DE1018121B

DE1018121B - Freiluft-Hochspannungsverbundisolator aus Kunststoff

Info

Publication number: DE1018121B
Application number: DEC9164A
Authority: DE
Inventors: Josef Schmitz
Original assignee: Chemische Werke Albert
Current assignee: Hoechst AG Werk Kalle Albert
Priority date: 1954-04-08
Filing date: 1954-04-08
Publication date: 1957-10-24

Description

DEUTSCHES

Hochspannungsisoilatoren sind in der Regel aus· keramischen Werkstoffen von hoher Durchschlagfestigkeit, hoher Kriechstromfestigkeit und guter Witterungsbeständigkeit hergestellt. Ihre Nachteile sind das relativ hohe Gewicht, die hohe Stofiempfmdlichkeit, mangelnde Zuverlässigkeit im ausreichenden Festsitz ein- oder aufgekitteter und kraftübertragender Metallteile sowie die langwierige Fertigung, bedingt durch umständliche, mitunter wochenlange Trockenprozesse und den anschließenden Brennprozeß. Die langen Fertigungszeiten machen eine kostspielige Lagerhaltung erforderlich. Ferner ist bei Keramikisolatoren keine hohe Maßgenauigkeit möglich.

Man hat bereits vielfach versucht, diese Nachteile durch Verwendung oder Mitverwendung von: Kunststoffen einzuschränken. So hat man beispielsweise den zugfesten Kern aus Preßpapier, Hartpapier oder ähnlichen Stoffein hergestellt und mit einem keramischen Mantel umgeben, oder man hat einen kriechstromfesten Isolator aus organischem, an sich nicht kriechstrotnfestem Isolierstoff dadurch geschaffen, daß man die Oberflächenkriechstrecke aus Isolierstoffzonen verschiedener Feuchtigkeitsaufnahme zusammengesetzt hat. Man hat dazu Wickelkörper aus Papierlagen· mit einer Phanolharz- oder Kresolharzbindung verwendet. In einem anderen' Falle hat man einen inneren aus Hartpapier oder Hartleinen geschichteten Kern mit einer darauf aufgekitteten. Schutzhülle aus keramischem Material oder aus ge^- preßtem Isolierstoff vorgesehen, oder man hat einen Kern aus Schnitzelpreßstoff in einen Mantel aus einem Schichtstoffrohr eingelagert. Dabei soll der Mantel aus Polyesterharz und Glas und der Kern; aus Polyesterharz und Schnitzel bestehen, in beiden Fällen aus einem Material, das keine ausreichende Kriechstromfestigkait besitzt.

Alle diese Anordnungen, die unter anderem auch zum Füllen von Hohlräumen der Transformatoren durch Polymerisation ohne Abspaltung von flüchtigen Bestandteilen härtende Stoffe verwenden,, ohne in diesen Fällen aber genauere Angaben zu machen, haben sich aber nicht auf breiter Grundlage durchsetzen können, vor allem nicht bei Freiluftisolatoren für hohe Beanspruchungen, weil in ihnen die verwendeten Kunststoffe immer nur einzelne Anforderungen aus der Summe der notwendigen Forderungen, be<-friedigand erfüllen konnten.

Gegenstand der Erfindung ist ein Freiluft-Hochspannungsverbundisolator aus Kunststoff, der derart aufgebaut ist, daß den für den· Isolator zur Anwendung kommenden Kunststoffen besondere Aufgaben zugewiesen sind. Die Erfindung besteht in der Kombination eines aus Melaminharzpreß stoffes bestehenden Mantels des Verbundisolators mit einem aus

Freiluft-Hochspannungsverbundisolator
aus Kunststoff

Anmelder:

Chemische Werke Albert,
Wiesbaden-Biebrich, Albertstr. 10-14

Josef Schmitz, Wiesbaden-Biebrich,
ist als Erfinder genannt worden

härtbarem Epoxydharz gefertigten und durch Eingießen, Einspritzen oder Einkitten mit dem Mantel fest verbundenen Kern. Es besteht also der tragende Kern aas einem die Zug- und Biegekräfte sowie die dielektrische Beanspruchung übernehmenden. Epoxyharzkunststoff, während für den äußeren· Mantel ein bestimmter kriechstromfester, ausreichend überschlagsicherer, kratz- und witterungsfester Kunststoff, nämlich Melaminharz, gewählt ist, der mechanisch und dielektrisch nur unbedeutend in Anspruch genommen wird.

Der tragende und dielektrisch beanspruchte Kern des Isolators, sei es ein Stützisolator, ein Isolator für eine Hängekette oder für eine Abspannkette, ist mit dem äußeren Mantel fest verbunden, wobei die erforderlichen Metallteile der Stützen, Aufhängearmaturen und Leitungsbefestigung in den beiden Kernenden eingelagert sind. Nach der Erfindung findet für den tragenden Kern ein. in bekannter Weise durch Zusatz von Vernetzungsmitteln härtbares Epoxyharz Verwendung, das durch Eingießen, Einspritzen oder Einkitten mit dem Mantel fest verbunden werden kann und geeignete Streckmittel oder sonstige die mechanischen, elektrischen oder thermischen sowie erforderlichenfalls auch die Schwindung beeinflussenden Füllstoffe enthalten kann. Eine besondere Kriechr Stromfestigkeit dieses für den Kern zu verwendenden Harzes ist nicht erforderlich, da der Kern an seinen· äußeren Endflächen mit überragenden¹ Metallteilen überdeckt ist, so daß das Kernmaterial bei Überschlägen nicht mit dem Überschlagfunken in Berührung kommt. Die Zugfestigkeit des für den Kern verwendeten Epoxyharzes soll mindestens derjenigen der bekannten Hochspannungskeramik Typ 110/DIN

709> 757/235

40 685 entsprechen, d. h. mindestens etwa 300 bis 500 kg/cm² betragen.

Für den äußeren, die Überschlagsicherheit übernehmenden Mantel des erfindungsgemäßen Verbundisolators finden kriachstromfeste Preßmassen auf Melaminharzbasds Verwendung.

: Im folgenden Beispiel wird gemäß Abb. 1 ein erfindungsgemäßer Hochspannungsverbundisolator beschrieben, wobei willkürlich ungefähr die äußere Form eines Starkstrom-Freileitungs-Kappenisolators nach DIN 48007 gewählt ist.

- Der äußere Mantel α ist ein aus einer kriechstromfesten Melaminharzpreßmasse formgepreßter Teil, dessen innerer, durchgehender Hohlraum sich nach oben und unten konisch erweitert. Auf die obere Öffnung ist eine Metallkappe b beispielsweise aufgepreßt, aufgeschraubt oder aufgeklebt. Diese Kappe b trägt nach innen, d. h. in die Öffnung des Mantels, a hineinragend, einen nach unten sich konisch erweiternden Ansatz in Form eines Klöppels c. während sie nach oben hin in bekannter Weise etwa als Klöppelpfanne ausgebildet sein kann. Der freie Innenraum des Mantels ist mit einem zug- und durchschlagfesten, gießfähigen,, härtbaren und nicht unbedingt kriechstromfesten Epoxyharz d ausgefüllt, in das der untere Klöppel e eingebettet ist. Der untere Metallkappe! e kann einen gegebenenfalls mit Einfüllöffnungen / versehenen Metallbund g besitzen, der gleichzeitig die Zentrierung gewährleistet. Der seitlich über das eingegossene Epoxyharz d hinausragende Metallbund g hat aber ferner noch den Sinn, bei Überschlagen über den äußeren Isolator jede Kriechstromgefährdung des Kernes d zuverlässig auszuschließen, da der Überschlag zwischen dem ebenfalls über den Kern, d überstehenden unteren Rand der Metallkappe b und dem äußeren Rand des Metallbundes g und damit ausschließlich über den kriechstromfesten Melaniinharzpreßstoffmantel α verläuft.

Der hier lediglich als beliebig gewähltes Ausführungsbeispiel für die Erfindung beschriebene Hochspannungsverbundisolator Jtveist eine Reihe von Vorteilen auf, die nachfolgend näher erläutert sind.

Bei einem Keramikisolator ähnlicher Ausführung muß die obere Metallkappe b infolge der erforderlichen Kittfläche bis nahe an den tellerartigen Teil des Isolators heruntergeführt werden, während sie nach der vorliegenden Erfindung sehr kurz gehalten werden kann, weil der im Kern liegende Klöppel c zmv Kraftübertragung dient. Hierdurch wird die Überschlagstrecke über den äußeren Mantel α bei sonst gleicher Ausführung größer als beim Keramikisolator. Die für den erfindungsgemäßen Verbundisolator verwendbare Kurzkappe b hat ferner den Vorteil, daß sich das elektrische Feld vorzugsweise in der Achsrichtung des Isolators, d. h. in der Längsrichtung des dielektrisch hochwertigen Kunststoffkerns und nicht quer durch den Isolator hindurch orientiert, wodurch der kriechstromfeste Preßstoffmantel α im gewünschten Sinne dielektrisch entlastet wird.

Die dielektrische Entlastung des Mantels α kann außerdem weitgehend gesteuert werden, durch entsprechende Beeinflussung der Dielektrizitätskonstanten des Kern- und Mantelmaterials.

Die Verwendung von kriechstromfesten, Melaminharzpreßmassen für den Mantel bietet infolge ihrer bekanntlich relativ hohen Nachschwindung die Gewähr für eine zuverlässige und dichte Bindung zwischen Mantel und Kern.

Bei der Verwendung von Epoxyharzen für den Kern ist die Nachschwindung des Melaminharzpreß-Stoffmantels von besonderem Vorteil, weil sie der natürlichen Volumenschwindung des Gießharzkernes entgegenwirkt und sie kompensiert.

Die Verwendung von Epoxyharzen bietet besondere Gewähr dafür, daß der Kern vollkommen frei von. Luft- und Gaseinschlüssen gehalten werden kann, wodurch die notwendige Zuverlässigkeit in der Durchschlagfestigkeit erreicht wird. Gegebenenfalls kann die Entgasung des Kernes durch Anwendung· von Vakuum unterstützt werden. Die zwingende Forderung nach Luft- und Gasfreiheit des Kernes ist ein, wesentlicher Grund für den Verbundaufbau des erfindungsgemäßen Isolators, denn selbst wenja.s^gua." Kunstharzpreßstoff vorhanden wäre, der alle Einzelanforderungen an einen Hochspannungsisolator erfüllen könnte, so könnte dennoch kein hochwertiger Emstoff-Isolator daraus hergestellt werden, weil der elektrisch beanspruchte Schaft infolge seiner aus Festigkeitsgründen notwendigen Dickwandigkeit nicht ohne Luft-, Wasserdampf- oder sonstige Gaseinschlüsse gepreßt werden kann.

Durch den Verbundaufbau bleibt der äußere, die Kriechstromsicherheit übernehmende Mantel α zumindest bei betriebsmäßiger Zugbeanspruchung mechanisch entlastet. Dies hat gegenüber dem auch im tellerartigen Teil ständig unter inneren, mechanischen Spannungen stehende Keramikisolator üblicher Ausführung den Vorteil einer höheren Sicherheit gegen Hagelschlag.

Keramikisolatoren können bekanntlich nicht mit hoher Maßgenauigkeit hergestellt werden,, so daß allgemein eine Toleranz von + 5 °/o nicht unterschritten werden kann. Demgegenüber läßt sich beim Erfindungsgegenstand für den äußeren krieehstromfasten Preßstoffmantel zuverlässig eine Maßgenauigkeiit von. mindestens ± 1 °/o einhalten. Die ideale Verformbarkeit beim Pressen des äußeren Mantels gestattet außerdem eine wesentliche Verfeinerung in der Ausbildung einzelner Rippen und Rillen und damit gegebenenfalls eine bessere Angleichung an erstreikte Verhältnisse bezüglich Feldvartailung und Regemschutz.

Das Gewicht des Verbundisolators aus dem kriechstromsicheren, mechanisch entlasteten Melaminharzpreßstoffmantel und dem durchgehenden, die mechanischen und dielektrischen Beanspruchungen übernehmenden Epoxyharzkern beträgt höchstens etwa dia Hälfte gegenüber einem Keramikisolator gleicher Abmessungen und gleicher Leistung·. Der Mantel kann, infolge seiner mechanischen Entlastung besonders in seinem tellerartigen Teil, dünnwandiger als bei Keramikausführung gehalten werden, wodurch eine weitere wesentliche Gewichtsarsparnis erzielt wird. Neben Transportvorteilen gewährleistet das etwa 50 bis 70°/o geringere Gewicht eine geringere Bruchgefahr bei rauhem Transport, bei der Montage und auch beim gelegentlichen Hinfallen auf harten Boden. Ferner stellt das erheblich geringere Gewicht bei Höchstspannungs-Freileitungen eine nennenswerte Entlastung der Masten und ihrer Ausleger dar.

In Abb. 2 ist als weiteres Ausführungsbeispial eine Abspannkette dargestellt. Die einzelnen Mantelglieder α sind derart ausgebildet, daß sie sich zentriert: in gewünschter Anzahl aufeinandersetzen lassen. Nach Aufkleben der oberen Metallkappe b werden die Mantelmitglieder α ebenfalls miteinander verklebt und anschließend der durchgehende Kern, etwa durch die öffnungen / der unteren Kappe g hindurch, eingespritzt oder eingegossen. Auch für das Verkleben, kann ein Epoxydharz verwandet werden.

Das in der Abb. 3 gerwählte Beispiel zeigt eine Hängekette mit gemeinsamen Kern, die in gleicher Weise wie das Beispiel nach Abb. 2 hergestellt ist. Die besondere Gestaltung des äußeren Preßstoffmantels α erlaubt hierbei sowohl die Herstellung beliebig vielgliedriger, starrer Ketten wie auch, die Herstellung einzelner Kappen mit Klöppel und Klöppelpfannie, etwa gemäß Abb. 1. Die Buchstaben in den Abb. 2 und 3 entsprechen sinngemäß denen des Beispiels nach Abb. 1.

Claims

PATENTANSPRUCH:

10

Freiluft-Hochspannungsverbundisolator mit einem äußeren kriechstromfesten Mantel und einem inneren durchschlagsicheren und mechanisch festen Kern aus Kunststoffen, gekennzeichnet durch die Kombination eines aus Melaminharzpreßstoff bestehenden Mantels mit einem aus härtbarem Epoxyharz gefertigten, durch Eingießen, Einspritzen oder Einkitten mit dem Mantel fest verbundenen Kern.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 347 024, 437 152;

schweizerische Patentschriften Nr. 149 210, 138118;

französische Patentschrift Nr. 1 040 850; britische Patentschrift Nr. 537 834; USA.-Patentschriften Nr. 2 661 390, 2 213 922;

»Kunststoffe«, 1953, Heft 10, S. 387 bis 392; 1951, Heft 11, S. 365 bis 373;

E. T. Z-B 1952, S. 179 bis 184;

»Elektrotechnik u. Maschinenbau«, 1953, Heft 11, S. 237 bis 247; 1951, Heft 15, S. 353 bis 360.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 709 757/235 10.