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Isolierkörper aus Kunststoff mit mineralischem Zellstoff
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Die Erfindung betrifft einen Isolierkörper für Hochspannungsgeräte
und -anlagen aus Kunststoff mit einem mineralischen Füllstoff. Solche Isolierkörper
werden in großem Umfang zur Abstützung spannungführender Teile gegeneinander oder
gegen Erde benötigt. Sie können unterschiedliche Formen aufweisen, z. B. als Stützisolator
mit oder ohne Rippen oder als scheibenförmige Isolatoren für metallgekapselte und
druckgasisolierte Hochspannungsanlagen, in denen sie zugleich die Punktion der gegenseitigen
Abschottung von Gasräumen übernehmen.
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In allen in Betracht kommenden Anwendungsfällen können tiberspannungen,
Fremdkörper oder Verschmutzung einen elektrischen Uberschlag hervorrufen. In Abhängigkeit
von der am Uberschlagsweg umgesetzten Energie wird dabei die Oberfläche der Isolierkörper
mehr oder weniger beschädigt.
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Unter Umständen kann der Isolierkörper hierdurch unbrauchbar werden,
wenn nämlich der Uberschlag eine kohlenstoffhaltige, d. h. leitfahige Bahn auf dem
Isolator hinterläßt, der die Spannungsfestigkeit stark erniedrigt.
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Es ist bereits bekannt, daß die Bildung kohlenstoffhaltiger Uberschlagsspuren
an Kunststoffisolatoren durch bestimmte Füllstoffe vermindert werden kann (DE-AS
11 21 670). Der Erfindung liegt demgegenüber-die Aufgabe zugrunde, unabhängig von
einem bestimmten Füllstoff die Beständigkeit gegen die Bildung leitfähiger Spuren
wesentlich zu erhöhen.
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Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der Isolierkörper
an seiner Oberfläche zumindest teilweise freilttende Teilchen des Füllstoffes aufweist.
Dies bedeutet eine grundsätzliche Abkehr von der Oberflächenbeschaffenheit, wie
sie Isolierkörper aus Kunststoff üblicherweise besitzen. Wird nämlich nach einem
der am häufigsten angewandten Verfahren ein Isolierkörper aus einer Mischung eines
Kunststoffes und eines Füllstoffes in einer Form durch Gießen und Aushärten hergestellt,
so besitzt der Isolierkörper eine glatte, von einer durchgehenden Gießhaut gebildete
Oberfläche. Diese besteht somit im wesentlichen aus dem kohlenstoffhaltigen Kunststoff.
Eine elektrische Entladung an der Oberfläche des Isolierkörpers wirkt infolgedessen
nur auf den Kunststoff ein und verändert diesen in nachteiliger Weise.
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Dies ist bei einem Isolierkörper nach der Erfindung in wesentlich
geringerem Maß der Fall, weil eine durchgehende Kunststoffschicht nicht vorhanden
ist und die elektrische Entladung zwangsläufig auf einen nennenswerten Teil ihrer
Länge.mit den Teilchen des mineralischen Füllstoffes in Berührung tritt, dessen
thermische Beanspruchung nicht zu kohlenstoffhaltigen Rückständen führt. Versuche
haben ergeben, daß Isolatoren nach der Erfindung vor und nach elektrischen überschlägen
praktisch dieselben Eigenschaften haben.
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Die nach der Erfindung vorgesehene Oberflächenbeschaffenheit der Kunststoffisolatoren
läßt sich auf unterschiedliche Weise herbeiführen. Nach einem bevorzugten Herstellungsverfahren
wird an der Oberfläche eines in üblicher Weise in einer Form hergestellten Isolierkörpers
der Kunststoff durch mechanische Bearbeitung wie Sandstrahlen Q. dgl. wenigstens
bis zur teilweisen Freilegung des Füllstoffes entfernt. Durch die Art des zum Sandstrahlen
verwendeten Granulats o. dgl. sowie der Dauer der Behand-
lung sowie
weiterer für das Sandstrahlen charakteristischer Parameter hat man es in der Hand,
die gewünschte Oberflächenbeschaffenheit des Isolierkörpers zu gewinnen.
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Durch Untersuchung in unterschiedlicher Weise behandelter Isolierkörper
ist leicht zu ermitteln, wie das Sandstrahlen oder eine entsprechende aufrauhende
Behandlung mit dem besten Ergebnis anzuwenden ist.
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Nach einem anderen Verfahren lassen sich Isolierkorper herstellen,
an deren Oberfläche der Füllstoff von vornherein freiliegt. Dies kann dadurch erreicht
werden, daß auf die Oberfläche des Isolierkörpers eine Schicht aus Füllstoff aufgebracht
und dessen Teilchen nur teilweise in den Kunststoff eingebettet werden. Es ist zweckmäßig,
dies bereits bei der Herstellung des Isolierkörpers in einer Form zum Beispiel dadurch
zu bewirken, daß in die Form eine gewisse Menge von reinem Füllstoff eingebracht
wird, damit an der späteren Oberfläche ein überschuß an Füllstoff entsteht. Bei
der Entfernung der nicht in den Kunststoff eingebundenen Teilchen erhält man eine
Struktur mit starker Anreicherung von Füllstoff ohne Bildung einer durchgehenden
Gießhaut.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
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Die Fig. 1 zeigt einen Stützisolator, der als Einheitsbauteil mit
genormten Abmessungen in elektrischen Anlagen verwendbar ist.
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Die Fig. 2 veranschaulicht eine Oberflächenbehandlung durch Sandstrahlen.
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In der Fig. 3 sind in einem oberen und einem unteren Teil zwei verschiedene
Oberflächenstrukturen eines Isolierkörpers dargestellt.
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In der Fig. 4 ist ein scheibenförmiger DurchfUhrungs- und Schottisolator
für eine metallgekapselte, druckgasisolierte Schaltanlage dargestellt.
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Fig. 5 zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung von Isolatoren entsprechend
der Fig. 3.
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Der in der Fig. 1 gezeigte Stützisolator 1 besitzt eine Bauform, die
Je nach Dimensionierung einen freizügigen Einsatz in Mittel- und Hochspannungsanlagen
ermöglicht.
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Er besteht aus einer ausgehärteten Epoxidharzmasse und einem mineralischen
Füllstoff, z. B. Quarzmehl. Zur Herstellung desIsolierkörpers 1 wird die in einer
Mischvorrichtung aufbereitete Gießmasse in eine heizbare Stahlform eingefüllt und
darin durch Erwärmung zum Aushärten gebracht. Eine unerwünschte Verbindung des Epoxidharzes
mit der Form wird durch Aufbringen eines Trennmittels -auf die Wandungen der Form
erreicht. Der aus der Form entnommene Isolierkörper besitzt dann zunächst eine glatte,
d. h. durch eine im wesentlichen nur aus dem Epoxidharz bestehende Oberfläche. Diese
sogenannte Gießhaut wird anschließend durch eine aufrauhende Behandlung mittels
einer Sandstrahlapparatur 2 entfernt, wie dies in der Fig. 2 schematisch gezeigt
ist. Der Isolierkörper 1 befindet sich dabei auf einem Drehtisch 3 gegenüber einer
Strahldüse 4, die entlang dem Doppelpfeil 5 auf- und abbewegbar ist, um die Oberfläche
des Isolierkörpers 1 gleichmäßig zu bestreichen.
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Die Oberfläche des Isolierkörpers 1 hängt von der Beschaffenheit und
Art des in der Sandstrahlapparatur 2 eingesetzten Strahlgutes sowie von der Behandlungsdauer,
der Bündelung des Strahles, der Umdrehungsgeschwindigkeit des Drehtisches 3 und
den Materialeigenschaften des Epoxidharzes und des Füllstoffes ab. Anzustreben ist
eine Oberfläche des Isolierkörpers 1, bei der möglichst
viele Teilchen
des Füllstoffes so weit freigelegt sind, daß keine durchgehende Kunststoffschicht
vorhanden ist.
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Andererseits sollen die Teilchen des Füllstoffes noch fest in den
Kunststoff eingebettet sein, so daß die Oberfläche staubfrei und wischfest ist.
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Unter Umständen kann es erwünscht sein, den Isolierkörper 1 in der
Mitte stärker als an den Enden aufzurauhen.
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Dies ist durch die Ausrichtung bzw. Relativbewegung der Strahldüse
4 zu erreichen.
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Die Fig. 3 zeigt in starker VergröBerung einen Teil der behandelten
Oberfläche des Isolierkörpers 1. In dem oberen Teil der Fig. 3 ist dabei eine Oberflächenstruktur-dargestellt,
wie sie sich aufgrund einer Sandstrahlung etwa entsprechend der Fig. 2 ergibt. Wie
man erkennt, ragen die Teilchen 8 aus der Oberfläche 6 etwas heraus, sind aber in
dem Kunststoff 7- fest verankert. In dem unteren Teil der Fig. 3 ist im Unterschied
hierzu eine glatte Oberflächenstruktur dargestellt, wie sie beispielsweise durch
Abdrehen erzielbar ist. Dabei sind die Teilchen 8 des Füllstoffes gleichermaßen
wie der Kunststoff 7 abgetragen. Ein an der Oberfläche 6 brennender Lichtbogen kommt
somit bei beiden Strukturen der Oberfläche 6 nicht durchgehend mit dem Kunststoff
in Berührung, Der in der Fig. 4 gezeigte scheibenförmige Isolierkörper 10 dient
zur Abstützung eines Leiters 11 gegenüber einer Metallkapselung 12. Er kann gleichfalls
nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt sein. Für solche Isolierkörper
ist die durch die Erfindung ermöglichte verbesserte Uberschlagssicherheit besonders
wertvoll, weil der Austausch von Isolierkörpern in metallgekapselten, druckgasisolierten
Hochspannungsanlagen, gleichgültig, ob es sich um Schaltanlagen oder Rohrleiter
handelt,
einen großen Zeitaufwand und unter Umständen Betriebsunterbrechungen
erfordert.
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Bei einem weiteren, anhand der Fig. 5 erläuterten Herstellungsverfahren
wird vor dem Einbringen der aufbereiteten Gießharzmasse in eine Form 15 der auch-in
der Gießharzmasse enthaltene FUllstoff oder ein anderer Füllstoff in reiner-Form
eingebracht, so daß er in einer Schicht 17 wenigstens eine Wandung der Form bedeckt.
Anschließend wird die Gießharzmasse 16 eingebracht und in der Form 15 ausgehärtet.
Durch den überschuß des Füllstoffes werden nicht alle Teilchen der Schicht 17 in
das Gießharz 16 eingebunden, sondern bleiben lose. Der überschuß läßt sich von dem
Formkörper durch mechanische Bearbeitung, z. B. durch Abbürsten, Blasen, Waschen,
kurzdauerndes Sandstrahlen oder ähnliche Vorgänge, so weit entfernen, daß eine ähnliche
Oberfläche entsteht wie bei dem Sandstrahlen entsprechend der Fig. 2. Es ist daher
gleichfalls keine durchgehende Kunststoff- bzw. Gießharzschicht vorhanden, auf der
sich leitfähige Spuren bilden könnten.
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Während vorstehend lediglich Epoxidharzmassen betrachtet wurden, läßt
sich die Erfindung auch in Verbindung mit anderen Kunststoff systemen verwirklichen,
soweit sie -für die Zwecke der Mittel- und Hochspannungstechnik geeignet sind.
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3 Ansprüche 5 Figuren
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