SE437741B - Sammansatt isolator for hogspenningsluftledningar - Google Patents

Description

7706452-5 2 na förutom god väderbeständighet ha UV-beständighet och ozonbestän- dighet samt utmärkt elektriskt krypströmsmotstånd.

För sammansatta högspänningsisolatorer är de mest skilda material för den inre kärnan och de på denna anbragta isoleringstallrikarna kända, så t.ex. tillverkas tallrikarna av porslin, glas, lera, sten- gods eller pressmaterial och för kärnan användes exempelvis pappers- laminat. Isolatorns konstruktion är sådan att tätningar skapas mel- lan tallrikarna inbördes och mellan de vid ändarna befintliga tall- rikarna och metallarmaturen, så att inträngning av luft resp. vat- ten i fogen mellan tallrikarna och staven förhindras. Vidare är åt- gärder vidtagna för att utrymmet mellan de enskilda tallrikarna och kärnan utfylles med en kompound- eller liknande väl isolerande mas- sa. Åtgärderna anses som nödvändiga för att vatteninträngning i fo- gen mellan tallrikarna och staven helt skall undvikas.

Alla hittills kända utföranden för uppbyggnad och val av isolerings- mate:ial för sammansatta högspänningsisolatorer befattar sig mer ellefmindre med frågan om stavens avtätning mot omgivningen genom dess omslutande mantel.

I DT-AS 12 96 341 beskrives tallriksmaterial av en blandning av cyk- loalifatiskt epoxidharts eller omättat polyesterharts med lämplig härdare och med aluminiumoxidtrihydrat som fyllmaterial, Som kärna har valts en gjuthartsmassa som företrädesvis består av en bland- ning av ett epoxidharts på en bas av bisfenol A med en lämplig här- dare och fyllmaterial, t.ex. kvartsmjöl. På grund av saknad fiber- förstärkning av kärnan uppnås ingen stor mekanisk hållfasthet. Dess- utom finns stora risker för elektriska genomslag i fogen mellan tallriksmaterialet och den efteråt ingjutna kärnan, då denna som sista enhet i uppbyggnaden övergår från flytande till fast fas och därigenom krymper radiellt mot axeln gentemot det redan fasta mate- rialet.

I US-PS 3 898 372 beskrivs en sammansatt isolator, där de i förväg tillverkade isolatortallrikarna med mindre håldiameter än stavens diameter skjutes på en hartsbunden glasfiberstav, varvid fogen mel- lan tallrikarna och staven utfylles med isoleringsfett. Fogarnas tätning mot yttre atmosfären uppnås därigenom att tallrikarna på staven sammanpressas med sådant axiellt tryck att tätning uppkom- mer mellan de enskilda tallrikarnas anslagsytor och den sista tall- '7706læ52-'5 riken mot den metalliska upphängningsarmaturen vid isolatorns än- dar. Tallrikarna själva består av eten-propen-polymer-gummi som är utfyllt med organiska fyllmedel och är både krypströmfast och vä- derbeständigt. Som material för glasfiberstaven kan nämnas polyes- terharts, bisfenol-epoxidharts och cykloalifatiska epoxidhartser.

Vid detta kända utförande har man visserligen utgått från att tall- riksmaterialet måste vara väderbeständigt och krypströmfast, men om den bärande kärnans egenskaper anges endast att den förutom högt längdgenomslagsmotstånd måste ha hög mekanisk draghållfasthet. Man har därvid utgått från att glasfiberstaven blir absolut skyddad mot yttre påverkan av de omslutande tallrikarna resp. den omslutande manteln.

Det har nu visat sig, att på så sätt byggda sammansatta isolatorer ej har erforderlig elektrisk hâllfasthet, särskilt ej beträffande långtidsegenskaperna, vilket speciellt kan hänföras till att tätnin gen mellan isolatorkärnan och tallrikarna ej är löst på tillfreds- ställande sätt.

Uppfinningens ändamål är att med utgångspunkt från de kända samman- satta isolatorerna av ovan beskrivet slag förbättra dessa så att de uppfyller alla elektriska belastningar och föreskrifter, även om de består av i förväg tillverkade element. Särskilt gäller det att sörja för att gränsytproblemen mellan de enskilda polymererna och fyllmaterialen undvikas och att vattenresistens samt om möjligt även alkaliresistens erhålles hos isolatorn.

Uppfinningen grundar sig på den insikten att materialvalet skall vara så träffat och de enskilda materialen så komponerade, att iso- latorns enskilda speciella funktionsområden täckes och att de and- ra egenskaperna som är nödvändiga pâ grund av vattenangrepp från den fria atmosfären samtidigt uppfylles såväl av tallrikarnas mate- rial som även materialet i mellanskiktet och kärnan.

Uppfinningen hänför sig således till en sammansatt isolator, bestå- ende av en stav med glasfiberförstärkning och harts, med densamma omgivande tallrikar av en polymer och fyllmedel samt ett mellanskikt mellan staven och tallrikarna, vilken kännestecknas av att a) polymererna i staven är oförtvålbara, varvid plaster med ace- POOR QUALITY 7706452-5 tal- och eterbindningar användes, b) polymererna i tallrikarna är oförtvålbara och vattenavvisande, varvid silikongummi eller eten-propenpolymer användes, c) polymererna i mellanskiktet är oförtvålbara och vattenavvisande, varvid en linjär polyorganodimetylsiloxan användes, d) gïasfibrerna uppvisar en alkalihalt under 0,8 vikt% och är sila- niserade på ytan och fyllmedlen är alkalifria, varvid en hydratise- rad metalloxid användes, och _ e) fyllmedlen uppvisar en icke förtvâlbar ytbehandling, varvid en- till flerfunktionella silaner användes.

Man har således överraskande funnit att lämpliga tallriksmaterial kan vara sådana byggda på eter- eller acetalbindningar trots att om dem är känt att de har hög vattenupptagningsförmåga genom vat- tenupplagring i dessa grupper på grund av väte-bryggbildningar. Vid uppfinningens tillämpning är det fördelaktigt om det polymera tall- riksmaterialet har en mineralisk fyllmedelsandel av minst 20-70 vikt% lämpligen 20-30 vikt%, av en alkalifri, med mono- till polyfunktio- nella silaner ytbehandlad, hydratiserad metalloxid, varvid glas- övergångstemperaturen hos polymerandelen är lägre än -50°C. Där- vid är materialet för tallrikarna ett silikongummi eller eten-propen- -polymer med fyllmaterial, såsom aluminiumhydroxid ytbehandlad med vinylsilaner. De som material för tallriksframställning utvalda po- lymererna skall förutom att de har hydrofoba egenskaper och oför- tvålbarhet även vara väder- och ozonbeständiga. Dessutom mäste mate- rialen på grund av den nödvändiga krypströmsbeständigheten vara fria från aromater och omättade kolväte-bindningar. Vidare kan det vara fördelaktigt, om bindhartset har en förnätbar polyaryl-bindning utan förtvålbara andelar.

Som bindemedel kan epoxidhartser användas, vilkas funktionella grup- per alternativt sammanhålles över eter- eller acetalbindningar, var- vid hartset i förnätat tillstånd har en glasövergångstemperatur på mer än +100°C. Vid uppfinningens tillämpning kan det därvid vara _fördelaktigt, om som bindemedel för den glasfiberförstärkta staven användes epoxidhartser av diglycidyleter-typ på en bas av bisfenol A med lämpliga härdare, företrädesvis aromatiska diaminer, varvid -hartset i förnätat tillstånd har en glasövergångstemperatur på mer än +100°C. Vidare kan ett epoxidharts användas vars epoxidgrupper vid ändarna är bundna till cykloalifatiska enheter, som sammamhålles P2; ' i ' ¶§QÜÄLITF 7706452-s över acetalbindningar. Som hårdare kan en dikarbonsyra-anhydrid sät- tas in. De i bindemedlet ingående arylgrupperna verkar allihop po- sitivt på beständigheten och särskilt åstadkommer de att glasöver- gångstemperaturen höjes över +100°C, varigenom isolatorns mekaniska hållfasthet tillförsäkras även vid högre drifttemperaturer. Glas- övergångstemperaturen hos tallriksmaterialet under -50°C visar sig pq/sitiv i så måtto att tallrikarna även vid låga drifttemperaturer hos isolatorn förblir fullt funktionsdugliga. Enligt uppfinningen skall likaledes alkalihalten hos det alkalihaltiga glassilket vara mindre än 0,8 vikt%.

Vid en fördelaktig utformning av uppfinningen består mellanskiktet av en polyfunktionell polyorganodimetylsiloxan med en glasövergångs- temperatur som är lägre än -50°C. Som särskilt lämpligt material för mellanskiktet har en lineär polyorganodimetylsiloxan med en silani- serad dispers kiselsyra som fyllmedel visat sig vara. Som fördelak- tigt tallriksmaterial har man funnit ett etenpropengummi med alkali- fri speciell titandioxid med en viktsandel av 50 vikt% som fyllmedel.

De enligt uppfinningen tillverkade sammansatta isolatorerna har den fördelen gentemot kända sammansatta isolatorer av plastmaterial att en noggrann tätning mellan tallrikarna resp. mellan ändtallrikarna och upphängningsarmaturen ej längre fordras och tallriksmaterialets vattenånggenomsläpplighet tillgodoses. Därmed har längdgenomslags- problemet i fogen mellan staven och tallrikarna lösts på tillfreds- ställande sätt. Genom att enligt uppfinningen välja fyllmedlet i po- lymererna för tallrikarna uppnås hög beständighet mot främmande skikt på isolatorn genom tallriksmaterialet hydrofobi. Tallriksma- terialet är vidare krypströmsfast, väder- och ozonbeständigt. Genom att välja bindemedlet i den glasfiberförstärkta staven i enlighet med uppfinningen kan isolatorn även vid höga drifttemperaturer be- lastas med stora mekaniska krafter.

Vidare kan enligt uppfinningen isolatorn tillverkas på så sätt, att tallrikarna i förväg framställes enskilt och efter varandra skjutes på staven, varvid tallrikarna överlappar varandra ömsesidigt.

Därigenom âstadkommes att vid termisk utvidgning den ej krypström- fasta och ej väderbeständiga, glasfiberförstärkta staven under alla förhållanden täckes av det krypströmfasta och väderbeständiga tall- riksmaterialet. Vidare kan det enligt uppfinningen vara lämpligt att gjuta tallrikarna på staven med en på denna glidbar, noggrant löpan- *i å fm" "'""'"'P99R“@HAL1 1706452-s de form, varvid den ännu flytande polymeren för den tallrik, som skall gjutas, skjutes Wäïfiå den i förväg gjutna och härdade tall- riken, så att fortfarande flytande polymer kan härda på den redan härdade tallriken. Vid enskilt i förväg framställda och påskjutna tallrikar skapas enligt uppfinningen en tallrikskonstruktion, där tallrikarna består av en rörformad och en trumpetartat vidgad del, varvid den rörformiga delen hos en tallrik fogas in i den trumpet- artat vidgade delen hos närliggande tallrik. Genom att, såsom ovan beskrivits, ett mellanskikt finns mellan tallrikarna och den glas- fiberförstärkta staven, vilket skikt liksom tallrikarna har hydrofob karaktär och består av en mono- till polyfunktionell polymer, vars struktur är oförtvålbar och vars glasövergångstemperatur är lägre än -50°C, varvid skiktet är så utbildat att en förnätning till tall- rikarna resp. den glasfiberförstärkta staven är möjlig, uppnås att vatten som antingen kan tränga genom tallriksfogarna eller genom tallriksmaterialet genom diffusion fram till stavens yta hindras kondensera och därigenom kan en vattenfilm på grund av skiktets hyd- rofobi ej utbildas i fogen mellan tallrikarna och stavytan. Som re- dan angetts om tallriksmaterialet kan ej heller skiktet hindra vatt- nets diffusion in i staven. Detta är ej heller nödvändigt då enligt uppfinningen den glasfiberförstärkta staven själv är beständig mot vattenangrepp på grund av materialurvalet.

Bindskiktet mellan tallrikarna och staven har en elasticitetsmodul som är större än tallriksmaterialets elasticitetsmodul och mindre än den hos den glasfiberförstärkta staven. Vidare kan bindskiktet vara högförnätbart och det kan även bestå av svagförnätade eller grenade och förnätade polyorganodimetylsiloxaner.

Om den sammansatta isolatorn enligt uppfinningen skall användas som långstavisolator, är det lämpligt att den har fullt massivt tvär- snitt. Vid användning som instrumentisolator eller genomföring är det däremot lämpligt, om den har ihåligt tvärsnitt.

Ett par utföringsexempel av uppfinningen âskådliggöres på bifogade ritningar, där fig. 1 är en delvis sektionerad sidovy av en utfö- ringsform, fig. 2 visar ett diagram över ett kombinerat kok- och störtkylningsförsök med isolatorn enligt fig. 1 och fig. 3 visar en vy liknande den i fig. 1 av en annan utföringsform. 7706452-5 Exempel 1 Den i fig 1 visade sammansatta isolatorn framställes På så Sätt' att tallrikar 3 enskilt efter varandra gjutes av en siloxanelasto- mer i en glidbart tätande och på en lodrätt hängande stav 1 for- skjutbar, upptill öppen form, så att tallrikerna överlappar varandra. överlappningsstället är betecknat med 4. På staven 1 finns ett mel- lanskikt 2 av polyfunktionella polvorganodimetyl-siloxaner. Staven 1 är av silaniserat glassilke med en alkalihalt mindre än 0,8% och ett bindmedel, som består av en diglycidyleter på bisfenol A-bas och en aromatisk diamin som härdare. Vid ändarna har isolatorn metallis- ka upphängningsarmaturer 5. Isolatorn utsattes för ett kombinerat kok- och störtkylningsförsök vars cykler visas i fig. 2. Efter det- ta försök fastställdes hållväxelspänningen enligt VDE 0433, § 13, och jämfördes med den före försöket bestämda hållväxelspänningen hos samma isolator. Avvikelsen låg inom storleksordningen för prov- ningens mätnoggrannhet. I anslutning härtill utsattes isolatorn för 50 stötar av en blixtstötspänning, som hade 3 gånger så stort värde som hâllstötspänningen. Därvid kunde ej något genomslag fastställas.

Isolatorn enligt uppfinningen genomgick således provningen utan att ta skada.

Exempel 2 En annan likadan isolator tillverkades på samma sätt som enligt exempel 1, men till skillnad från detta med ett bindemedel av en cykloalifatisk diglycidester på bas av hexahydroftalsyra med en cykloalifatisk dikarbonsyraanhydrid som härdare. Isolatorn utsattes för samma provningscykel som angetts i exempel 1. Vid fastställan- de av hållväxelspänningen kunde konstateras att isolatorn vid ett värde av 30% under den för temperaturcykelförsöket fastställda håll- växelspänningen genomslag uppträdde i fogen mellan staven och tall- rikarna.

Exempel 3 Vidare tillverkades en likadan isolator som enligt exempel 1, men utan det mellanskikt av polyfunktionella polyorganodimetyl-siloxa- ner som uppfinningen föreskriver. Efter kok- och störtkylningsför- söket fick isolatorn genomslag i fogen mellan tallrikarna och sta- ven vid fastställande av hâllväxelspänningen. _¥)c><)12 ç?l1?íLI 7706452-5' Exempel 4 Ytterligare en likadan isolator som enligt exempel 1 tillverkades, men tallrikerna framställdes av en elastomer bestående av ett di- isocyanat som förnätats med obehandlat kvartsmjöl. Tallrikarna ka- talyserades med dibutyltenndilaurat. Efter kok- och störtkylnings- provet fick isolatorn genomslag i fogen mellan tallrikarna och sta- Ven _ Exempel 5 Dessutom tillverkades ytterligare en isolator liknande den i exem- pel 1, men med en glasfiberförstärkt stav vars bindemedel bestod av en omättad polyesterharts som var uppbyggd på en omättad dikar- bonsyra och alifatiska polyoler lösta i monostyren. Vid faststäl- lande av hâllväxelspänningen efter kok- och störtkylningsförsöket fick isolatorn genomslag i fogen mellan staven och de denna omslu- tande silikontallrikarna.

Exempel 6 En sammansatt isolator tillverkades genom att på en glasfiberför- stärkt stav enligt exempel 1 enskilda i förväg framställda tallri- kar av en silikonelastomer sköts på staven, varvid borrningen i tallrikerna hade mindre diameter än stavens diameter. Fyllmedlet i tallriksmaterialet bestod av en ytsilaniserad aluminiumhydroxid och mellanskiktet av en lineär polyorganodimetylsiloxan samt en si- laniserad dispers kiselsyra. Tallrikarna utformades som framgår av fig. 3, där hänvisningssiffrorna betecknar samma delar som i fig. 1.

Isolatorn utsattes för samma kok- och störtkylningsprov som i exem- pel 1. De efterföljande undersökningarna med hållväxelspänning och blixtstötspänning visade att isolatorn utstâtt försöken utan påver- kan.

Exempel 7 En annan isolator liknande den i exempel 5 tillverkades men med tall- rikar av ett eten-propen-gummi med en alkalifri speciell titandi- oxid med en viktsandel av 50% som fyllmedel. Till skillnad från exem- pel 5 hade tallrikarna en borrningsdiameter som var densamma som stavens diameter och dessutom var tallrikarna så utformade att de ej överlappade varandra. De elektriska mätningarna efter kok- och stört- kylningsförsöket enligt exempel 1 visade att isolatorn genomgått detta försök utan påverkan. 'ø'fih¿;;'+ø_4¥f,.

PooR QUWTY ..._.V .-__...._ vvoe4s2~s Exempel 8 En isolator tillverkades enligt exempel 5, men staven var byggd som i exempel 2 av ett bindharts byggt på en diglycidylester av hexa- hydroftalsyra och hexahydroftalsyraanhydrid som härdare. Efter kok- och störtkylningsprovet fick isolatorn genomslag längs fogen mel- lan tallrikarna och staven vid det efterföljande fastställandet av hållväxelspänningen.

Exempel 9 Ytterligare en isolator tillverkades enligt exempel 5, men utan mel- lanskikt. Före det även för denna isolator förberedda kok- och stört- kylningsprovet utsattes den liksom de andra för hällväxelspännings- och blixtstötspänningsproven enligt exempel 1. Isolatorn fick ge- nomslag vid blixtstötspänningsprovet i fogen mellan tallrikarna och staven.

Exempel 10 Den sammansatta isolatorn kan även gjutas i ett stycke i det man an- vänder en tvådelad form av lämpliga metaller eller plast. Formen har den negativa avbilden av den färdiga isolatorn, i vilken form en stav av vinylsíloxanbehandlat glassilke med en alkalihalt mindre än 0,8 vikt% och ett bindharts som består av en cykloalifatisk 1,2- epoxidharts med acetalbindning och en härdare av cykloalifatisk di- karbonsyraanhydrid inlägges. Staven själv är förbehandlad med ett mellanskikt av polyfunktionell polyorganodimetyl-siloxan och inför- livad silaniserad högdispers kiselsyra som fyllmedel. I anslutning härtill ingjutes en med aluminiumhydroxid fylld, flytande silikon- polymer i formen medelst ett tryckgelförfarande, formsprutning e.d. och bringas hårda ut medelst lämpliga förnätningsmedel. Efter fär- digställandet underkastades isolatorn de prov som anges i exempel 6.

Någon skadegörelse på isolatorn kunde ej konstateras.

Som exemplen visar är materialvalet väsentligt för funktionen hos den enligt uppfinningen tillverkade högspänningsluftisolatorn i sam- mansatt utförande. Därvid har det visat sig att isolatorns konstruk- tion spelar en underordnad roll, ty enligt uppfinningen kan den sam- mansatta isolatorn framställas av plaster enligt olika förfaranden utan att därigenom dess funktionsduglighet menligt påverkas. Det har även visat sig att tätningen mellan tallrikarnas anslag mot varandra ej är väsentlig för isolatorns funktion. Isolatorn enligt uppfinningen erbjuder således den fördelen, att den kan tillverkas PQQRQUPQ 7706452-5 10 på billigaste och enklasts sätt utan skadlig inverkan på duglighe- ten. Framställningen kan ske genom förtillverkning av de elastomera tallrikarna och den glasfiberförstärkta staven så att de kan hållas i lager som halvfabrikat. Därmed kan isolatorn vid behov lätt sam- mansättas efter önskade fordringar på tallrikar och stav. Isolatorn blir därför lätt tillgänglig och fackmän behövs ej för monteringen.

Förutom dessa redan uppräknade ekonomiska fördelar kan tallrikarna med materialbesparing utföras efter de elektriska fordringarna under drift så att man här får en ytterligare fördel gentemot kända till- verkningsförfaranden för sammansatta isolatorer. Friheten beträffan- de tillverkningstekniken tillåter också att individuellt skapa iso- latorn med avseende på antalet tallrikar per längdenhet, tallriks- diametern och anordning av tallrikar med olika diametrar. Formkost- naden för tallrikarna är mycket ringa, då med en enda form ett myc- ket stort antal tallrikar kan framställas. Vidare kan tillverkningen automatiseras så att man även härigenom får en ekonomisk fördel.

Sammanfattningsvis kan sägas att genom materialvalet och de uppfin- ningsmässiga stegen en sammansatt isolator kunnat framställas som i praktiken ger optimal säkerhet. 39312 QUALITY

Claims (7)

....._.fl_-__..._.... . 7706452-5 11 PäCehtKIäV

1. Sannansatt isolator. bestående av en stav (1) med glas- fiberiörstärkning och harts. med densamma omgivande tallrikar (3) av en polyner och fyllnedel samt ett mellanskikt (2) mellan suænaxoch tallrikarna, a) polynererna i staven är ofiörtvâlbara. varvid plaster med acetal- och eterbindningar användes. b) polynererna i tallríkarna är oförtvâlbara och vattenav- visande, varvid silikongumni eller eten-propenpolymer användes. i c) polynererna i nellanskiktet är oförtvâlbara och vattenav- visande. varvid en linjär polyorganodimetylsiloxan användes. d) glasfibrerna uppvisar en alkalihalt under0,8 vfldfi och är k ä n n e t e c k n a d av att silaniserade på ytan och fyllmedlen är alkalífria. varvid en hydratiserad Ietalloxid användes. och e) fyllnedlen uppvisar en icke förtvålbar ytbehandling. varvid en- till flertunktionella silaner användes.

2. Isolator enligt krav 1. k ä n n e t e c k n a d av att polyneren för tallrikarna uppvisar en glasövergângstemperatur av lägre än -50°C. polyneren i staven uppvisar en glasöver- gångstenperatur av ner än +l00°C och mellanskiktet uppvisar en sådan av lägre än -50°C.

3. Isolator enligt krav 1 och 2. k ä n n e t e c k n a d av att tyllnedelshalten i tallriks-polyneren ligger mellan 20 och 70 Vikt!

4. Isolator enligt något av krav 1-3, k ä n n e t e c k n a d av att lellanskiktet nppvisar en elasticitetsmodul som är högre än den för tallrikarna och lägre än den för staven. var- vid en polyorganodinetylsiloxan med högdíspers kiselsyra BRVÉBÖGS.

5. Isolator enligt något av krav 1-4. k ä n n e t e c k n a d .leqëiiöfifíflï 7706452-5 12 av att mellanskiktet är högförnâtbart.

6. lsolator enligt krav l-4. k ä n n e t e c k n a d av att mellanskíktet endast är i ringa grad förnätat.

7. lsolator enligt något av krav 1-3 samt 4 och 5. k ä n n e - t e c k n a d av att den glasfiberförstårkta plaststaven (1) är uppbyggd av glassilke med en alkalihalt lägre än 0,82 och ett epoxiharts på basis av bisfenol A och en aromatisk diamin som hårdare. att tallrikarna (3) består av ett silikongummi och är fyllda med 20-70 víkt% aluminíumhydroxidfl vars yta är behandlad med en vinylsilan, samt att mellanskiktet (2) består av en förnätad polyorganodímetylsilan, som är fylld med en dispens kíselsyra, vars yta är silaníserad. ß. [solator enligt något av krav 1-3 och 6, K ä n n e ~ t e c K n a d är uppbyggd av glassílke med en alkalihalt lägre än 0.8% och av att den glasfíberförstârkta plaststaven (1) ett epoxiharts på basis av cykloalifatiska föreningar, som via acetalbíndningar är hopkopplade med varandra. härdat med en dikarbonsyraanhydríd, att tallrikarna (3) består av ett eten/propen-gummi och är fyllda med 20-70 viktt aluminium- hydroxid. vars yta är behandlad med en vinylsilan. samt att mellanskiktet (2) består av en oförnätad polyorganodimetylsil- oxan, som är fylld med dispers kiselsyra. vars yta är silani- serad. -_ PÖGR QÜÄLÉTÉ?