WO2009100904A1 - Feldgesteuerter verbundisolator - Google Patents

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WO2009100904A1
WO2009100904A1 PCT/EP2009/000983 EP2009000983W WO2009100904A1 WO 2009100904 A1 WO2009100904 A1 WO 2009100904A1 EP 2009000983 W EP2009000983 W EP 2009000983W WO 2009100904 A1 WO2009100904 A1 WO 2009100904A1
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WO
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layer
insulator
field control
control layer
core
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Application number
PCT/EP2009/000983
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French (fr)
Inventor
Heinz Denndörfer
Jens Seifert
Volker Hinrichsen
Original Assignee
Lapp Insulator Gmbh & Co. Kg
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Priority to SI200930550T priority patent/SI2243145T1/sl
Priority to ES09709505T priority patent/ES2401885T3/es
Priority to JP2010546261A priority patent/JP5302978B2/ja
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Priority to US12/856,806 priority patent/US8637769B2/en

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B17/00—Insulators or insulating bodies characterised by their form
    • H01B17/32—Single insulators consisting of two or more dissimilar insulating bodies
    • H01B17/325—Single insulators consisting of two or more dissimilar insulating bodies comprising a fibre-reinforced insulating core member
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B17/00—Insulators or insulating bodies characterised by their form
    • H01B17/42—Means for obtaining improved distribution of voltage; Protection against arc discharges
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49227—Insulator making

Definitions

  • the invention relates to a field-controlled composite insulator comprising a rod or tube as insulator core made of fiber-reinforced plastic, which is coated with a screen cover and equipped at its ends with fittings.
  • the materials of an insulator are heavily loaded by the inhomogeneous distribution of the electric field across its surface.
  • One of the causes lies in the structural design of an insulator.
  • the field strength changes due to the transition from the insulating materials of the screens and the insulator core to a metallic material, because of the transition to ground potential at the mast crossbar or conductor potential, where the conductors are attached.
  • the so-called geometric field control can be used. By rounding corners and edges, the geometry of the workpieces, in particular the parts carrying the tension, is defused.
  • insulating materials such as plastics such as epoxy resins and polymers
  • deposits of dielectric and / or ferroelectric materials applied as field control layers.
  • the shielding element and optionally the core are each made of a semiconducting material.
  • the semiconductor capability of the shield shell and the core are the same at each point of the insulator.
  • the screen cover must be additionally coated with a protective layer.
  • the composite insulator according to the invention has at least in the region of the conductor-side fitting on the rod or tube of the insulator core on a field control layer which is enclosed by the valve.
  • Leitlack, metal rings or wire mesh are produced. Outside the fixture, the field control layer is surrounded by a protective layer or directly by the screens extruded seamlessly on the core.
  • the insulator core as a pipe or rod is usually made of a fiberglass-reinforced thermoset such as epoxy or polyester resin.
  • the invention is suitable for all types of composite insulators, in particular for suspension insulators, post insulators or conduit insulators.
  • the field of application starts at high voltages above 1 kV and is particularly effective at voltages above 72.5 kV.
  • the field control layer is usually made of the same material as the protective layer covering it. But the protective layer can also advantageously consist of a higher erosion and Kriechstromfesten material.
  • the protective layer is in any case made of a material with high insulation properties. Materials with these properties are elastomeric materials, for example, polymeric plastics such as silicone rubber (HTV) of hardness classes Shore A 60 to 90 or ethylene-propylene copolymer (EPM).
  • HTV silicone rubber
  • EPM ethylene-propylene copolymer
  • the screens are pushed, which may consist of the same material as the protective layer.
  • the protective layer and the screens can also be extruded onto the core in one and the same operation from the same material, as is known from the patent EP 1147525 B1.
  • the field control can be resistive or capacitive or in combination with each other. For this purpose, the material of the field control layer is filled with particles as filler, which cause the field control.
  • a field control layer with ohmic conductive (conductive) and / or semiconducting (semiconductive) fillers is provided.
  • conductive conductive
  • semiconducting fillers the linear material dependence between voltage and current is utilized.
  • the conductive fillers include, for example, carbon black, Fe 3 O 4 and other metal oxides.
  • microvaristors are particularly suitable for resistive field control. These are varistors in powder form with grain diameters between 50 nm and 100 ⁇ m. With a suitable design, it can be achieved that a material filled with microvaristors, in particular a silicone material, exhibits high electrical conductivity and low power dissipation in continuous operation under impulse voltage stress.
  • Capacitive field control uses materials with dielectric properties such as TiO 2 , BaTiO 3 or TiO x . These materials have a high dielectric constant (permittivity).
  • Refractive field control is a special form of capacitive field control.
  • the field lines are refracted at the transitions of the materials so that local field disturbances, in particular field strength peaks, are eliminated as far as possible.
  • the field control layer may consist of one layer or multiple layers, wherein the individual layers may have different field control properties.
  • the particles which are added as fillers to the layers of the field control layer have a diameter of 10 nm up to 100 ⁇ m, preferably in a range of 0.1 ⁇ m to 10 ⁇ m. Their size depends on the thickness of the layer and the intensity and extent of the expected field disturbance.
  • the proportion of particles is between 50 and 90% by weight, preferably 70%.
  • the proportion of particles, the degree of filling, may be above the percolation limit, i. that the particles are in direct electrical contact.
  • the thickness of a layer of a field control layer may be 1 mm to 5 mm, usually 2 mm to 3 mm. It depends on the intensity and extent of the expected field disturbance.
  • the field control layer can consist of one layer and contain only resistive particles as filler. Such a layer is provided at the locations of the insulator to which preferably a resistive, an ohmic field control is required.
  • the field control layer can consist of one layer and contain only capacitive particles as filler. Such a layer is provided at the locations of the insulator to which preferably a capacitive, or in particular a refractive, field control is required.
  • the field control layer may consist of one layer and the proportion of the resistive or capacitive particles may be different over the length of the layer. With the same thickness, the intensity of the effect on the field disturbances can be changed locally by changing the proportion of fillers in the position.
  • the Change in the proportion of the filler is possible if the filler has not already been added to the material of the layer before application, but only in or before the nozzle for applying the layer is admixed to the material.
  • the thickness of a layer of a field control layer can change over its length. This is possible by changing the feed rate within the extruder, which applies the layer to the core. With the same proportion of fillers can be changed locally by changing the thickness of the layer and thus the number of particles in the position of the intensity of the effect on the field disturbances.
  • the field control layer can also consist of at least two layers with resistive or capacitive particles as fillers.
  • the one layer may have a higher proportion of resistive or capacitive particles than the other layer.
  • the field control layer can also consist of at least two layers, one layer containing exclusively resistive and another layer exclusively capacitive particles. For several layers one above the other, the layers may alternate in their order.
  • the field control layer may consist of one layer and contain a mixture of resistive and capacitive particles.
  • the field control layer can also consist of at least two layers, wherein one layer contains a mixture of resistive and capacitive particles and the other layer contains only resistive or capacitive particles.
  • the layers may alternate in their order or composition in terms of their effect on the electric field.
  • the proportion of capacitive and / or resistive particles in the individual layers of the layer may be different.
  • the field control layer can be applied over the entire length of the insulator core. However, it can also extend only over partial areas, such as in the field of fittings.
  • the field control layer can also be divided into individual sections and thereby interrupted.
  • one layer may be longer than the other bordering the layerless section and extending beyond the layer above or below to the non-layered section, so that the field influencing character of this situation comes exclusively to effect.
  • the individual layers of a field control layer can be separated from one another by insulating intermediate layers if differences in the conductivity in the contact region of the two layers themselves could lead to undesired changes in the field.
  • microvaristors are preferred, in particular ZnO.
  • this can with a protective layer, such as an insulating HTV silicone extrudate layer with extremely good Leakage, erosion and weathering resistances, coated on which then the screens are pushed.
  • This protective layer increases the outdoor resistance and can be up to 5 mm thick, advantageously between 2 mm and 3 mm.
  • the field control layer can be applied to the core by an extruder through which the core is pushed. If a layer with several layers is to be applied to the core, this can be done by a multi-stage nozzle or by several extruders arranged one behind the other. The application of the layers must be such that they adhere well to the insulator core and join together to form a layer. If necessary, the application of Haftverrnittiern required.
  • the invention offers the possibility of using a field control layer only at those points where critical disturbances of the electric field, in particular field strength peaks, can occur. As a result, the power losses at the insulators can be reduced to minimum values.
  • Variation of the overlap lengths of the layers can advantageously be adapted to the field disturbances to be eliminated, in particular field strength peaks, in particular caused by local soiling.
  • the field distribution along the insulator is thereby made uniform. This avoids the formation of corona discharges, corona discharges and flashovers, which prevents premature aging of the material.
  • FIG. 1 shows a detail of a composite insulator with a field control layer, consisting of a layer, in longitudinal section,
  • FIG. 2 shows a section of a composite insulator with a field control layer of two layers, wherein a layer covers only a part of the core
  • FIG. 3 shows a long-rod insulator, in which the areas are marked in which a field control layer is applied
  • FIG. 4 shows a long-rod insulator in which a field control layer is applied in the region of the fitting to which the conductor cables are fastened
  • FIG. 5 shows the transition region from an insulator core to a fitting in longitudinal section
  • FIG. 6 shows a comparison test between a conventional insulator according to the invention and a conventional insulator when the ac voltage is present under irrigation; and
  • FIG. 7 shows a flowchart for explaining the production of an insulator according to the invention.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a composite insulator 1 according to the invention.
  • it is the section of a long-rod insulator.
  • a field control layer 3 is applied on a core 2 made of glass fiber reinforced plastic.
  • it can have capacitive or resistive properties.
  • it may contain ZnO microvaristors for resistive field control.
  • the field control layer 3 is covered by a protective layer 4, which consists of an erosion and Kriechstromfesten material and the field control layer 3 protects against weathering and pollution.
  • the screens 5 are arranged at regular intervals, which are injected from one of the known polymeric plastics.
  • the field control layer 3 in a portion of the insulator 1 of two layers 31 and 32, of which the layer 32 is disposed over the continuous layer 31.
  • the two layers 31 and 32 may have different field control properties.
  • the outer layer 32 may have capacitive and the continuous layer 31 resistive properties.
  • Such an arrangement of the layers may be advantageous, for example, in the field of fittings in terms of constructive field disturbances.
  • the field control layer 3 is uniformly thick throughout. In the area where the field control layer 3 is double-layered, by reducing the extrusion, the inner layer 31 can be thinned.
  • the outer layer 32 can be applied so thick that a uniform, uniform layer thickness is achieved.
  • Figures 3 and 4 show long-rod insulators 10, as used for example in high-voltage overhead lines.
  • the structure of the field control layers of these insulators may correspond, for example, to the structure as described in the insulators illustrated in FIGS. 1 or 2.
  • the insulators 10 each depend on a traverse 11 of a high-voltage mast, not shown here.
  • the attachment takes place in a known manner with a fitting 12 made of metal.
  • the conductor cables 14 are fastened by means of a further armature 13.
  • the isolators 10 which have a length of 4 m, to avoid excessive power losses either only partially, as shown in FIG.
  • the insulator 10 in FIG. 3 has five equally sized regions 15, in which the core is coated with a field control layer. They are each interrupted by areas of equal size without field control layer.
  • the insulator 10 in FIG. 4 has a region 16 which is provided with a Field control layer is coated and extending from the armature 13, to which the conductors 14 are fixed, over one third of the rod length upwards.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a transition region from a fitting to the shield sheath region in longitudinal section. It is a section through the end of an insulator with a fitting to which the conductors are attached, as shown in Figures 3 or 4. Matching features with Figures 2, 3 and 4 are designated by the same reference numerals.
  • the core consists of a rod 2 made of glass fiber reinforced plastic, which is coated with a field control layer 3, which in turn is enveloped by a protective layer 4. On this protective layer, the umbrellas 5 are raised.
  • the field control layer 3 corresponds in its construction to that shown in FIG.
  • the end of the rod 2 is enclosed by the fitting 13.
  • a layer 31 completely covers the core 2 of the insulator on the length visible in the illustration. It is a layer with resistive effect and contains microvaristors.
  • the capacitive field control is particularly suitable to reduce field strength peaks that are constructive, for example, by edges or stepped transitions, as they occur at the transition from a fitting to the insulator.
  • To improve the conductive contact between the layers and the fitting of the core enclosing cavity of the fitting may be coated with a conductive paint. Also deposits of wire loops or wire nets are, as not shown, possible.
  • FIG. 6 shows the result of a comparison test between a long-rod insulator according to the invention, the surface of which was coated with a field control layer according to FIG. 1, and a conventional long-rod insulator as reference insulator, which was equipped exclusively with HTV silicone without field control layer.
  • the umbrellas were each made of HTV silicone. The striking distance was 2765 mm.
  • a 3 mm thick polymer layer cross-sectional area: 1.8 cm 2
  • the polymer layer for field control were microvaristors, ZnO varistors in powder form, in a proportion of 50 to 90% by weight, preferably 70% by weight with a particle size of 10 nm to 100 ⁇ m, preferably between 0.1 ⁇ m and 10 microns have been added.
  • the degree of filling of the microvaristors was above the percolation limit, ie the microvaristors were in direct electrical contact with each other.
  • the reference insulator according to the invention can be seen on the left and the reference insulator on the right during the comparison test.
  • an applied AC voltage of 750 kV (effective) the insulators were irrigated.
  • the reference insulator shows strong discharge activity among the bottom five shields facing the conductor side, the isolator equipped with the Fald Kunststoff is completely discharge-free.
  • FIG. 7 shows a flow chart for explaining the production of an insulator according to the invention.
  • the core 2 of the insulator to be produced is a rod which consists of a glass fiber reinforced plastic. This rod 2 is guided in the feed direction 20 by successively arranged stations, where it is completed to the insulator.
  • a bonding agent 211 is applied so that the layers of the field control layer 3 to be subsequently applied are intimately joined to the core 2.
  • a first layer 31 of the field control layer is applied, for example a layer with varistors, a layer with resistive character. If another layer is to follow, another extruder 23 is provided for applying the further layer 32, for example a layer with a capacitive character.

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Abstract

Die Werkstoffe eines Isolators werden durch die inhomogene Verteilung des elektrischen Feldes über seine Oberfläche stark belastet. Eine der Ursachen liegt in der konstruktiven Ausgestaltung eines Isolators. Insbesondere im Bereich der Armaturen verändert sich die Feldstärke wegen des Übergangs von den isolierenden Werkstoffen der Schirme und des Isolatorkerns zu einem metallischen Werkstoff, wegen des Übergangs zum Erdpotential an der Masttraverse beziehungsweise zum Leiterpotential, dort, wo die Leiterseile befestigt sind. Eine weitere Ursache sind die Schmutzablagerungen, eine Belastung, die einen Isolator insgesamt betrifft. Erfindungsgemäß wird deshalb vorgeschlagen, dass zwischen Kern (2) und Schutzschicht (4) mindestens in einem Abschnitt (15; 16) des Isolators (1; 10) eine Feldsteuerschicht (3) angeordnet ist, die das elektrische Feld des Isolators beeinflussende Partikel als Füllstoff enthält.

Description

Feldgesteuerter Verbundisolator
Die Erfindung betrifft einen feldgesteuerten Verbundisolator, enthaltend einen Stab oder Rohr als Isolatorkern aus faserverstärktem Kunststoff, der mit einer Schirmhülle überzogen und an seinen Enden mit Armaturen bestückt ist.
Die Werkstoffe eines Isolators werden durch die inhomogene Verteilung des elektrischen Feldes über seine Oberfläche stark belastet. Eine der Ursachen liegt in der konstruktiven Ausgestaltung eines Isolators. Insbesondere im Bereich der Armaturen verändert sich die Feldstärke wegen des Übergangs von den isolierenden Werkstoffen der Schirme und des Isolatorkerns zu einem metallischen Werkstoff, wegen des Übergangs zum Erdpotential an der Masttraverse beziehungsweise zum Leiterpotential, dort, wo die Leiterseile befestigt sind. Zur Verhinderung der dadurch bedingten örtlichen Feldstörung, insbesondere Feldstärkeüberhöhungen, kann die so genannte geometrische Feldsteuerung eingesetzt werden. Durch Abrundungen von Ecken und Kanten wird die Geometrie der Werkstücke, insbesondere die der Spannung führenden Teile, entschärft.
Eine weitere Ursache sind die Schmutzablagerungen, eine Belastung, die einen Isolator insgesamt betrifft. Auf Verbundisolatoren, die als Außeninstallationen der Witterung ausgesetzt sind, lagern sich mit der Zeit dünne Schmutzschichten ab. Auf Grund der elektrischen Leitfähigkeit dieser Schichten können auf den Isolatoroberflächen Ladungsströme fließen. Werden diese Schichten feucht, beispielsweise durch Regen oder Tau, wird die Leitfähigkeit noch weiter erhöht, was zu erhöhten Stromstärken der Leck- und Entladungsströme und zu ohmschen Verlusten führt. Das bewirkt eine Erwärmung der Schmutzschichten mit der Folge ihrer Abtrocknung. Die abtrocknenden Schmutzschichten werden lokal hochohmig, so dass hier hohe Spannungsabfälle auftreten können. Wird dadurch bedingt die elektrische Durchschlagsfestigkeit der Umgebungsluft überschritten, treten Glimmentladungen oder elektrische Überschlagsentladungen auf, die die Ursache für eine Alterung und schließlich Zerstörung des Werkstoffs der Isolatoroberfläche sind. AIs Maßnahmen zur Vergleichmäßigung des elektrischen Feldes und zur Vermeidung örtlicher Feldstörung, insbesondere Feldstärkeüberhöhungen, werden örtliche Überzüge oder Beschichtungen aus Isolierwerkstoffen, beispielsweise Kunststoffen wie Epoxidharze und Polymere, mit Einlagerungen aus dielektrischen oder/und ferroelektrischen Stoffen als Feldsteuerschichten aufgebracht.
Von einem Ausführungsbeispiel des Hochspannungs-Verbundisolators gemäß der DE 32 14 141 A1 (dortige Fig. 2) ist es bekannt, dass eine Vielzahl von Schirmen mit einem über den Kern geschobenen Kragen sowie einer Kontakthülse zwischen dem letzten Schirm und der Metallarmatur halbleitend sind. Bei dieser Ausgestaltung des Isolators besteht die Gefahr, dass sich Metallpartikel und in der Luft befindliche sonstige Schmutzpartikel unmittelbar auf der elektrisch halbleitenden Schicht anlagern und von dort - aufgrund elektrischer Wechselwirkungen - durch die natürliche Bewitterung schlecht abgeschwemmt werden können. Diese Partikel können bei entsprechender Geometrie zu lokalen Feldstärkeerhöhungen und dadurch zu Beschädigungen des Isolators führen.
Aus der DE 197 00 387 B4 ist ein Verbundisolator bekannt, dessen Schirmelement und gegebenenfalls der Kern jeweils aus einem halbleitenden Werkstoff gefertigt sind. Die Halbleiterfähigkeit der Schirmhülle und des Kerns sind an jeder Stelle des Isolators gleich groß. Gegen Witterungseinflüsse und Verschmutzung muss die Schirmhülle zusätzlich mit einer Schutzschicht überzogen werden.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Verbundisolator vorzustellen, bei dem die Ursachen zur Bildung von örtlichen Feldstörungen, insbesondere Feldstärkeüberhöhungen und Coronaentladungen, durch eine auf die jeweilige Störung abgestimmte Feldsteuerschicht weitestgehend beseitigt sind.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt konstruktiv mit Hilfe der kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs und mittels eines Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen Isolators nach den Ansprüchen 28 und 29. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Isolators und der Verfahren zu seiner Herstellung werden in den abhängigen Ansprüchen beansprucht.
Der erfindungsgemäße Verbundisolator weist zumindest im Bereich der leiterseitigen Armatur auf dem Stab oder Rohr des Isolatorkerns eine Feldsteuerschicht auf, die von der Armatur umschlossen wird. Der galvanische
Kontakt zwischen der Feldsteuerschicht und der Armatur kann beispielsweise durch
Leitlack, Metallringe oder Drahtgewebe hergestellt werden. Außerhalb der Armatur wird die Feldsteuerschicht von einer Schutzschicht oder direkt von den nahtlos auf den Kern extrudierten Schirmen umgeben. Der Isolatorkern als Rohr oder Stab besteht in der Regel aus einem mit Glasfasern verstärkten Duromer wie beispielsweise Epoxidharz oder Polyesterharz.
Die Erfindung eignet sich für alle Arten von Verbundisolatoren, insbesondere für Hängeisolatoren, Stützisolatoren oder Durehführungsisolatoren. Der Einsatzbereich beginnt bei Hochspannungen über 1 kV und ist besonders effektiv bei Spannungen über 72,5 kV.
Die Feldsteuerschicht besteht in der Regel aus demselben Werkstoff wie die sie überdeckende Schutzschicht. Die Schutzschicht kann aber auch vorteilhaft aus einem höheren erosions- und kriechstromfesten Werkstoff bestehen. Die Schutzschicht besteht in jedem Fall aus einem Werkstoff mit hohen Isolationseigenschaften. Werkstoffe mit diesen Eigenschaften sind elastomere Werkstoffe, beispielsweise polymere Kunststoffe wie Silikonkautschuk (HTV) der Härteklassen Shore A 60 bis 90 oder Ethylen-Propylen-Copolymer (EPM). Auf den so vorbereiteten Kern mit Feldsteuerschicht und Schutzschicht werden die Schirme aufgeschoben, die aus demselben Werkstoff wie Schutzschicht bestehen können. Die Schutzschicht und die Schirme können auch in ein und demselben Arbeitsgang aus demselben Werkstoff auf den Kern extrudiert werden, wie es aus dem Patent EP 1147525 B1 bekannt ist. Die Feldsteuerung kann resistiv oder kapazitiv oder in einer Kombination miteinander erfolgen. Dazu wird der Werkstoff der Feldsteuerschicht mit Partikeln als Füllstoff gefüllt, die die Feldsteuerung bewirken.
Zur resistiven Feldsteuerung, auch ohmschen Feldsteuerung genannt, ist eine Feldsteuerschicht mit ohmschen leitenden (conductiven) oder/und halbleitenden (semiconductiven) Füllstoffen vorgesehen. Bei den ohmschen leitenden Füllstoffen wird die lineare Werkstoffabhängigkeit zwischen Spannung und Strom ausgenutzt. Zu den leitfähigen Füllstoffen gehören beispielsweise Ruß, Fe3O4 und andere Metalloxide.
Es gibt halbleitende Werkstoffe mit einer nicht-lineare Abhängigkeit zwischen Spannung und Strom. Diese Eigenschaften haben Varistoren, beispielsweise ZnO, die ab einer definierten Spannung beziehungsweise Feldstärke leitfähig werden und damit die Fähigkeit besitzen, Überspannungen zu begrenzen. Für die resistive Feldsteuerung eignen sich insbesondere Mikrovaristoren. Das sind Varistoren in Pulverform mit Korndurchmessern zwischen 50 nm und 100 μm. Bei geeigneter Auslegung kann erreicht werden, dass ein mit Mikrovaristoren gefüllter Werkstoff, insbesondere ein Silikonwerkstoff, bei Stoßspannungsbeanspruchung eine hohe elektrische Leitfähigkeit und einen niedrigen Verlustleistungsumsatz im Dauerbetrieb aufweist.
Bei der kapazitiven Feldsteuerung werden Werkstoffe mit dielektrischen Eigenschaften eingesetzt wie beispielsweise TiO2, BaTiO3 oder TiOx. Diese Werkstoffe haben eine hohe Dielektrizitätskonstante (Permittivität).
Die refraktive Feldsteuerung ist eine Sonderform der kapazitiven Feldsteuerung. Durch geeignete Anordnung von Werkstoffen mit unterschiedlich großen Dielektrizitätskonstanten werden an den Übergängen der Werkstoffe die Feldlinien so gebrochen, dass örtliche Feldstörungen, insbesondere Feldstärke- Überhöhungen, möglichst beseitigt werden. Die Feldsteuerschicht kann aus einer Lage oder mehreren Lagen bestehen, wobei die einzelnen Lagen unterschiedliche Feldsteuereigenschaften haben können.
Die Partikel, die als Füllstoffe den Lagen der Feldsteuerschicht zugegeben werden, haben einen Durchmesser von 10 nm bis zu 100 μm, vorzugsweise in einem Bereich von 0,1 μm bis 10 μm. Ihre Größe richtet sich nach der Dicke der Lage und der Intensität und der Ausdehnung der zu erwartenden Feldstörung.
Der Anteil der Partikel liegt zwischen 50 und 90 % Gewichtsprozent, vorteilhaft bei 70 %.
Der Anteil der Partikel, der Füllgrad, kann oberhalb der Perkolationsgrenze liegen, d.h. dass sich die Partikel in direktem elektrischem Kontakt befinden.
Die Dicke einer Lage einer Feldsteuerschicht kann 1 mm bis 5 mm betragen, in der Regel 2 mm bis 3 mm. Sie richtet sich nach der Intensität und der Ausdehnung der zu erwartenden Feldstörung.
Die Feldsteuerschicht kann aus einer Lage bestehen und ausschließlich resistive Partikel als Füllstoff enthalten. Eine solche Schicht ist an den Stellen des Isolators vorgesehen, an denen vorzugsweise eine resistive, eine ohmsche Feldsteuerung erforderlich ist.
Die Feldsteuerschicht kann aus einer Lage bestehen und ausschließlich kapazitive Partikel als Füllstoff enthalten. Eine solche Schicht ist an den Stellen des Isolators vorgesehen, an denen vorzugsweise eine kapazitive, oder speziell eine refraktive, Feldsteuerung erforderlich ist.
Die Feldsteuerschicht kann aus einer Lage bestehen und der Anteil der resistiven oder kapazitiven Partikel kann über die Länge der Lage unterschiedlich sein. Bei gleicher Dicke kann durch Änderung des Anteils an Füllstoffen in der Lage die Intensität der Einwirkung auf die Feldstörungen örtlich verändert werden. Die Änderung des Anteils am Füllstoff ist dann möglich, wenn der Füllstoff nicht bereits dem Werkstoff der Lage vor dem Auftragen zugemischt wurde, sondern erst in oder vor der Düse zum Auftragen der Lage dem Werkstoff zugemischt wird.
Die Dicke einer Lage einer Feldsteuerschicht kann über ihre Länge wechseln. Möglich ist das durch die Änderung der Vorschubgeschwindigkeit innerhalb des Extruders, der die Lage auf den Kern aufträgt. Bei gleichem Anteil an Füllstoffen kann durch Änderung der Dicke der Lage und damit der Anzahl der Partikel in der Lage die Intensität der Einwirkung auf die Feldstörungen örtlich verändert werden.
Die Feldsteuerschicht kann auch aus mindestens zwei Lagen mit resistiven oder kapazitiven Partikeln als Füllstoffen bestehen. Dabei kann die eine Lage einen höheren Anteil an resistiven beziehungsweise kapazitiven Partikeln haben als die andere Lage.
Die Feldsteuerschicht kann auch aus mindestens zwei Lagen bestehen, wobei eine Lage ausschließlich resistive und eine andere Lage ausschließlich kapazitive Partikel enthält. Bei mehreren Lagen übereinander können sich die Lagen in ihrer Reihenfolge abwechseln.
Die Feldsteuerschicht kann aus einer Lage bestehen und eine Mischung von resistiven und kapazitiven Partikeln enthalten.
Die Feldsteuerschicht kann auch aus mindestens zwei Lagen bestehen, wobei eine Lage eine Mischung von resistiven und kapazitiven Partikeln enthält und die andere Lage ausschließlich resistive oder kapazitive Partikel enthält.
Bei mehreren Lagen übereinander können sich die Lagen hinsichtlich ihrer Wirkung auf das elektrische Feld in ihrer Reihenfolge oder/und Zusammensetzung abwechseln. Außerdem kann der Anteil der kapazitven oder/und resistiven Partikeln in den einzelnen Lagen der Schicht unterschiedlich sein. Die Feldsteuerschicht kann über die gesamte Länge des Isolatorkerns aufgetragen sein. Sie kann sich aber auch nur über Teilbereiche erstrecken, wie beispielsweise im Bereich der Armaturen. Die Feldsteuerschicht kann auch in einzelne Abschnitte unterteilt und dadurch unterbrochen sein.
In dem Fall, in dem die Feldsteuerschicht in einzelne Abschnitte unterteilt ist und aus mindestens zwei Lagen besteht, kann im Grenzbereich zum schichtfreien Abschnitt eine Lage länger sein als die andere und über die darüber oder darunter befindliche Lage hinaus weiter bis zu dem schichtfreien Abschnitt reichen, so dass der das Feld beeinflussende Charakter dieser Lage ausschließlich zur Wirkung kommt.
Durch die zuvor beschriebenen diskontinuierlichen Anordnungen der Schicht können hohe Verlustleistungen vermieden werden.
Gegebenenfalls können die einzelnen Lagen einer Feldsteuerschicht durch isolierende Zwischenlagen voneinander getrennt sein, wenn Unterschiede der Leitfähigkeit im Kontaktbereich der beiden Lagen selbst zu unerwünschten Veränderungen des Feldes führen könnten.
Die oben aufgeführten Kombinationsmöglichkeiten der Anzahl der Lagen, der Anordnung der einzelnen Lagen innerhalb einer Schicht und der Grad der Füllung mit kapazitven oder/und resistiven Partikeln erlaubt es, an den möglichen Stellen, wo eine für den Isolator schädliche Inhomogenität des elektrischen Feldes auftreten kann, diese durch eine darauf abgestimmte Schicht zu verhindern oder zu unterdrücken.
Für die resistive Feldsteuerung werden Mikrovaristoren bevorzugt, insbesondere aus ZnO.
Zum Schutz der Feldsteuerschicht kann diese mit einer Schutzschicht, beispielsweise einer isolierenden HTV-Silikon-Extrudatschicht mit extrem guten Kriechstrom-, Erosions- und Witterungsbeständigkeiten, überzogen sein, auf die dann die Schirme geschoben werden. Diese Schutzschicht erhöht die Freiluftbeständigkeit und kann bis zu 5 mm dick sein, vorteilhaft zwischen 2 mm und 3 mm.
Auf den Kern mit der Feldsteuerschicht können aber auch die Schirme direkt lückenlos aufextrudiert werden, wie es aus dem Patent EP 1147525 B1 bekannt ist. Schutzschicht und Schirme bestehen dann aus demselben Werkstoff.
Die Feldsteuerschicht kann auf den Kern durch einen Extruder aufgebracht werden, durch den der Kern hindurchgeschoben wird. Soll eine Schicht mit mehreren Lagen auf dem Kern aufgetragen werden, so kann das durch eine mehrstufige Düse oder durch mehrere hintereinander angeordnete Extruder erfolgen. Das Auftragen der Lagen muss so erfolgen, dass sie gut am Isolatorkern haften und sich miteinander zu einer Schicht verbinden. Gegebenenfalls ist das Auftragen von Haftverrnittiern erforderlich.
Die Erfindung bietet die Möglichkeit, eine Feldsteuerschicht nur an den Stellen einzusetzen, an denen kritische Störungen des elektrischen Feldes, insbesondere Feldstärkeüberhöhungen, auftreten können. Dadurch können die Verlustleistungen an den Isolatoren auf Minimalwerte reduziert werden.
Die Zusammensetzung der Feldsteuerschicht aus Lagen mit resistiven oder/und kapazitiven Partikeln oder der Aufbau der Schicht aus zwei oder mehreren Lagen, insbesondere mit unterschiedlichen Partikeln oder/und Partikelanteilen, sowie die
Variation der Überdeckungslängen der Lagen können vorteilhaft auf die zu beseitigenden Feldstörungen, insbesondere Feldstärkeüberhöhungen, besonders durch lokale Verschmutzungen hervorgerufen, abgestimmt werden. Die Feldverteilung entlang des Isolators wird dadurch vergleichmäßigt. Dadurch wird die Entstehung von Glimmentladungen, Koronaentladungen und Überschlägen vermieden, wodurch eine vorzeitige Alterung des Werkstoffs vermieden wird. An Hand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Ausschnitt aus einem Verbundisolator mit einer Feldsteuerschicht, aus einer Lage bestehend, im Längsschnitt,
Fig. 2 einen Ausschnitt aus einem Verbundisolator mit einer Feldsteuerschicht aus zwei Lagen, wobei eine Lage nur einen Teil des Kerns überdeckt,
Fig. 3 einen Langstabisolator, bei dem die Bereiche gekennzeichnet sind, in denen eine Feldsteuerschicht aufgetragen ist,
Fig. 4 einen Langstabisolator, bei dem eine Feldsteuerschicht im Bereich der Armatur aufgetragen ist, an der die Leiterseile befestigt sind, Fig. 5 den Übergangsbereich von einem Isolatorkern zu einer Armatur im Längsschnitt,
Fig. 6 einen Vergleichstest zwischen einem erfindungsgemäßen und einem herkömmlichen Isolator bei anliegender Wechselspannung unter Beregnung und Fig. 7 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Herstellung eines erfindungsgemäßen Isolators.
In Figur 1 ist ein Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Verbundisolator 1 dargestellt. Im vorliegenden Fall ist es der Ausschnitt aus einem Langstabisolator. Auf einem Kern 2 aus glasfaserverstärktem Kunststoff ist eine Feldsteuerschicht 3 aufgetragen. In Abstimmung auf die auftretenden Feldstörungen kann sie kapazitive oder resistive Eigenschaften haben. Beispielsweise kann sie Mikrovaristoren aus ZnO zur resistiven Feldsteuerung enthalten. Die Feldsteuerschicht 3 ist von einer Schutzschicht 4 überzogen, welche aus einem erosions- und kriechstromfesten Werkstoff besteht und die Feldsteuerschicht 3 gegen Witterungseinflüsse und Verschmutzung schützt. Auf dieser Schutzschicht 4 sind in regelmäßigen Abständen die Schirme 5 angeordnet, die aus einem der bekannten polymeren Kunststoffe gespritzt sind. In Figur 2 ist ebenfalls ein Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Verbundisolator 1 dargestellt. Mit der Figur 1 übereinstimmende Merkmale sind mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. Bei vorliegendem Ausführungsbeispiel besteht die Feldsteuerschicht 3 in einem Teilbereich des Isolators 1 aus zwei Lagen 31 und 32, von denen die Lage 32 über der durchgehenden Lage 31 angeordnet ist. Die beiden Lagen 31 und 32 können unterschiedliche Feldsteuereigenschaften aufweisen. So kann die äußere Lage 32 kapazitive und die durchgehende Lage 31 resistive Eigenschaften aufweisen. Eine solche Anordnung der Schichten kann beispielsweise im Bereich der Armaturen im Hinblick auf konstruktiv bedingte Feldstörungen vorteilhaft sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Feldsteuerschicht 3 durchgehend gleichmäßige dick. In dem Bereich, in dem die Feldsteuerschicht 3 zweilagig ist, kann durch Reduktion der Extrusion die inneren Lage 31 dünner aufgetragen werden. So kann in einem zweiten Arbeitsschritt die äußere Lage 32 so dick aufgetragen werden, dass eine durchgehend gleichmäßige Schichtdicke erreicht wird.
Die Figuren 3 und 4 zeigen Langstabisolatoren 10, wie sie beispielsweise bei Hochspannungs-Freileitungen eingesetzt werden. Der Aufbau der Feldsteuerschichten dieser Isolatoren kann beispielsweise dem Aufbau entsprechen, wie er bei den in den Figuren 1 oder 2 dargestellten Isolatoren beschrieben ist. Die Isolatoren 10 hängen jeweils an einer Traverse 11 eines hier nicht dargestellten Hochspannungsmasten. Die Befestigung erfolgt in bekannter Weise mit einer Armatur 12 aus Metall. Am unteren Ende sind mittels einer weiteren Armatur 13 die Leiterseile 14 befestigt. Bei den vorliegenden Ausführungsbeispielen sind die Isolatoren 10, die eine Länge von 4 m haben, zur Vermeidung zu hoher Verlustleistungen entweder nur abschnittsweise, wie in Figur
3 dargestellt, oder nur in einem bestimmten Bereich an einer Armatur, wie in Figur
4 dargestellt, mit einer Feldsteuerschicht überzogen. Der Isolator 10 in Figur 3 hat jeweils fünf gleich große Bereiche 15, in denen der Kern mit einer Feldsteuerschicht überzogen ist. Sie sind jeweils durch gleich große Bereiche ohne Feldsteuerschicht unterbrochen. Der Isolator 10 in Figur 4 hat einen Bereich 16, der mit einer Feldsteuerschicht überzogen ist und der sich von der Armatur 13, an denen die Leiterseile 14 befestigt sind, über ein Drittel der Stablänge aufwärts erstreckt.
Figur 5 zeigt in schematisierter Darstellung einen Übergangsbereich von einer Armatur zum Schirmhüllenbereich im Längsschnitt. Es ist ein Schnitt durch das Ende eines Isolators mit einer Armatur, an der die Leiterseile befestigt sind, wie er in den Figuren 3 oder 4 dargestellt ist. Übereinstimmende Merkmale mit den Figuren 2, 3 und 4 sind mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.
Bei dem Isolator 1 oder 10 besteht der Kern aus einem Stab 2 aus glasfaserverstärktem Kunststoff, der mit einer Feldsteuerschicht 3 überzogen ist, die wiederum von einer Schutzschicht 4 umhüllt ist. Auf dieser Schutzschicht sind die Schirme 5 aufgezogen. Die Feldsteuerschicht 3 entspricht in ihrem Aufbau der, wie sie in Figur 2 dargestellt ist. Das Ende des Stabs 2 wird von der Armatur 13 umschlossen. Eine Lage 31 überzieht den Kern 2 des Isolators auf der in der Darstellung sichtbaren Länge vollständig. Es ist eine Lage mit resistiver Wirkung und enthält Mikrovaristoren. Darüber liegt nach außen eine Lage 32 mit kapazitiver Wirkung, die Füllstoffe mit dielektrischen Eigenschaften enthält. Die Lage 32 reicht vom Inneren der Armatur 13 bis oberhalb des ersten Schirms 5. Die kapazitive Feldsteuerung ist besonders geeignet, Feldstärkeüberhöhungen abzubauen, die konstruktiv bedingt sind, beispielsweise durch Kanten oder stufige Übergänge, wie sie am Übergang von einer Armatur zum Isolatorstab auftreten. Zur Verbesserung des leitfähigen Kontaktes zwischen den Lagen und der Armatur kann der den Kern umschließende Hohlraum der Armatur mit einem leitfähigen Lack überzogen sein. Auch Einlagen von Drahtschlingen oder Drahtnetzen sind, wie hier nicht dargestellt, möglich.
Figur 6 zeigt das Ergebnis eines Vergleichstests zwischen einem erfindungsgemäßen Langstabisolator, dessen Oberfläche mit einer Feldsteuerschicht entsprechend Figur 1 überzogen war, und einem herkömmlichen Langstabisolator als Referenzisolator, der ausschließlich mit HTV-Silikon ohne Feldsteuerschicht ausgestattet war. Die Schirme waren jeweils aus HTV-Silikon. Die Schlagweite betrug 2765 mm. Bei beiden Prüflingen wurde auf einem GFK- Stab mit 16 mm Durchmesser eine 3 mm dicke Polymerschicht (Querschnittsfläche: 1 ,8 cm2) aufgetragen. Bei einem der Prüflinge waren der Polymerschicht zur Feldsteuerung Mikrovaristoren, ZnO-Varistoren in Pulverform, in einem Anteil von 50 bis 90 Gewichts-%, vorzugsweise 70 Gewichts-% mit einer Korngröße von 10 nm bis 100 μm, vorzugsweise zwischen 0,1 μm und 10 μm beigemischt worden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel lag der Füllgrad der Mikrovaristoren oberhalb der Perkolationsgrenze, d.h. die Mikrovaristoren befanden sich in direktem elektrischen Kontakt untereinander.
In Figur 6 sind links der erfindungsgemäße und rechts der Referenzisolator während des Vergleichstests zu sehen. Bei einer anliegenden Wechselspannung von 750 kV (effektiv) wurden die Isolatoren beregnet. Während der Referenzisolator unter den untersten fünf, der Leiterseite zugewandten Schirmen starke Entladungsaktivitäten zeigt, ist der mit der Faldsteuerschicht ausgestattete Isolator völlig entladungsfrei.
In Figur 7 ist ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Herstellung eines erfindungsgemäßen Isolators dargestellt. Der Kern 2 des herzustellenden Isolators ist ein Stab, der aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff besteht. Dieser Stab 2 wird in Vorschubrichtung 20 durch nacheinander angeordnete Stationen geführt, wo er zum Isolator komplettiert wird. In der ersten Station 21 wird ein Haftvermittler 211 aufgetragen, damit sich die nachfolgend aufzutragenden Lagen der Feldsteuerschicht 3 innig mit dem Kern 2 verbinden. In dem Extruder 22 wird eine erste Lage 31 der Feldsteuerschicht aufgetragen, beispielsweise eine Lage mit Varistoren, eine Lage mit resistivem Charakter. Soll noch eine weitere Lage folgen, ist ein weiterer Extruder 23 zum Auftragen der weiteren Lage 32 vorgesehen, beispielsweise eine Lage mit kapazitivem Charakter. Statt zwei hintereinander angeordneter Extruder kann auch ein Zwei-Düsen-Extruder eingesetzt werden, der beide Lagen übereinander auf den Stab extrudiert. Der nächste Extruder 24 trägt die Schutzschicht 4 auf. Je nach Herstellungsverfahren der Schirmhülle kann jetzt der Isolatorkern mit einem Trennwerkzeug 25 getrennt werden. Im nächsten Schritt 26 können die Schirme aufextrudiert oder die bereits vorgefertigten Schirme 5 aufgeschoben werden. Eine thermische Behandlung 27 zur Aushärtung der Feldsteuerschicht, der Schutzschicht und der Schirme schließt die Herstellung des Isolators 1 ; 10 ab. Nach Vorbereitung der Enden des Stabs können die Armaturen darauf befestigt werden.
Werden die Schutzschicht und die Schirmhülle in ein und demselben Arbeitsgang als eine gemeinsame Schicht auf den Isolatorkern 2 aufgebracht, erfolgt die Herstellung in der Station 26, entsprechend dem Patent EP 1147525 B1. Eine Trennung in einzelne, fertige Isolatoren 1 ; 10 erfolgt hier erst nach der thermischen Behandlung 27 mit einem Trennwerkzeug 28.

Claims

Patentansprüche
1. Verbundisolator (1 ; 10), enthaltend einen Kern (2), der mit Schirmen (5) umgeben sein kann, und eine den Kern (2) umgebende Schutzschicht (4), aus der gegebenenfalls auch die Schirme (5) geformt sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Kern (2) und Schutzschicht (4) mindestens in einem Abschnitt (15; 16) des Isolators (1 ; 10) eine Feldsteuerschicht (3) angeordnet ist, die das elektrische Feld des Isolators beeinflussende Partikel als Füllstoff enthält.
2. Verbundisolator (1 ; 10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Feldsteuerschicht (3) aus einer, zwei oder mehr Lagen (31 , 32) besteht und dass die einzelnen Lagen unterschiedliche Feldsteuereigenschaften haben.
3. Verbundisolator (1 ; 10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldsteuerschicht (3) aus einer Lage (31) besteht und ausschließlich resistive Partikel als Füllstoff enthält.
4. Verbundisolator (1 ; 10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der resistiven Partikel über die Länge der Lage unterschiedlich ist.
5. Verbundisolator (1 ; 10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldsteuerschicht (3) aus einer Lage (32) besteht und ausschließlich kapazitive Partikel als Füllstoff enthält.
6. Verbundisolator (1 ; 10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der kapazitiven Partikel über die Länge der Lage unterschiedlich ist.
7. Verbundisolator (1 ; 10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke einer Lage (31 , 32) über ihre Länge unterschiedlich ist.
8. Verbundisolator (1; 10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldsteuerschicht aus mindestens zwei Lagen besteht und dass die eine der Lagen einen höheren Anteil an resistiven Partikeln aufweist als die andere.
9. Verbundisolator (1 ; 10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldsteuerschicht aus mindestens zwei Lagen besteht und dass die eine der Lagen einen höheren Anteil an kapazitiven Partikeln aufweist als die andere.
10. Verbundisolator (1 ; 10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldsteuerschicht (3) aus mindestens zwei Lagen besteht und dass die eine der Lagen (31) ausschließlich resistive und die andere Lage (32) ausschließlich kapazitive Partikel enthält.
11. Verbundisolator (1 ; 10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldsteuerschicht aus einer Lage besteht und eine Mischung von resistiven und kapazitiven Partikeln enthält.
12. Verbundisolator (1 ; 10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldsteuerschicht aus mindestens zwei Lagen besteht und dass die eine Lage eine Mischung von resistiven und kapazitiven Partikeln enthält und die andere Lage ausschließlich resistive oder kapazitive Partikel enthält.
13. Verbundisolator (1 ; 10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Lagen einer Feldsteuerschicht bei mehreren Lagen übereinander hinsichtlich ihrer Wirkung auf das elektrische Feld in ihrer Reihenfolge oder/und Zusammensetzung abwechseln.
14. Verbundisolator (1 ; 10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der kapazitven oder/und resistiven Partikeln in den einzelnen Lagen der
Schicht unterschiedlich ist.
15. Verbundisolator (1 ; 10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldsteuerschicht (3) über die gesamte Länge des Kerns (2) des Isolators (1) aufgetragen ist.
16. Verbundisolator (1 ; 10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldsteuerschicht (3) über einen Teilbereich (16) des Kerns (2) des Isolators (10) aufgetragen ist.
17. Verbundisolator (1 ; 10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldsteuerschicht (3) in einzelnen Abschnitten (15) über die Länge des Kerns (2) des Isolators (10) aufgetragen ist.
18. Verbundisolator (1 ; 10) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Feldsteuerschicht, die in einzelne Abschnitte unterteilt ist und aus mindestens zwei Lagen besteht, im Grenzbereich zum schichtfreien Abschnitt eine Lage länger ist als die andere und über die darüber oder darunter befindliche Lage hinaus weiter bis zu dem schichtfreien Abschnitt reicht.
19. Verbundisolator (1 ; 10) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Lagen der Feldsteuerschicht durch eine Lage aus einem isolierenden Werkstoff voneinander getrennt sind.
20. Verbundisolator (1 ; 10) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff der Lagen (31 , 32) der Feldsteuerschicht (3) aus einem elastomeren Werkstoff besteht.
21. Verbundisolator (1 ; 10) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke einer Lage (31 , 32) einer Feldsteuerschicht (3) 1 mm bis 5 mm, vorzugsweise 2 mm bis 3 mm, beträgt.
22. Verbundisolator (1 ; 10) nach einem der Ansprüche 1 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die das elektrische Feld des Isolators beeinflussenden Partikel einen Durchmesser von 10 nm bis zu 100 μm haben, vorzugsweise in einem Bereich von 0,1 μm bis 10 μm.
23. Verbundisolator (1 ; 10) nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Partikel in einer Schicht zwischen 50 und 90 Gewichtsprozent, vorzugsweise 70 Gewichtsprozent beträgt.
24. Verbundisolator (1 ; 10) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Partikel, der Füllgrad, oberhalb der Perkolationsgrenze liegt.
25. Verbundisolator (1 ; 10) nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die für die resistive Feldsteuerung eingesetzten Partikel Mikrovaristoren mit Korndurchmessern zwischen 50 nm und
100 μm sind.
26. Verbundisolator (1 ; 10) nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die für die resistive Feldsteuerung eingesetzten Partikel aus ZnO bestehen.
27. Verbundisolator (1 ; 10) nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Schutzschicht (4) bis zu 5 mm beträgt, vorzugsweise zwischen 2 mm und 3 mm liegt.
28. Verfahren zur Herstellung eines Verbundisolators (1 ; 10), enthaltend einen Kern (2), der mit Schirmen (5) umgeben ist und eine den Kern (2) umgebende Schutzschicht (4) aufweist, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Kern (2) des Isolators (1 ; 10) in mindestens einem Abschnitt (15; 16) eine Feldsteuerschicht (3) aus mindestens einer Lage (31 , 32) eines elastomeren Werkstoffs aufgetragen wird (22, 23), dem das elektrische Feld des Isolators beeinflussende Partikel als Füllstoff zugegeben wurden und dass der gesamte Kern (2) mit der aufgetragenen Feldsteuerschicht (3) mit der Schutzschicht (4) überzogen wird
(24), dass darauf die Schirme (5) aufgezogen oder anextrudiert werden (26) und dass dann der Isolator (1 ; 10) einer Wärmebehandlung (27) zur Vulkanisierung der Kunststoffe unterzogen wird.
29. Verfahren zur Herstellung eines Verbundisolators (1 ; 10), enthaltend einen Kern (2), der mit Schirmen (5) umgeben ist und eine den Kern (2) umgebende Schutzschicht (4) aufweist, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Kern (2) des Isolators (1 ; 10) in mindestens einem Abschnitt (15; 16) eine Feldsteuerschicht (3) aus mindestens einer Lage (31 ; 32) eines elastomeren Werkstoffs aufgetragen wird (22, 23), dem das elektrische Feld des Isolators beeinflussende Partikel als Füllstoff zugegeben wurden und dass der gesamte Kern (2) mit der aufgetragenen Feldsteuerschicht (3) mit der Schutzschicht (4) überzogen wird (24), dass aus dieser Schutzschicht (4) beim aufextrudieren gleichzeitig die Schirme (5) ausgeformt werden (26) und dass dann der Isolator (1 ; 10) einer Wärmebehandlung (27) zur Vulkanisierung der Kunststoffe unterzogen wird.
30. Verfahren nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldsteuerschicht (3) in mindestens zwei Lagen (31 , 32) mit unterschiedlichen Wirkungen auf das elektrische Feld aufgetragen wird.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldsteuerschicht (3) auf dem gesamten Kern (2) des Isolators (1) aufgetragen wird.
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldsteuerschicht (3) im Bereich einer Armatur (13) auf dem Kern (2) des Isolators (10) aufgetragen wird.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldsteuerschicht (3) in Abschnitten (15) auf dem Kern (2) des
Isolators (10) aufgetragen wird.
34. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Feldsteuerschicht, die in einzelne Abschnitte unterteilt ist und aus mindestens zwei Lagen besteht, im Grenzbereich zum schichtfreien Abschnitt eine Lage über die darüber oder darunter befindliche Lage hinaus weiter bis zu dem schichtfreien Abschnitt aufgetragen wird.
35. Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die mindesten eine Lage der Feldsteuerschicht in wechselnder Dicke auf dem Kern aufgetragen wird.
36. Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die mindesten eine Lage der Feldsteuerschicht mit einem sich über die
Länge der Schicht ändernden Anteil an das elektrische Feld des Isolators beeinflussenden Partikeln auf dem Kern aufgetragen wird.
37. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabe der das elektrische Feld des Isolators beeinflussenden Partikeln beim Auftragen der Lage der Feldsteuerschicht auf dem Kern in unterschiedlicher Menge zum
Extrudat erfolgt.
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