SE510847C2 - Elektrisk högspänningsisolator - Google Patents

Description

510 847 10 20 25 30 större än spänningsfallet över andra sektioner av samma längd, varvid sagda forsta sektion är lokaliserad där spänningsgradienten längs med isolatom skulle vara lägre än i andra sektioner av isolatom om spänningsfallet var jämnt längs med isolatom mellan ändkopplingama, och att icke liktydigheten hos spänningsfallet längs med isolatom åstadkommes medelst åtminstone ett av följande särdrag, nämligen - att antalet kvadrater hos ytan på kroppen och på nämnda åtminstone en skärm inom sagda åtminstone en första sektion i strömmens riktning är avsevärt större än i andra sektioner av samma längd hos isolatom, och/eller - att ytresistiviteten i sagda åtminstone en forsta sektion är avsevärt högre än i andra sektioner av isolatom.

Det större antalet kvadrater per längdenhet hos kroppens och närnda åtminstone en skärms yta inom sagda åtminstone en första sektion i strömflödets riktning kan åstadkommas på flera sätt, såsom tex. de följande: - att kroppens ytterdiarneter i kroppens forsta sektion är avsevärt mindre än kroppens ytterdiameter i andra sektioner, - att skännen eller skärmarna inom den forsta sektionen har ytterdiameter/ytterdiametrar som är avsevärt större än ytterdiametrama hos skärrnama i andra sektioner, - att antalet skärmar per längdenhet inom den forsta sektionen är avsevärt fler än antalet skärmar per längdenhet i andra sektioner av samma längd, att skärrnen eller skärmama inom den första sektionen har undre rillor, medan skärmarna i andra sektioner inte har det, - och/eller att skärmen/skärmama inom den forsta sektionen har undre rillor enbart nära kroppen, medan skärmar i andra sektioner har undre rillor enbart nära skärmarnas periferi.

Också kombinationer av de ovannämnda altemativen är tänkbara.

Uppfinningen kan tillämpas på ihåliga såväl som solida isolatorkroppar.

Isoleringsmaterialet kan i princip vara vilket som helst isoleringsmaterial men väljes 10 15 20 25 30 ß*» li sin s47 normalt bland de material som tillhör den grupp som består av keramiska material, inkluderande porslin, glas och polymermaterial och kombinationer därav. Det halvledande skiktet är normalt ett skikt som innehåller en tillräcklig mängd tennoxid, företrädesvis antimon- och/eller fluoriddopad tennoxid, och som har en tjocklek som är så anpassad till ytmaterialets ledningsfönnåga, att den halvledande ytbeläggningen uppnår en ytresistivitet av 1-1000 MQ/kvadrat. Sådana ytbeläggningar är väl kända i sig inom teknikområdet. De sätt som sådana beläggningsmaterial kan tillverkas på, deras exakta kemiska sammansättning och hur de kan appliceras på isolatormedlemmen kommer därför inte att beskrivas i detalj i denna beskrivning. Det bör dock nämnas att då isolatorrnedlemmen består av porslin är det halvledande skiktet normalt en halvledande glasyr, vilken är 0,2-1,0 mm tjock och innehåller totalt 10-50 vikts-% tennoxid och antimonoxid eller fluorid, även om också andra halvledande beläggningar innehållande tennoxid med eller utan antimon eller en fluorid eller armat änme som gör beläggningen halvledande, kan tänkas.

KORT FIGURBESKRIVNTNG I det följande kommer ovan nänmda exempel på hur ojärnnheten hos spänningsfallet kan åstadkommas att beskrivas med hänvisning till de medföljande ritningarna, av vilka Fig. 1A- Fig. 6A visar ihåliga isolatorer där höga spänningar, vilka normalt föreligger vid ändarna av isolatorema under normal användning av dessa i högspänningssystem, åtminstone delvis balanseras medelst åstadkommandet av ett förhöjt spänningsfall i de centrala delarna av isolatom, F ig. IB- Fig. 6B visar ihåliga isolatorer, t.ex. brytarpoler, där höga överspänningar, t.ex. brytöverspärmingar inuti isolatom på ett avstånd fiån dess ändar, åtminstone delvis kan balanseras medelst åstadkommandet av ett förhöjt spänningsfall i de delar av isolatorn som ligger nära dess ändkopplingar, Fig. 7 visar en konisk bushing med skärmar som i princip är konstruerade enligt samma principer som isolatom som visas i Fig. 2A, 510 847 10 15 20 25 30 Fig. 8 visar en solid, lång hängisolator av stav-typ, konstruerad att reducera spänningsfallet från den nedre delen av isolatom och att öka det i dess toppdel, Fig. 9 visar en lång hängisolator av stångtyp konstruerad för samma syfte som isolatom i Fig. 8, Fig. 10 visar i större skala ytstrukturen hos vilken som helst av isolatorema, t.ex. det inringade området av isolatom i Fig. 1A.

Samtliga ritningar visar isolatorema schematiskt och har endast till syfie att illustrera uppfinningens principer. Speciellt ändanslutningama hos samtliga isolatorer och de centrala delarna av isolatorema i Fig. lB-6B är endast schematiskt visade. I verkligheten är också isolatorema mer långsträckta i relation till tvärsnittet och har fler skärmar än vad som visas i ritningama.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSFORMER Med hänvisning först till Fig. lA-Fig. 6A, Fig. lB-Fig. 6B och Fig. 7, betecknas en långsträckt, ihålig, isolerande kropp la, 2A, etc. ..., lB, 2B, etc. 6B, respektive 7 och i Fig. 8 och 9 betecknas en långsträclct, solid, isolerande kropp 8 respektive av stavtyp.

På den ihåliga kroppen finns ett antal yttre skärmar vilka i Fig. lA betecknats alA b1A, clA, dlA och i Fig. 2A har de betecknats a2A, b2A, 02A, d2A och i tex. Fig. 6B har de följaktligen betecknats a6B, b6B, c6B och d6B. I Fig. 7 har de fyra skärmama betecknats a7, b7, c7 och d7. Slutligen har, i Fig. 8, skännama betecknats a8, b8, c8, d8, e8 och fiš och i fig. 9 har de betecknats a9 e9.

Det integrerade, långsträckta elementet bestående av den isolerande kroppen och dess skärmar, är exteriört täckta med ett halvledande skikt 10, Fig. 10. Det halvledande ytskiktet lO har en ytresistivitet av I-lOOO MQ/kvadrat och är deponerat på det isolerande elementet hela vägen från ena änden till den andra. Det halvledande skiktet 10 kan bestå av en halvledande glasyr då elementet består av porslin, i vilket fall det är 0,2- l,0 mm tjockt. Även andra halvledande beläggningar och andra isolerande material kan dock tänkas, såsåom redogörs för i föregående redogörelse för uppfinningen. 10 20 25 30 510 847 I ändarna har isolatom en metallkoppling 11 och 12 vilken är i elektriskt ledande kontakt med det halvledande skiktet 10 via ett ledande cement 13, så att en elektrisk krets bildas då det föreligger en spänningsdifferens mellan kopplingsdelama av metall. På grund av detta kommer det att passera en viss elektrisk ström i det halvledande skiktet 10 mellan ändkopplingama 11, 12 då det föreligger en spänningsdifferens mellan ändkopplingama vilket förorsakar en spänningsgradient längs med isolatorkroppen, vars storlek beror på spänningsfallet som varierar längs med isolatorkroppen såsom kommer att beskrivas i det följande.

Starka elektriska fält föreligger runt isolatoms änddelar, vilket förorsakar höga elektriska påkänningar i isolatormaterialet på grund av krafiiga spänníngsgradienter nära ändkopplingarna 11, 12. Sådana spänningsgradienter kan förorsaka problem som gnistbildning (korona) som kan skada glasyren eller motsvarande yta. De höga spänningama kan också skada apparatema som är anslutna till ändkopplingama eller detaljer därav.

Med hänvisning till Fig. 1A-Fig. 6A, balanseras enligt föreliggande uppfinning åtminstone delvis de höga spänningar som normalt föreligger vid ändama av isolatorema under normal användning av dessa i högspänningssystem, genom åstadkommandet av ett förhöjt spänningsfall i de centrala delarna av isolatom. ”Åtminstone delvis balanseras” skall i detta sammanhang inte betyda att det kommer att bli en jämn fördelning av elektrisk påkänning över isolatom, utan en förbättring i denna riktning, så att den elektriska påkänningen där spänningsgradientema är som högst, reduceras så mycket att skador eller andra oönskade fenomen också reduceras. Detta åstadkommes enligt de utföringsfonner som visas i Fig. 1A-Fig. 5A, genom att antalet kvadrater per längdenhet hos kroppens 1A och utsprångens blA och clA yta inom en central sektion IA i strömmens riktning genom det halvledande skiktet 10 är avsevärt större än i andra sektioner av isolatorelementet. Enligt utföringsfonnen i Fig. 1A, åstadkommes det ökade antalet kvadrater per längdenhet inom en central sektion IA, genom att kroppen 1A har en avsevärt mindre ytterdiameter än i andra sektioner i kombination med bredare skännar .A23 510 847 10 15 20 25 30 blA och c1A (bredare i radiell riktning) i sagda sektion IA.

I utföringsfonnen som visas i Fig. 2A åstadkommes det större antalet kvadrater per längdenhet i den centrala sektionen IA genom att de centrala skärmarna b2A och c2A har en avsevärt större ytterdiameter än skärmama a2A och d2A i änddelama av isolatom] I utföringsfonnen som visas i Fig. 3A åstadkommes det större antalet kvadrater per längdenhet i den centrala sektionen IA genom att antalet skärmar b3A, c3A per längdenhet inom centrala sektionen IA är avsevärt fler än antalet skärmar per längdenhet i andra sektioner av samma längd.

I utföringsforrnen som visas i Fig. 4A åstadkommes det större antalet kvadrater per längdenhet i den centrala sektionen IA genom att skärmama b4A och c4A har undre rillor 15, medan skärrnama a4A och d4A i andra sektioner inte har det.

Iutforingsformen som visas i Fig. SA åstadkommes det större antalet kvadrater per längdenhet i den centrala sektionen IA genom att skärmama bSA och c5A har undre rillor 15 enbart nära kroppen SA, medan skärmama a5A och bSA har undre rillor 15 enbart nära skärmamas periferi.

I utföringsforrnen som visas i Fig. 6A, åstadkommes ojämnheten i spänningsfallet längs med isolatom på ett annorlunda sätt än i utforingsforrnema i Fig. 1A-Fig. 5A, nämligen genom att ytresistiviteten i den centrala sektionen IA är avsevärt högre än i de sektioner som är nära ändkopplingama 11 och 12. Den högre resistiviteten i sektion IA - eller den lägre resistiviteten i regionema mellan sektion IA och ändkopplingarna - kan åstadkommas genom att det halvledande skiktet är tjockare i ändsektionema, tex. 50- 200% tjockare än i sektion IA. Det är också möjligt att åstadkomma den lägre resistiviteten i ändsektionema genom att ytskiktet 10 bringas att innehålla en större mängd tennoxid eller motsvarande medel än i mittsektionen IA.

Isolatorema I Fig. IB-Fig. 6B är utformade att motverka överspänningar inuti den 10 15 20 25 30 510 847 ihåliga isolatorkroppen på avstånd fiån ändkopplingama 11, 12. Det isolerande elementet, inkluderande den ihåliga isolatorkroppen, kan t.ex. vara en brytkarmnare i ett överspänningsskydd, varvid hänvisningssifiran 16 schematiskt indikerar en fast bågkontakt och hänvisningssiffran 17 indikerar en rörlig bågkontakt. De höga elektriska fält som genereras runt kontaktema 16, 17 vid bryttillfället kan förorsaka skada på intilliggande delar i isolatom. Syfiet med konstruktionema som illustreras i Fig. lB-Fig. 6B är att, åtminstone i någon grad, jämna ut de höga spänningstopparna. Detta utföres enligt samma principer som har beskrivits medïhänvisning till Fig. IA-Fig. 6A, men ”omvänt”. Detta åstadkommes genom skapande av ett större antal kvadrater hos kroppens IB, 2b etc. och skärmamas blB, c1B; b2B, c2B etc. yta inom den centrala sektionen IB i strömmens riktning, än i de sektioner som ligger nära ändkopplingama ll och 12. Därför - har isolatorkroppen IB i uttöringsforrnen i Fig. 1B en större diameter och skärmama blB och c1B är kortare i radiell riktning än i de yttre sektionema, - är skärmama b2B och c2B i centrala sektionen IB i utföringsforrnen i F ig. 2B mycket kortare än skärrnama a2B och d2B i de yttre sektionema, - finns det ett större antal skärmar a3B, b3B, c3B, d3B i de yttre sektionema än i centrala sektionen IB i utföringsformen i Fig. 3B, - är enbart skärmama b4B och c4B i centrala sektionen i utföringsforrnen i Fig. 4B utan undre rillor, medan skärmarna a4B och d4B mellan centrala sektionen IA och ändkopplingama är med, och - har skärmama a5B och c5B i mittsektionen I i utföringsformen i F ig. SB undre rillor 15 enbart nära skärmamas periferi, medan skärrnarna a5B och d5B i andra sektioner har undre rillor enbart nära kroppen SB.

I utföringsfonnen i Fig. 6B åstadkommes motsvarande resultat genom att den centrala sektionen IB har lägre ytresistans än sektionema som är nära ändkopplingama. Det skall inses att ritningama och den föregående beskrivningen enbart är avsedda att illustrera ett antal medel som fackmannen kan utnyttja för isolatorer enligt uppfinningens principer.

Dessa medel kan kombineras med varandra i ett mycket stort antal olika kombinationer.

Något eller allasärdrag hos isolatorema i Fig. 1A, Fig. 2A, Fig. 3A, Fig. 4A eller Fig. 510 847 10 20 5A, och Fig. 6A kan t.ex. mycket väl kombineras med varandra i en enda isolator. På motsvarande sätt kan också något eller alla särdrag hos isolatorema i Fig. IB, Fig. ZB, Fig. 3B, Fig. 4B eller Fig. SB, och Fig. 6B kombineras med varandra i en enda isolator.

Fig. 7 illustrerar en bushing av den typ som används for transformatorer och som typiskt har en konisk form. Skärmama a7_-d7 är utformade enligt samma principer som i isolatom som illustreras i Fig. 2A, vilket betyder att skärmama b7 och c7 i en mittsektion I7 är längre i radiell riktning än ändskärmama a7 och d7 för att åtminstone delvis kompensera for de höga spänningarna i regionen för ändkopplingama ll och 12.

I utforingsforrnen i Fig. 8 är skärmarna a8, b8 och c8 i en sektion II som är på avstånd från den upphängda högspänningsledningen 19, bredare i radiell riktning än skärmarna dS, e8 och íB som är närmare sagda ledning 19.

Fig. 9 illustrerar en upphängningsisolator där antalet kvadrater per längdenhet hos isolatom successivt ökar från den lägre änden, där högspänningsledningen 19 är upphängd, mot den övre ändkopplingen ll, som är ansluten till den jordade krañledningsstolpen. Såsom visas i ritningen, åstadkommes detta genom att skännamas längd i radiell riktning successivt ökar mot den övre skärmen a9 nära den övre, jordade ändkopplingen 12.

Claims (5)

10 15 20 25 30 510 847 PATENTKRAV

1. Elektrisk högspänningsisolator innefattande en långsträckt kropp av isolerande material, flänsforrnade skärmar på kroppen, och metallkopplingar i kroppens ändar, varvid en hög spänningsdifferens föreligger mellan sagda metallkopplingar då isolatom är i drifi, varvid isolatom är försedd med medel för åtminstone delvis utjämning av en obalanserad elektrisk fältstyrka utmed isolatoms längd, k ä n n e t e c k n a t a v att den yttre ytan hos kroppen och hos skärmarna som nämnes i ingressen, är belagda med ett halvledande skikt (10) med en ytresistivitet av mellan 1 och 1000 MSI/kvadrat, att det halvledande skiktet är i elektriskt ledande kontakt med ändkopplingama (11, 12) av metall så att en viss elektrisk ström passerar över kroppens och utsprångens yta genom det halvledande skiktet, vilket förorsakar ett spänningsfall längs med kroppen mellan ändkopplingama, då isolatom är i drifi, att spänningsfallet längs med isolatom mellan ändkopplingarna är icke likformigt så att spänningsfallet över åtminstone en första längdsektion (IA) av isolatom, inkluderande åtminstone en hel skärm, är större än spänningsfallet över andra sektioner av samma längd, varvid sagda första sektion är lokaliserad där spänningsgradienten längs med isolatom skulle vara lägre än i andra sektioner av isolatom om spänningsfallet vore jämnt längs med isolatom mellan ändkopplingarna, och att icke lilcfonnigheten hos spänningsfallet längs med isolatom åstadkommes medelst åtminstone ett av följande särdrag, nämligen - att antalet kvadrater hos ytan på kroppen och närrmda åtminstone en skärm inom sagda åtminstone en första sektion i strömflödets riktning är avsevärt större än i andra sektioner av samma längd hos isolatom, och/eller - att ytresistiviteten i sagda åtminstone en första sektion är avsevärt högre än i andra sektioner av isolatom.

2. Elektrisk högspänningsisolator enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att det större antalet kvadrater per längdenhet hos kroppens och det åtminstone en skärrns yta inom sagda åtminstone en första sektion i strömflödets riktning åstadkommes på något av följande sätt: - att kroppens ytterdiameter i kroppens första sektion är avsevärt mindre än kroppens 11) 510 847 10 15 20 ytterdiarneter i andra sektioner, - att skärmen eller skärmarna inom den första sektionen har ytterdiameter/ytterdiarnetrar som är avsevärt större än ytterdiametrama hos skärrnama i andra sektioner, - att antalet skärmar per längdenhet inom den forsta sektionen är avsevärt fler än antalet skärmar per längdenhet i andra sektioner av samma längd, - att skärmen eller skärmarna inom den forsta sektionen har undre rillor, medan skärmama i andra sektioner inte har det, - och/eller att skärmen/skärrnama inom den forsta sektionen har undre rillor enbart nära kroppen, medan skärrnar i andra sektioner har undre rillor enbart nära skärmamas periferi.

3. Elektrisk högspänningsisolator enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att ytresistiviteten i sagda åtminstone en forsta sektion är åtminstone 50% högre, företrädesvis 50-200% högre är i andra sektioner hos isolatom.

4. Elektrisk hogspämtingsisolator enligt något av kraven 1-3, k ä n n e t e c k n a d a v att sagda forsta sektion är en sektion ungefär mittemellan ändkopplingama.

5. Elektrisk hogspänningsisolator enligt något av kraven 1-4, k ä n n e t e c k n a d a v att den forsta sektionen är lokaliserad nära åtminstone en av ändkopplingama.