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Freilufthochspannungshängeisolator der Vollkernlangstabbauart aus
keramischem Werkstoff Die Erfindung bezieht sich auf einen Freilufthochspannungshängeisolator
der Vollkernlangstabbauart aus keramischem Werkstoff, der den Prüflastbedingungen
der DIN 48 006 genügt, mit metallischen Tragarmaturen an beiden Enden
des Isolierkörpers und mit einer größeren Anzahl von parallel aufeinanderfolgenden
Schirmen oder mit einem oder mehreren selbstreinigenden Wendelschirmen, deren äußerer
Durchmesser zum Strunkdurchmesser ein Verhältnis unter 3, vorzugsweise etwa
2 hat und dabei die Länge des Strunkes zum Durchmesser der Schirme ein Verhältnis
größer als 1,5 hat. Diese Isolatoren haben in der Hochspannungstechnik seit
vielen Jahren eine solche Bedeutung gewonnen, daß sie genormt und zum Gegenstand
der DIN 48 006 gemacht worden sind. Um diese Isolatoren den hohen Prüflastbedingungen
anzupassen, verwendet man seit Jahren Kappenaußenarmaturen als Befestigungsmittel.
Man hat an dieser Befestigungsart trotz der ihr eigentümlichen und seit langem bekannten
Nachteile festgehalten. Einer der wichtigsten Nachteile besteht darin, daß diese
Kappenaußenarmaturen häufig zu sogenannten Scheibenbrüchen führen, die durch radiale,
im Bereich der Kappen bestehende Spannungen bedingt sind. Man hat versucht, diese
gefährlichen Brüche durch eine besondere Formgebung der Kappen oder durch elastische
Einlagen zu vermeiden. Die Ergebnisse waren aber unbefriedigend. Die genannten Schwierigkeiten
werden bei dem eingangs bezeichneten Freilufthochspannungshängeisolator dadurch
beseitigt, daß gemäß der Erfindung mindestens eine der beiden Tragarmaturen an Stelle
der üblichen Kappenaußenarinaturen in einem axial liegenden Hohlraum des Strunkes
eingekittet ist.
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Für Isolatoren anderer Art hat man schon sehr häufig eingekittete
Innenarmaturen vorgeschlagen. Die Technik hat aber von dieser Befestigungsart bisher
bei Vollkernlangstabisolatoren keinen Gebrauch gemacht. Versuche haben jedoch ergeben,
daß Vollkernlangstabisolatoren auch mit eingekitteten Innenarmaturen den hohen Prüflastbedingungen
entsprechen können. Es genügen dann die Vollkernlangstabisolatoren nicht nur der
durch DIN 48 006 vorgeschriebenen Belastbarkeit, sie besitzen auch
noch weitere wesentliche Vorteile. Einer dieser Vorteile ist die Ausnutzung der
Isoliereigenschaft des Isolators über die ganze Länge des Langstabes. Ein weiterer,
in Anbetracht des zunehmenden Funkverkehrs besonders großer Vorteil ist die Verringerung
der durch Hochspannungsisolatoren bewirkten Funkstörung. Kappenaußenarinaturen führen
nämlich, besonders wenn sie - was unvermeidlich ist - rauh sind oder
mit der Zeit rauh werden, zu Sprühentladungen. Versuche haben ergeben, daß bei Vollkernlangstabisolatoren
nach der Erfindung Entladungen erst bei Spannungen einsetzen, die doppelt so hoch
sind wie bei Vollkernlangstabisolatoren der Bauart nach DIN 48 006. Ein weiterer
Vorteil der Vollkernlangstabisolatoren nach der Erfindung besteht in der wesentlich
besseren Potentialverteilung.
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Eine hohe Widerstandsfähigkeit wird erzielt, wenn gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung der Hohlraum des Isolierkörpers in den Bereich mindestens eines Parallelschirmes
oder eines Wendelschirmes hineinragt.
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Besonders günstige elektrische Eigenschaften werden erzielt, wenn
gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Hohlraum aus einer Bohrung besteht,
die im Bereich der Stirnfläche des Isolierkörpers eine muldenartige Erweiterung
besitzt, und die Innenannatur einen Ringflansch hat, mit dem sie sich auf der von
der Erweiterung gebildeten Schulter im Hohlraum abstützt, und die Stärke des Ringflansches
geringer als die Tiefe der muldenartigen Erweiterung ist, wobei zweckmäßigerweise
die Innenarmatur in der Bohrung verkittet und in der Erweiterung vergossen ist.
In
den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigt
Fig. 1 einen Langstabisolator bekannter Bauart, zur Hälfte im Axialschnitt,
Fig. 2 einen Langstabisolator mit einer Armaturenbefestigung gemäß der Erfindung
in vergrößerter Darstellung und im Längsschnitt, Fig. 3 einen Langstabisolator
mit einer erfindungsgemäßen Arinaturenbefestigung am oberen Ende und einer bekannten
Kappenbefestigung am unteren Ende, zur Hälfte im Querschnitt, Fig. 4 das Ende eines
Wendelisolators mit einer Armaturenbefestigung gemäß der Erfindung, teilweise im
Querschnitt, und Fig. 5 das Ende eines Wendelisolators einer anderen Ausführungsform
mit einer Armaturenbefestigung gemäß der Erfindung, teilweise im Querschnitt.
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Der in Fig. 1 veranschaulichte Langstabisolator besteht aus
einem vollen Kern 1 aus keramischem Werkstoff. Der Kein ist mit mehreren
Schirmen 2 ausgerüstet, die gleichmäßig über die Länge des Isolators verteilt sind.
Die Enden des Kernes sind sich konisch erweiternd ausgebildet und je von
einer Metallkappe 3
Überzogen, die mit dem Kern verkittet sind. Jede Metallkappe
ist zur Aufnahme eines Halteklöppels 4 eingerichtet.
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Die Fig. 2 bis 4 zeigen Ausführungsformen nach der Erfindung.
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Der in Fig. 2 dargestellte Langstabisolator besteht ebenfalls aus
einem vollen Kern5 aus keramischem Werkstoff. Der Kein ist mit den üblichen Schirmen
6
ausgerüstet. Im Gegensatz zu den bekannten Langstabisolatoren endet aber
der Kein an beiden Enden mit einem Schirm. Die zum Anbringen der Kappen gebräuchlichen
Verlängerungen sind in Fortfall, gekommen. Die Enden besitzen je einen axialen
Hohlraum 7, der tiefer als breit ist und in dem eine metallische Armatur
eingesetzt ist, die aus einem sich zum Ende hin etwas verjüngenden Bolzen
8 mit Ringrippen 9 besteht. Der Bolzen besitzt einen Ringflansch
10, der stimseitig auf dem Kein aufliegt und an den sich ein Vorsprung
11 anschließt, der mit an sich bekannten Befestigungsmitteln ausgerüstet
ist.
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Die Innenfläche des Hohlraumes 7 ist mit einer eingebrannten
Haftschicht 12 versehen, die aus keramischen, durch Emaille gebundenen Teilchen
bestehen kann. Die Aufrauhung der Innenwände des Hohlraumes könnte auch durch vorgeformte
Rillen od. dgl. bewirkt werden. Die Aufrauhung hat den Zweck, die Haftung mit dem
in den Zwischenraum zwischen Hohlraumwand und Bolzen eingeführten Kitt oder Zement
zu verbessern.
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Um die Verbindung elastisch zu gestalten, kann in die Rillen zwischen
den Rippen 9 eine elastische oder plastische Masse eingelegt sein, so daß
der Kitt oder der Zement nicht bis auf den Grund der Rillen in diese eindringen
kann.
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Die Verstärkung der Enden des Isolators verändert sein Außenprofil
sehr wenig, weil es leicht möglich ist, die Abmessungen der Hohlräume
7 so zu bestimmen, daß die kritische Zone zwischen der durch den Schirm
6 gebildeten Verstärkung liegt. Auf Grund der Elastizität der Verbindung
sind die Kräfte in der Haftschicht vom Boden bis zum Rand des Hohlraumes gleichmäßig
verteilt. Deshalb nehmen die Spannungen in dem Isolator vom vorletzten Schirm zum
letzten ab. Der Querschnitt des Isolators kann daher zwischen diesen zwei Schirmen
in derselben Richtung abnehmen, so daß es möglich ist, das Normalprofil des Isolators
im wesentlichen beizubehalten.
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Ein Langstabisolator gemäß Fig. 2 kann bei in elektrischer Hinsicht
gleichen Abmessungen wie ein Langstabilisator nach DIN 48 012 um 90
mm verkürzt werden, wobei er aber zusätzlich noch einen weiteren Schirm besitzt.
Der Langstabisolator nach der Erfindung besitzt daher einen längeren Kriechweg als
der bekannte Langstabisolator.
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Darüber hinaus besitzt der Langstabisolator nach der Erfindung einen
besseren Widerstand gegen hochstromige Lichtbogen.
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Wird der Isolator stehend gebrannt, dann kann der Isolator mit seiner
unemaillierten, später durch die Armatur abgedeckten Fläche des Hohlraumes7 auf
einem Träger ruhen. Soll der Isolator hängend gebrannt werden, dann kann er eine
sich nach außen erweiternde Verlängerung besitzen, die nach dem Brennen quer zur
Achse abgetrennt wird. Die dadurch verbleibende unemaillierte Stirnseite kann dann
durch den Ringflansch 10 der Armatur ganz abgedeckt werden. Die Stirnseite
könnte auch mit einem isolierenden Kunststoff, z.B. Äthoxylinharz, überzogen werden.
Die emaillierte Stirnseite, z.B. die untere der Ausführungsforin nach Fig. 2, kann
eine Vertiefung haben, in die der dann kleinere Flanschl0' versenkbar ist.
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Will man ein Abtrennen des Isolatorendes nach dem Brennen vermeiden,
dann kann der Langstabisolator auch nur an einem einzigen Ende erfindungsgemäß ausgerüstet
sein, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Am oberen Ende ist die Armatur
nach Art der Fig. 2 ausgebildet. Am unteren Ende ist eine Metallkappe in bekannter
Weise aufgekittet.
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Die Erfindung eignet sich ganz besonders zur Anwendung bei Wendelisolatoren
gemäß Fig. 4. In dieser Figur ist nun das eine Ende eines Wendelisolators dargestellt.
Der Keramikkern 13 ist mit einer Wendel 14 versehen, die den Kern bis zum
Ende hin umschließt. Der Hohlraum 15 besitzt eine ringförinige Erweiterung
16. Der Hohlraum 15 ist insbesondere an seiner zylindrischen Seitenwand
mit einer aufrauhenden Schicht 17 versehen. Der Ringflansch 18 des
Bolzens 19 besitzt einen Durchmesser, der etwas kleiner ist als der Durchmesser
der ringförinigen Erweiterung 16.
Zwischen dem Ringflansch 18 und dem
Boden der ringförmigen Erweiterung 16 ist ein elastischer Dichtungsring'20
vorgesehen, der aus irnprägnierter Leinwand bestehen kann. Der Metallbolzen
19 ist, wie bereits beschrieben, in dem Hohlraum eingekittet. Der versenkt
in der ringförmigen Erweiterung 16 liegende Ringflansch 18 ist durch
eine Dichtungsmasse 21 abgedeckt, die die ringförmige Erweiterung 16 ausfüllt.
Die Dichtungsmasse besteht aus einer Wachsmischung, die bei etwa 70' C fest
wird. Die Masse ist so zusammengesetzt, daß sie elektrischen Ladungen standhält.
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Die versenkte Anordnung und das Vergießen des Ringflansches
18 bewirken, daß die Kraftlinien in der Zone des stärksten elektrischen Feldes
den Isolierkörper durchdringen. Auch wird die Ionisation der Luft verringert. Die
Isolatoren gemäß der Erfindung haben hinsichtlich Rundfunkstörungen eine sehr günstige
Gestaltung.
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Die überspannung bei elektrischen Schlägen wird ebenfalls verbessert.
Man hat festgestellt, daß von zwei Isolatoren gleicher Abmessung der Isolator, der
gemäß der Erfindung mit einem versenkten und vergossenen Bolzenflansch versehen
ist, überschläge von
210 kV in der Spitze aushält, der Isolator
ohne versenkten und vergossenen Flansch aber nur 130 kV in der Spitze.
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Die den versenkten Flansch abdeckende Vergußmasse wird gegen die zerfressende
Wirkung des elektrischen Lichtbogens geschützt, während bei nicht versenktem Flansch
der Überzug durch den Lichtbogen schnell zersetzt wird.
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Es ist nicht notwendig, daß der Flansch mit dem Bolzen ein Stück bildet.
Der Flansch könnte sich auch an einem oder mehreren Vorsprüngen des Bolzens abstützen.
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Statt eines gleichmäßig dicken Flansches kann auch ein Flansch Verwendung
finden, der nur am Rande dünn ist und mit diesem Rand die engere Bohrung des Kernes
übergreift.
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Fig. 5 zeigt das Ende eines Langstabwendelisolators. Abweichend
von der Ausführungsforin nach Fig. 4 besitzt der Isolierkörper im Bereich des Hohlraumes
15 einen verbreiterten Kein, so daß der Wendelschirm von einem Querschnitt
21 zu den Enden hin zu einem Querschnitt 22 übergehen muß. Dieser Übergang wird
bei der Herstellung auf einfache Weise durch Veränderung des Fräswerkzeuges erreicht.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 ist der Außendurchmesser
der Wendel über die ganze Länge des Isolators derselbe. Man könnte jedoch auch den
Durchmesser verändern. Auch die Neigung der Wendel kann dem gewünschten Zweck angepaßt
werden.
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Bei einem Wendelisolator kann es von Vorteil sein, den Kern mit einer
Mehrzahl von in gleichem Ab-
stand zueinander liegenden Wendeln zu versehen,
um in der kritischen Zone der Armaturen eine Symmetrie der Hohlräume zu erhalten.
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Ein Verstärken des Kernes an seinen Enden ist nur dann erforderlich,
wenn der Durchmesser des Kernes nicht ausreicht, um ein Annaturenlager zu schaffen.
Wenn dieses Lager unter Beibehaltung eines ringförmigen Schnittes des Isolators
im Grunde des Lagers vorgesehen werden kann, der groß genug ist, die Zugkräfte aufzunehmen,
dann ist es überflüssig, das äußere Profil des Isolators zu ändern. Das wird in
der Regel bei einem Wendelisolator der Fall sein. Dieser Isolator gestattet einen
geringen Wendelabstand, weil Regen die Schirme nicht durch eine Wasserbrücke kurzschheßen
wird. Ist die Anzahl der Schirme groß, dann kann die Tiefe der Wendeln unter Beibehaltung
eines annehmbaren Kriechweges verringert werden. Infolgedessen kann ein Wendehsolator
mit einem Außendurchmesser, der dem Außendurchmesser eines Isolators mit übereinander
angeordneten Ringschirmen entspricht, im Kein stärker sein. Es ist daher in einem
solchen Fall nicht notwendig, die Enden des Isolators zu verstärken, um Armaturen
einzusetzen, so daß die Herstellung vereinfacht wird.