DE19523074A1

DE19523074A1 - Stützisolator mit Elektrode

Info

Publication number: DE19523074A1
Application number: DE1995123074
Authority: DE
Inventors: Diego Sologuren; Daniel Schulz; Ales Vrana
Original assignee: ABB Management AG
Current assignee: ABB Management AG
Priority date: 1995-06-24
Filing date: 1995-06-24
Publication date: 1997-01-02

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung geht aus von einem Stützisolator mit Elektrode gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Stand der Technik

Aus der Europäischen Patentschrift 0 288 715 B1 ist ein scheibenförmig ausgebildeter Stützisolator mit einem Isolatorkörper bekannt, der für den Einsatz in gasisolierten Schaltanlagen vorgesehen ist.

Aus der Europäischen Patentanmeldung 0 457 081 A1 ist ein scheibenförmig ausgebildeter Stützisolator mit einem Isolatorkörper bekannt, der für den Einsatz in gasisolierten metallgekapselten Schaltanlagen vorgesehen ist. Der Isolatorkörper kann jedoch auch mit einem anderen Druckmittel beaufschlagt werden, wie beispielsweise Mineralöl oder andere Isoliergase oder Gasmischungen, ferner könnte der Isolatorkörper auch mit einem Vakuum beaufschlagt werden. Der Stützisolator weist einen metallischen Außenring auf, der zwischen zwei Anschlußflansche der Metallkapselung der gasisolierten Schaltanlage eingespannt wird. Der Isolatorkörper besteht hier aus einem gehärteten Gießharz. Die Feldsteuerelemente sind als Elektroden aus elektrisch leitfähigem Kunststoff ausgebildet, welche auf dem Potential der jeweils angrenzenden Metallteile liegen. Für die Herstellung dieser mit den entsprechenden Metallteilen elektrisch leitend verbundenen Elektroden wird in der Regel ein Gießvorgang benutzt. Nacheinander werden sowohl die Eingußarmatur als auch der Außenring mit der jeweiligen Elektrode versehen und erst danach wird mit Hilfe eines dritten Gießvorgangs der eigentliche Isolatorkörper zwischen die beiden Elektroden eingebracht. Bei der Ausführungsform des Stützisolators gemäß Fig. 3 der erwähnten Patentanmeldung wird ein vorgegossenes ringförmiges Feldsteuerelement mit einem kreisförmigen Querschnitt in den Isolatorkörper eingegossen. Dieses Feldsteuerelement enthält elektrisch leitfähigen Kunststoff und grenzt allseits mit einer konvexen Oberfläche an den Isolatorkörper an. Am Feldsteuerelement sind Halteteile aus leitfähigem Material, wie Metall oder elektrisch leitendem Kunststoff, angebracht, mit denen das Feldsteuerelement beim Herstellen des Isolators in der Gießform fixiert wird und welche beim Einbau des Isolators in die gasisolierte Schaltanlage mit den beiden Anschlußflanschen kontaktiert werden, wodurch das definierte Potential der Kapselung der gasisolierten Schaltanlage an das Feldsteuerelement gelegt wird.

Eine derartige Herstellung des Stützisolators ist mit vergleichsweise großem Aufwand verbunden, da das ringförmige Feldsteuerelement sehr vorsichtig gehandhabt werden muß, da der Kunststoff dieses Elements, infolge der Dotierung mit den benötigten leitfähigen Füllstoffen, sehr spröde und deshalb schwierig zu verarbeiten ist.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung, wie sie in den unabhängigen Ansprüchen definiert ist, löst die Aufgabe, einen für vergleichsweise hohe dielektrische und mechanische Belastungen ausgelegten Stützisolator zu schaffen, der einfach aufgebaut ist und der mit einer vergleichsweise einfach herzustellenden und einfach zu verarbeitenden Elektrode für die Steuerung des elektrischen Feldes versehen ist.

Als besonders vorteilhaft erweist es sich, daß die Elektrode hier als geschlossener, einfach herzustellender und vergleichsweise einfach weiter zu verarbeitender Ring ausgeführt ist. Ablösungen des Gießharzes des Isolatorkörpers von der Elektrode können hier mit großer Sicherheit nicht auftreten, da das Kunststoffmaterial des Kerns und das Kunststoffmaterial des Isolatorkörpers keine unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Der so entstandene Stützisolator ist dielektrisch und mechanisch besonders widerstandsfähig.

Die gute elektrische Leitfähigkeit der Elektrode hat zur Folge, daß die Feldsteuerung, die mit Hilfe der Elektrode erreicht wird, auch im Bereich hoher Frequenzen der den Stützisolator beaufschlagenden Spannung voll wirksam ist. Es werden mit diesem Stützisolator Frequenzen bis zum Bereich oberhalb von 100 MHz beherrscht.

Die weiteren Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung, ihre Weiterbildung und die damit erzielbaren Vorteile werden nachstehend anhand der Zeichnung, welche lediglich einen möglichen Ausführungsweg darstellt, näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Es zeigen:

Fig. 1 einen schematisch dargestellten Teilschnitt durch einen zwischen Anschlußflanschen einer gasisolierten Schaltanlage montierten scheibenförmigen Stützisolator,

Fig. 2 einen schematisch dargestellten Teilschnitt durch eine erste Ausführungsform des scheibenförmigen Stützisolators gemäß Fig. 1, und

Fig. 3 einen schematisch dargestellten Teilschnitt durch eine zweite Ausführungsform des scheibenförmigen Stützisolators gemäß Fig. 1.

Bei allen Figuren sind gleich wirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Elemente sind nicht dargestellt.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Die Fig. 1 zeigt einen schematisch dargestellten Teilschnitt durch einen zwischen Anschlußflanschen 2, 3 einer gasisolierten Schaltanlage montierten scheibenförmigen Stützisolator 1, wie er beispielsweise in diesen Schaltanlagen eingesetzt wird, um die Aktivteile gegen die in der Regel geerdete Kapselung abzustützen. Der Stützisolator 1 weist einen Isolatorkörper 4 aus einem gehärteten Gießharz auf, in den mindestens eine Eingußarmatur aus Metall eingegossen ist. Als Gießharz wird ein anhydridgehärtetes, gefülltes, warm härtendes Epoxidharz eingesetzt, wie beispielsweise EP 402, welches sich besonders für metallgekapselte gasisolierte Schaltanlagen eignet. Die Eingußarmatur ist hier nicht dargestellt. Vorzugsweise ist diese Eingußarmatur aus einer Aluminiumlegierung gefertigt und weist eine versilberte Oberfläche auf. Für eine einpolig metallgekapselte gasisolierte Schaltanlage ist pro Stützisolator 1 eine Eingußarmatur vorgesehen, für eine dreipolig gekapselte gasisolierte Schaltanlage werden pro Stützisolator 1 drei entsprechend der Betriebsspannung der gasisolierten Schaltanlage voneinander beabstandete Eingußarmaturen benötigt. Die Eingußarmatur weist beidseitig jeweils eine Stirnfläche auf, die mit Befestigungsmöglichkeiten für die an sie anzuschließenden spannungsführenden Aktivteile versehen ist. Derartige Stützisolatoren 1 können auch als Schottungsisolatoren ausgebildet sein, die neben ihrer Funktion als Stütz er zudem noch zwei benachbarte Gasräume der gasisolierten Schaltanlage druckdicht voneinander trennen. Sind die Stützisolatoren 1 nicht als Schottungsisolatoren eingesetzt, so sind im Isolatorkörper 4 Durchbrüche vorgesehen, die einen Druckaustausch zwischen den jeweils benachbarten Hohlräumen der gasisolierten Schaltanlage erlauben.

Der hier scheibenförmig ausgebildete Isolatorkörper 4 wird außen beispielsweise durch einen zweiteiligen Außenring 5 in radialer Richtung positioniert. Der Außenring 5 ist aus zwei metallischen Ringen 6, 7 zusammengesetzt, die flächig aufeinander liegen und welche die Anschlußflansche 2, 3 elektrisch leitend miteinander verbinden. Die Anschlußflansche 2, 3 und die Ringe 6, 7 werden durch mit Muttern versehene Gewindebolzen 14 zusammengehalten. Der Isolatorkörper 4 kann anstelle einer Scheibenform auch irgendeine andere flächenhafte Ausgestaltung aufweisen, so kann er beispielsweise, wenn ein größerer Oberflächenkriechweg verlangt wird, auch trichterförmig ausgebildet sein.

Wie ferner aus der Fig. 1 zu sehen ist, weist der Isolatorkörper 4 im äußeren Bereich beidseitig einen umlaufenden Anschlag 8 auf, der mit dem jeweiligen Anschlußflansch zusammenwirkt. Zwischen dem Anschlag 8 und einem Bund der Ringe 6, 7 ist auf jeder Seite des Stützisolators 1 eine Nut ausgebildet, die für die Aufnahme einer Rundschnurdichtung 9 vorgesehen ist. Der Isolatorkörper 4 weist in seinem Innern im Bereich zwischen den Anschlägen 8 eine Elektrode 10 mit einem kreisförmigen Querschnitt auf. Diese Elektrode 10 liegt auf dem Potential der Anschlußflansche 2, 3 mit denen sie über den Außenring 5 elektrisch leitend in Kontakt steht. Bei metallgekapselten gasisolierten Schaltanlagen ist das Potential der Anschlußflansche 2, 3 in der Regel das Erdpotential.

Die Elektrode 10 ist als ein ringförmiges Feldsteuerelement beispielsweise mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet, wie dies in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist. Es ist jedoch auch möglich, die Elektrode 10 mit einem ellipsenförmigen Querschnitt zu versehen. Die Elektrode 10 weist einen Kern 11 auf, der ringförmig mit einem kreisförmigen Querschnitt ausgebildet ist. Der Kern 11 ist ebenfalls aus dem gleichen anhydridgehärteten, gefüllten, warm härtenden Epoxidharz hergestellt worden wie der Isolatorkörper 4. Der Kern 11 kann aber auch aus einem anderen Isoliermaterial bestehen, dessen Ausdehnungskoeffizient dem des Isolatorkörpers 4 angeglichen ist, um mechanische Spannungen zwischen dem Isolatorkörper 4 und dem Kern 11 zu vermeiden, welche die mechanische und die dielektrische Festigkeit des Stützisolators 1 negativ beeinflussen könnten. Der Kern 11 ist mit einem Überzug 12 aus einem elektrisch gut leitfähigen Material versehen. Für den Überzug 12 wird vorteilhaft ein Metall oder eine Metallegierung verwendet. Der Überzug 12 kann insbesondere aus Kupfer sein, welches durch stromloses Plattieren aufgebracht wurde. Der Überzug 12 aus Kupfer weist eine Schichtdicke im Bereich größer als 3 µm auf. Falls es sich als notwendig erweisen sollte, könnte der Überzug 12 durch mindestens eine weitere leitende Schicht verstärkt werden. Für den Überzug 12 kann aber auch eine Leichtmetallegierung, insbesondere eine Aluminiumlegierung, verwendet werden. Der Überzug 12 wird vor dem Eingießen in den Isolatorkörper 4 gründlich mit einem entfettenden Lösungsmittel gereinigt. Der Überzug 12 kann auch mit vergleichsweise kleinen Durchbrüchen versehen werden, um durch diese Durchbrüche hindurch eine bessere Bindung des Materials des Isolatorkörpers 4 mit dem Material des Kerns 11 zu ermöglichen, wodurch unerwünschte Ablösungserscheinungen in diesem Bereich mit großer Sicherheit vermieden werden.

Die Form der der Eingußarmatur zugewandten Seite der Elektrode 10 ist für deren dielektrische Wirksamkeit ausschlaggebend. Es sind daher neben dem kreisringförmigen auch andere Elektrodenquerschnitte möglich, wenn darauf geachtet wird, daß die der Eingußarmatur zugewandte Oberfläche der Elektrode 10 konvex ausgebildet ist und keine sich dielektrisch ungünstig auswirkenden Ecken oder Kanten aufweist. Die Elektrode 10 kann beispielsweise einen Querschnitt aufweisen, der einem U-Profil entspricht, dessen Schenkel auf der der Eingußarmatur abgewandten Seite der Elektrode 10 liegen, wie dies in Fig. 3 schematisch dargestellt ist. Der Kern 11 ist bei dieser Ausführung ebenfalls aus einem anhydridgehärteten, gefüllten, warm härtenden Epoxidharz gefertigt und weist eine Ringform auf mit einem U-förmigen Querschnitt. Die Schenkel dieses U-Profils liegen auf der der Eingußarmatur abgewandten Seite der Elektrode 10. Durch diese Ausbildung des Kerns 11 wird eine besonders enge Bindung des Materials des Kerns 11 mit dem Material des Isolatorkörpers 4 erreicht, so daß keine unerwünschten Ablösungserscheinungen zwischen dem Kern 11 und dem Isolatorkörper 4 auftreten können. Eine weitere, einfach herzustellende Kernvariante ergibt sich, wenn statt des U-Profils ein massiver ringförmiger Kern 11 mit einem halbkreisförmigen Querschnitt verwendet wird, dessen der Eingußarmatur zugewandte Oberfläche konvex ausgebildet ist. Bei diesen Ausführungen wird lediglich die Außenseite des U-Profils, bzw. die konvex ausgebildete Fläche, mit dem Überzug 12 versehen.

Der elektrisch leitende Überzug 12 ist elektrisch leitend mit den Ringen 6, 7 und damit mit dem Potential der Anschlußflansche 2, 3 verbunden. Diese Verbindung wird durch Verbindungsteile 13 hergestellt, wie in den Fig. 2 und 3 schematisch dargestellt. Die Verbindungsteile 13 weisen jeweils eine Anschlußklemme 15 auf, die auf eine der bekannten Arten mit den Ringen 6, 7 flexibel verbunden wird. In der Regel werden mehrere dieser Verbindungsteile 13 verteilt auf dem Umfang der Elektrode 10 angebracht. Die Verbindungsteile 13 werden vorteilhaft so ausgebildet, daß sie während des Gießvorgangs und während des nachfolgenden Aushärtens des Isolatorkörpers 4 als mechanische Halterung der Elektrode 10 dienen können.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise werden nun die Figuren etwas näher betrachtet. Am scheibenförmigen Stützisolator 1 treten im Betrieb thermische, mechanische und elektrische Belastungen auf. Diese Belastungen werden zum einen dadurch hervorgerufen, daß sich die Eingußarmatur auf Hochspannungspotential befindet, und daß sie und die an sie angeschlossenen Aktivteile hohe Ströme führen, zum anderen auch dadurch, daß bei als Schottisolatoren ausgebildeten Stützisolatoren 1 in den an diese angrenzenden Gasräumen der gasisolierten Schaltanlage häufig unterschiedliche Gasdrücke herrschen. Durch die hohen Ströme wird der Stützisolator 1 erwärmt. Hierdurch wie auch durch die unterschiedlichen Drücke des Isoliergases in den verschiedenen Gasräumen treten mechanische Spannungen im Stützisolator 1 auf. Insbesondere an Stellen, an denen Kraft in den Stützisolator 1 eingeleitet wird, d. h. sowohl im Bereich um die Anschläge 8 als auch im Bereich um die Eingußarmatur herum, treten erhebliche mechanische Spannungen auf. Zugleich belastet das elektrische Feld zwischen den mit der Eingußarmatur verbundenen Aktivteilen und der Metallkapselung den Stützisolator 1 stark. Von den mechanisch besonders belasteten Stellen im Bereich um die Anschläge 8 hält die im Bereich der Anschlußflansche 2, 3 vorgesehene Elektrode 10 das elektrische Feld fern, was sich auf die Dauerstandsfestigkeit des Stützisolators 1 positiv auswirkt.

Die Elektrode 10 ist hier als geschlossener, einfach herzustellender und vergleichsweise einfach weiter zu verarbeitender Ring ausgeführt. Ablösungen des Gießharzes von der Elektrode 10 können hier mit großer Sicherheit nicht auftreten, da das Material des Kerns 11 und das Material des Isolatorkörpers 4 keine unterschiedlichen Wärmeausdehnungs koeffizienten aufweisen.

Die gute elektrische Leitfähigkeit der Elektrode 10, bzw. des Überzugs 12 hat zur Folge, daß die Feldsteuerung, die mit Hilfe der Elektrode 10 erreicht wird, auch im Bereich hoher Frequenzen der den Stützisolator 1 beaufschlagenden Spannung voll wirksam ist. Es sind Frequenzen bis zum Bereich oberhalb von 100 MHz beherrschbar. Dadurch wird auch der zusätzliche Einsatz dieser Elektrode 10 als Teil eines Sensors für die Überwachung der gasisolierten Schaltanlage möglich. Insbeson dere ist dabei an die zusätzliche Verwendung der Elektrode 10 als eine Elektrode eines einfach zu erstellenden Teilentla dungsdetektors vorstellbar.

Bezugszeichenliste

1 Stützisolator
2, 3 Anschlußflansch
4 Isolatorkörper
5 Außenring
6, 7 Ringe
8 Anschlag
9 Rundschnurdichtung
10 Elektrode
11 Kern
12 Überzug
13 Verbindungsteile
14 Gewindebolzen
15 Anschlußklemme

Claims

1. Stützisolator (1) für den Einbau in eine Schaltanlage, mit einem Isolatorkörper (4) aus gehärtetem Gießharz und mit mindestens einer mit Hochspannung beaufschlagten, in den Isolatorkörper (4) eingegossenen Eingußarmatur, mit mindestens einer in den Isolatorkörper (4) eingelassenen Elektrode (10), mit Verbindungsteilen welche für die elektri sche Verbindung der Elektrode (10) mit einem entsprechenden Potential vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet,

- daß die mindestens eine in den Isolatorkörper (4) eingelassene Elektrode (10) einen Kern (11) aus Isolier material aufweist, und
- daß die Oberfläche dieses Kerns (11) mit einem Überzug (12) aus einem elektrisch gut leitfähigen Material, versehen ist.

2. Stützisolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Überzug (12) aus einem Metall oder einer Metallegierung besteht.

3. Stützisolator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

- daß für den Überzug (12) Kupfer oder eine Leicht metallegierung, insbesondere eine Aluminiumlegierung verwendet wird.

4. Stützisolator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Dicke des Überzugs (12) im Bereich größer als 3 µm liegt.

5. Stützisolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Kern (11) der Elektrode (10) entweder aus dem gleichen Isoliermaterial gefertigt ist wie der Isolator körper (4) oder aus einem Isoliermaterial dessen Aus dehnungskoeffizient dem des Isoliermaterials des Isolatorkörpers (4) angeglichen ist.

6. Stützisolator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Elektrode (10) ringförmig ausgebildet ist, und,
- daß dieser Ring einen kreisförmigen oder einen elliptischen Querschnitt aufweist.

7. Stützisolator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Elektrode (10) einen Querschnitt aufweist, der einem U-Profil entspricht, dessen Schenkel auf der der Eingußarmatur abgewandten Seite der Elektrode (10) liegen, und
- daß lediglich die Außenseite des U-Profils mit dem Überzug (12) versehen ist.

8. Stützisolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Überzug (12) des Kerns (11) der Elektrode (10) mit Durchbrüchen versehen ist.

9. Stützisolator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Stützisolator (1) bei metallgekapselten gasisolierten Schaltanlagen zwischen Anschlußflanschen (2, 3) montiert ist, und
- daß die Elektrode (10) im Bereich der Anschlußflansche (2, 3) angeordnet ist.

10. Stützisolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß als Gießharz für die Herstellung des Stütz isolators (1) ein anhydridgehärtetes, gefülltes, warm härtendes Epoxidharz verwendet wird.