DE1916767A1 - Elektrischer Isolator mit Glockenflanschen - Google Patents
Elektrischer Isolator mit GlockenflanschenInfo
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- Power Engineering (AREA)
- Insulators (AREA)
Description
DIPL-CHEM. DR. WERNER KOCH DIPL.-ING. KLAUS DELFS
HAMBURG
PATENTANWÄLTE
DR.-ING. RICHARD GLAWE DIPL-PHYS. DR. WALTER MOLL
MÖNCHEN
2000 Hamburg 52 · WaltiilraOo 12 · Ruf 89 22
8000 MOnchen 22 ■ Llebherrjtra6e 20 · Ruf 22 6548
BETRIFFT:
A
MÖNCHEN
TRANSMISSION DEVELOPMENTS LIMITED
125 Bristol Road, Gloucester, Gloucesterhire, England
Elektrischer Isolator mit Glockenflanschen.
"Die Erfindung betrifft elektrische Hochspannungsisolatoren
mit Glockenflanschen (sheds) und insbesonde:©, jedoch
nicht ausschließlich, Isolatoren vom Stangentyp zum Aufhängen von Freiluft-Starkstromleitungen.
Es 1st wohl bekannt, daß die Leistungsfähigkeit eines Isolators für eine Hochspannungs-Starkstromleitung bei star-
— 1 —
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ker atmosphärischer Verunreinigung eine Punktion der
Länge des Kriechweges-des Isolators ist. Je langer der
Kriechweg desto geringer ist die Gefahr eines Überschlagens. Eine Möglichkeit, einen langen Kriechweg
bei gegebener Gesamtlänge des Isolators zu erzielen, besteht darin, eine große Anzahl von einfachen Isolierglocken
(plain sheds) von großem Durchmesser zu verwenden. Es ist jedoch ebenfalls bekannt, daß, wenn der Luftspalt
zwischen den Isolatorglocken verringert wird, die Gefahr von Überschlagen in der Luft zwischen den Isolierglocken
an ihrem Außenrand oder zwischen einem Wassertropfen an
einer oberen Isolierglocke und der darunter liegenden
Glocke vergrößert wird.
Die Erfindung zielt daher darauf ab, einen Isolator vorzusehen, der bei gegebener axialer Länge eine sehr
große Widerstandsfähigkeit gegenüber Überschlagen der Betriebsspannung oder von Schaltungsüberspannungen auch
unter ungünstigen Bedingungen nasser Luftverunreinigung oder bei schwerem Regen aufweist, bzw. der bei gegebener
Überschlagsfestigkeit mit besonders kurzer axialer Länge ausgeführt werden kann, ohne daß Glocken von unzumutbar
großem Durchmesser verwendet werden müssen.
Gemäß der Erfindung ist ein elektrischer Isolator mit
einer Anzahl von in Axialrichtung hintereinander ange-
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ordneten Isolierglocken dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Glocken verschiedenen Durchmesser haben
und daß der gesamte Kriechweg zwischen den Enden des Isoliermaterials mindestens das Vierfache, vorzugsweise
mindestens das Achtfache der axialen Länge des Isoliermaterials beträgt.
Bei einer solchen Konstruktion befinden sich Wassertropfen,
die sich am Umfang einer Glocke von größerem Durchmesser ansammeln, nicht unmittelbar über den äußeren
Rand der nächst unteren Glocke. Außerdem ist die Breite des Luftspaltes zwischen den Enden benachbarter
Glocken, die verschiedenen Durchmesser haben, größer als der lotrechte Abstand dieser1 beiden Glocken. Es
wurde in der Praxis gefunden, daß ein Isolator., dessen Glocken abwechselnd größeren und kleineren Durchmesser
haben, eine bessere Leistungsfähigkeit hat als ein Isolator von gleicher Länge mit Glocken von gleichmäßigem
Durchmesser. Es werden jedoch, wie noch erläutert wird, bevorzugt mehr als zwei verschiedene
Durchmesser der Glocken verwendet.
Da die Länge des Kriechweges der wichtigste Sinzelparameter
für die Bestimmung der Leistungsfähigkeit eines verunreinigten Isolators isü, vorausgesetzt, daß
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die Konstruktion eine wirksame Ausnutzung des vorhandenen Krieohweges zuläßt (d.h. daß die Gefahr, daß
größere Teile des Kriechweges durch Wassertropfen und/oder Luftentladungen zwischen den Glocken kurzgeschlossen wird, möglichst gering ist), ist es erfindungsgemäß
vorzuziehen, dem Verhältnis der Gesamtlänge des Kriechweges zur axialen Länge des Isoliermaterials
eines Isolators vom. Stangentyp den hohen Wert von etwa Io zu geben.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal- der Erfindung steht bei einem Isolator der beschriebenen Art
die Länge (L) des Kriechweges zwischen dem niedrigsten Punkt des Randes einer Isolierglocke und dem bei lotrecht
stehender Isolatorachse unmittelbar darunter liegenden Punkt der nächsten Glocke gleichen oder größeren
Durchmessers zu dem kürzesten Abstand (X) zwischendiesen Punkten einer solchen Beziehung, daß der Maximalwert
von X/L für zwei beliebige derartige Punkte am Isolator oder mindestens an einem größeren Teil
der Länge des Isolators um nicht mehr als 5o$ vom
Minimalwert von X/L abweicht.
Falls zwei Glockenabmessungen verwendet werden, so v/erden, wie oben erwähnt, die Glocken größeren und
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kleineren Durchmessers abwechselnd angeordnet. Falls mehr als zwei Gloekengrößen verwendet werden,
so werden sie vorzugsweise in einem sich wiederholenden
Muster angeordnet. Dieses Muster ist vorzugsweise so gestaltet, daß bei N verschiedenen Gloekengrößen
sich das Muster nach jeweils "*■£,! ^ ' Glocken wiederholt,
wobei die Reihenfolge, in der die Glocken angeordnet sind, auf die folgende -Weise bestimmt wird.
Es sei angenommen, daß Glocken der Größe Null, Größe 1, Größe 2... Größe (N-1 )i vorhanden sind, wobei die
Glockendurchmesser entsprechend(jedoch nicht notwendigerweise proportional) den Größennummern zunehmen.
Die Stellung der Glocken einer Gruppe sei mit; Position 1, Position 2 .... Position 2 ^1 ~ ' bezeichnet,
wobei Position 1 die unterste Glocke jeder Gruppe bezeichnet. Die Größennummer einer Glocke in einer
jeweiligen Position ist dann gegebene? durch die höchste Potenz von 2, durch welche die entsprechende Position
ohne Rnst teilbar ist. So ist z.B. bei vier verschiedenen Gloekengrößen für alle ungeraden Positionfiummern
die Größe 0 zu verwenden, für die Positionen
2 und υ die Größe Nummer 1, für die Position 4 die Größe Nummer 2 und für die Position 8 die Größe
Nummer 3·
BAD ORIGINAL
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Obwohl N gleich 2 gewählt werden kann, ist es vorzusehen,
es gleich 3 oder größer zu machen, so daß sich das Muster erst nach mindestens vier Glocken
wiederholt.
Ein vollständiger Isolator umfaßt normalerweise eine Anzahl von sich wiederholenden Mustern von
Glocken der oben beschriebenen Art. Die oberste Glocke des Isolators ist vorzugsweise von der größten
Größe (d.h. das Muster ist am oberen Ende vollständig abgeschlossen), die unterste Glocke braucht jedoch
nicht notwendigerweise das Muster vollständig abzuschließen.
Für Hängeisolatoren vom Stangentyp für Freiluft-Starkstromleitungen
werden die Glockendurchmesser vorzugsweise so gewählt, daß Tropfen vom Rand einer
beliebigen Glocke normalerweise und regelmäßig nicht
auf eine darunter befindliche kleinere Glocke fallen, gleichgültig ob sie durch elektrische Kräfte und/oder
durch den Wind oder durch eine Auslenkung des Isolators von der Lotrechten beeinflußt werden oder nicht.
Dies wird in wirksamer Weise dadurch erreicht, daß man den Isolator so ausbildet, dass . eine den äußeren
Rand einer größeren Glocke berührende, in einem Winkel von j5o° zur Achse des Isolators verlaufende Linie
. BAD ORIGfNAL 909842/03*8
nicht eine darunter befindliche kleinere Glocke schneidet,
bevor sie eine Glocke von gleichem oder größerem Durchmesser schneidet.
Der kürzeste Abstand zwischen dem untersten Teil einer beliebigen Glocke und der Oberseite jeder anderen
Glocke sollte nicht kleiner als 8 mm sein (bei lotrechtem Isolator).
Vorzugsweise sollte eine Linie, die einen achsenfernsten
Punkt einer beliebigen Glocke mit dem Mittelpunkt der Glockenwurzel, wo diese in den Isolatorschaft
übergeht, verbindet und in derselben Ebene wie der erstgenannte Punkt und die Isolatorachse liegt, mit der
Isolatorachse einen Winkel zwischen 5o und. 65° einschließen.
Für jeden einzelnen Isolator wird dieser Winkel für jede Glocke normalerweise im wesentlichen
der gleiche sein.
Die Glocken sind vorzugsweise dünnwandig ausgebildet
und von konischer Gestalt, wobei die oberen und unteren Flächen der Glocken jeweils aus einer im wesentlichen
geradlinigen, die Isolatorachse schneidenden Erzeugenden durch Rotation dieser Erzeugenden um die Isolatorachse
erzeugt gedacht werden können. Anstelle einer geradlinigen Erzeugenden können die Glocken auch eine
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im weiteren Sinne konische Form haben, wobei die oberen und unteren Flächen erzeugt sind durch Rotation von
sanft gekrümmten Erzeugenden von solcher Form, daß die maximale Abweichung von der geraden Linie nicht
größer ist als die durchschnittliche Dicke der Glocke. Entweder die obere oder untere Oberfläche einer Glocke
oder beide können mit Stufen oder Riefen ausgebildet sein, vorausgesetzt,daß die maximale Tiefe jeder Stufe
oder Riefelung nicht mehr als Ko% der durchschnittlichen
Dicke der Glocke beträgt.
Jede Glocke kann eine im wesentlichen gleichförmige Dicke aufweisen oder einen sich verjüngenden Querschnitt
mit einem VerjüngungBwinkel bis zu 15 aufweisen.
Die beschriebene, bevorzugte konische Gestalt der
Glocken hat den Vorteil, daß, wenn der Isolator mit einem Kohlenwasserstoff oder einem anderen Schmiermittel
eingefettet werden muß, dieses Schmiermittel leicht durch Spritzen aufgetragen und durch ein ein-
ab
faches Schabewerkzeug gekratzt werden kann.
Die Erfindung kann bei einem Porzellanisolator mit Endkappen angewendet werden. In diesem Fall kann der
Isolatorkörper einstückig mit den Glocken als einstückiges Porzellanelement ausgebildet werden, wobei auf die
Enden des Porzellanelementes in bekannter Weise End-
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kappen aufgesetzt werden. Die Erfindung kann jedoch ebenso, auch bei Isolatoren vom Stangentyp angewendet
werden, die in anderer Weise aufgebaut sind, beispielsweise aus einer Vielzahl von zusammengefügten Einzelelementen,
wie z.B. gegossenen Kunstharzisolatoren auf einem Kern aus Kunstharz gebundenen Glasfasern. -Mit
diesem Material ist es möglich, ein hohes Verhältnis zwischen dem Glockenüberhang und der Dicke herzustellen,
wie es erforderlich ist, wenn mehr als zwei Glockendurchmesser verwendet werden.
Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden
an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt in Seitenansicht, teilweise im Schnitt,
eine Ausführungsform eines Isolators vom Stangentyp.
Fig. 2 zeigt in Seitenansicht, teilweise im Schnitt eine andere Konstruktion des Isolators.
, Fig. 3.zeigt in ähnlicher Ansicht wie Fig. 2 eine
etwas verschiedene Aus führungs form des: Isolators.
In Fig. 2 ist ein Isolator vom Stangentyp zum Aufhängen
einer Höchstspannung-Freiluitleitung dargestellt.
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Der Isolator hat einen Körper 1 aus Porzellan, an dem einstückig Glocken ausgebildet sind, die abwechselnd
von größerem und kleinerem Durchmesser sind. Bei der hier betrachteten Ausführungsform hat der Isolator
vierzehn Glocken 11 von größerem Durehmesser und
dreizehn Glocken 12 von kleinerem Durchmesser. Jede Glocke hat eine konkave oder konische Unterseite und
eine im allgemeinen konvexe Oberseite, wobei diese Flächen in sanftem Übergang in den Körper des Isolators
übergehen. Ober- und Unterseite der Glocken sind radial nach außen abfallend ausgebildet, so daß Regenwasser
an den Glocken nach unten läuft und Tropfen bildet, die sich an den jeweils untersten Punkten einer
Glocke ansammeln, wobei dieser Punkt am äußersten Rand oder nahe dem äußersten Rand liegt. Die Enden des
Isolators sind in bekannter Weise in metallenen Endkappen 13, 14 befestigt.
Fig. 2 zeigt einen Teil eines aus Kunstharz geformten Isolators. Der Isolator ist in geeigneter
V/eise aus Kunstharz geformt und kann an einem mittleren Kern aus kunstharzgebundenen Glasfasern befestigt
sein. Die Formung wird vorzugsweise dadurch Vakuumgießen eines Epoxydharzes vorgenommen. Wegen des hohen
Verhältnisses des Gloekenüberhangs zur Dicke, das mit
Kunstharz erzielt werden kann, können mehr als zwei
- Io 909842/0338
Gloekendurchmesser verwendet werden. Pig. 2 zeigt
einen derartigen Isolator mit drei Glockendurchmessern. Der Vorteil einersolchen Anordnung gegenüber einer
Anordnung mit zwei Glockengrößen besteht darin, daß bei einem gegebenen Gesamtdurchmesser das Verhältnis
der Kriechwege zu den Breiten der Luftspalte vergrößert werden kann, wodurch die Leistungsfähigkeit
des Isolators bei Verunreinigungen verbessert wird.
In Fig. 2 sind zwei Glocken 2o, 21 mit größtem Durchmesser, eine Glocke 22 mit mittlerem Durchmesser,
zwei Glocken 2j5, 24 mit kleinstem Durchmesser gezeigt.
Es ergeben sich Luftspalte von der Größe X zwischen den Glocken 2o, 21, von der Größe X1 zwischen den
Glocken 22 und 21, von der Größe X" zwischen den Glocken 2j>
und 22 und von der Größe X"' zwischen den Glocken 24 und 21. Den Luftspalten X, X1, X" und
X111 zugeordnet sind die Kriechweglängen L3 L1, L"
und L1", wobei diese Kriechweglängen die kürzesten Längen (in einer die Isolatorachse enthaltenden Ebene)
entlang der Oberfläche der Glocken zwischen den beiden Enden der entsprechenden Luftspalte sind. In Fig.
liegen die Werte von X,, L..... Xn/LM usw. zwischen
O,o75& und O,o935, der Verjüngungswinkel der Glocken
ist 5°, der Konuswinkel der Glocken ist 630 und das
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BAD 909842/0338
Verhältnis der Kriechweglänge zur Länge des isolierenden Teiles des Isolators .beträgt Io.
Bei der in Fig. 3 dargestellten, gegenüber Fig. 2 geringfügig abgeänderten Ausführungsform sind- die entsprechenden
Werte O,loj? bis 0,l>5, 5 , 6j5 und 6,9·
In beiden Figuren ist die Anzahl der Glockengrößen N = 3, so daß sich das Muster nach jeweils vier Glocken
wiederholt.
Man erkennt, daß bei allen gezeigten Ausführungsformen eine beträchtliche Differenz der Glockendurchmesser
vorgesehen ist, um zu verhindern, daß Tropfen vom Rand einer beliebigen Glocke auf eine kleinere
darunter liegende Glocke fallen, gleichgültig ob die Tropfen durch elektrische Kräfte und/oder durch Wind
oder durch eine Auslenkung des Isolators von der Lotrechten beeinflußt werden. "Genauer gesagt sind die
Unterschiede der1 Durchmesser so groß gewählt, daß eine Linie, die das äußere Ende einer größeren Glocke berührt
und in einem Winkel von 3o° zur Isolatorachse
verläuft, nicht auf-eine darunter liegende kleinere Glocke trifft, bevor sie auf eine Glocke von gleichem
oder größerem Durchmesser trifft.
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ßAD OBIGSHAL
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Bei allen gezeigten Ausführungsformen ist der
kürzeste Abstand zwischen dem untersten Teil einer beliebigen Glocke bei lotrechtem Isolator und der
Oberfläche einer beliebigen anderen Glocke größer als 8 mm.
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Claims (1)
- Patentansprüche"1Λ Elektrischer Isolator mit einer Anzahl von in Axialrichtung hintereinander angeordneten Glocken, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Glocken verschiedenen Durchmesser haben und daß der gesamte Kriechweg zwischen den Enden des Isoliermaterials mindestens das Vierfache der axialen Länge des Isoliermaterials beträgt. . .2. Elektrischer Isolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtlänge des Kriechweges zwischen den Enden des Isoliermaterials mindestens das Achtfache der axialen Länge des Isoliermaterials beträgt.3· Elektrischer Isolator nach Anspruch 1 oder Qj-dadurch gekennzeichnet, daß die. Länge (L) des Kriechweges zwischen dem untersten Punkt des Randes einer Glocke und dem unmittelbar darunterliegenden Punkt der nächsten Glocke gleichen oder größeren Durchmessers bei lotrechter Achse des Isolators zu dem kürzesten Abstand (X) zwischen diesen Punkten in einer solchen Be-909842/0318Ziehung steht, daß der Maximalwert von X/L für zwei beliebige Punkte mindestens auf dem größten Teil der axialen Länge des Isolators um nicht mehr als 5o$ vom Minimalwert von X/L abweicht.4. Elektrischer Isolator nach einem der Ansprüche1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Glocken abwechselnd von größeremund kleinerem Durchmesser sind.5. Elektrischer Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Glocken N verschiedene Durchmesser haben und in einem sich wiederholenden Muster angeordnet sind, wobei N eine ganze Zahl ist, die 3 oder größer als 3 ist.6. Elektrischer Isolator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Glocken die Größennummex'n 0, 1, 2 ..... (N-I) haben, wobei die Glocken durchmesser entsprechend den GröSennummern zunehmen, daß die Glocken in einem sich wiederholenden Muster mit Gruppen von 2^~ ' Glocken angeordnet sind, daß die Positionen der Glocken Jeder Gruppe als Position 1,Position 2 Position 2V" ~J in numerischer Ordnungvon der untersten Glocke an nach oben bezeichnet sind,- 15 - .BAD ORIGINAL909842/0338und daß die Größennummer jeder Glocke gegeben ist durch, die höchste Potenz von 2, durch welche die Positionsnummer ohne Rest teilbar ist.7· Elektrischer Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e η η ze i c h η e t, daß die oberste Glocke eine Glocke größten Durchmessers ist.8* Elektrischer Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 7j dadurch gekennzeichnet, daß die Glocken so angeordnet sind, daß eine den äußeren k Rand einer größeren Glocke berührende, in einem Winkel von 3o° zur Isolatorachse nach unten verlaufende Linie auf keine darunter liegende kleinere Glocke trifft, bevor sie auf eine Glocke gleichen oder größeren Durchmessers trifft.9· Elektrischer Isolator nacn einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch g e ic e η η ζ e i c h η .e t, daß derkürzeste Abstand zwischen dem untersten Teil jeder Glocke^ bei lotrechtem Isolator und der Oberfläche einer beliebigen anderen Glocke nicht kleiner als 8 mm ist.Io. Elektrischer Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch g'.e k e -ri η ζ e i c h ne t, daß- 16 -909842/0338BAD ORiGfNAL- -; ;■ .:■'. 1S1S767eine Ji$nie¥ die einen achsfernsten Punkt einer belie- :' bigeri :{&Qefe^rä^wo diese iin$sp3^orsqhaft trifft, verbindetund in der gle^öheii radialen ^pene wie der erstgenannte Punkt undt die:· Jsölatoraohse liegt, einen Winkel zwischen 30 und 65° rait der Isolatorachse einsGhließli,11. Elektrispher Isolator nach Anspruch Io, dadurch g e ken ή 2 ei c h n. e t, daß dieser Winkel für jede Glocke im wesentlichen der gleiche ist,12. Elektrischer Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 11/ dadurch g e k e η η ζe ί ohne t, daß die Glocken, von konischer Gestalt sind, wobei ihre Ober- -und Unterseiten erzeugt sind durch Rotation einer geradlinigen, die Isolatorachse schneidenden Erzeugenden.IJ. Elektrischer Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Glocken in weiterem Sinne von konischer Gestalt sind mit oberen und unteren Flächen, die erzeugt sind durch Rotation von sanft gekrümmten Erzeugenden von solcher Gestalt, daß die maximale Abweichung von einer geraden Linie nicht größer als die durchschnittliche Dicke der Glocke ist.- 17 - ßAD909842/035014. Elektrischer Isolator näcli^ eijSe» 1 bis Ij5, dadurch g e k e ηη' ζ ei ^ die Ober- und/pdep Iftiteräeite einer Glocken gestuft odei? gerieft ausgebildet' die maximale-Tiefe 'de^:"Stufen-:oderals ho% der durchschnittlichen Dicke «tei* ßlöaifca15. . Elektrischer1 Isolator nacix eiwem -1 bis 15,;; dadurch, - g; e^k" er η η ζ e\ ί'-'.c la Ä-.-^ f jede Glocke im wesentlichen gleiehfSpiige Iliöke16. Elektrischer Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch g e k e ηη ζ e ie ine t, daß jede Glocke in einer durch die Isolatoraehse gehenden Radialebene einen sich verjüngenden Querschnitt auf-weist, wobei der Verjüngungswinkel nicht großer als 15° ist.-18 -909842/03 3 8
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