NO780437L - Isolasjonslegeme. - Google Patents

Description

"Isolasjonslegeme"

Oppfinnelsen angår et isolasjonslegeme.

En betraktelig andel av driftforstyrrelsene i elektriske anlegg som er anbragt i rom med utendørsklima, er betinget ved en overpåkjenning på isolatorenes overflater. Den i det følgende anvendte betegnelse "innendørsanlegg" refererer seg til slike anlegg som er anbragt i rom med utendørsklima. De fuktighets-betingede prosesser som fører til overslag på isolatoroverflåtene, har karakteren av fremmedskiktprosesser. Fremmedskiktets to komponenter - støv og fuktighet - trenger inn i innendørsanleggene, da disse vanligvis oppviser luftåpninger som vanskelig, lar seg unngå, og som medfører en utskiftning av luften omtrent tre ganger i timen. Fuktningen av støvet som samles opp på isolatoroverflaten, skjer i regelen ved kondensasjon av vanndamp inneholdt i den omgivende luft. Den største fuktningsintensitet opptrer når isolasjonslegemets overflate dugges.

Dugg fås alltid når fuktig-varm luft trenger inn utenfra i et kaldt innendørsanlegg, og isolasjonslegemets overflatetemperatur ligger under duggpunktet for den innstrømmende luft. Det luftskikt som grenser til den kalde overflate av isolasjonslegemet,blir av-kjølt ved varmeutveksling med den kalde overflate av isolatoren,og med synkende lufttemperatur stiger den relative fuktighet inntil der ved inntredende overmettning fås kondensasjon av vann på isolasjonslegemets overflate. Således inntrådte der i januar 1968 i Tyskland og omgivende land p.g.a. et plutselig omslag fra kaldt til fuktig-varmt vær et utall av driftsforstyrrelser i elektriske innendørs-anlegg, idet der forekom overslag på alle slags isolasjonslegemer. Dette gjaldt støtteisolatorer, gjennomføringer, bryterarmer, kabel-hoder og måletransformatorer.

Forstyrrelsene ble forårsaket av et såkalt fremmedskiktoverslag som opptrer ved samtidig forekomst av et smussskikt og et betraktelig fuktighetsbelegg på overflaten av isolasjonslegemet. Prosessen avvikler seg vanligvis i løpet av noen få timer.

Ved tilsmussing og langvarig fuktning i mindre grad opptrer

•der såkalte krypespor-kortslutninger. Under innflytelsen av en

høy elektrisk feltstyrke inntrer der i den forbindelse på isolasjonslegemets overflate erosjoner som betegnes som krypestrømspor. Den langsomme erosjon av et overflateparti fører da erfaringsmessig først etter flere dager til et overslag når et større antall av slike strømbroer er vokset sammen. Ved sitt langsommere forløp og den fremadskridende ødeleggelse av isolasjonslegemet skiller denne prosess seg tydelig fra et fremmedskiktoverslag som fremkalles ved relativt rask og sterk dugging.

For å unngå at dugging forårsaker forstyrrelser i elektriske innendørsanlegg, er det nødvendig å overdimensjonere isolasjonslegemene, idet den nødvendige forlengelse av de minimale krypstrøm-veier gjør det nødvendig å anvende isolatorer med skjermer eller ribber. Denne vei følges ved isolasjonslegemer utført som støtte-isolatorer eller gjennomføringer, men betinger en ikke uanselig finansiell merkostnad i forhold til de glatte isolasjonslegemer som i og for seg er anvendelige i tørre innendørsan<l>e<gg.>ved en rekke av de innledningsvis nevnte ytterligere isolasjonslegemer, som bryterarmer og måletransformatorer, ville denne løsning imidlertid bety en ganske stor påkostning.

Av den grunn går man ikke sjelden over til å varme opp innen-dørsanlegg slik at isolasjonslegemets overflatetemperatur alltid blir holdt over duggpunktet for den omgivende luft. I kontinuerlig drift betyr det høye driftsomkostninger,og i avbrutt drift behøves der en kostbar regulering. I mange tilfeller finnes der i det av-gjørende øyeblikk heller ingen hjelpespenning for oppvarmningen.

En annen mulighet for å utelukke dugging ligger i å tørke den uvegerlig inntrengende utskiftningsluft. Men når man tar hensyn til den vanlige utskiftning tre ganger pr. time, kreves der også i dette tilfelle investeringer som ikke lar seg forsvare.

Selv en relativt kostbar hermetisk kapsling av et innendørs-anlegg med tørket inneluft byr på vanskeligheter, nemlig på grunn av de opptredende kjøleproblemer. Mot en slik løsning taler også prinsipielt den leilighetsvis nødvendige åpning av anleggene.

Der foreligger derfor den oppgave å gi anvisning på et isolasjonslegeme hvor tilbøyeligheten til dugging langt på vei er utelukket.

Oppgaven blir ifølge oppfinnelsen løst ved at isolasjonslegemet i det minste har et overflateskikt av et isolasjons-

materiale med lav varmekapasitet. Dette overflateskikt kan f.eks. være overtrukket på en kjerne som gir høy mekanisk stabilitet av isolasjonslegemet. Riktignok kan isolasjonslegemet også bestå av et isolasjonsmateriale med lav varmekapasitet tvers igjennom eller ha et sentralt hulrom. Lav varmekapasitet betyr i denne forbindelse en varmekapasitet som ligger under den hos konversjonelle isolasjonsstoffer som porselen eller massivt kunststoff. Dermed behøves der for oppvarmning av isolasjonslegemets overflate bare en meget liten varmemengde. Denne varmemengde blir berøvet den varmere omgivende luft i nærheten av overflaten. Men da denne varmemengde er liten, inntrer der ingen betydelig avkjøling av det luftskikt som grenser til isolasjonslegemets overflate,så varmeuttaket fra dette luftskikt ikke er forbundet med noen stor temperatur-senkning. Duggpunktet blir derfor i alminnelighet ikke lenger underskredet. Hvis der foreligger en meget høy temperaturdifferanse mellom isolasjonslegemets overflate og varmluften som strømmer inn i innendørsanlegget, kan der i dette særtilfelle inntre en under-skridelse av duggpunktet. Der fås da en kondensasjon av vann-

dampen i luften på overflaten av isolasjonslegemet. Pga. den lave varmekapasitet av isolasjonslegemet strekker imidlertid i dette tilfelle allerede den kondensasjonsvarme som frigjøres ved kondensasjon av et mikroskopisk vannskikt,til for å bevirke en utjevnende tilpasning av -isolasjonslegemets overflatetemperatur til omgivelses-temperaturen. Dette mikroskopiske kondensvannskikt er imidlertid ikke i stand til å bevirke noen betraktelig forringelse av isolasjonsegenskapene hos isolasjonslegemets overflate. Dermed er et fremmedskiktoverslag,.som forutsetter et større vannskikt, helt utelukket, og selv en krypstrømkortslutning som krever en mindre, men langvarig dugging,bli høyst usannsynlig.

En vidtgående duggingssikring kan også oppnås om isolasjonslegemet i det minste har et overflateskikt av et isolasjonsmateriale med liten varmeledningsevne. Liten varmeledningsevne betyr i denne forbindelse en varmeledningsevne som er mindre enn den hos konvensjonelle isolasjonsmaterialer som porselen eller massivt kunststoff. Denne vidtgående frihet for dugging blir bedret ytterligere om isolasjonslegemets overflate kombinerer både lav varmeledningsevne og lav varmekapasitet. Takket være den lave varmeledningsevne muliggjøres en treghetsfattig tilpasning av isolasjonslegemets over flate til de omgivende varmere luftskikt, da varmetap fra den engang oppvarmede overflate ved varmeledning til isolasjonslegemets kaldere indre langt på vei er utelukket. Dermed blir tilpasningen av isolasjonslegemets overflatetemperatur til temperaturen av den omgivende luft gjort mulig uten at der inntrer noen betydelig eller langvarig avkjøling av de tilgrensende luftskikt med derav følgende betraktelig kondensasjon av vann.

I en gunstig utførelsesform har isolasjonslegemet over overflateskiktet en tynn lukket ytterhud med liten varmetidskonstant. Denne ytterhud skal forhindre en forsterket tilsmussing. En for-sterkning av ytterhuden tjener til å høyne den mekaniske belastbarhet av et slikt isolasjonslegeme. Pga. sin lille tykkelse har ytterhuden meget liten varmekapasitet. En slik ytterhud vil meget raskt og bare med ubetydelig avkjøling av den omgivende luft stille seg inn på temperaturen av den omgivende varmere luft. Skulle der inntre dugging, vil denne meget raskt være tilendebragt og bare være mikroskopisk. I den påfølgende tid begynner allerede fordunstningen av det avsatte vannskikt, så der bare, om i det hele tatt, fås en kort-variq og høyst bagatellmessig fuktning av isolasjonslegemets overflate.

Isolasjonsmaterialet hos et isolasjonslegeme med lav varmekapasitet og/eller lav varmeledningsevne kan i det minste delvis oppvise porer. Dermed får isolasjonslegemet særlig lav varmeledningsevne og varmekapasitet.

Isolasjonsstoffer som egner seg særlig godt,er duroplaster, da et isolasjonslegeme laget av et slikt materiale har høy termisk og mekanisk fasthet. Pga. de gode elektriske egenskaper, særlig høy krypestrømfasthet, er det gunstig å anvende epoksyharpiks eller silikonharpiks som isolasjonsmateriale. Blir isolasjonslegemene utsatt for mekaniske belastninger som ikke kan opptas av homogene isolasjonslegemer av skumplast, er det nok å forsyne et mekanisk høyt belastbart isolasjonsstofflegeme i konvensjonell utførelse med et overtrekk av oppskummet kunststoff for å' skaffe den ønskede duggingssikring. Ved isolasjonslegemer av oppskummet kunststoff er dessuten sannsynligheten for diffusjonsgjennomslag minsket. Et slikt gjennomslag kommer ved konvensjonelle isolasjonslegemer uten dugging bare istand ved inndiffundering av vann fra den omgivende luft i det etter produksjonen vannfrie isolasjonslegeme, hvorunder dannelsen av vannreir i isolasjonsstoffet gir opphav til stfømveier under isolasjonslegemets overflate med den følge at deler av overflaten kan skalle av,hvorved isolasjonsegenskapene hos slike isolasjons legemer blir forringet. Ved isolasjonslegemer av oppskummet kunststoff kan den inndiffunderte vanndamp uten fare lagres i skumstoff-blærene og til og med føre til en økning av gassblærenes elektriske fasthet.

Det er gunstig om isolasjonslegemet er utført som integralskumstofflegeme. Slike integral- eller struktur-skumstofflegemer har en inhomogen tetthetsfordeling slik at skumstoffkjernen går kontinuerlig over i den tette ytterhud av samme kunststoff. Dermed får et slikt isolasjonslegeme en tynn, glatt, lukket ytterhud som har liten varmekapasitet,og som foruten å ha liten tendens til dugging fører til en forbedring av de mekaniske og elektriske egenskaper hos et slikt isolasjonslegeme.

Det er gunstig om et isolasjonsstofflegeme i retningen for

den elektriske potensialgradient har en skiftende sekvens av avsnitt med forskjellig varmeledningsevne og varmekapasitet. Overflatesonene med høyere varmeledningsevne, men lavere varmekapasitet innstiller seg raskere på temperaturen av den varmere omgivende luft enn overflatesonene med lavere varmeledningsevne. Til gjengjeld kan der i de førstnevnte overflatesoner inntre en dugging, som riktignok er ubetydelig i forhold til konvensjonelle isolasjonsstoff-legemer, men er sterkere enn i tilfellet av overflatesoner med lavere varmeledningsevne. Ved inntredende varmelikevekt med den omgivende luft begynner nu ved de sterkere duggede steder med høyere varmeledningsevne allerede igjen en fordunstning av den avsatte vannfilm, mens en riktignok ubetydelig kondensasjon av vanndamp fra luften vedvarer på overflatesonene med lavere varmeledningsevne. Deretter tørker overflatesonene med høyere varmeledningsevne, men lavere varmekapasitet raskt ut,så overflatesonene med lavere varmeledningsevne etter kort tid er adskilt av tørre soner. Denne "serie-kobling" av overflatesoner med forskjellig varmeledningsevne fører således til at isolasjonsevnen ved inntredende dugging i første rekke sikres av i endene knapt nok duggede overflatesoner med lavere varmeledningsevne, mens disse stadig svakt duggede overflater under det videre forløp får sin isolasjonsevne understøttet av de til å begynne med sterkere duggede, men i mellomtiden inntørkede overflatesoner med høyere varmeledningsevne. Et slikt isolasjonslegeme oppviser altså ved et innbrudd av varm fuktig luft alltid tørre overflatesoner som sikrer isolasjonsevnen. Ved isolasjonslegemer, fortrinnsvis i form av støtteisolatorer, med ribber kan ribbeavsnittet være utformet som overflatesone med høy varmeledningsevne og lav

varmekapasitet. Ribbene er tynne og utgjør strukturer med relativt stort areal i forhold til sitt volum. Da ribbene er tynne, er de hvis isolasjonslegemet har en lukket ytterhud uten porer, fattige på resp. frie for porer og representerer dermed overflatesoner med høy varmeledningsevne og lav varmekapasitet. Overflatesonene mellom ribbene har derimot lav varmeledningsevne så der på disse overflatesoner ved begynnende varmluftinnbrudd ikke opptrer noen eller bare opptrer en ubetydelig dugging. Ved ribbene vil der pga. deres relativt høye varmeledningsevne og lave varmekapasitet skje en rask temperaturtilpasning på bekostning av en viss dugging. Etter at temperaturlikhet mellom ribbene og omgivelsesluften raskt er nådd, starter allerede fordunstningen av det avsatte fuktighetsskikt, så ribbene allerede er tørket, mens temperaturutjevningen skjer langsommere på overflatesonene mellom ribbene, noe som fører til en riktignok mer langvarig, men bare meget ubetydelig dugging. På dette tidspunkt er imidlertid ribbene allerede inntørket igjen, så isolasjonsfastheten nu overveiende opprettholdes av de tørre ribber.

Oppfinnelsen vil i det følgende bli belyst nærmere ved to utførelseseksempler under henvisning til tegningen.

Fig. 1 viser et glatt sylindrisk isolasjonslegeme, og

fig. 2 et isolasjonslegeme utført som støtteisolator med ribber.

På fig. 1 ses et sylindrisk isolasjonslegeme 1 halvveis gjennomskåret. Et slikt isolasjonslegeme kan f.eks. benyttes som støtteisolator. Isolasjonslegemet 1 er utført som integral-skum-stofflegeme. Det har en tett ytterhud 2 etterfulgt i retning innover av en skumstoffkjerne 3 med inhomogen tetthetsfordeling. Denne inhomogene tetthetsfordeling er tilveiebragt ved at porestørrelsen tiltar kontinuerlig mot det indre av legemet. Den tette og nesten porefrie ytterhud 2 har en tykkelse av omtrent en halv millimeter.

I forsenkninger 6 og 7 som strekker seg inn i isolasjonslegemet 1

i aksial retning fra endeflatene,er der innsatt festebøssinger 8 og 9 som tjener til montering av isolasjonslegemet 1, resp. av det spenningsførende element.

Isolasjonslegemet 1 kan f.eks. bestå av oppskummet epoksyharpiks hvori der under produksjonsprosessen før utherdningen er rørt inn isolasjonsgass eller slukkegass. Dannelsen av den inhomogene tett-hetsf ordeling kan bestemmes ved temperaturstyring av støpeformen under utherdningen av kunststoffmaterialet.

Et slikt isolasjonslegeme 1 av oppskummet kunststoff har pga.

sin porøse struktur både en ytterst lav varmekapasitet og en meget lav varmeledningsevne. Den tynne lukkede ytterhud har pga. sin lille skikttykkelse liten varmekapasitet og kan dermed når den treffes av varm fuktig luft, med liten termisk treghet tilpasse seg temperaturen av den omgivende luft uten å trekke store varmemengder fra denne. Dermed uteblir en sterk avkjøling av luftskiktene i nærheten av overflaten,så også en overmetning av disse med påfølgende duggdannelse langt på vei uteblir. Varmetapet fra den oppvarmede ytterhud 2 til de ytre deler av isolasjonslegemet 1 er ytterst lite pga. den lave varmeledningsevne og den lave varmekapasitet av den tilgrensende innvendige skumstoffmasse. Ytterhuden 2 har pga. sin forholdsvis større varmeledningsevne ingen temperaturgradient av betydning mellom utside og 'innside.

Anvendelsen av sylindriske isolasjonslegemer uten ribber eller skjermer var hittil ikke mulig i duggingstruede innendørsanlegg, skjønt de i produksjonsteknisk og prismessig henseende er adskillig gunstigere enn isolasjonslegemer med ribber eller skjermer.

Under bibehold av friheten for dugging er det også mulig a anvende isolasjonslegemer 1 som ikke har noe lukket overflateskikt 2, skjønt den mekaniske stabilitet i dette tilfelle riktignok er mindre enn ved integralskumstofflegemer.

På samme måte er det også mulig å utføre andre former for isolasjonslegemer som langt på vei er frie for dugging, f.eks. bryterarmer, måletransformatorer eller isolasjonsstoffplater som skal danne skott.

Blir der stillet strengere krav til slike isolasjonslegemer

i mekanisk henseende, er det også mulig å sikre duggingsfrihet ved en form for lagvis oppbygning. I dette tilfelle kan en porefri isolator fremstilt av et konvensjonelt materiale forsynes med et overtrekk med lavere varmeledningsevne og lavere varmekapasitet. Således kan f.eks. et massivt kunststoff- eller porselenslegeme

på hele sin overflate overtrekkes med en kappe av oppskummet kunststoff.

Fig. 2 viser et ytterligere rotasjonssymmetrisk isolasjonslegeme 10 som er anvendelig som støtteisolator,likeledes halvveis gjennomskåret. Også dette isolasjonslegeme 10 er utført som integralskumstofflegeme . Det har en lukket ytterhud 12 på overflaten. Til denne lukkede ytterhud slutter seg en skumstoffkjerne 13 med inhomogen masse og porefordeling i retning innover. Ende-flatene 14 og 15 av isolasjonslegemet 10 er forsynt med sylindriske forsenkninger 16 og 17 hvor der er innsatt festebøssinger 18 og 19 for montering av isolasjonslegemet 10 og det spenningsførende element. I motsetning til isolasjonslegemet på fig. 1 har isolasjonslegemet på fig. 2 ribber eller skjermer 20. Ribbene er utført tynne og porefattige så de danner overflatesoner med liten varmekapasitet, men forholdsvis høy termisk ledningsevne. Ved et varme-innbrudd tilpasser de seg derfor raskt etter temperaturen av den omgivende luft,og der kan da i høyden inntre en ubetydelig dugging.

De sirkelringformede overflatesoner av stammen mellom ribbene har liten termisk ledningsevne,så de i det minste ved begynnelsen av varmluftinnbruddet forblir tørre og sikrer opprettholdelse av isolasjonsevnen. Under det videre kronologiske forløp er ribbene eller skjermene 20 med stort areal allerede tørket,da de raskt har innstillet seg på den omgivende lufts temperatur og der dermed tidlig inntrer en fordunstning av duggskiktet på dem, mens stammens overflatesoner ennu ikke har nådd full temperaturutjevning med den omgivende luft og således eventuelt ennu kan vise en svak dugging. Dermed står der ved et varmluftinnbrudd på et slikt isolasjonslegeme 10 forsynt med ribber eller skjermer 20,alltid til rådighet et bestemt antall av tørre overflatesoner til å opprettholde isolasjonsevnen.

Som allerede nevnt innledningsvis, kommer en dugging av et isolasjonslegeme istand ved at overflatetemperaturen av et isolasjonslegeme ved innbrudd av varme, fuktige luftmasser ligger under duggpunktet for den innkommende varmluft. Forholdsreglene ifølge oppfinnelsen tjener til å muliggjøre en rask temperaturtilpasning, som kan bevirkes med små overførte varmemengder, av isolasjonslegemets overflate til temperaturen av den omgivende luft. Ved oppfinnelsens hjelp skal der altså skaffes et isolasjonslegeme som har liten varmetidskonstant. Et isolasjonslegemes varmetidskonstant er bestemt ved materialets termiske egenskaper og legemets form. Kjenner man isolasjonslegemets varmetidskonstant, er det mulig ved passende dimensjonering av innendørsanleggets vegger å bidra til å forhindre dugging av isolasjonslegemene i innendørsanlegget. Dette kan skje ved at innendørsanleggets vegger har tilstrekkelig høy varmekapasitet. Da skjer der allerede ved ankomst av den oppvarmede fuktige luft som følge av kondensasjon av medført vanndamp på innendørsanleggets vegger en delvis avfuktning av luften og dermed en senkning av duggpunktet for den luft som trer inn i innendørs-anlegget gjennom ventilasjonsslissene. Videre unngår den inntredende luft ved de kalde vegger en temperatursenkning,så innendørsanleggets vegger tjener som "varmebuffert". Temperaturen av den inntredende luft følger således bare med forsinkelse temperaturstigningen av uteluften. Dermed blir det lettere for overflaten av isolasjonslegemet å følge temperaturstigningen,så man ved å avpasse innendørs-annleggets termiske egenskaper etter de anvendte isolasjonslegemers termiske egenskaper kan minske faren for dugging på isolasjonslegemene ytterligere.

Claims (12)

1. Isolasjonslegeme, karakterisert ved at det i det minste har et overflateskikt av et isolasjonsmateriale med liten varmekapasitet.

2. Isolasjonslegeme, særlig som angitt i krav 1, karakterisert ved at det i det minste har et overflateskikt av et isolasjonsmateriale med liten varmeledningsevne.

3. Isolasjonslegeme som angitt i krav 1 og 2, karakterisert ved at det over overflateskiktet har en tynn lukket ytterhud (2, 12) med liten varmetidskonstant.

4. Isolasjonslegeme som angitt i krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at isolasjonsmaterialet i det minste delvis har porer.

5. Isolasjonslegeme som angitt i krav 4, karakterisert ved at porene er tilveiebragt ved tilføyelse av et esemiddel med isolasjons- og/eller slukkeegenskaper til det flytende utgangsmateriale.

6. Isolasjonslegeme som angitt i krav 4, karakterisert ved at porene er frembragt ved innrøring av en gass med isolasjons- og/eller slukkeegenskaper.

7. Isolasjonslegeme som angitt i krav 4, karakterisert ved at porene er frembragt ved innblanding av hul-legemer i det flytende utgangsmateriale.

8. Isolasjonslegeme som angitt i krav 7, karakterisert ved at hullegemene har kuleform.

9. Isolasjonslegeme som angitt i krav 7, karakterisert ved at hullegemene er fylt med en gass som oppviser isolasjons- og/eller slukkeegenskaper.

10. Isolasjonslegeme som angitt i krav 1-9, karakterisert ved at der som isolasjonsmateriale tjener epoksyharpiks eller silikonharpiks.

11. Isolasjonslegeme som angitt i krav 1-10, karakterisert ved at det i retningen for den elektriske potensialgradient har en skiftende sekvens av avsnitt (20, 21) med forskjellig varmeledningsevne og varmekapasitet.

12. Isolasjonslegeme, fortrinnsvis i form av en støtteisolator, med ribber, som angitt i krav 11, karakterisert ved at ribbeavsnittet (20) er utformet som overflatesoner med høy varmeledningsevne og lav varmekapasitet.