu schaffen, welche sich jeweils durch eine grosse Splitterfestigkeit auszeichnen, sowie ein Verfahren anzugeben, mit dem ein solcher Isolierstoffhohlkörper in einfacher und wirtschaftlicher Weise gefertigt werden kann.The invention, as defined in the claims 1 to 14, the object is to provide a Isolierstoffhohlkörper of the type mentioned and a Isolierstoffhohlkörper containing high voltage insulator, which are each characterized by a large splinter resistance, and to provide a method with the Such a Isolierstoffhohlkörper can be manufactured in a simple and economical manner.

Beim Isolierstoffhohlkörper nach der Erfindung ist in den Verbundwerkstoff eine Fasereinlage eingebettet, welche zumindest um einen vom Isolierstoffhohlkörper begrenzten und dem Überdruck ausgesetzten Hohlraum geführt ist und oberhalb der Bruchfestigkeit des Verbundwerkstoffs als Splitterschutz wirkt.When Isolierstoffhohlkörper according to the invention, a fiber core is embedded in the composite, which is guided at least one limited by Isolierstoffhohlkörper and exposed to the pressure cavity and above the breaking strength of the composite acts as splinter protection.

Durch Einbetten der Fasereinlage in den Isolierstoffhohlkörper werden bei einer unzulässig hohen Belastung des Isolierstoffhohlkörpers ein unerwünschtes Zersplittern des Isolierstoffhohlkörpers und ein explosionsartiges Absplittern von Teilen des Verbundwerkstoffs vermieden. Eine solche Belastung entsteht typischerweise bei Vandalenakten oder bei Naturkatastrophen, kann aber auch durch anderweitige Störungen hervorgerufen werden, die vor allem bei der Montage, dem Betrieb oder der Wartung eines den Isolierstoffhohlkörper enthaltenden Hochspannungsisolators auftreten können. Oberhalb der Bruchfestigkeit des Verbundwerkstoffs nimmt die Fasereinlage lokal oder global in den Isolierstoffhohlkörper eingeleitete mechanische Kräfte auf. Sie wirkt so als Splitterschutz und verhindert ein explosionsartiges Auseinanderfallen des Isolierstoffhohlkörpers. Da die Fasereinlage bei der Fertigung des Isolierstoffhohlkörpers ohne zusätzliche Verfahrensschritte direkt in den Verbundwerkstoff des Isolierstoffhohlkörpers eingebettet wird, zeichnet sich der Isolierstoffhohlkörper darüber hinaus auch durch geringe Fertigungskosten, Eignung für eine automatische Fertigung und geringe Abmessungen aus.By embedding the fiber insert in the Isolierstoffhohlkörper undesirable splintering of Isolierstoffhohlkörpers and explosive chipping of parts of the composite material are avoided at an impermissibly high load of Isolierstoffhohlkörpers. Such a load typically arises in acts of vandalism or natural disasters, but can also be caused by other disturbances that can occur especially in the assembly, operation or maintenance of the insulating hollow body containing high voltage insulator. Above the breaking strength of the composite material, the fiber core absorbs mechanical forces introduced locally or globally into the insulating hollow body. It acts as splinter protection and prevents explosive falling apart of Isolierstoffhohlkörpers. Since the fiber insert is embedded in the production of insulating hollow body without additional process steps directly into the composite material of Isolierstoffhohlkörpers, the Isolierstoffhohlkörper is also characterized by low manufacturing costs, suitability for automatic production and small dimensions.

Weist die Fasereinlage offene, die Partikel des Füllstoffs durchlassende Poren auf, so ist bei der Fertigung des Isolierstoffhohlkörpers eine rasche und gleichmässige Imprägnierung der Fasereinlage mit dem füllstoffgefüllten Polymer gewährleistet und werden so dielektrisch unerwünschte luftgefüllte Poren im Verbundwerkstoff vermieden und eine gute Haftung der Fasereinlage am Verbundwerkstoff erreicht. Um bei der Fertigung des Isolierstoffhohlkörpers ein schnelles und gleichmässiges Eindringen des füllstoffgefüllten Polymers in die Fasereinlage zu ermöglichen, sollte die mittlere Grösse der offenen Poren mindestens das 2- bis 4-fache der maximalen Grösse der Füllstoffpartikel betragen. Zur Verbesserung der Haftung am Verbundwerkstoff sind die Fasern der Fasereinlage im allgemeinen mit einem Haftvermittler beschichtet. Um mit Sicherheit zu verhindern, dass bei der unzulässig hohen Belastung grosse Bruchstücke des Verbundwerkstoffs weggeschleudert werden, sollte die mittlere Grösse der Poren höchstens einige Zentimeter betragen.If the fiber insert has open pores which pass through the particles of the filler, a rapid and uniform impregnation of the fiber insert with the filler-filled polymer is ensured during manufacture of the hollow insulating body and thus undesirable air-filled pores in the composite material are avoided and good adhesion of the fiber insert to the composite material reached. In order to enable a rapid and uniform penetration of the filler-filled polymer into the fiber core during manufacture of the insulating hollow body, the mean size of the open pores should be at least 2 to 4 times the maximum size of the filler particles. To improve the adhesion to the composite material, the fibers of the fiber insert are generally coated with a bonding agent. In order to prevent with certainty that large fragments of the composite material are thrown away at the unacceptably high load, the average size of the pores should be at most a few centimeters.

Mit Vorteil enthält die Fasereinlage ein Gewebe oder Gelege und bildet ein Gitternetz mit einer die Grösse der Poren bestimmenden Maschenweite. Diese Maschenweite beträgt typischerweise einige Millimeter. Eine solche Fasereinlage kann bei der Fertigung des Isolierstoffhohlkörpers leicht in ein Formwerkzeug eingebracht werden, begünstigt wegen ihrer grossen offenen Poren, die im allgemeinem als quadratische Maschen ausgebildet sind, die Imprägnierung der Fasereinlage mit dem füllstoffgefüllten Polymer bei der Fertigung und weist zudem eine hohe mechanische Festigkeit auf, welche beim Bersten des Isolierstoffhohlkörpers gebildete Bruchstücke des Verbindwerkstoffs sichert, wodurch freiliegende Splitter aus Verbundwerkstoff und damit auch ein explosionsartiges Verteilen solcher Splitter in der Umgebung vermieden werden.Advantageously, the fiber insert contains a fabric or scrim and forms a grid with the size of the pores determining mesh size. This mesh size is typically a few millimeters. Such a fiber insert can easily be introduced into a mold during production of the insulating hollow body, favors the impregnation of the fiber insert with the filler-filled polymer in the production and also has a high mechanical strength because of their large open pores, which are generally formed as a square mesh on, which secures the rupture of the Isolierstoffhohlkörpers formed fragments of the bonding material, whereby exposed fragments of composite material and thus an explosive distribution of such fragments are avoided in the environment.

Je nach Anwendung kann der Faserkörper auch wirr angeordnete Fasern aufweisen und ist dann mit Vorteil als Matte ausgebildet. Als Material für die Fasereinlage eignen sich vor allem anorganische Fasern, insbesondere Glasfasern. Gegebenenfalls sind organische Faser, etwa Aramidfasern, besonders geeignet.Depending on the application, the fiber body may also comprise randomly arranged fibers and is then advantageously designed as a mat. The material used for the fiber insert are mainly inorganic fibers, in particular glass fibers. Optionally, organic fiber, such as aramid fibers, are particularly suitable.

Ist die Fasereinlage als selbsttragender Faserkörper ausgebildet, so erleichtert sie die Fertigung des Isolierstoffhohlkörpers erheblich. Die Fasereinlage kann nun ohne zusätzliche Anpass- und Justierarbeiten ins Formwerkzeug eingebracht und im Formwerkzeug positioniert werden. Es können so in einfacher Weise Isolierstoffhohlkörper hergestellt werden, deren mechanische resp. elektrische Eigenschaften, wie Bruch- und Splitterfestigkeit resp. dielektrische Festigkeit, weitgehend übereinstimmen.If the fiber core is formed as a self-supporting fiber body, it facilitates the production of Isolierstoffhohlkörpers considerably. The fiber insert can now be introduced into the mold without additional fitting and adjustment work and positioned in the mold. It can do so in a simple way Isolierstoffhohlkörper be produced, the mechanical resp. electrical properties, such as breakage and splinter resistance resp. dielectric strength, broadly consistent.

Je nach Ausbildung des Isolierstoffhohlkörpers weist der selbsttragende Faserkörper ein nach Art eines Rohrs, eines Hohlkegels oder eines Fasses ausgebildetes Tragteil auf. An dieses Tragteil können bei Freiluftanwendungen des Isolierstoffhohlkörpers vorwiegend radial ausgerichtete Faserschirme angebracht sein. Insbesondere durch die Verwendung derart ausgebildeter selbsttragender Faserkörper werden die Durchlaufzeiten bei der Fertigung von Isolierstoffhohlkörpern mit einem durch eine Beschirmung bestimmten komplizierten Design ganz wesentlich verkürzt.Depending on the design of the insulating hollow body, the self-supporting fiber body has a formed in the manner of a pipe, a hollow cone or a barrel support member. In the case of outdoor applications of the insulating hollow body, predominantly radially aligned fiber screens can be attached to this supporting part. In particular, by the use of self-supporting fiber bodies designed in this way, the throughput times in the production of insulating hollow bodies with a complicated design determined by a shielding are considerably shortened.

Unabhängig davon, ob die Fasereinlage als selbsttragender Faserkörper ausgeführt ist oder durch Einbringen nicht selbsttragender Abschnitte von Fasergeweben oder Fasergelegen in das Formwerkzeug erst während der Fertigung des Isolierstoffhohlkörpers hergestellt wird, vermindert eine Fasereinlage, die bis in die Beschirmung hineinreicht, das unerwünschte Entweichen von Verbundwerkstoffsplittern beim Bersten eines Isolierstoffhohlkörpers mit einem durch die Beschirmung bestimmten komplizierten Design.Regardless of whether the fiber insert is designed as a self-supporting fiber body or produced by introducing non-self-supporting sections of fiber fabrics or fiber layers in the mold only during the production of Isolierstoffhohlkörpers, reduces a fiber core, which extends into the shielding, the undesirable escape of composite fragments Bursting of an insulating hollow body with a complex design determined by the shielding.

Um eine hohe mechanische Festigkeit und eine gute Kriechstromfestigkeit zu erreichen, sollte der Verbundwerkstoff mindestens 50, vorzugsweise 60 bis 90, Gewichtsprozent an Füllstoff aufweisen. Ein solcher Verbundwerkstoff weist eine höhere Sprödigkeit auf als ein niedriger gefüllter Verbundwerkstoff. Daher hat sich bei diesem Verbundwerkstoff die Fasereinlage als besonders geeigneter Splitterschutz bewährt. Ein für eine hohe Festigkeit des Isolierstoffhohlkörpers besonders geeigneter Füllstoff enthält mindestens zwei Füllstoffkomponenten mit voneinander abweichender mittlerer Grösse der Partikel und/oder mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung Ein geeigneter Füllstoff ist ein anorganisches Pulver auf der Basis eines Oxids, Carbids, Borids, Nitrids oder Silikats, wie etwa Quarz-, Dolomit- oder Korundmehl. Zur Verbesserung der Haftung am Polymer kann der Füllstoff auch mit einem Haftvermittler beschichtet sein. Die Teilchengrössen der Füllstoffpartikel liegen im allgemeinen zwischen 1 bis 100 µm, können gegebenenfalls aber auch bis zu 1 oder 2 mm betragen.To achieve high mechanical strength and good creep resistance, the composite should have at least 50, preferably 60 to 90, percent by weight of filler. Such a composite has a higher brittleness than a lower filled composite. Therefore, the fiber insert has proven to be particularly suitable splinter protection in this composite material. A particularly suitable for a high strength of Isolierstoffhohlkörpers filler contains at least two filler components with differing average size of the particles and / or with different chemical composition. A suitable filler is an inorganic powder based on an oxide, carbide, boride, nitride or silicate, such as such as quartz, dolomite or corundum flour. To improve the adhesion to the polymer, the filler may also be coated with an adhesion promoter. The particle sizes of the filler particles are generally between 1 to 100 microns, but may optionally be up to 1 or 2 mm.

Als Polymere können vor allem Duroplaste auf der Basis Epoxid oder Polyester, aber auch Thermoplaste eingesetzt werden. Im Verbundwerkstoff können Zusatzstoffe, wie etwa Benetzungs- und Dispersionsmittel, Stabilisatoren, Flexibilisatoren und/oder Farbstoffe, vorhanden sein.Thermoplastics based on epoxy or polyester, but also thermoplastics, can be used as polymers. In the composite material, additives such as wetting and dispersing agents, stabilizers, flexibilizers and / or dyes may be present.

Brief description of the drawings

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von drei Figuren näher erläutert, in denen gleichwirkende Elemente jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Alle drei Figuren zeigen jeweils eine Aufsicht auf einen axial geführten Schnitt durch eine von drei Ausführungsformen des erfindungsgemässen Isolierstoffhohlkörpers, welche jeweils ein rohrförmiges Zentralteil aufweisen und jeweils gebrochen dargestellt sind.The invention will be explained in more detail with reference to three figures, in which like-acting elements are each provided with the same reference numerals. All three figures each show a plan view of an axially guided section through one of three embodiments of the inventive hollow insulating body, each having a tubular central part and are each shown broken.

Way to carry out the invention

Der in Fig.1 teilweise dargestellte Isolierstoffhohlkörper 10 ist als Rohr ausgebildet und weist eine vertikal ausgerichtete Rohrachse 11 auf. Der Isolierstoffhohlkörper ist von einem Verbundwerkstoff 20 auf der Basis einer Epoxidharzmatrix und eines in die Matrix eingelagerten pulverförmigen Füllstoffs gebildet. In den Verbundwerkstoff 20 ist eine Fasereinlage 30 eingebettet, welche in Umfangsrichtung um die Achse 11 herumgeführt ist und sich in axialer Richtung bis in die beiden Endbereiche des Isolierstoffhohlkörpers 1 erstreckt, von denen lediglich der obere Endbereich 12 in Fig.1 gezeigt ist.The in Fig.1 partially shown Isolierstoffhohlkörper 10 is formed as a tube and has a vertically oriented tube axis 11. The insulating hollow body is formed by a composite material 20 based on an epoxy resin matrix and a powdery filler incorporated in the matrix. In the composite material 20, a fiber insert 30 is embedded, which is guided around the axis 11 in the circumferential direction and extends in the axial direction to the two end portions of the insulating hollow body 1, of which only the upper end portion 12 in Fig.1 is shown.

Zur Fertigung eines Hochspannungsisolators wird - etwa durch Verkleben - an jedem der beiden Endbereiche des Isolierstoffhohlkörpers 10 ein metallener Ringflansch befestigt. Ein solcher Hochspannungsisolator ist für Innenraumanwendungen geeignet und kann daher in einen im Inneren eines Gehäuses angeordneten Hochspannungsschalter oder einem anderen mit Hochspannung belasteten Apparat verwendet werden, wie etwa einer Stromdurchführung oder einem Überspannungsableiter. Da er hohl ausgebildet ist, kann er zugleich mit einem Isoliergas von mehreren, typischerweise 5 bis 10, bar Druck gefüllt werden und kann zusätzlich auch ein mechanische Kraft übertragendes Teil, wie etwa eine Schaltstange oder ein Getriebe, oder ein mit Strom belastbares Aktivteil aufnehmen, beispielsweise eine Kontaktanordnung beim Schalter, einen Stromleiter bei der Durchführung oder einen spannungsabhängigen Widerstand beim Überspannungsableiter.To produce a high-voltage insulator, a metallic annular flange is attached to each of the two end regions of the insulating hollow body 10, for example by gluing. Such a high voltage insulator is suitable for indoor applications and therefore may be used in a high voltage switch located inside a housing or other high voltage loaded apparatus such as a current feedthrough or a surge arrester. Since it is hollow, it can also be filled with an insulating gas of several, typically 5 to 10, bar pressure and can additionally also a mechanical force transferring part, such as a shift rod or a gear, or a current-carrying active part record, for example, a contact arrangement at the switch, a conductor during the implementation or a voltage-dependent resistor at the surge arrester.

Als Ausgangskomponenten für den Verbundwerkstoff werden verwendet:

100 Gewichtsteile aromatisches Epoxidharz Aradite ® CY 225 (Huntsman),
80 Gewichtsteile Anhydridhärter Aradur ® HY 925 (Huntsman) und
270 Gewichtsteile Quarzmehl des Typs W12EST mit Teilchengrössen zwischen 4 und 28 µm (Quarzwerke Frechen).

As starting components for the composite material are used:

100 parts by weight of aromatic epoxy resin Aradite® CY 225 (Huntsman),
80 parts by weight of anhydride hardener Aradur® HY 925 (Huntsman) and
270 parts by weight of quartz flour of the type W12EST with particle sizes between 4 and 28 μm (Quarzwerke Frechen).

Diese Komponenten werden in der von Harzhersteller angegebenen bekannten Weise zu einer Vergussmasse der Zusammensetzung A miteinander vermischt. Die Vergussmasse wird sodann einem geschlossenen Formwerkzeug 40 zugeführt, in dem die Vergussmasse nach einem nachfolgend beschriebenen automatischen Druckgelier (APG) -Verfahren oder einem konventionellen Vakuum-Giessverfahren behandelt wird. Das Formwerkzeug 40 weist zwei Formhalbschalen auf, von denen aus der Fig.1 nur die Halbschale 41 ersichtlich ist, und einen von den beiden Halbschalen umschliessbaren Formkern 42. Der Formkern 42 wird bei geöffneten Halbschalen aus dem Formwerkzeug 40 herausgenommen und die Fasereinlage 30 auf den Formkern 42 aufgezogen.These components are mixed together in the manner known by the resin manufacturer to form a casting compound of composition A. The potting compound is then fed to a closed mold 40, in which the potting compound is treated according to an automatic pressure gelling (APG) process described below or a conventional vacuum casting process. The mold 40 has two mold half shells, of which the Fig.1 only the half-shell 41 can be seen, and a mold core 42 which can be enclosed by the two half shells. The mold core 42 is removed from the mold 40 when the half shells are open and the fiber core 30 is mounted on the mold core 42.

Die Fasereinlage 30 enthält ein nach Art eines Gitternetzes ausgeführtes Gewebe oder Gelege mit weitgehend quadratischen Maschen. Die Maschenweite ist so gewählt, dass beim Vergiessen die Fasereinlage 30 gleichmässig mit Vergussmasse imprägniert wird, die Füllstoffteilchen der Vergussmasse also ohne Widerstand durch die Maschen des Gitternetzes treten können. Als Material für den Faserkörper 30 hat sich ein Glasfasergewebe mit quadratischer Netzstruktur mit eine Maschenweite von ca. 4,5 mm bewährt, welches unter der Produkt Nr. R82 a101 von der Fa. Saint-Gobain vertrieben wird.The fiber insert 30 contains a mesh or scrim designed in the manner of a grid with largely square meshes. The mesh size is chosen so that when casting the fiber insert 30 is uniformly impregnated with potting compound, so the filler particles of the potting compound can pass without resistance through the mesh of the grid. As a material for the fiber body 30, a glass fiber fabric with a square mesh structure has proven with a mesh size of about 4.5 mm, which is sold under the product no. R82 a101 from the company. Saint-Gobain.

Nach Einlegen des die Fasereinlage 30 tragenden Formkerns 42 und Verschliessen der beiden Halbschalen des Formwerkzeugs 40 wird so im Inneren des Formwerkzeugs ein die Fasereinlage 30 flüssigkeitsdicht einschliessender Hohlraum gebildet. In diesen Hohlraum wird die auf ca. 140° erhitzte Vergussmasse bei einem Druck von 1 bis zwei bar eingebracht und nachfolgend bei einem Druck von 4 bis 6 bar gehärtet, um so die beim Härten der Vergussmasse einsetzende Schrumpfung der Vergussmasse zu kompensieren und um durch den hohen Druck die Grösse von Poren zu reduzieren, die auf möglicherweise noch vorhandene Gaseinschlüsse in der Vergussmasse zurückzuführen sind. Der gehärtete Isolierstoffhohlkörper 10 wird dem geöffneten Formwerkzeug 40 entnommen und freistehend in einem Umluftofen nachgehärtet.After inserting the core insert 42 carrying the fiber insert 30 and closing the two half-shells of the molding tool 40, a cavity 30 enclosing the fiber core 30 in a fluid-tight manner is thus formed in the interior of the molding tool. In this cavity, the heated to about 140 ° potting is at a Pressure introduced from 1 to two bar and then cured at a pressure of 4 to 6 bar, so as to compensate for the onset of hardening of the potting compound shrinkage of the potting compound and to reduce the size of pores due to the high pressure on possibly still existing Gas inclusions are due to the potting compound. The hardened Isolierstoffhohlkörper 10 is removed from the open mold 40 and post-cured free-standing in a convection oven.

Soll der Isolierstoffhohlkörper 10 in einem für Freiluftaufstellung geeigneten Hochspannungsisolator eingesetzt werden, dann wird bei der Fertigung des Isolierstoffhohlkörpers anstelle der zuvor beschriebenen Vergussmasse eine Vergussmasse auf der Basis einer cycloaliphatischen Epoxidharzverbindung verwendet. Eine geeignete Zusammensetzung dieser Verbundmasse hat beispielsweise folgende Zusammensetzung B:

100 Gewichtsteile cycloaliphatisches Epoxidharz Aradite ® CY 184 (Huntsman),
80 Gewichtsteile Anhydridhärter Aradur ® HY 1235 (Huntsman), 0,5 Gewichtsteile Beschleuniger DY 062 (Huntsman) und
290 Gewichtsteile Quarzmehl des Typs W12EST mit Teilchengrössen zwischen 4 und 28 µm (Quarzwerke Frechen).

If the Isolierstoffhohlkörper 10 are used in a suitable for outdoor installation high voltage insulator, then a potting compound based on a cycloaliphatic epoxy resin compound is used in the manufacture of the insulating hollow body instead of the previously described potting compound. A suitable composition of this composite material has, for example, the following composition B:

100 parts by weight of cycloaliphatic epoxy resin Aradite® CY 184 (Huntsman),
80 parts by weight of anhydride hardener Aradur® HY 1235 (Huntsman), 0.5 part by weight of accelerator DY 062 (Huntsman) and
290 parts by weight of quartz flour of the type W12EST with particle sizes between 4 and 28 μm (Quarzwerke Frechen).

Der entsprechend dem vorstehenden Ausführungsbeispiel durch automatisches Druckgelieren oder durch Vakuumvergiessen gefertigte rohrförmige Isolierstoffhohlkörper weist ausgezeichnete Freiluftbeständigkeit auf. Um eine gute Beständigkeit gegen Witterungseinflüsse zu erreichen, wird beispielsweise durch Verkleben, Aufwickeln oder Aufgiessen auf den so gefertigten freiluftbeständigen Isolierstoffhohlkörper eine aus Fig.1 nicht ersichtliche Beschirmung aus einem ebenfalls freiluftbeständigen Material, beispielsweise einem Polymer auf der Basis eines cycloaliphatischen Epoxidharzes oder eines Silicons, angebracht.The tubular insulating hollow body made according to the above embodiment by automatic pressure gelation or vacuum casting has excellent open air resistance. To achieve a good resistance to weathering, for example, by gluing, winding or pouring on the thus manufactured free-air insulating hollow body one from Fig.1 unseen shielding made of a likewise free-air-resistant material, such as a polymer based on a cycloaliphatic epoxy resin or a silicone attached.

Die Ausführungsform des Isolierstoffhohlkörpers 10 nach Fig.2 weist wie die Ausführungsform nach Fig. 1 ein nach Art eines Rohrs ausgebildetes Zentralteil 13 auf, in das jedoch ein als Beschirmung 14 ausgebildeter Wetterschutz mit vorwiegend radial ausgerichteten Schirmen eingeformt ist. Dieser Isolierstoffhohlkörper 10 wird entsprechend der Ausführungsform gemäss Fig.1 gefertigt, wobei jedoch die freiluftbeständige Vergussmasse B bei der Herstellung verwendet wird und in die beiden Halbschalen des Formwerkzeugs 40 der Beschirmung 14 entsprechende, ringförmige Vertiefungen eingeformt sind.The embodiment of the Isolierstoffhohlkörpers 10 after Fig.2 shows how the embodiment after Fig. 1 a formed in the manner of a pipe central part 13, in which, however, is designed as a shield 14 weather protection formed with predominantly radially oriented screens. This insulating hollow body 10 is according to the embodiment according to Fig.1 manufactured, but the free-air-resistant potting compound B is used in the manufacture and in the two half-shells of the mold 40 of the shield 14 corresponding, annular recesses are formed.

Im Unterschied zur Ausführungsform des Isolierstoffhohlkörpers 10 nach Fig.2 ist bei der Ausführungsform des Isolierstoffhohlkörpers nach Fig.3 die Fasereinlage 30 als selbsttragender Faserkörper ausgebildet und weist ein nach Art eines Rohrs ausgebildetes Tragteil 31 und an das Tragteil etwa durch Nähen oder Kleben angesetzte Faserschirme 32 auf. Ein solcher selbsttragender Faserkörper wird zusammen mit dem Formkern in das entsprechend der Ausführungsform gemäss Fig.2 ausgebildete Formwerkzeug eingebracht. Nach Verschliessen des Formwerkzeugs wird die freiluftbeständige Vergussmasse der Zusammensetzung B in den vom Formwerkzeug umschlossenen Hohlraum eingebracht und der Isolierstoffhohlkörper 10 nach Fig.3 durch automatisches Druckgelieren oder durch Vergiessen unter Vakuum gefertigt.In contrast to the embodiment of Isolierstoffhohlkörpers 10 after Fig.2 is in the embodiment of Isolierstoffhohlkörpers after Figure 3 the fiber core 30 is formed as a self-supporting fiber body and has a formed in the manner of a tube support member 31 and attached to the support member about by sewing or gluing fiber shades 32. Such a self-supporting fiber body is together with the mold core in accordance with the embodiment according to Fig.2 trained mold introduced. After closing the mold, the free-air-resistant potting compound of the composition B is introduced into the cavity enclosed by the mold and the insulating hollow body 10 after Figure 3 manufactured by automatic pressure gelling or by casting under vacuum.

An den Endbereichen eines gemäss Fig. 2 ausgebildeten Isolierstoffhohlkörpers 10 werden - wie beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 beschrieben - Metallflansche angebracht. Ein so gefertigter Hochspannungsisolator und ein zu Vergleichszwecken gefertigter und daher entsprechend ausgebildeter Hochspannungsisolator, dessen Isolierstoffhohlkörper jedoch keine Fasereinlage 30 aufweist, werden lokal und global auf ihr Berstverhalten geprüft. Zu diesem Zweck werden der Hohlraum des Hochspannungsisolators nach Fig. 2 und der entsprechend ausgebildete Hohlraum des Vergleichsisolators mit einem kompressiblen Medium, wie etwa Wasser, gefüllt und dieses Wasser unter Druck gesetzt. Da beide Hochspannungsisolatoren aus einem wegen des hohen Füllstoffanteils festen Verbundwerkstoff bestehen, können die beiden Isolatoren global mit einem den üblichen Betriebsdruck um das Zehnfache übersteigenden Innendruck von 80 bar belastet werden, ohne dass ein sichtbarer Schaden an den Isolierstoffhohlkörpern beider Hochspannungsisolatoren auftritt.At the end of a Fig. 2 formed Isolierstoffhohlkörpers 10 are - as in the embodiment according to Fig. 1 described - metal flanges attached. A high-voltage insulator manufactured in this way and a high-voltage insulator manufactured for comparison purposes and therefore appropriately designed, whose hollow insulating body does not have a fiber core 30, are tested locally and globally for their bursting behavior. For this purpose, the cavity of the high voltage insulator after Fig. 2 and the correspondingly formed cavity of the comparative insulator filled with a compressible medium, such as water, and this water is pressurized. Since both high-voltage insulators consist of a solid because of the high filler content composite material, the two insulators can be globally charged with the usual operating pressure by ten times the internal pressure of 80 bar without visible damage to the insulating hollow bodies of both high-voltage insulators occurs.

Da während des Betriebs des Hochspannungsisolators neben der global auf den gesamten Isolierstoffhohlkörper wirkenden Innendruckbelastung aber auch lokale Kräfte wirken können, die etwa durch Vandalenakte oder Naturkatastrophen hervorgerufen sind, weist der Isolierstoffhohlkörper nach der Erfindung die Fasereinlage 30 auf. Diese Fasereinlage ist ohne Vorspannung in den Verbundwerkstoff integriert und erhöht daher zwar nicht die mechanische Festigkeit des Isolierstoffhohlkörpers 10, wirkt aber bei einer lokalen Überlastung einer Zersplitterung des Isolierstoffhohlkörpers resp. einem Absplittern von Teilen des Isolierstoffhohlkörpers entgegen. Solche lokale Überlastung kann typischerweise ein aus einer Feuerwaffe abgegebenes Geschoss sein.Since during operation of the high-voltage insulator in addition to the globally acting on the entire Isolierstoffhohlkörper internal pressure but also local forces can act, caused for example by acts of vandalism or natural disasters, the Isolierstoffhohlkörper according to the invention, the Fiber core 30 on. This fiber insert is integrated without bias in the composite material and therefore does not increase the mechanical strength of Isolierstoffhohlkörpers 10, but acts at a local overload splintering of Isolierstoffhohlkörpers resp. a chipping of parts of the insulating hollow body. Such local overload may typically be a bullet fired from a firearm.

Die Wirkung eines solches Geschosses wurde mit Hilfe eines 26,5 kg schweren Metallkörpers mit einer sich konisch verjüngenden Spitze simuliert. Bei der Simulation wurden der Hochspannungsisolator nach der Erfindung und der Vergleichsisolator jeweils horizontal angeordnet und wurde der Metallkörper - in einem vertikal ausgerichteten Rohr mit der Spitze voraus geführt - aus ca. 7,5 m Höhe am gleichen Ort, beispielsweise in der Mitte, auf den Isolierstoffhohlkörper beider druckbelasteter Isolatoren aufgeschlagen. Beim Vergleichsisolator bohrte die Spitze des Metallkörpers ein Loch in das Zentralteil des Isolierstoffhohlkörpers und splitterten ein erheblicher Teil der Beschirmung und des Zentralteils im Bereich des Lochs ab. Beim Isolator nach der Erfindung war der Durchmesser des Lochs wesentlich kleiner und splitterten nur einige kleine Teile der Beschirmung 14 ab.The effect of such a bullet was simulated by means of a 26.5 kg metal body with a conically tapered tip. In the simulation, the high-voltage insulator according to the invention and the comparative insulator were each arranged horizontally and the metal body - led in a vertically aligned pipe with the tip ahead - from about 7.5 m height in the same place, for example in the middle of the Isolierstoffhohlkörper pitched both pressure loaded insulators. In the comparative insulator, the tip of the metal body pierced a hole in the central part of the hollow insulating body and splintered a considerable part of the shield and the central part in the area of the hole. In the insulator according to the invention, the diameter of the hole was much smaller and splintered only a few small parts of the shield 14 from.

Diese vorteilhafte Wirkung ist der Fasereinlage 30 zu verdanken, an deren Fasern der Verbundwerkstoff 20 haftet. Bei der durch das Aufschlagen des Metallkörpers hervorgerufenen lokalen Überlastung des Vergleichsisolators wird die Bruchfestigkeit des Verbundwerkstoffs 20 überschritten und bilden sich im Isolierstoffhohlkörper Risse aus, welche die Festigkeit des Isolierstoffhohlkörpers zumindest lokal, gegebenenfalls aber auch global, schwächen. Unter der Wirkung des im Inneren des Isolierstoffhohlkörpers befindlichen komprimierten Isoliergases werden daher beim Vergleichsisolator zumindest lokal explosionsartig im Zentimeter- bis Dezimeterbereich liegende, grosse Bruchstücke des Isolierstoffhohlkörpers weggeschleudert, wohingegen beim Hochspannungsisolator nach der Erfindung durch die als Splitterschutz wirkende, in den Verbundwerkstoff 20 eingelagerte Fasereinlage 30 ein explosionsartiges Wegschleudern grosser Bruchstücke des Isolierstoffhohlkörpers 10 nahezu vollständig vermieden wird.This advantageous effect is due to the fiber core 30, on whose fibers the composite material 20 adheres. In the caused by the impact of the metal body local overload of the comparative insulator the breaking strength of the composite material 20 is exceeded and formed in Isolierstoffhohlkörper cracks, which weaken the strength of Isolierstoffhohlkörpers at least locally, but possibly also globally. Under the action of the compressed insulating gas located in the interior of the Isolierstoffhohlkörpers therefore large fragments of Isolierstoffhohlkörpers are at least locally exploded in the centimeter to Dezimeterbereich at the local comparison insulator, whereas the high voltage insulator according to the invention by acting as splinter protection, embedded in the composite material 20 fiber insert 30th an explosive throwing away large fragments of Isolierstoffhohlkörpers 10 is almost completely avoided.

Eine besonders hohe lokale Splitterfestigkeit weisen Hochspannungsisolatoren auf, in die gemäss den Figuren 1 und 3 ausgebildete Isolierstoffhohlkörper eingebaut sind. Da bei diesen beiden Isolierstoffhohlkörpern die Fasereinlage 30 der äusseren Form des Isolierstoffhohlkörpers 10 entspricht und daher bei der Ausführungsform nach Fig.3 auch in die Beschirmung 14 eingelegt ist, wird ein explosionsartiges Wegschleudern grosser Bruchstücke des Isolierstoffhohlkörpers vollständig vermieden.A particularly high local splinter resistance have high-voltage insulators, in accordance with the FIGS. 1 and 3 trained Isolierstoffhohlkörper are installed. Since in these two Isolierstoffhohlkörper the fiber insert 30 corresponds to the outer shape of the Isolierstoffhohlkörpers 10 and therefore in the embodiment according to Figure 3 is also inserted into the shield 14, an explosive throwing away large fragments of Isolierstoffhohlkörpers is completely avoided.

LIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: IsolierstoffhohlkörperIsolierstoffhohlkörper
1111: Achseaxis
1212: Endabschnittend
1313: ZentralteilCentral part
1414: Beschirmungcanopy
2020: VerbundwerkstoffComposite material
3030: Fasereinlagefiber Core
3131: Tragteilsupporting part
3232: Faserschirmefiber screens
4040: Formwerkzeugmold
4141: FormhalbschalenForm half shells
4242: Form kernForm core

Claims

Insulating hollow body (10) for a high-pressure insulator with high-pressure insulator made of a composite material (20) based on a polymeric matrix and a filler incorporated in the polymeric matrix, characterized in that a fiber core (30) is embedded in the composite material (20) at least guided by a Isolierstoffhohlkörper (10) limited and exposed to the pressure cavity and above the breaking strength of the composite acts as splinter protection.

Insulated hollow body according to claim 1, characterized in that the fiber insert (30) has open, the particles of the filler by-passing pores.

Insulated hollow body according to claim 2, characterized in that the average size of the open pores is at least 2 to 4 times the maximum size of the filler particles.

Insulated hollow body according to one of claims 1 to 3, characterized in that the fiber insert (30) contains a fabric or scrim and forms a grid with a size of the pores determining mesh size.

Isolierstoffhohlkörper according to claim 4, characterized in that the mesh size of the grid is a few millimeters.

Insulated hollow body according to one of claims 1 to 4, characterized in that the fiber insert (30) is formed as a mat.

Insulated hollow body according to one of claims 1 to 6, characterized in that the fiber core (30) is formed as a self-supporting fiber body.

Insulated hollow body according to claim 7, characterized in that the fiber body (30) has a formed in the manner of a pipe, a hollow cone or a barrel support member (31).

Isolierstoffhohlkörper according to any one of claims 7 or 8, characterized in that on the support member (31) predominantly radially aligned fiber screens (32) are mounted.

Insulated hollow body according to one of claims 1 to 9, characterized in that the proportion of filler in the composite material is at least 50, preferably 60 to 90, weight percent.

Insulated hollow body according to claim 10, characterized in that the filler contains a mixture of at least two filler components with differing average size of the particles of the two filler components and / or with different chemical composition.

High-voltage insulator with a Isolierstoffhohlkörper according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the insulating hollow body has a shield and contains as polymer a cured cycloaliphatic epoxy resin compound.

High-voltage insulator with a Isolierstoffhohlkörper according to one of claims 1 to 11, characterized in that the Isolierstoffhohlkörper formed schirmungsfrei and contains a cured aromatic epoxy resin compound as a polymer.

A process for producing a hollow insulating body according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the fiber insert (30) in an open mold (40) is arranged, that after closure of the mold (40) is a prefabricated mixture of liquid polymer and filler in the Forming tool (40) introduced and in this case the fiber insert (30) is embedded in the introduced mixture, and that the Isolierstoffhohlkörper (30) is subsequently formed by solidification of the polymer in the mold (40).