FI107086B - Sähköneristin - Google Patents

Description

107086 Sähköneristin - Elektrisk isolator

Keksinnön kohteena on sähköneristin, joka käsittää ulomman komponentin, jolla on yleisesti putkimainen muoto ja on muodostunut sähköä eristävästä ja oleellisesti 5 ryömyvirrattomasta polymeerimateriaalista, ja sisemmän komponentin, joka on muodostunut sähköä eristävästä polymeerimateriaalista.

Eristimet muodostetaan tyypillisesti rungoltaan pitkänomaiseksi sähköä eristävästä materiaalista, kuten posliinista, lisättynä tai ilman ulkoista polymeeristä komponenttia, tai polymeerisellä komponentilla päällystetystä lasikuidusta. Metallikiinnittimet 10 asennetaan kumpaankin päähän, kiinnitettäväksi sellaiseen sähkölaitteeseen, jossa on kohotettu jännite (tyypillisesti korkeampi ja usein paljon korkeampi kuin 1 kV) ja (tavallisesti) vastaavasti maahan. Ulkopinta saattaa olla varustettu eristimen laipoilla ja/tai se on poimutettu, jolloin saadaan estetyksi veden suora valuminen pää-tykiinnittimien välillä ja siten myöskin pidennetyksi pintavuodon radan pituutta.

15 Kun kyseessä on umpinainen posliinieristin, voivat eristimen laipat ja/tai poimut olla kokonaisuudessaan yhtä ainetta posliinisydämen kanssa. Vaihtoehtoisesti voi vakio halkaisijan omaavassa sylinterimäisessä posliinitangossa olla sen päälle asennettuna polymeerinen komponentti, jolla on laipan ja/tai poimun ääriviivat. Lasikuidun heikosta sähköä johtavasta ja vettä imevästä ominaisuudesta johtuen, eristimen sy-20 dämen ollessa tällaisesta materiaalista, on ulompi suojaava komponentti tarpeellinen, ja tämä voidaan aikaansaada sopivasti valetusta ja/tai kierretystä polymeerisestä komponentista.

*

Posliini on traditionaalista eristinmateriaalia, ja se sopii edelleen tiettyihin kohteisiin, koska sillä on hyvä vastustus sähköpurkausten aiheuttamia vaurioita vastaan ja 25 se kestää sään ja kemikaalien vaikutuksia. Mutta se on suhteellisen raskasta ja haurasta materiaalia, jolloin se voi haljeta iskusta; ja tämän suhteen ovat poimut tai laipat erityisen vaurioalttiita. Posliinilla on edelleen korkea vapaa pintaenergia, mikä tekee siitä likaa säilyttävän. Sen valmistusprosessi vaatii kuumentamista poltto uunissa, eikä tämä myötävaikuta monimutkaisen mallin valmistamiseen. Mutta se ei 30 ole kuitenkaan mitään kallista materiaalia eristimen valmistamiseen.

Polymeeriset eristimet sopivat yleisesti moneen eri käyttöön ja niitä käytetäänkin laajasti ja menestyksekkäästi, erityisesti niiden alhaisen painon vuoksi, varsinkin . verrattuna posliiniin tai muihin keraamisiin materiaaleihin ja niiden likaantumisen vastustukseen, mitä erilaisimmissa olosuhteissa, esim. korkeammissa jännitteissä ja 2 107086 epäedullisissa toimintaolosuhteissa, erityisesti ympäristön ollessa kovin saastunutta. Lisäksi polymeeriset materiaalit säilyttävät normaalisti mekaanisen jäykkyytensä joutuessaan mahdollisesti mekaanisen väärinkäytön kohteeksi, ja ne on suhteellisen helppo muokata monimutkaisiksi malleiksi.

5 Eräs esimerkki polymeerisestä eristimestä on esitetty GB-julkaisussa 1 292 276, ja siihen kuuluu keskustuki, joka voi olla lasikuitutanko tai -putki, ja siinä on metalli-kiinnittimet kummassakin päässä ja sen ulkopintakerros on muovattu kuumakutis-tettavasta sähköradattomasta eristävästä polymeerisestä hoikista, joka ulottuu tuen koko pituudelle ja peittää kummankin pään kiinnittimet.

10 Toinen sähköneristimen edullinen muoto on esitetty EP-julkaisussa 0 125 884, johon kuuluu eristin, joka on hybridi posliinieristimen ja polymeerisen eristimen välillä. Tässä eristimessä yhdistyvät posliinin rakenteellisen lujuuden edut muodostettaessa eristimen sydäntä, jonka päähän metalliliitäntöjen kiinnittimet on asennettu, ja polymeerisen materiaalin keveyden, muotoiltavuuden ja mekaanisen kestävyyden 15 (erityisesti ilkivaltaa vastaan) edut muodostettaessa ulompaa komponenttia. Ulompi komponentti sijoitetaan posliinisydämelle erilleen metallisista päätykiinnittimistä, jotta saadaan vältetyksi näillä paikoin tapahtuva polymeerin hajoaminen, joka taas johtuu voimakkaasta paikallisesta sähköisestä vaikutusvoimasta.

Posliini- ja hybridieristimet kärsivät kuitenkin yhä niistä ongelmista, jotka liittyvät 20 suureen tiheyteen ja siten posliinin painoon, ja tämä haitta on myös muussa keramiikassa, kuten lasissa. Lasikuidusta olevat eristimen sydämet ovat toisaalta herkkiä päästämään sisään kosteutta, joka sitten, lasikuitujen ulottuessa eristimen päästä toi-• seen, kulkee silloin sydämenä eristimen koko pituuden läpi, muodostaen sähköä johtavan radan ja tuhoten sen toimintakyvyn. Edelleen niissä käyttökohteissa, joissa 25 on mukana televiestinnän siirtoasemat, ja erityisesti suurella taajuudella, voi mikä tahansa mekaaninen liike eristimen metallisten päätykiinnittimien ja siihen liittyvän sähkölaitteen välillä synnyttää välittömiä kontakteja, jotka voivat kehittää sähköhäi-riöääniä.

·· Tämän mukaan on keksinnön tavoitteena aikaansaada sähköneristin, joka poistaa, 30 tai ainakin vähentää joitain tai kaikkia edellä mainittuja haittoja.

Tämän keksinnön erään näkökohdan mukaan on tässä kohteena sähköneristin, joka käsittää i) ulomman komponentin, jolla on yleisesti putkimainen muoto ja on muodostunut sähköä eristävästä ja oleellisesti ryömyvirrattomasta polymeerimateriaalista, ja 3 107086 ii) sisemmän komponentin, joka on muodostunut sähköä eristävästä polymeeri-materiaalista.

Keksinnölle on tunnusomaista se, että sisemmän komponentin sähköä eristävä materiaali muodostuu oleellisesti homogeenisesta ei-hygroskooppisesta materiaalista, 5 jonka taivutusmoduuli on välillä 0,5—20,0 GPa lämpötilassa 23 °C.

Sisempi ja ulompi komponentti ovat edullisesti erillisiä, ja ulompi komponentti on asennettu sisemmän komponentin pinnalle.

Keksinnön tämä toteutusmuoto käsittää siten kaksikomponenttisen eristimen, jossa sisempi komponentti on polymeeristä materiaalia ja se valitaan mekaanisten ominai-10 suuksien perusteella siten, että se on tarpeeksi jäykkää lujan elimen muodostamiseksi, ja että se on vettä vastustavaa, ja jossa ulompi komponentti on polymeeristä materiaalia, joka valitaan sähköisten ominaisuuksien perusteella, jotta aikaansaadaan sähköradaton ja säänkestävä ulkopinta. Sisemmän komponentin muodostava materiaali on sellaista, että se ei vaadi sellaisia metallipäätykiinnityksiä, joita tarvi-15 taan tunnetuissa eristimissä, koska mekaaniset voimat voidaan siirtää sisempään komponenttiin ja siitä pois suoraan esim. poraamalla ja tapittamalla siten syntyneet reiät. Toisin kuin sellaisessa eristimessä, jossa on lasikuitusydän, tässä ei ole mitään jatkuvia vahvistusfilamenttikuituja, jotka voivat katketa tällaisissa porauksissa, ja mikä silloin muutoin mahdollistaisi veden pääsyn eristimeen. Lisäksi materiaalin 20 luontaisista ominaisuuksista johtuen ei ole mitään syytä varmistaa tavanomaisten päätykiinnittimien avulla, että sisemmän komponentin yhdessä tasossa olevat päät olisivat tiivistetyt kosteuden sisään tunkeutumista vastaan.

: · Sisemmäksi komponentiksi sopivan materiaalin taivutusmoduuli on alueella suun nilleen 0,5—20 GPa, 23 °C. Joihinkin materiaaleihin on tarpeen tai suositeltavaa li-25 sätä lujittavaa täytemateriaalia vaaditun mekaanisen lujuuden saavuttamiseksi ja sellaisissa tapauksissa täyte sisältää katkottua kuitumateriaalia, joka voi olla esim. lasia. Todettakoon tässä se, että vaikka tämän keksinnön eristin sisältääkin täten lasikuitua, ne ovat lyhyitä eivätkä kulje jatkuvina eristimen päästä päähän eivätkä siten riko sen homogeenisuutta, mikä merkitsee sitä, että sisemmän komponentin ma-30 teriaalissa ei edullisesti ole mitään suuntautuneisuutta.

Keksinnön mukaisen eristimen muoto on yleensä pitkänomainen, sisemmän komponentin ollessa sylinterimäinen tanko ja ulomman komponentin ollessa asennettuna sen pintaan, olennaisesti sen ympärille ja siten sähköä suojaavasti, sisemmän komponentin koko ulkopinnan päällä. Riippuen siitä, kuinka liitäntä tehdään eristi-35 men ja siihen liittyvän sähkölaitteen välillä, ovat tavallisesti samassa tasossa olevat 4 107086 sisemmän komponentin päät vaihtoehtoisesti ulkomuodoltaan onton putkimaisen muotoisia ja siten varustettuja, että kumpikin pää on sopivasti tiivistetty pitämään vesi tai kosteus eristimen ulkopuolella. Sisemmän komponentin materiaali valitaan edullisesti seuraavista: reaktioruiskupuristettu polyurea; hyvin tiheä polyeteeni; po-5 lyeteenitereftalaatti; NORYL, polystyreeni, modifioitu polyfenyleenioksidi, valmistaja General Electric Corporation; polyeetterieetteriketoni (polyetheretherketone); polybuteenitereftalaatti; polypropeeni; polyeetterisulfoni; ja polyeetteri-imidi. Sisemmän komponentin materiaalin dielektrisyysvakio (permittiivisyys) ei ole suurempi kuin n. 4, mikä on selvästi vähemmän kuin posliinin, lasin tai lasikuidun vas-10 taava arvo (yli 5). Sisemmällä komponentilla on siten suhteellisen alhainen kapasitanssi, mikä merkitsee sitä, että kehittyneen radioäänen määrä jää alhaiseksi. Tällaiset eristimet sopivat siksi erityisen hyvin radioantennikäyttöön.

Seuraavat materiaalit, joiden vastaavan tangon taivutusmoduuli (GPa, 23 °C) ilmaistaan alempana suluissa, ovat erityisen soveltuvia käytettäväksi tämän keksin-15 non eristimen sisäkomponentiksi: polyeetterieetteriketoni (PEEK), jossa on täytteenä 30 paino-% katkottua lasikuitua (10); täyteaineita sisältämätön polyeetterisulfoni- tai polyeetteri-imidiyhdiste (2,6); polyeetteritereftalaatti (PET), täytettynä 50 tai 30 paino-%:lla katkottua lasikuitua (18,3 ja vastaavasti 11,3); täyteaineita sisältämätön PET (2,5); polypropeeni, jossa on täytteenä 30 paino-% katkottua lasikuitua, 20 (6,0); täyteaineita sisältämätön polybuteenitereftalaatti (PBT) (2,0); hyvin tiivis po lyeteeni (HDPE) (1,0); ja reaktioruiskupuristettu (RIM) polyurea (0,5—0,1). Tällaiset materiaalit soveltuvat käytettäväksi lämpötila-alueella -40—80 °C, niiden di-elektrisyyslujuus on suurempi kuin 10 kV/mm, niissä on alhainen veden absorptio ja niissä säilyy hyvä sähkölujuus, vaikka ne olisivat veden kyllästämät.

25 Ulkokäyttöä varten ja/tai käytettäväksi saastuneessa ympäristössä on eristimen ulkopinta varustettu edullisesti eristimen laipoilla/tai siinä on poimutettu ulkomuoto. Tämä voidaan toteuttaa sopivasti tekemällä ulompi komponentti siinä muodossa kuin esitetään julkaisuissa GB-A-1 530 994 tai GB-A-1 530 995 tai EP-A-0 147 978, mikä merkitsee sitä, että kyseessä on ontto tuote, jossa on ulompi eristi-30 men laipoilla varustettu ja/tai poimutettu ulkomuoto. Sellaiset tuotteet ovat lämpö-palautuvia kohdistamalla niihin lämpöä, mutta asiaa voidaan tarkastella myöskin siten, että ulompi komponentti voidaan liittää kohdistamatta siihen lämpöä, ja se voi olla esim. sellainen tuote, joka on esitetty julkaisussa EP-B-0 210 807.

Vaihtoehtoisesti voidaan ulompi komponentti valaa paikoilleen sisemmän kompo-35 nentin pinnalle.

5 107086

Sopivat lämpöpalautuvat tuotteet käytettäväksi eristimen ulompana komponenttina ovat saatavissa Raychemiltä nimellä 200S Parts. Nämä osat ovat sekä säänkestäviä, so. niillä on hyvä kestävyys UV-säteilyä, otsonia, suoloja sekä vettä vastaan, että ne ovat myöskin sähköradattomia, so. ne mukautuvat ASTM D2303:n kaltevaan tasoon 5 ja IEC 112 suhteellisia seurantaindeksin erittelyjä. Esimerkkejä ulommaksi komponentiksi soveltuvista materiaaleista esitetään julkaisuissa GB-A-1 337 951 ja 1 337 952.

Julkaisujen GB-A-1 530 994, GB-A-1 530 995, EP-A-0 147 978, EP-B-0 210 807, GB-A-1 337 951 ja 1 337 952 täydelliset kuvaukset sisältyvät tähän lähdeviitteinä.

10 Keksinnön toisessa suoritusmuodossa voi sisempi komponentti tai erikoisen luja osa olla itsessään muovattu eristimen laipoilla varustettuun ja/tai poimutettuun muotoon ja ulompi komponentti voidaan muovata yhtenäisestä putkimaisesta elimestä. Yhtenäinen putkimainen elin asetetaan sitten sisemmän komponentin päälle, johon se olennaisesti mukautuu. Tällainen mukautuvuus toteutetaan muovaamalla ulompi 15 komponentti palautuvaa, esim. lämpöpalautuvaa polymeeristä materiaalia olevasta putkesta, jossa on olennaisen yhtenäinen halkaisija ja seinän paksuus, joka palautuu sisemmän komponentin pinnalle.

Asiaa voidaan tarkastella myöskin siten, että keksinnön mukaan voi sähköneristin olla muovattu kokonaisuudessaan homogeenisesta, sähköisesti eristävästä, olennai-20 sesti sähköradattomasta epähygroskooppisesta polymeerisestä materiaalista, jonka taivutusmoduuli on ainakin n. 0,5 GPa, 23 °C. Eristin voidaan siten muovata yhdestä ainoasta komponentista, jolla on vaadittavat mekaaniset ja sähköiset ominaisuu-i det. On huomattava, että tällainen eristin voidaan muovata materiaaleista, jotka oh mainittu edellä tai niiden yhdistelmistä.

25 Keksinnön mukaisia eristimiä selitetään seuraavassa esimerkin avulla ja oheiseen piirustukseen viitaten, jossa kuvio 1 esittää 250 mm pitkää eristintä, joka soveltuu 3 kV:n käyttöön saakka ja jossa on pitkänomainen sylinterimäinen tanko muodostaen sisemmän komponentin 2 ja laipoilla varustettu putki muodostaen ulomman komponentin 4. Sisempi komponentti 2, halkaisijaltaan 20 mm, suipentuu kummas-30 sakin päässä halkaisijaltaan heikosti ohuemmaksi, suipentuman varmistaessa myöhemmin ulomman komponentin 4 paikoillaan pysymisen, kun se palautetaan lämmön avulla yhdenmukaiseksi sisemmän komponentin 2 kanssa. Pienempihalkaisi-jaisiin päihin porataan halkaisijaltaan 10 mm:n reikä 6, jolloin mahdollistuu eristi-* men suora kiinnitys siihen yhdistettävään sähkölaitteeseen. Ulommassa komponen- 35 tissa 4 on joukko suurempihalkaisijaisia laippoja 8 vuorotellen eristimen pituudella 6 107086 joukon pienempihalkaisijaisten laippojen 10 kanssa, jolloin koko pintavuodon radan pituus on 650 mm, ja kuvio 2 esittää eristimen sisempää polymeeristä lujaa komponenttia 20, joka itse on muovattu kiinteästä kappaleesta ja jossa on laipat 22 kokonaan niiden väliin muovattuina. Ulompi komponentti aikaansaadaan kutistamalla 5 ontto, yhtenäisen ulkohalkaisijan omaava kuumakutistettava putki 24 sydänelimen 20 päälle yhdenmukaiseksi sen kanssa.

Claims (11)

1. Sähköneristin, joka käsittää i) ulomman komponentin (4: 24), jolla on yleisesti putkimainen muoto ja on 5 muodostunut sähköä eristävästä ja oleellisesti ryömyvirrattomasta polymeerimateriaalista, ja ii) sisemmän komponentin (2; 20), joka on muodostunut sähköä eristävästä polymeerimateriaalista, tunnettu siitä, että sisemmän komponentin (2; 20) sähköä eristävä materiaali muo-10 dostuu oleellisesti homogeenisesta ei-hygroskooppisesta materiaalista, jonka taivu-tusmoduuli on välillä 0,5—20,0 GPa lämpötilassa 23 °C.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen eristin, tunnettu siitä, että sisempi komponentti toimii ulomman komponentin mekaanisena tukielimenä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen eristin, tunnettu siitä, että sisempi kom-15 ponentti on umpiainetta oleva elin tai se on putkimainen elin.

4. Jonkin edellä mainitun patenttivaatimuksen mukainen eristin, tunnettu siitä, että sisemmän komponentin polymeerinen materiaali on lujitettu täyteaineen avulla.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen eristin, tunnettu siitä, että lujitettu täyte käsittää katkottua kuitumateriaalia, edullisesti lasia.

6. Jonkin edellä mainitun patenttivaatimuksen mukainen eristin, tunnettu siitä, että sisemmän komponentin materiaaliksi on valittu: reaktioruiskupuristettu poly-urea, korkeatiheyksinen polyeteeni, polyetyleenitereftalaatti, polyeetterieetteriketo-ni, polybutyleenitereftalaatti, polypropeeni, polyeetterisulfoni ja polyeetteri-imidi.

7. Jonkin edellä mainitun patenttivaatimuksen mukainen eristin, tunnettu siitä, 25 että sisemmän komponentin materiaaliksi on valittu materiaali, jonka dielektrisyys- vakio ei ole suurempi kuin noin 4.

7 107086

8. Jonkin edellä mainitun patenttivaatimuksen mukainen eristin, tunnettu siitä, että ulomman komponentin ulkopinnalla on laipoilla varustettu ja/tai poimutettu ulkomuoto.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen eristin, tunnettu siitä, että laipoilla varustettu ja/tai poimutettu ulkomuoto on aikaansaatu sisemmän komponentin ulkomuodon avulla. 8 107086

10. Jonkin edellä mainitun patenttivaatimuksen mukainen eristin, tunnettu siitä, että ulompi komponentti ympäröi olennaisesti kokonaan sisemmän komponentin.

11. Jonkin edellä mainitun patenttivaatimuksen mukainen eristin, tunnettu siitä, että ulompi komponentti on asennettu sisemmän komponentin päälle palautuvasti 5 paikoilleen, edullisesti lämmön avulla.