DE4007337A1

DE4007337A1 - Elektrischer isolator

Info

Publication number: DE4007337A1
Application number: DE19904007337
Authority: DE
Inventors: Lutz Dr Niemeyer; Friedrich Dr Gutfleisch
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Asea Brown Boveri Ltd
Priority date: 1990-03-08
Filing date: 1990-03-08
Publication date: 1991-09-12
Anticipated expiration: 2010-03-09
Also published as: DE4007337C2

Description

TECHNISCHES GEBIET

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem elektrischen Isolator nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ein derartiger Isolator wird in der Mittel- und Hochspannungs technik zum Abstützen eines spannungsführenden Leiters ge genüber geerdeten Teilen einer Anlage verwendet.

STAND DER TECHNIK

Ein elektrischer Isolator der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus DE 33 11 218 A bekannt. Bei diesem Iso lator sind im Bereich eines von seinem Isolatorkörper ge tragenen Leiters sowie an einem zwischen Flanschen einer geerdeten Metallkapselung eingespannten Halteteils des Iso lators Elektroden in den aus einem füllstoffverstärkten Du roplast bestehenden Isolatorkörper eingegossen. Diese Elek troden steuern das zwischen Leiter und Metallkapselung herrschende elektrische Feld aus besonders gefährdeten Be reichen des Isolators. Unerwünschtes Glimmen und damit ver bundene Beschädigungen des Isolators werden so drastisch reduziert. An den Grenzflächen der Elektroden und des Mate rials des Isolatorkörpers können jedoch bei Erwärmung und mechanischer Belastung des Isolators Delaminationen auftre ten, welche zu unerwünschten Teilentladungen und damit zu einer Zerstörung des Isolators führen können.

In DE 10 03 309 B ist ein Hochspannungsisolator beschrie ben, bei dem der ungünstige Einfluß eines ungleichmäßig über die Isolatoroberfläche fließenden Verschmutzungsstro mes dadurch wesentlich herabgesetzt wird, daß die Ober fläche mit einer Glasurmasse aus einem von vornherein span nungsabhängigen Widerstandsmaterial versehen wird. Eine wesentliche Beeinflussung des zwischen Hochspannungsleiter und Erde herrschenden Feldes wird dadurch nicht erreicht.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung, wie sie im Patentanspruch 1 angegeben ist, liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Isolator zu schaffen, der sich trotz einfachen Aufbaus auch bei hohen dielektrischen Belastungen durch eine große Betriebs sicherheit auszeichnet.

Der Isolator nach der Erfindung ist äußerst einfach aufge baut, da die Feldsteuerelemente Teil seines Isolatorkörpers sind. Metallene Eingußelektroden oder zusätzliche Ab schirmelektroden werden eingespart. An den Auflageoberflä chen der als isolierende Schichten ausgebildeten Feld steuerelemente können im Gegensatz zu Isolatoren, die mit metallenen Eingußelektroden versehen sind, keine durch De lamination hervorgerufenen Spalte oder Risse auftreten. Oberflächenrauhigkeiten der Auflageflächen der isolierenden Schichten machen sich nicht nachteilig bemerkbar, da solche Schichten im Gegensatz zu metallenen Eingußelektroden keine Teilentladungen speisen können. Daher ist die maximal zulässige Überhöhung des elektrischen Feldes größer als bei Isolatoren mit Eingußelektroden. Der Isolator nach der Erfindung weist daher eine besonders große Betriebssicher heit auf und kann bei vergleichbarer elektrischer Belastung gegebenenfalls kleiner bemessen werden als ein Isolator nach dem Stand der Technik.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt:

Fig. 1 eine Aufsicht auf einen axial geführten Schnitt durch den oberen Teil eines axialsymmetrisch aus gebildeten und in eine gasisolierte Metallkapse lung eingebauten Isolators nach dem Stand der Technik, und

Fig. 2 eine Aufsicht auf einen axial geführten Schnitt durch den oberen Teil eines axialsymmetrisch aus gebildeten und ebenfalls in eine gasisolierte Me tallkapselung eingebauten Isolators nach der Er findung.

WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

In Fig. 1 wird eine Metallkapselung von zwei geerdeten me tallenen Rohren 1, 2 gebildet. Diese Metallkapselung ist mit einem Isoliergas, wie etwa Schwefelhexafluorid von bis zu mehreren bar Druck gefüllt. Die Rohre 1, 2 sind an ein ander gegenüberstehenden Enden mit Flanschen 3, 4 versehen, zwischen denen mittels einer Verschraubung 5 ein als kreis ringförmiger Außenrand ausgebildetes Halteteil 6 eines flächenhaften Isolatorkörpers 7 eines Isolators eingespannt ist. Nicht bezeichnete Dichtungsringe bewirken die Gasdich tigkeit der Metallkapselung. Der Isolatorkörper 7 stützt einen im Inneren der Kapselung befindlichen, hochspannungs führenden elektrischen Leiter 8 gegen die geerdete Metall kapselung ab. Ringförmige Elektroden 9 und 10 sind im Be reich des Leiters 8 bzw. im Halteteil 6 in den Isolatorkör per 7 eingegossen. Die Elektroden 9, 10 befinden sich daher im Bereich von Tripelpunkten T, d. h. von Kontaktstellen zwischen Leiter 8 und Isolatorkörper 7 bzw. zwischen Me tallkapselung und Isolatorkörper 7, an denen sonst schon bei geringen geometrischen Störungen, wie etwa Spaltbildun gen, lokal erhebliche Überhöhungen des elektrischen Feldes zwischen Leiter 8 und der Metallkapselung auftreten könnten. Durch die metallischen auf dem Potential des Lei ters 8 bzw. der Metallkapselung befindlichen Elektroden 9, 10 werden die Tripelpunkte T von der Wirkung des elektri schen Feldes wesentlich entlastet und können somit im Be reich der Tripelpunkte befindliche Spalte keine lokalen Überhöhungen des elektrischen Feldes mehr hervorrufen.

In Fig. 2 beziehen sich gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 1 auch auf gleichwirkende Teile. Im Gegensatz zu Fig. 1 ent fallen in Fig. 2 die metallenen Elektroden 9, 10 und weist der Isolatorkörper 7 im Bereich jedes der Tripelpunkte T jeweils eine seine Oberfläche teilweise bildende Schicht 11, 12, 13 bzw. 14 auf. Die Schichten 11-14 sind aus einem Isoliermaterial, welches gegenüber dem Material des beschichteten Teils des Isolierkörpers 7 eine hohe, vor zugsweise oberhalb 10 liegende, Dielektrizitätskonstante aufweist. Die Schichten 11, 12 bzw. 13, 14 werden vom Po tential der Metallkapselung bzw. des Leiters 8 beeinflußt und entlasten entsprechend den metallenen Elektroden 9 bzw. 10 die Tripelpunkte T durch Hinausdrängen der in den Figu ren gestrichelt eingezeichneten Äquipotentialflächen des elektrischen Feldes aus den Tripelpunktsbereichen.

Gegenüber einem Isolator nach dem Stand der Technik mit me tallenen Elektroden 9 bzw. 10 treten jedoch noch folgende vorteilhafte Wirkungen auf: Da Isolatorkörper 7 und Schich ten 11, 12, 13, 14 aus isolierenden und damit gleichartigen Materialien bestehen, begrenzen eine bei Isolatoren nach dem Stand der Technik nicht auszuschließende und an den Grenzflächen der metallenen Elektroden 9, 10 und des Isola torkörpers 7 auftretende Delamination sowie Oberflächenrau higkeiten der Elektroden 9, 10 die maximal zulässige Über höhung des elektrischen Feldes nicht. Der Isolator nach der Erfindung weist daher bei äußerst einfachem Aufbau eine besonders hohe Betriebssicherheit auf.

Die Schichten 11, 12, 13, 14 weisen im allgemeinen am Außenrand oder im Bereich des Leiters 8 ihre größte Schicht dicke auf. Hierdurch wird erreicht, daß die Tripelpunkte T besonders stark von der Wirkung des elektrischen Feldes entlastet werden. Die Schichten können lediglich im Bereich der Tripelpunkte T angeordnet sein, können aber - auch wie in Fig. 2 bei den Schichten 11 und 13 durch Strichlierung angedeutet ist - eine zwischen dem Außenrand und dem Leiter 8 befindliche durchgehende Fläche des Isolatorkör pers 7 bilden. Die Schichten können jeweils lokal eine un terschiedliche Schichtdicke aufweisen, wie dies in Fig. 2 bei den Schichten 11 und 13 dargestellt ist. Diese Schich ten weisen jeweils einen kreisringförmigen Randbereich 15, 16 auf, in dem deren Schichtdicke jeweils gering ist gegen über deren Schichtdicke am Außenrand oder im Bereich des Leiters 8. Durch eine solche Bemessung der Schichtdicken der Schichten 11 und 13 kann das elektrische Feld geeignet gesteuert werden, d. h. die Tripelpunkte T können ebenso wie die Randbereiche 15, 16 der Schichten 11, 13 von der Wir kung des elektrischen Feldes entlastet werden.

Die Schichtdicke der Schichten 11, 12, 13, 14 im Bereich der Tripelpunkte T bewegt sich im allgemeinen zwischen 0,5 bis 5 Millimeter, wobei unter bestimmten - von den Abmes sungen des erfindungsgemäßen Isolators vorgegebenen - Be dingungen Abweichungen nach oben und unten auftreten können.

Die isolierenden Schichten 11, 12, 13, 14 können bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Isolators zusammen mit dem Leiter 8 in eine Gußform eingelegt und mit einer Masse vergossen werden, die nach dem Aushärten den Leiter 8 ab stützt und zusammen mit den Schichten 11, 12, 13, 14 den Isolierkörper 7 bildet. Die gehärtete Vergußmasse ist im allgemeinen ein mit einem pulverförmigen Mineral, wie etwa Quarz, Korund und/oder Dolomit, gefülltes Duroplast, wie etwa ein Epoxid, oder Thermoplast.

Die Schichten 11, 12, 13, 14 können zur Bildung des Isola torkörpers 7 auch an der ausgehärteten Vergußmasse, etwa mittels eines epoxidhaltigen Klebers, befestigt oder aber auch auf die ausgehärtete Vergußmasse aufgegossen werden. Die Schichten 11, 12, 13, 14 können gegebenenfalls auch la genweise aufgebracht werden. Hierbei können in der Be schichtungstechnik übliche Verfahren, wie Aufdampfen, Sput tern oder Bestreichen, angewendet werden.

Die Schichten enthalten vorzugsweise eine Matrix aus elek trisch isolierendem Material, in welche ein überwiegend pulverförmiger Füllstoff mit einer gegenüber dem Material der Matrix hohen Dielektrizitätskonstante eingebettet ist. Als Füllstoff besonders geeignet ist Titandioxid oder ein Titanat, wie etwa Bariumtitanat. Die Matrix besteht im all gemeinen aus einem Duroplast, etwa auf der Basis Epoxid, oder einem Thermoplast. Gegebenenfalls kann die Matrix einen weiteren pulverförmigen Füllstoff aufweisen, wie er etwa in der bei der Herstellung des Isolators verwendeten Vergußmasse zum Eingiessen des elektrischen Leiters 8 vor gesehen ist. Zu bevorzugen ist eine Ausführungsform des Isolators nach der Erfindung, bei der in der Matrix der Schichten 11, 12, 13, 14 als auch in der Matrix im übrigen Teil des Isolatorkörpers 7 gleiches Material auf der Basis eines Duro- oder Thermoplasts eingesetzt wird, da dann ein besonders stabiler Isolatorkörper 7 erreicht wird. Der An teil des eine hohe Dielektrizität aufweisenden Füllstoffs kann bis zu 60% des Volumens den Schichten 11, 12, 13, 14 betragen. Das Material der Schichten 11, 12, 13, 14 muß nicht notwendigerweise ein füllstoffgefüllter Duroplast oder Thermoplast sein, es kann mit Vorteil auch ein polyme ren Kunststoff mit hoher intrinsischer Dielektrizitätskon stante, wie etwa Polyvinylidenfluorid, sein.

Claims

1. Elektrischer Isolator mit mindestens einem Isolator körper (7), mindestens einem vom mindestens einen Iso latorkörper (7) gestützten elektrischen Leiter (8), mindestens einem am mindestens einen Isolatorkörper (7) vorgesehenen und an einer geerdeten Halterung be festigbaren Halteteil (6) und mindestens einem im Be reich des mindestens einen Halteteils (6) oder minde stens einen Leiters (8) am mindestens einen Isolator körper (7) vorgesehenen Feldsteuerelement, dadurch ge kennzeichnet, daß das mindestens eine Feldsteuerele ment eine die Oberfläche des Isolatorkörpers (7) zu mindest teilweise bildende isolierende Schicht (11, 12, 13, 14) enthält, welche zumindest im Bereich des mindestens einen Halteteils (6) oder des mindestens einen Leiters (8) vorgesehen ist und ein Material ent hält mit einer gegenüber dem Material des beschichte ten Teils des Isolatorkörpers (7) hohen Dielektrizi tätskonstante.

2. Isolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Schicht (11, 12, 13, 14) eine Ma trix aus elektrisch isolierendem Material aufweist, in welche ein überwiegend pulverförmiger Füllstoff mit einer gegenüber dem Material der Matrix hohen Dielek trizitätskonstante eingebettet ist.

3. Isolator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix der mindestens einen Schicht (11, 12, 13, 14) einen Duroplast oder Thermoplast enthält.

4. Isolator nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix der mindestens einen Schicht (11, 12, 13, 14) und der beschichtete Teil des mindestens einen Isolatorkörpers (7) gleiches Material enthalten.

5. Isolator nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch ge kennzeichnet, daß als Füllstoff Titanoxid oder Tita nate, wie Bariumtitanat, vorgesehen ist.

6. Isolator nach einem der Ansprüche 1-5 mit einem flä chenhaften und einen kreisringförmigen Außenrand auf weisenden Isolatorkörper (7), dessen Außenrand als das mindestens eine Halteteil (6) dient, dadurch ge kennzeichnet, daß die mindestens eine Schicht (11, 12, 13, 14) lokal eine unterschiedliche Schichtdicke aufweist und zumindest am Außenrand und/oder im Be reich des mindestens einen Leiters (8) ihre größte Schichtdicke aufweist.

7. Isolator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Schicht (11, 12, 13, 14) einen zwischen dem Außenrand des mindestens einen Isolator körpers (7) und dem mindestens einen Leiter (8) ange ordneten, im wesentlichen kreisringförmig ausgebilde ten Randbereich (15, 16) aufweist, in dem die Schicht dicke der mindestens einen Schicht (11, 12, 13, 14) gegenüber deren Schichtdicke am Außenrand oder im Be reich des mindestens einen Leiters (8) gering ist.

8. Isolator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Schicht (11, 12, 13, 14) eine zwischen dem Außenrand und dem mindestens einen Leiter (8) befindliche, durchgehende Fläche des Isola torkörpers (7) bildet.