NO163798B

NO163798B - Porselensisolator for hoeye spenninger.

Info

Publication number: NO163798B
Application number: NO840757A
Authority: NO
Inventors: Yoshio Mitsumatsu; Shoji Seike
Original assignee: Ngk Insulators Ltd
Priority date: 1983-03-16
Filing date: 1984-02-28
Publication date: 1990-04-09
Also published as: BR8401204A; US4465900A; JPH0113171B2; NO840757L; EP0119838A1; NO163798C; JPS59169004A; CA1196700A; EP0119838B1; DE3464433D1

Description

Oppfinnelsen angår en porselensisolator for høye spenninger

og mer spesielt en porselensisolator for høye spenninger som er egnet for anvendelse i forbindelse med høyspenningslike-strøm (DC), men som også kan anvendes for høyspenningsveksel-strøm (AC).

Hittil er høyspenningsporselensisolatorer for DC

blitt anvendt for elektriske utskillere eller elektriske kraftsystemer. Porselensmaterialer er imidlertid utsatt for nedbrytning når isolatorene anvendes ved høye elektriske påkjenninger eller ved høye temperaturer.

Høyspennings-DC-isolatorer for anvendelse ved høye temperaturer er hittil blitt laget av porselen som har høy spesifikk motstand, en overlegen varmesjokkegenskap og lav varmeekspansjonskoeffisient.

Forskjellige undersøkelser er blitt utført hva angår forringelsesegenskapene for porselen under DC-spenning, og blant disse kan nevnes slike rapporter som den av Kh.S. Valeyev og medarbeidere "The variation of the Electrical Strength of High Voltage Porcelain under Sustained High

Direct Voltage" Elektrichestvo, nr. 1, s. 59-61 (1963), og

av P.P. Budnikov og medarbeidere "The Effeet of Vitreous Phase on the Properties of High-Tension Electrical Porcelain" Xth International Ceramic Congress in Stockholm, Sweden,

juni 12-18, 1966. I disse rapporter er nedbrytningsegenskapene for porselen under DC-spenning blitt bedømt ved anvendelse av prøvestykker med forskjellig sammensetning, og det konkluderes med at porselens spesifikke motstand forholds-vis må være høy for å minske forringelsen av porselenet på grunn av DC~påkjenning. Konklusjonen er blitt forklart ved at når porselen utsettes for høy DC-spenning ved høye temperaturer, oppstår ionestrøm i porselenet, og et lag med høy spesifikk motstand og inneholdende en redusert mengde alkali-metallkomponent dannes på den positive elektrode av porselenet, mens en avsetning av alkalimetall dannes på porselenets negative elektroder, og porselenets mekaniske egenskaper og elektriske egenskaper blir derfor forringet.

Ifølge resultater av forsøk utført i forbindelse med den foreliggende oppfinnelse ved anvendelse av prøvestykker for å bedømme nedbrytningsegenskapene for porselen under DC-spenning er den tendens blitt bekreftet at reduksjonshastigheten for dielektrisk gjennomslagsspenning blir lav med økende spesifikk motstand for porselenet, som vist på

Fig. 1, på lignende måte som resultatene av undersøkelsene ifølge de ovennevnte kjente publikasjoner. Dette skyldes

antagelig at under visse DC-spenningsbetingelser vil porselen med høy spesifikk motstand tillate en liten mengde elektrisk strøm å strømme som derfor utøver en mindre virkning på ned-brytningen av porselenet.

Selv om forsøk er blitt utført angående nedbrytning av porselen på grunn av DC-spenning under anvendelse av prøve-stykker som nevnt ovenfor, finnes meget få undersøkelser av nedbrytningsegenskapene for porselensisolatorer under DC-spenning som er blitt erholdt ved å sette sammen porselen og utstyr ved hjelp av sement eller et lignende materiale. Mekanismen for nedbrytning av porselensisolatorer på grunn av DC-spenning er derfor ennu ikke blitt klarlagt.

Det tas ved oppfinnelsen sikte på å unngå de ovennevnte ulemper i forbindelse med vanlige høyspenningsporselens-isolatorer.

Det tas ved oppfinnelsen også sikte på å tilveiebringe en høyspenningsporselensisolator med stor pålitelighet og mindre forringelse selv efter lengre tids bruk under ved-varende DC-spenning.

Oppfinnelsen angår således en høyspenningsporselens-isolator omfattende et porselenslegme og en glasur påført på i det minste én overflate av porselenslegemet som har en spesifikk motstand P av 5,0x10"*"^ fl. cm = P = 1,0x10"'"^

A P P '

SL. cm, og høyspennmgsporselensisolatoren er: særpreget ved at glasuren har en spesifikk motstand P av 5,0x10<12>

il. cm = Pp= 5,0xl0<14> H . cm og at Pg < Pp.

Ifølge en foretrukken utførelsesform har høyspennings-porselensisolatoren en glasur med en spesifikk motstand'.

P av P = lxlO<13> li . cm, og y P < 0,8 P p.

Ifølge en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen har porselenslegemet en spesifikk motstand P^ av 1,0x10<14 >fl . cm Pp = l,0xl016 fl. cm og glasuren en spesifikk mot-

stand P av p = l,0xl0<13> Sl. cm, og P < 0,8 P.

g rg g p

Oppfinnelsen vil nu bli mer detaljert beskrevet under henvisning til de ledsagende tegninger, hvorav

Fig. 1 er en karakteristisk kurve over nedbrytningsegenskapene for porselen på grunn av DC-spenning, og kurven viser fallet i % av den dielektriske gjennomslagsspenning i forhold til porselenets spesifikke motstand p p, Fig. 2 er en karakteristisk kurve for et ioneakkumuler-ingsforsøk for porselensisolatorer og viser den anslåtte levealder (år) ved ioneakkumuleringsforsøket i forhold til porselenets spesifikke motstand p P, Fig. 3 er et tverrsnitt gjennom en utførelsesform av en porselensisolator ifølge oppfinnelsen, og Fig. 4 er et forstørret delriss av delen IV ifølge

Fig. 3.

På tegningene angir de følgende henvisningstall de følgende komponenter: 1 = porselenslegemet, 2 = glasuren, 2a = den del av glasuren som befinner seg i kontakt med en sement 3a, 2b = utvendig eksponert del av glasuren, 2c = den del av glasuren som befinner seg i kontakt med den annen sement 3b, 3 = sement, 3a = sementdelen, 3b = en annen sementdel, 4 = hårdt utstyr, 4a = hårdt utstyr som danner en positiv elektrode,

4b = hårdt utstyr som danner en negativ elektrode, og 5 =

en kork.

Under henvisning til Fig. 3 og 4 som gjengir et eksempel på en utførelsesform av en høyspenningsporselens-isolator ifølge oppfinnelsen, er et porselenslegeme 1 belagt med en glasur 2 på sin overflate og er forsynt med hårde komponenter 4a og 4b som danner hhv. en positiv elektrode og en negativ elektrode og som er fast festet i et par motsatte hull i porselenslegemet 1 ved hjelp av sement 3 og via en kork 5.

Ifølge oppfinnelsen er nedbrytningsegenskapene for porselensisolatoren på grunn DC-spenning blitt undersøkt på den følgende måte: En prøvningsmetode ble anvendt for undersøkelsen, hvor porselensisolatorene utsettes for en høy DC-spenning, f.eks.

10 kV pr. isolator, i en viss periode, f.eks. én måned, i en isotermisk tank ved en temperatur av f.eks. 220°C, og en

opprinnelig verdi for kraftfrekvensgjennomtrengningsspenningen i olje før påføringen av DC-spenningen sammenlignes med gjen-nomtrengningsspenningen efter påføringen av DC-spenningen for å bestemme en hastighetsvariasjon, eller porselensisolatoren utsettes for en høy DC-spenning inntil gjennomslag, og den nødvendige tid før gjennomslaget måles. Herefter vil prøv-ningsmetoden bli betegnet som "ioneakkumuleringsprøvning".

Nedbrytningsegenskapen for porselensisolatoren ved ioneakkumuleringsprøvningen kan sammenlignes med nedbrytningsegenskapen for porselensisolatoren under praktisk bruk, som følger:

Den mengde av akkumulert ladning C-^ (coulomb) av elektrisk strøm i (ampere) som strømmet gjennom porselensisolatoren inntil tiden t (sek.) som var nødvendig for gjennomslag gjennom porselensisolatoren, uttrykkes som følger:

For en stolpeisolator som vist på Fig. 3 som et eksempel på porselensisolatorer, kan mengden av den elektriske ladning CQ (coulomb) som strømmet gjennom stolpeisolatoren i løpet av 50 år med en simulert situasjon med en gjennom-snittlig omgivelsestemperatur av 80°C og med en påført spenning av 90 kV beregnes ut fra en motstandsverdi R 25

(,Q ) for stolpeisolatoren ved 25°C og en temperatur-koeffisient K for motstandsverdien. En motstandsverdi Rg0 ( Q ) for stolpeisolatoren ved SO^^den elektriske strøm-verdi (ampere) og mengden av elektrisk ladning CQ (coulomb) i løpet av de 50 år uttrykkes ved. de følgende ligninger:

Ut fra den beregnede mengde av den elektriske ladning

CQ (coulomb) i løpet av de 50 år og mengden av den akkumulerte ladning (coulomb) inntil gjennomslag gjennom stolpeisolatoren ved ioneakkumuleringsprøvningen kan en anslått levealder Y (år) for stolpeisolatoren (herefter forkortet med "anslått levealder") uttrykkes ved hjelp av den følgende formel:

Det er ifølge oppfinnelsen blitt utført en rekke forsøk for å finne den spesifikke motstand for et porselen som korrelerer med porselenets kjemiske sammensetning, mer spesielt den kjemiske sammensetning og mengden av glassaktig fase i porselenet. Porselener for høyspennings-isolatorer består i alminnelighet av krystallfaser, som corund, kvarts, mullitt eller crystoballitt etc, og den glassaktige fase består hovedsakelig av siliciumdioxyd, aluminiumoxyd, alkalimetalloxyder eller jordalkalimetall-oxyder. Krystallinske komponenter med høyere spesifikk motstand enn den glassaktige komponent og den spesifikke motstand for den glassaktige komponent varierer eksponensielt i avhengighet av den kjemiske sammensetning, mens forholdet mellom mengden av krystallinske komponenter og mengden av glassaktig komponent varierer meget lite. Som et resultat av dette varierer porselens spesifikke motstand i det vesentlige i overensstemmelse med porselenets kjemiske sammensetning. Forholdet mellom kjemisk sammensetning og spesifikk motstand for porselen er vist ved hjelp av de utførelsesformer som er beskrevet nedenfor, og en tendens er blitt funnet som går ut på at den spesifikke motstand for porselen blir lavere når natriumoxydmengden øker i forhold til mengden av kaliumoxyd, bariumoxyd, magnesiumoxyd og kalsiumoxyd.

Høyspenningsporselensisolatorer bør imidlertid ha utmerkede elektriske egenskaper, som dielektrisk gjennomslags-fasthet etc., og dessuten utmerkede fysiske egenskaper,

som hårdhet eller strekkefasthet etc. For å tilfredsstille disse ønskede egenskaper er det viktig at porselenet blir tilstrekkelig sintret under brenningsprosessen, og det er nødvendig å foreta korrekt valg av den kjemiske sammensetning for porselenet. Økning av kaliumoxyd, bariumoxyd, magnesiumoxyd eller kalsiumoxyd i porselenet har den virkning at den spesifikke motstand øker. Dersom imidlertid disse bestanddeler økes slik at de overskrider en viss mengde,

kan et sintret legeme med tett struktur ikke oppnås, og disse bestanddeler må derfor begrenses til innen et visst område for samtidig å tilfredsstille såvel de ovenfor be-skrevne elektriske egenskaper som fysiske egenskaper. Med andre ord finnes en grense hva gjelder å øke disse bestanddeler for å øke et porselens spesifikke motstand.

Det er ifølge oppfinnelsen blitt laget stolpeisolatorer under anvendelse av porselenskvaliteter med høy spesifikk motstand og utmerket nedbrytningsegenskap overfor DC-spenning i prøvestykker, og nedbrytningsegenskapen for stolpeisolatorene er blitt bedømt ut fra DC-spenningen ved ioneakkumulerings-prøvningen. Resultatet var at det viste seg at stolpeisolatorene er tilbøyelige til jo høyere porselenets spesifikke motstand er, desto bedre vil nedbrytningsegenskapen på grunn av DC-spenning være, på lignende måte som ved prøvningen av porselenskvalitetene som sådanne. Denne tendens er imidlertid ikke like merkbar sammenlignet med tendensen ved undersøkelsen av prøvestykkene. Det har nemlig vist seg at dersom den spesifikke motstand for en porselens-kvalitet gjøres høy slik at porselensisolatorens levealder før gjennomslag (anslått levealder) ved ioneakkumulerings-prøvningen blir forlenget samtidig som den spesifikke motstand kommer over et visst nivå, vil den anslåtte levealder nærme seg en mettet tilstand, og porselensisolatorens nedbrytningsegenskap under DC-spenning blir ikke like meget forbedret som sammenlignet med forbedringen av den spesifikke motstand.

Når isolatorer som er blitt utsatt for gjennomslag ved ioneakkumuleringsprøvningen undersøkes, finnes det særtrekk at hver gjennomhullet isolator viser en sprekk som starter fra en del av glasuren på porselensoverflaten og som befinner seg i kontakt med sement, dvs. en del av glasuren på porselensoverflaten hvor den elektriske strøm strømmer fra en hård komponent til glasuren og videre til porselenet gjennom sementen med den anslåtte maksimale elektriske strømtetthet. Et annet særtrekk er at sprekken utvikles fra glasurdelen på den positive elektrode. For eksempel viste det seg for en stolpeisolator som vist på Fig. 3 at en sprekk ble dannet som startet fra den del av glasuren 2a som befinner seg i kontakt rundt korken 5 på hårdkomponenten 4a av den positive elektrode. Selv om en gjennom-slagsmekanisme eller gjennomtrengningsmekanisme for en porselensisolator på grunn av DC-spenning ennu ikke er blitt fullstendig analysert, antas det ut fra en slik gjennomslags-form at en påkjenning som bryter ned porselensisolatoren står i forbindelse med den elektriske strøm som strømmer fra hårdkomponenten til glasuren via sementen og videre til porselenet.

Under hensyntagen til disse resultater er det ifølge oppfinnelsen blitt utviklet to botemidler, hvorav det ene går ut på å forbedre porselenets spesifikke motstand på lignende måte som ved resultatet for prøvningen av prøvestykkene, mens det annet botemiddel går ut på å forbedre glasurens spesifikke motstand foruten å forbedre porselenets spesifikke motstand.

Glasurer for høyspenningsporselensisolatorer har til formål å farve en porselensoverflate og å gjøre porselens-overf laten glatt. De må dessuten velges korrekt slik at de vil ha de korrekte fysiske egenskaper, som varmeekspansjonskoeffisient, hårdhet, Young's modul eller strekk-fasthet etc, i forhold til porselenet, som beskrevet i US patentskrift 2157100. For dette formål er den kjemiske sammensetning for glasurer kjennetegnet ved et mindre natriumoxydinnhold og høyere kaliumoxyd-, bariumoxyd-, magnesiumoxyd- og kalsiumoxydinnhold i forhold til porselenets glassaktige komponenter. Resultatet er at disse glasurers spesifikke motstand er høy sammenlignet med den spesifikke motstand for vanlige porselenskvaliteter for høyspennings-isolatorer.

Bedømt ut fra ioneakkumuleringsprøvningen får en isolator av porselen med høy spesifikk motstand og en vanlig glasur med en slik høy spesifikk motstand i en liten grad forbedret nedbrytningsegenskap ved øket spesifikk motstand for porselenet. Det forekommer imidlertid en tilbøyelighet til at virkningen av å forbedre nedbrytningsegenskapen blir mettet, som vist på Fig. 2, selv når porselenets spesifikke motstand økes utover et visst nivå, og det forekommer snarere en tendens til at isolatorens elektriske egenskaper, som kraftfrekvensgjennomtrengningsspenning i olje etc, før påføringen av DC-spenning blir forringet.

Det har også vist seg ifølge oppfinnelsen at en isolator som består av porselen med høy spesifikk motstand og som er belagt med en glasur med en høyere spesifikk motstand enn den spesifikke motstand for en vanlig glasur for høyspennings-isolatorer, har dårligere nedbrytningsegenskaper sammenlignet med en isolator med porselen belagt med en vanlig glasur.

Ved den foreliggende oppfinnelsen unngås også de ovennevnte ulemper.

Oppfinnelsen vil nedenfor bli mer detaljert beskrevet under henvisning til Fig. 3 og 4 som viser en utførelses-form av en isolator ifølge oppfinnelsen. For den høy-spenningsporselensisolator som er vist på Fig. 3 har et^ porsel3nslegeme 1 en spesifikk motstand p av p = 5x10

Q, .cm. Porselenslegemets 1 overflate har et giasurbelegg

2 med en spesifikk motstand p y av p y <£p r. Det belagte porselenslegeme 1 er blitt festet mellom et par hårde komponenter 4 ved hjelp av sement 3. En kork 5 er anordnet som avstandsstykke mellom glasuren 2 og hårdkomponenten 4. Selv cm enporselensisolator med den ovennevnte oppbygning har spesielt utmerkede egenskaper mot gjennomslag på grunn av DC-spenning, kan den også anvendes under høy AC-spenning. Nærmere bestemt oppviser en porselensisolator hvor et

14 porselenslegeme har en spesifikk motstand p av 1,0x10

Cl .cm Pp 1,0x10"^ O .cm og en glasur av en spesifikk motstand p av 5,0x10<12> Q . cm = p 5,0x10<14> Ci .cm og

g 9"

glasuren er slik valqt at p ^ p , en bemerkelsesverdig over-y" p

legen nedbrytningsegenskap under DC-spenning. Hvis dessuten glasuren har en spesifikk motstand p av p = ljOxlO1 Q .cm

y" y"

og en lavere varmeekspansjonskoeffisient enn porselenet, utøver porselenet en trykkspenning mot glasuren, slik at en porselensisolator kan oppnås med forbedret mekanisk styrke. Hvis glasuren under denne angitte betingelse velges slik at glasurens spesifikke motstand er lavere enn den spesifikke motstand for et porselen, f.eks. pg < 0,8p^, blir de elektriske egenskaper, som nedbrytningsegenskapen under DC-spenning og kraftfrekvensgjennomtrengningsspenningen i olje etc, forbedret slik at spesielt foretrukne isolatorer kan oppnås.

Typen av porselensisolatoren er ikke begrenset til

en spesifikk type, og en hvilken som helst type av porselensisolatorer, som bøssingsmantel, isolatorer av den lange stangtype, isolatorer av opphengningsskivetypen eller isolatorer av stifttypen etc, kommer her på tale.

Glasuren 2 med den spesifikke motstand ifølge oppfinnelsen blir ikke nødvendigvis påført på hele overflaten av porselenet 1. Den ønskede virkning ifølge oppfinnelsen kan oppnås ved å påføre glasuren på én overflate av enten et glasurparti 2a som befinner seg i kontakt med en sement 3a, eller på et glasurparti 2c som befinner seg i kontakt med en annen sement 3b/ blant de tre partier av partiet 2a som befinner seg i kontakt med sementen 3a, et glasurparti 2b som er eksternt eksponert, og partiet 2c som befinner seg i kontakt med en annen sement 3b. Selvfølgelig kan glasuren påføres på porselenets hele overflate for å oppnå den ønskede virkning.

Porselenet ifølge den foreliggende oppfinnelse har kjemiske sammensetninger som gjengitt i den nedenstående tabell 1.

Et porselen med en kjemisk sammensetning som faller innenfor et hvilket som helst av de ovenstående-områder I, 13 II, III eller IV, har en spesifikk motstand av 5,0x10 f2 .cm eller derover og oppviser egnede egenskaper som porselen for høyspenningsporselensisolatorer ifølge oppfinnelsen . Blant porselener med en sammensetning som faller innenfor de ovennevnte områder, har porselenene innen områdene V og VI som vist i den nedenstående tabell 2, en spesifikk 14 /s motstand av ikke under 1,0x10 il .cm og ikke over 1,0x10"^ f! .crrijOg de har utmerkede egenskaper både hva gjelder elektriske egenskaper og mekaniske egenskaper når de anvendes som porselener for høyspenningsisolatorer.

Glasur anvendt for porselensisolatoren ifølge oppfinnelsen har en hvilken som helst av de kjemiske sammensetninger som er gjengitt i den nedenstående tabell 3.

Glasurene innen området I eller II har en spesifikk motstand av 1,0x10"^ Sl .cm eller derunder og kan velges i kombinasjon med et porselen ifølge oppfinnelsen i avhengighet av den spesifikke motstand for det porselen som skal anvendes. Glasuren innen området II gir dessuten cordierittkrystaller under brennings- og avkjølingsprosessen, slik at glasurens varmeekspansjonskoeffisient blir lav. Ved dessuten å variere innholdet av natriumoxyd innen området III kan en glasur oppnås som har en spesifikk motstand pg av p^ = l,0xl0"''3 fl .cm og en lav varmeekspansjonskoeffisient på grunn av dannelsen av cordierittkrystaller, og dessuten en usedvanlig glatt og skinnende overflate.

De fordelaktige egenskaper ved høyspenningsporselens-isolatoren ifølge oppfinnelsen vil nedenfor bli nærmere forklart i eksemplene. I disse er alle prosenter basert på

vekt dersom intet annet er angitt.

Eksempel 1

10% aluminiumoxyd, 20% siliciumdioxydsand, 30% feltnpatt-A og 40% leire våtmales til en oppslemning inneholdende 45% vann. Denne slikker blir avvannet, ekstrudert gjennom en luftfjernende eltemølle, tørket og derefter sintret. i luft ved en høyeste temperatur av 1280°C i 1 time under oppnåelse av

prøve nr. Pl for å måle den spesifikke motstand ved hjelp av en prøvningsmetode for keramiske materialer (JIS C 2141 ifølge Japansk Industristandard) og for å måle den dielektriske gjennomslagsspenning ved hjelp av en prøvningsmetode for keramiske, dielektriske materialer i overensstemmelse med DIN (VDE0335/7.56). De her anvendte materialer har en kjemisk sammensetning som gjengitt i den nedenstående tabell 4.

På samme måte som for den ovennevnte prøve nr. Pl fremstilles porselener med sammensetninger som er gjengitt i den nedenstående tabell 5 og numerert som prøver nr. P2-P2.1. For disse porselener måles den kjemiske sammensetning, sintrings-egenskapen, den spesifikke motstand ved 25°C i overensstemmelse med prøvningsmetoden JIS C2141 og den dielektriske gjennomslagsspenning i overensstemmelse med DIN VDE0335/7.56. Den dielektriske gjennomslagsspenning måles også efter på-føring av en DC-spenning på 4 kV pr. prøve i en isotermisk tank med en temperatur av 160°C i 15 døgn, og variasjons-hastigheten (i dette tilfelle reduksjonshastigheten) for den dielektriske gjennomslagsspenning fra den opprinnelige gjennomslagsspenning fås. Resultatene er oppsummert i den nedenstående tabell 5 foruten resultatene for den ovennevnte prøve nr. Pl. For porselenenes sintringsegenskap som gjengitt i tabell 5 betegner symbolet A en tilstrekkelig sintret tilstand fordi inntrengning av et farvestoff i det brente porselen ikke kan ses ved en farvestoffinntrengnings-prøvning, og dessuten kan en boble ikke oppdages av det nakne øye i et tverrsnitt gjennom det brente porselen. Symbolet B angir en utilstrekkelig sintret tilstand for et porselen fordi det kan ses at et farvestoff trenger inn i det brente porselen ved en farvestoffinntrengningsprøvning, og symbolet C angir en oversintret tilstand for et porselen fordi små bobler kan ses med det nakne øye i et tverrsnitt gjennom det brente porselen.

Ut fra de kjemiske sammensetninger for porselenene gjengitt i tabell 5 kan den tendens iakttas at et porselens spesifikke motstand øker med synkende natriumoxydinnhold i porselenet eller med økende innhold av kaliumoxyd, bariumoxyd, magnesiumoxyd eller kalsiumoxyd i porselenet. Alkali-metallkomponentene og jordalkalimetallkomponentene er meget nær tilknyttet porselenets sintringsegenskaper. Dersom summen av disse komponenter er lav, er det tilbøyelighet til utilstrekkelig sintring, mens det er tilbøyelighet til oversintring dersom summen er høy. Dersom porselenenes sintringsegenskap og spesifikke motstand tas i betraktning, skal porselenet fortrinnsvis inneholde 1,5% eller derunder natriumoxyd, 7,0% eller derunder kaliumoxyd, 7,0% eller derunder bariumoxyd, 3,0% eller derunder magnesiumoxyd og 3,0% eller derunder kalsiumoxyd, idet summen av disse komponenter er 4-11%.

Når minskningstallene for den dielektriske gjennomlags-spenning for disse porselener på grunn av DC-spenningen sammenlignes, fremgår det at det er en tilbøyelighet at et porselen med større spesifikk motstand generelt har et mindre minskningstall for den dielektriske gjennomslagsspenning. Dersom imidlertid den spesifikke motstand økes til over 10^^ .cm ved å øke jordalkalimetallkomponentene, blir den opprinnelige verdi for gjennomslagsspenningen lav. Dette fenomen antas å skyldes at den dielektriske gjennomslagsspenning står i et forhold til porselenets sintringsegenskap. Verdiene for minskningstallet i % for den dielektriske gjennomslagsspenning i forhold til den spesifikke motstand Pp i .cm for porselenet ifølge tabell 5 er avsatt på Fig. 1.

Ved anvendelse av de samme materialer som dem som er angitt i tabell 4, fremstilles glasurer for påføring på overflaten av isolatorer og basert på de sammensetninger som er gjengitt i den nedenstående tabell 6. Glasurene gis prøvenumrene G1-G18, og deres kjemiske sammensetninger og spesifikke motstander målt ved 25°C i overensstemmelse ned prøvningsmetoden ifølge JIS C2141 er også gjengitt i tabell 6.

Blandinger av råmaterialene for visse sammensetninger males ved en våtprosess for fremstilling av glasursuspen-sjoner med et vanninnhold av 50%. Suspensjonene blir avvannet på en gipsplate, tørket og derefter brent under den samme betingelse som porselenene for fremstilling av glasur-prøver for å måle den spesifikke motstand i overensstemmelse med JIS C2141-prøvningsmetoden.

Det fremgår av tabell 6 at det er en tilbøyelighet til

at glasurer som skal anvendes for høyspenningsporselens-isolatorer som regel har et høyere jordalkalimetallinnhold enn porselenene og en høy spesifikk motstand. Dessuten kan på lignende måte som tilfellet er for den spesifikke motstand for porselenene, en tilbøyelighet iakttas til at glasurenes spesifikke motstand blir lav når natriumoxydinnholdet blir høyt. Spesielt oppviser glasurene med prøvenumrene G6-G14 utmerkede egenskaper som glasurer for påføring på høyspennings-porselensisolatorer fordi de danner cordierittkrystaller i disse under brennings- og avkjølingsprosessen og fordi de har en lav varmeekspansjonskoeffisient såvel som en lav spesifikk motstand til tross for deres høye innhold av magnesiumoxyd.

De er derfor spesielt foretrukne som glasurer for porselensisolatorene ifølge oppfinnelsen.

Stolpeisolatorer som vist på Fig. 3 lages ved å påføre glasurer ifølge tabell 6 på porselenskvaliteter ifølge tabell 5. Stolpeisolatorene fremstilles slik at de efter brenning har en samlet lengde av 80 mm, en porselenstykkelse mellom hårdkomponentene av 20 mm, en hulldiameter for hårdkomponenten av 60 mm og en glasurtykkelse av 0,2-0,4 mm. Ioneakkumuleringsprøvning utføres ved en omgivelsestemperatur av 220°C og en påført spenning av 4 kV pr. stolpeisolator for å beregne den anslåtte levealder for stolpeisolatoren. Resultatene er gjengitt i den nedenstående tabell 7.

Forholdet mellom den anslåtte levealder (år) og den spesifikke motstand p P ( fi -cm) for porselenet gjengitt i den ovenstående tabell 7 er ogsa vist på Fig. 2.

Det fremgår av den ovenstående tabell 7 at alle prøver med numrene 11-110 hvori kombinasjonene av den spesifikke motstand for porselen og den spesifikke motstand for glasur ligger innen området ifølge den foreliggende oppfinnelse, oppviser merkbart utmerkede resultater og viser en anslått levealder av over 50 år ved ioneakkumuleringsprøvningen.

I motsetning hertil har prøvene med numrene 111-112

som ble fremstilt for sammenlignings skyld, en spesifikk motstand for porselen av under 5,0x10 13 fi .cm-og en anslått levealder ved ioneakkumuleringsprøvningen på under 50 år uavhengig av hvorvidt glasurens spesifikke motstand er høyere eller lavere enn <p>orselenenes spesifikke motstand. Dessuten utøver blindprøvene numrene 113-116 for isolatorene hvori glasurer med høyere spesifikk motstand enn for porselenet er påført på porselenet, ingen merkbar virkning,

og deres anslåtte levealder ved ioneakkumuleringsprøvningen når ikke 50 år selv om de anvendte porselenskvaliteter har en spesifikk motstand av over 5,0x10 13 Cl -cm.

Eksempel 2

Porselensprøver med numrene P6, P10, Pil, P14, P15 og

P19 med de sammensetninger som er gjengitt i tabell 5, fremstilles og formes på samme måte som ifølge eksempel 1 og blir forsynt med glasurprøver med numrene G2, G5, G6, G7, G8, G10, G12, G13, G15, G16 og G18 med de sammensetninger som er gjengitt i tabell 6 og brent og derefter bundet til hårdkomponenter ved hjelp av sement for å danne stolpe- eller masteisolatorer som vist på Fig. 3 og 4. Disse masteisolatorer er angitt som prøver med numrene 117-131 i den nedenstående tabell 8.

Kraftfrekvensgjennomtrengningsprøvning i olje og temperatursykliseringsprøvning ifølge JIS C3810, ione-akkumuleringsprøvning og kraftfrekvensgjennomtrengnings-prøvning i olje efter ioneakkumuleringsprøvningen utføres med disse masteisolatorer. Resultatene er gjengitt i den nedenstående tabell 8. Ioneakkumuleringsprøvningen utføres ved en omgivende temperatur av 2 20°C og en påført spenning av 5 kV pr. isolator. Når masteisolatorene ikke gjennomhulles selv når den elektriske ladning når en spesifisert verdi som svarer til en elektrisk ladning for en tid av 50 år ved ioneakkumuleringsprøvningene, blir ioneakkumuleringsprøv-ningene avbrutt, og kraftfrekvensgjennomtrengningsspenningen i olje måles for å bedømme forringelsesegenskapen ved å sammenligne denne med verdien for kraftfrekvensgjennomtrengningsspenningen i olje oppnådd før ioneakkumulerings-prøvningen utføres. Disse resultater er også gjengitt i tabell 8.

Det fremgår av resultatene gjengitt i den ovenstående tabell 8 at isolatorprøvene med numrene 117-13.1 hvori porselenskvalitetene har en spesifikk motstand p av

> 13 P Pp = 5,0x10 D/.cm og glasurene har en spesifikk motstand p av p «Cp, har en anslått levealder av over 50 år og

g g P

oppviser en utmerket DC-forringelsesegenskap. Isolator-prøvene med numrene 122-129 hvor porselenskvalitetene har en spesifikk motstand pp av l,0xl0<14> Cl -cm - pp = I,0xl0<16>

Cl .cm og glasurene en spesifikk motstand p av p_ £ p ,

J g g p

har en høy kraftfrekvensgjennomtrengningsspenning i olje. Isolatorprøvene med numrene 122-127 hvori porselenskvalitetene har en spesifikk motstand p av l,0xl0<14> Cl .cm = p = <16> P og glasurene en pg 5,0xl0<12> Cl -cm = p = 5,0xl0<14> Cl .cm og pg <i pp har et lite minskningstall for kraftfrekvensgjennomtrengningsspenningen i olje efter ioneakkumuleringsprøvningen. Isolatorprøvene med numrene 119, 120 og 122-129 hvori porselenskvalitetene har en spesifikk motstand p av p <>> 5x10 13 Cl. cm og glasurene en

P P 13

spesifikk motstand pg av pg = 1,0x10 .Q.cm og p <£0,8xp , har en anslått levealder av over 50 år ved ioneakkumulerings-prøvningen og dessuten høy styrke ved temperatursykliserings-prøvningen. Som en oppsummering av disser resultater kan det hevdes at porselensisolatorer hvori porselenskvalitetene har en spesifikk motstand pp av l,0xl0<14> Q .cm = pp =1,0x10"

Cl .cm og er kombinert med glasurer med en spesifikk motstand pg av l,0xl0<13> Cl -cm = pg = 5,0xl0<14> Cl -cm og pg < 0,8xpp, har overlegne egenskaper ved ioneakkumuleringsprøvningen og utmerket varmemotstandsdyktighet ved temperatursykliserings-prøvningen, slik at de er spesielt foretrukne som porselensisolatorer for høyspent DC.

Eksempel 3

En porselensprøve nr. P4 med den sammensetning som er gjengitt i tabell 5, fremstilles på samme måte som ifølge eksempel 1 for fremstilling av masteisolatorer som vist på Fig. 3 med en samlet lengde av 140 mm, en porselenstykkelse mellom hårdkomponenter av 44 mm og en hulldiameter for hårdkomponentene av 60 mm. Dessuten fremstilles opphengnings-isolatorer av skivetypen ifølge US standard, ANSI Class 52-5. Porselenene blir glasert med glasur nr. G6 eller nr. G13

med sammensetninger som gjengitt i tabell 6, slik at glasuren får en tykkelse av 0,2-0,4 mm efter brenning. Glasurene på-føres porselenet i slike kombinasjoner som er gjengitt i den nedenstående tabell 9, ved forskjellige mengdeforhold mellom porselenskvalitetene, f.eks. med tre glasurpartier, dvs. et glasurparti 2a som befinner seg i kontakt med en sement 3a, et glasurparti 2b som er utvendig eksponert, og et glasurparti 2c som befinner seg i kontakt med en annen sement 3b, som vist på Fig. 3. De erholdte porselenskvaliteter med forskjellige glasurporsjoner brennes og bindes til hårdkomponentene ved hjelp av sement for fremstilling av isolatorprøver med numrene 132-138, som gjengitt i tabell 9. Blant disse prøver er isolatorene med numrene 132-136 masteisolatorer som vist på Fig. 3, og av disse er isolatorene med numrene 132-135 masteisolatorer som består av porselenskvalitetene og glasurene ifølge oppfinnelsen, mens isolatoren nr. 136 er laget som blindprøveisolator for sammenlignings skyld. Isolatorprøvene med numrene 137 og 138 er oppheng-ningsisolatorer av skivetypen ifølge oppfinnelsen.

Ioneakkumuleringsprøvning utføres med disse porselensisolatorer under anvendelse av hårdkomponenten 4a eller 4b som positiv elektrode for å sammenligne forringelsesegenskapen på grunn av DC-spenning. Resultatene er også gjengitt i tabell 9. Ioneakkumuleringsprøvningen utføres ved en omgivende temperatur av 22 0°C og en påført DC-spenning av 10 kV

pr. porselensisolator. Når porselensisolatorene ikke gjennomhulles ved en akkumulert ladning som svarer til 50 år, av-brytes den påførte spenning, og kraftfrekvensgjennomhullings-spenningen i olje måles.

Det fremgår av resultatene gjengitt i den ovenstående tabell 9 at dét er tilstrekkelig å påføre glasuren med en lavere spesifikk motstand enn for porselenet på det glasurparti 2a som befinner seg i kontakt med sementen på den side av hårdkomponenten 4a som danner en positiv elektrode, og at glasuren kan påføres på hele overflaten av isolatorens porselen, innbefattende begge glasurpartier 2a og 2c som befinner seg i kontakt med sementer, og det eksternt eksponerte glasurparti 2b. Det eksternt eksponerte glasurparti 2b kan påføres som en vanlig glasur fordi det ikke har noen tilknytning til dielektrisk gjennomslag som skyldes høyspent

DC.

Selv om porselensisolatoren ifølge oppfinnelsen er blitt beskrevet under henvisning til porselensisolatorene for anvendelse ved høyspent DC, kan porselensisolatoren ifølge oppfinnelsen selvfølgelig også anvendes for høyspent AC fordi porselensisolatorer for høyspent AC har et mindre for-ringelsestall sammenlignet med porselensisolatorer for høy-spent DC.

Som forklart ovenfor får porselensisolatoren ifølge oppfinnelsen med en spesifikk motstand p for porselenet av

> 13 ^

p P - 5,0x10 Q .cm og ved å regulere glasurens kjemiske sammensetning slik at glasuren får en lavere spesifikk motstand Pg enn porselenets spesifikke motstand pp, nøvendige varige nivåer for elektriske egenskaper og mekaniske egenskaper for anvendelse som høyspenningsporselensisolator, og den er anvendbar med høy stabilitet og pålitelighet i lang tid uten forringelse under høy DC- eller AC-spenning, slik at den er utmerket egnet for industriell anvendelse.

Claims

1. Høyspenningsporselensisolator omfattende et porselenslegeme og en glasur påført på i det minste én overflate av porselenslegemet som har en spesifikk motstand P av 5,0xl0<13>il,« cm P l,0xl0<16> Sl cm, p karakterisert ved at glasuren har en s X pesifikk motstand P g av 5,0xl0<12> Sl cm P = 5,0xl0<14 > Jl ■ cm og at P < P • g p

2. Høyspenningsporselensisolater ifølge krav 1, karakterisert ved at glasuren har en sp c esifikk motstand P av P g = 1x10 Jl • cm, og P g < 0,8 P .

3. Høyspenningsporselensisolater ifølge krav 1, hvo r porselenslegemet har en spesifikk motstand Pp av l,0xl014 il • cm = P = l,0xl016 il • cm, P karakterisert ved at glasuren har en spesifikk motstand P av P = lxlO'''3 il • cm og at g g p < 0,8 p .