DE1916767A1 - Elektrischer Isolator mit Glockenflanschen - Google Patents

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

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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-

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POSTSCHECK,

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HAMBURG 1476 07 . BANK. COMMERZBANK A. G., HAMBURG, DEP.-KASSE 20/12029 · TELEGR.I SPECHTZIES HAMBURG, bzw. SPECHTZIES MÖNCHEN

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·

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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

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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-

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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

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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/L^M 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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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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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)

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-

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   Ziehung 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 Ansprüche

   1 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 2^V" ~^J in numerischer Ordnung

   von der untersten Glocke an nach oben bezeichnet sind,

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   und 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

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   BAD ORiGfNAL

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   eine 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.

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   14. 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-:oder

   als ho% der durchschnittlichen Dicke «tei* ßlöaifca

   15. . Elektrischer¹ Isolator nacix eiwem -1 bis 15,;; dadurch, - g; e^k" e_r η η ζ e\ ί'-'.c la Ä-.-^ f jede Glocke im wesentlichen gleiehfSpiige Iliöke

   16. 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.

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