DE9421561U1 - Verbundisolator - Google Patents

Description

SAMSON &

PATENTANWÄLTE · EUROPEAN PATENTAffORNE^

UNSER ZaCHEN/OUR REF DATUM/DATE

W1055-2-S 93 P 6. April 1994

Verbundisolator Anmelder:

Wermelinger AG

Beschreibung

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verbundisolator der aufgebaut ist aus einem etwa stabförmigen, eine isolierende Außenschicht aufweisenden Isolatorkörper und einer Metallarmatur an wenigstens einem Ende des Isolatorkörpers. Dabei ist ein Ende der Metallarmatur mit einem Spannungsleiter verbindbar und wird leiterseitiges Ende genannt. An dieses Ende schließt sich ein weiterer Armaturabschnitt an, welcher ein Ende des Isolatorkörpers becherartig einfasst und mit diesem fest verbunden ist. Dieser Armaturabschnitt geht in einen dem leiterseitigen Armaturende gegenüberliegenden 0 Armaturendabschnitt über, welcher End- und Randbereich der Armatur genannt wird, den Isolatorkörper mit Abstand umgibt und isolatorseitiger End- oder Randabschnitt der Armatur genannt wird. Den durch diesen Abstand geschaffenen Raum zwischen dem Isolatorkörper und dem isolatorseitigen Armaturrandabschnitt, die sogenannte Verbundnut, füllt eine isolierende Dichtung aus. Mit dieser Dichtung, einschließlich deren Anordnung, befaßt sich die Erfindung in besonderem Maße.

0 Verbundisolatoren haben in jüngerer Zeit eine zunehmende Bedeutung in der Isoliertechnik von Hochspannungsfreileitungen erfahren (siehe auch Bulletin SEV/VSE 81 (1990) 19, Seiten 11-18). Gegenüber den konventionellen Porzellanoder Glasisolatoren, zeichnen sie sich durch niedriges 5 Gewicht, geringe mechanische Schockempfindlichkeit, sowie hohe Lebenserwartung aus. Zudem ermöglichen sie variable, insbesondere lange Kriechwege bei vergleichsweise kurzen

Baulängen und weisen eine verbesserte Umweltverträglichkeit auf.

Bekannte Verbundisolatoren sind aufgebaut aus:

- einem mechanisch hochfesten Stab zur Aufnahme der Zugkräfte;

einer den Stab umgebenden, zur Kriechwegverlängerung abschnittsweise schirmförmig ausgebildeten Kunststoffhülle, welche die atmosphärischen Isolieraufgaben übernimmt - der aus Stab und Kunststoffhülle bestehende Körper wird hier Isolierkörper genannt;
je einer Metallarmatur an jedem Ende des Stabes oder Isolierkörpers zur Krafteinleitung; und
die Verbundbereiche zwischen den beiden Metallarmaturen und dem Zugstab oder Isolatorkörper abdeckende Dichtungen.

Bei diesen bekannten Verbundisolatoren besteht die (den Zugstab umgebende) Kunststoffhülle zumeist aus Silikongummi. Die Kautschuk-Komponente dieses Materials hat nämlich auch bei Spannungsbeanspruchungen sehr gute Isoliereigenschaften, während die hydrophobe (niedermolekulare) Silikonkomponente zu einer sehr geringen Ableitstromaktivität führt (siehe auch Elektrizitätswirtschaft, Jg. 92 (1993), Heft 25, Seiten 1632-1637). Nachteilig ist jedoch eine nicht-lineare Potentialverteilung längs des Isolatorkörpers. Die Folge sind örtlich erhöhte Potentialgradienten mit entsprechend hohen Feldstärkebereichen, welche zu Teiloder Corona-Entladungen, gegebenenfalls zu Überschlägen 0 führen können; dies speziell im Verbundbereich Stab/Armatur.

Die isolierende Abdichtung des Verbundbereiches soll ein Eindringen von Feuchtigkeit und/oder Schmutz verhindern. Ein Eindringen von Feuchtigkeit und/oder Schmutz könnte nämlich die elektrischen und mechanischen Eigenschaften des Verbundisolators beeinträchtigen, beispielsweise dessen

Beständigkeit gegenüber Ozon reduzieren, Entladungen begünstigen und zu chemischen Zersetzungen führen. Innere elektrische Entladungen führen zu chemisch aggressiven Spaltprodukten (z.B Oxalsäuren), welche den Isolatorkörper angreifen bzw. schwächen, so daß bei mechanischer Krafteinwirkung auf den Isolatorstab Bruchgefahr besteht.

Bekannte Abdichtungsarten des Verbundbereiches (vgl. Fig. 4) haben den Nachteil, daß sich auf ihnen Schmutzpartikel aus der Umgebungsluft ablagern und von der natürlichen Bewitterung nicht mehr abgewaschen werden können. Sind diese Schmutzpartikel leitend, dann wirken sie wie vorgeschobene wilde Elektroden, welche zu örtlichen Feldstärkeerhöhungen im Dichtungsbereich führen können. Als Folge kann es dort zu Entladungen kommen, welche, je nach Bauart des Verbundisolators, die vorstehend angesprochenen Beschädigungen im Dichtungsbereich hervorrufen, insbesondere die Bildung von Oxalsäure.

Einen Ausschnitt aus einem derartigen Verbundisolator zeigt die beigefügte Fig. 4. Dieser Verbundisolator besteht aus einer Metallarmatur 2, einem von der Metallarmatur 2 becherförmig gehaltenen und mit dieser fest verbundenen Isolatorköprer 4 und nicht dargestellten Wetterschirmen.Der Isolatorkörper 4 besteht aus einem Zugstab 8 und einer den Zugstab 8 umgebenden isolierenden Außenschicht 10. Der obere ringförmige Rand 12 des Armaturendabschnittes 16 ist - zur feldstärkemäßigen Entlastung des Randbereiches wulstartig ausgebildet. Die Verbundnut zwischen dem Isola-0 torkörper 4 und dem isolatorseitigen Armaturendabschnitt 16 wird von einer Silgel-Dichtung 20 verschlossen. Der dieser Dichtung 2 0 zugewandte obere Wulstrand 42 hat einen Radius R, der an sich groß genug für eine feldstärkemäßige Entlastung des Dichtungsbereiches ist. Beim Zusammenbau des Ver-5 bundisolators wird auf jedes Ende des Isolatorkörpers 4 eine Metallarmatur 2 aufgeschoben und mit diesem fest verbunden. Sodann wird die Verbundnut zwischen Armatur 2 und

Isolatorkörper 4 mit gut dichtendem Silgel flach ausgegossen.

Der sozusagen baukastenartige Aufbau dieses Verbundisolators, insbesondere die Möglichkeit, die Dichtung 2 0 nachträglich einzugießen, erlauben es, die aus Metallarmatur 2, Isolatorkörper 4 und Wetterschirmen aufgebaute Einheit erst vor Ort, etwa in vom Herstellerwerk entfernten Niederlassungen oder sonstigen Montageorten, so zu dimensionieren, daß sie den jeweiligen Kundenwünschen entspricht und erst anschließend die Dichtung 2 0 in den Verbundbereich einzubringen.

Die nachträglich eingießbare Silgel-Dichtung 20 hat jedoch den Nachteil, daß sie während ihrer Vernetzung schwindet und somit eine den Isolatorkörper 4 umlaufende, konkave Schmutzsammelnut erzeugt. Diese Nut sammelt den Schmutz besonders wirksam, da Silgel eine hervorragende Haftwirkung hat. Die Schmutzpartikel können also durch natürliche Be-Witterung nicht weggewaschen werden und erzeugen geometrische Spitzen und Kanten, insbesondere eine scharfe Kante Y am isolatorseitigen Rand der Sammelnut.

Außerdem treffen bei der Dimensionierung des Radius R des oberen Wulstrandes 42 und folglich auch des Abstandes t zwischen dem Isolatorkörper 4 und dem Scheitelpunkt des Armaturrandes 12 gegenläufige physikalische Problemstellungen aufeinander:

Wird der Radius R groß gewählt, sinkt die elektrische 0 Feldbelastung im Dichtungsbereich; dafür werden aber

der Abstand t und somit die Angriffsfläche für Schmutzpartikel (Schmutzsammelnut) größer.

- Wird hingegen der Radius R klein gewählt, nimmt zwar der Abstand t ab; dafür steigt aber die elektrische Feldbelastung im Dichtungsbereich.

Um elektrische Feldbelastung in Grenzen zu halten, dürfen also der Radius R und somit der Abstand t nicht allzu klein

gewählt werden.

Die aus dem Abstand t resultierende relativ breite Silgel-Ringflache F bildet jedoch, wie bereits ausgeführt, eine hervorragende Ablagerungsfläche für Schmutzpartikel. Sind diese leitend, bilden sie vorgeschobene "wilde" Elektroden und insbesondere die scharfe Kantenelektrode Y. Hierdurch entstehen örtliche Feldspitzen, welche den Einfluß des oberen Wulstrandradius R auf das elektrische Feld übersteuern, zu damit einhergehenden Feldstärkebelastungen im Dichtungsbereich führen und im Ergebnis den oben beschriebenen Zerstörungsprozess einleiten.

Als weiter entscheidender Nachteil kommt noch die extrem schlechte mechanische Stabilität der Silgel-Dichtung hinzu, mit der Folge, daß sie keineswegs handlingsicher und baustellentauglich ist, sondern im Gegenteil extrem leicht beschädigt, wenn nicht gar zerstört werden kann; unter anderem auch von mehreren Vogelarten, welche bekanntlich daran picken.

Kurz gefaßt haben derartige Dichtungssysteme präzise in der mechanisch, elektrisch und chemisch am höchsten belasteten Krafteinleitungszone eine absolute Schwachstelle.

Bei einem anderen bekannten Verbundisolator (siehe Fig. 5) treten vorstehende Probleme nicht auf. Dieser Verbundisolator
ist aus einer becherförmigen Metallarmatur 2, einem darin gehaltenen Zugstab 8 und einer isolierenden 0 Außenschicht 10 aufgebaut, welche den Zugstab 8 und das isolatorseitige Armaturende einstückig ummantelt. Die Außenschicht 10 dichtet auch den Raum zwischen dem Zugstab 8 und dem als Wulst ausgestalteten Armaturrand 12 ab. Sie besteht aus einem Silikonkunststoff und wird nach dem Zusammenfügen von Metallarmatur 2 und Zugstab 8 auf die Armatur-Zugstab-Einheit durch ein aufwendiges Verfahren aufgebracht, beispielsweise per Spritzgießen. Die glatte, hydro-

phobe Oberfäche der Silikonkunststoff-Außenschicht 10, deren kontinuierlicher Übergang vom Zugstab 8 zur Metall·- armatur 2 und deren dort streng monoton nach außen abfallende freie Oberfläche stellen sicher, daß der Verbundbereich keine Sammelflachen bzw. -stellen für Schmutzpartikel· hat und gleichwohl etwa dort befindliche Schmutzpartikel· (von der natürlichen Bewitterung) weggeschwemmt werden. Die oben erläuterte Schmutzpartikel·-Probl·eraatik ergibt sich bei dieser Ausgestaitung des Verbundisoiators also nicht. Allerdings ist die Herstellung derartiger Verbundisolatoren sehr kompliziert und aufwendig, da für unterschiedliche Größen und Längen jeder Einheit aus Armatur 2, Zugstab 8 und Außenschicht 10, einschließlich Schirmen und Verbunddichtung eigene Spritzgußformen angefertigt und gelagert werden müssen. Zudem muß bereits im Herstellerwerk die genaue Anzahl der benötigten Verbundisoiatoren mit der jeweils gewünschten Dimensionierung hergestellt werden, da ein Zusammenfügen der einzelnen Verbundisolator-Bauteiie und Aufspritzen der isolierenden Außenschicht 10 vor Ort nicht möglich ist. Sollte es zu Überschlagen kommen, müßten diese sich ihren Weg durch die isolierende Außenschicht 10 zur Metallarmatür 2 "brennen".

Bei einem weiteren bekannten Verbundisolator (siehe beigefügte Fig. 6) sind die Außenschicht 10, die Wetterschirme 22 und die Verbunddichtung 20 zwar ebenfalls als einstückiges Bauteil auf die Zugstab-Metallarmatur-Einheit aufgespritzt, jedoch wird dessen (ebenfa^s al·s Wulst ausgebildeter) Metallarmatur-Rand 12 nur teilweise, d.h. innerhalb einer Ringzone um den Zugstab 8, von der (im Verbundbereich ebenfalls streng monoton nach außen abfallenden) Außenschicht 10 überfangen. Dadurch wird wiederum sichergestellt, daß Schmutzpartikel infolge der natürlichen Bewitterung leicht weggewaschen werden. Zusätzlich wird aber 5 noch ein definierter Auftreff-Bereich 3 4 für etwaige Überschläge geschaffen. Die anhand der Fig. 5 erläuterten herstellungstechnischen Nachteile treten natürlich auch bei

dem in Fig. 6 dargestellten Verbundisolator auf.

Von diesem Stand der Technik ausgehend zielt die Erfindung darauf ab, einen weiteren Verbundisolator mit stabilisiertem Verbundbereich zwischen Metallarmatur und Isolatorkörper zur Verfügung zu stellen.

Die Erfindung erreicht dieses Ziel mit dem Gegenstand des Anspruches 1, also mit einen Verbundisolator der baukastenförmig zusammengesetzt ist aus: einem etwa stabförmigen Isolatorkörper mit einer isolierenden Außenschicht, einer mit einem Ende des Isolatorkörpers fest verbundenen Metallarmatur, welche das Isolatorkörperende becherartig einfaßt, dabei jedoch in ihrem Randabschnitt einen Abstand vom Isolatorkörper hat, und einer isolierenden Dichtung, welche den den Isolatorkörper umgebenden Raum im Randabschnitt der Metallarmatur ausfüllt, mit ihrer der Atmosphäre zugekehrten freien Oberfläche vom Isolatorkörper bis zum Rand der Metallarmatur ständig abfällt, zumindest vom radial äußeren Teil dieses Randes umgeben ist und im wesentlichen aus einem Material aufgebaut ist, das zumindest hinsichtlich seiner Festigkeit dem der Außenschicht des Isolatorkörpers entspricht.

Diese Anordnung hat u.a. folgende Vorteile: Die Dichtung zeichnet sich durch eine ebenso hohe Festigkeit und Stabilität aus wie die isolierende Außenschicht des Isolatorkörpers. Weiterhin sind sämtliche der Atmosphäre, d.h. dem Außenraum, zugewandten Stellen der Dichtung gut von Regen erreichbar. Dabei erleichtert die abfallende Form der Dichtung ein Wegschwemmen von Schmutzpartikeln in besonderem Maße. Zudem schafft der die Dichtung umgebende freie Rand der Metallarmatur eine definierte bzw. errechenbare Ausgangs- oder Auftreff-Fläche für Corona-Entladungen und Überschläge, so daß die Dichtung hiervon maßgeblich entlastet wird. Darüber hinaus läßt sich der erfindungsgemäße Verbundisolator einfach herstellen, nämlich durch "bauka-

I··

stenartiges" Zusammenfügen seiner Einzelteile, insbesondere vor Ort, etwa in vom Herstellerwerk entfernten Niederlassungen oder sonstigen Endmontageorten. Die Einzelteile selbst sind mit bekannten Produktionsmitteln ebenfalls einfach herstellbar. Zudem ist der Verbundisolator aufgrund der Festigkeit und der gewählten Ausgestaltungsform seiner Dichtung auch äußerlich gleichmäßig robust und baustellentauglich sowie gegen Vogelfraß geschützt.

Insgesamt ist die mechanisch wertlose Silgeldichtung in der Krafteinleitungszone nicht mehr präsent und zeichnet sich der erfindungsgemäße Verbundisolator durch folgende Vorteile aus: Er hat einen baukastenartigen Aufbau, ist also einfach und wirtschaftlich herstellbar und vor seinem endgültigen Zusammenbau flexibel an unterschiedliche örtliche Notwendigkeiten oder Kundenwünsche anpaßbar. Gleichzeitig ist er im Verbundbereich qualitativ hochwertig abgedichtet und elektrisch entlastet. Seine Dichtung hat also eine hohe Lebensdauer und gewährleistet eine hohe Dichtigkeit des isolatorseitigen Armaturendes.

Auf die Wirkung bekannter, zumeist vorhandenen Schutzarmaturen, welche bei richtiger Anordnung den Verbundbereich bzw. die Krafteinleitungszone elektrisch ebenfalls entlasten, sei hier nicht näher eingegangen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bestehen die Außenschicht des Isolatorkörpers und die Dichtung aus dem gleichen Material, vorzugsweise Silikonkautschuk (Anspruch 2). Hierdurch erhält die Dichtung die selben mechanischen und elektrischen Eigenschaften, insbesondere diesselbe Dielektrizitätszahl wie die Außenschicht. Die gesamte Außenkontur des Verbundisolators besteht nun aus Metall und dem hochfesten Material der isolierenden Außenschicht, vorzugsweise HTV-Silikonkautschuk. Zusätzlich wird ein homogener und gleichmäßiger Übergang der Dichtung zur Außenschicht erzielt. Schmutzpartikel können selbst an diesen

Übergängen praktisch nicht haften bleiben, da diese auch dort durch das Zusammenwirken von natürlicher Bewitterung und hydrophober Dichtungsoberfläche, insbesondere bei Silikonkautschuk, leicht wegschwemmbar sind.
5

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Rand der Metallarmatur nach Art einer an sich bekannten (ringförmigen) Wulst ausgestaltet (Anspruch 3). Hierdurch wird eine mehr oder weniger gleichmäßige Verteilung der Ausgangs- und Auftreffpunkte etwaiger Entladungen/Überschläge über den gesamten freien Randbereich sichergestellt und dieser somit elektrisch gleichmäßig belastet.

Vorzugsweise reicht die Dichtung vom Isolatorkörper bis in den radial innenliegenden Bereich der freien Wulstoberfläche, bedeckt also auch diesen Bereich (Anspruch 4). Hierdurch wird derjenige Bereich, in welchem die Dichtung an die Innenwand des Armaturrandes angrenzt, besonders sicher gegen ein Eindringen atmosphärischer Verunreinigungen, einschließlich Wasser, abgedichtet.

Bei den bisher beschriebenen Verbundisolatoren können trotz des die Dichtung umgebenden radial äußeren Teil des metallischen Armaturrandes - unter extrem ungünstigen Bedingungen Entladungen/Überschläge an der umlaufenden Innenseite, insbesondere Kante des Metallarmaturrandes stattfinden. Diese Entladungen/Überschläge beschädigen aber die Dichtung und/oder die Außenschicht des Verbundisolators und ermöglichen dadurch ein Eindringen von verschmutzter und 0 feuchter Atmosphäre in den Verbundbereich. Wie bereits erläutert werden hierdurch die elektrischen und mechanischen Eigenschaften des gesamten Verbundisolators beeinträchtigt.

Zur Lösung vorstehenden Problems ist die Dichtung des erfindungsgemäßen Verbundisolators vorzugsweise mit einem das elektrische Feld steuernden halbleitendem Element bestückt.

Dieses ist längs - vorzugsweise parallel - zur Innenseite des Metallarmaturrandes geführt und liegt auf gleichem Potential wie die Metallarmatur, etwa durch direkten Kontakt mit der Metallarmatur, vorzugsweise in seinem Fußbereich. Im einzelnen ist hierbei vorzugsweise vorgesehen: Der Raum, welcher den Isolatorkörper im Randabschnitt der Metallarmatur umgibt, ist als Dichtungssitz ausgebildet; als Dichtung wird eine vorgefertigte Dichtung in den Dichtungssitz eingepreßt oder -gedrückt; sie weist das längs des Dichtungssitzes umlaufende halbleitende Element auf, das elektrischen Berührungskontakt mit der Metallarmatur hat (Anspruch 5).

Diese einen vorgefertigten Dichtungssitz und eine darin einpreßbare vorgefertigte Dichtung aufweisende Variante erleichtert ein baukastenartiges Zusammenfügen des Verbundisolators in besonderem Maße. Insbesondere ist eine hervorragende Dichtigkeit und maximale Qualitätskonstanz des Verbundbereiches sichergestellt. Das auf gleichem Potential wie die Metallarmatur liegende halbleitende Element verhindert Teilentladungen im Bereich der Innenseite des Metallarmaturrandes. Bei entsprechender Formgebung und Lage führt es auch zu einer Verlagerung der höheren Feldstärken in den (die Dichtung, insbesondere den Dichtungssitzrand umgebenden) radial äußeren freien Teil des Metallarmaturrandes. Etwa auftretende Überschläge im Armaturendbereich entladen sich daher in diesem äußeren Teil des Armaturrandes. Mit anderen Worten sind deren Auftreff- oder Ausgangs-Punkte auf diesen Bereich festgelegt. Dieser Bereich läßt sich rechnerisch optimieren, nämlich durch rechnerische Optimierung des Feldlinienverlaufes und der diesen Verlauf steuernden Komponenten, insbesondere also der Form und Lage des halbleitenden Elementes. Hierdurch läßt sich gleichzeitig auch der Dichtungsbereich definierbar elektrisch entlasten, insbesonders so, daß die Gefahr von Entladungen dort ausgeschlossen werden kann. Den weiter vorstehend geschilderten, zerstörerischen Folgeeffekten wird damit der

ii ·

Boden entzogen. Damit tritt auch eine definierbare Entlastung der mechanisch hochbeanspruchten Krafteinleitungszone des Isolatorkörpers ein. Insgesamt führt dies zu einer entsprechend erhöhten Lebenserwartung des Verbundisolators.

Die vorstehend erläuterte Feldsteuerung (Verlagerung höherer Feldstärken auf den äußeren Teil des Metallarmaturrandes) hat den zusätzlichen Vorteil, daß die Dimensionierung des Verbundisolators kürzer gewählt werden kann, da auch bei Zunahme von Überschlägen auf den Verbundisolator lediglich die Metallarmatur bzw. deren definierter Bereich für die Entladungs-Auftreff- oder Ausgangspunkte betroffen sind; nicht hingegen das Dichtungs-Gefüge.

Zwar ist die Verwendung eines halbleitenden Elementes zur Verhinderung von Teilentladungen bekannt. So beschreibt die DE-C-32 14 141 (dortige Fig.3) einen Hochspannungs-Verbundisolator, bei welchem ein isolierendes Abschlußsegment mit einer halbleitenden, elastomeren Einlage das isolatorseitige Ende einer becherförmigen Armatur überfängt. Die nach innen gerichtete Oberfläche der Einlage liegt dabei an der Oberfläche des isolatorseitigen Armaturendes an, steht also mit ihr in elektrischem Kontakt. Hierdurch sollen ein steiler Potentialgradient und diesem entsprechende Störfelder und Teilentladungen im Verbundbereich zwischen Armatur und Stabisolator auf akzeptable Werte reduziert werden. Jedoch müssen unter extremen Bedingungen gleichwohl auftretende Überschläge im Verbundbereich sich ihren Weg durch das Abschlußsegment und somit die halbleitende Einlage "brennen". Die sich daraus ergebenden Löcher im Abschlußsegment ermöglichen aber ein Eindringen von verschmutzter und feuchter Atmosphäre in den Verbundbereich mit den bereits geschilderten nachteiligen Folgen. - Im übrigen ist dieser Verbundisolator so ausgebildet, daß Regenwasser Schmutzpartikel nicht von allen Stellen des Verbundbereiches abspülen kann.

• % · &Lgr;

• C · &bgr;

In einem anderen Ausführungsbeispiel des Hochspannungs-Verbundisolators gemäß der DE-C-32 14 141 (dortige Fig.2) wird anstelle des Abschlußsegmentes lediglich eine halbleitende Schicht zwischen Isolatorkörper und isolatorseitigem Ende der becherförmigen Metallarmatur eingebracht, wobei die halbleitende Schicht den Isolator ummantelt. Lichtbogen finden in dieser Anordnung an dem isolatorseitigen, freiliegenden Außenrand der Armatur ihren Fußpunkt. Sie beschädigen deshalb die halbleitende Schicht nicht. Bei dieser Ausgestaltung besteht die Gefahr, daß sich Metallpartikel und/oder in der Luft befindliche sonstige Schmutzpartikel unmittelbar auf der elektrisch halbleitenden Schicht anlagern und von dort - aufgrund elektrischer Wechselwirkungen - schlecht durch die natürliche Bewitterung wegschwemmbar sind. Diese Partikel können bei entsprechender Geometrie zu lokalen Feldstärkeerhöhungen führen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verbundisolator ist das halbleitende Element vorzugsweise auf seiner radial äußeren Seite von einer Schicht oder einem Abschnitt des isolierenden Dichtungsmaterials umgeben (Anspruch 6) . Nach einem Einpressen der erfindungsgemäßen Dichtung in ihren Dichtungssitz läuft also das halbleitende Element im Abstand vom Dichtungssitzrand um und ist dieser Ringsaum mit dem (isolierenden) Dichtungsmaterial ausgefüllt. Bei entsprechender Materialwahl wird hierdurch - infolge eines formschlüssig definierten Dichtungsübergangsbereiches - der Armatur-Isolatorkörper-Verbundbereich noch besser abgedichtet und gleichzeitig die Beständigkeit des Verbundisolators noch 0 weiter erhöht.

Da die Abdichtung und Isolation bei Verbundisolatoren aus den oben angeführten Gründen eine eminent wichtige Rolle spielen, weist die Dichtung vorzugsweise auch einen zwi-5 sehen dem halbleitenden Element und der Außenschicht des Isolatorkörpers angeordneten, isolierenden Dichtungsabschnitt auf. Zwischen dem Isolatorkörper und dem halblei-

13 " '"

tenden Element befindet sich also ebenfalls ein mit dem (isolierenden) Dichtungsmaterial ausgefüllter Ringraum (Anspruch 7) .

Besonders bevorzugt gehen die beiden isolierenden Dichtungsabschnitte einstückig in einen ebenfalls isolierenden, kappenartig ausgebildeten gemeinsamen Dichtungsabschnitt über. In diese aus den drei isolierenden Dichtungsabschnitten gebildete Einheit ist das halbleitende Element fest eingebettet, so daß insgesamt eine handlingssichere integrale Dichtungs-Einheit geschaffen wird, in welcher das halbleitende Element stets von einer Isolationsschicht definierter Dicke gegen den Außenraum abgeschirmt ist (Anspruch 8). Bevorzugt ist diese Isolationsschicht, d.h. die kappenartige Abdeckung, so dick, daß die Feldstärke an der Grenzfläche zwischen Isolationsschicht und Außenraum bereits soweit abgefallen ist, daß dort die - von den jeweiligen atmosphärischen Gegebenheiten abhängige - Isolierwirkung der Luft weitgehend vernachlässigt werden kann. Bekanntlich ist die Feldstärke in einem Raumpunkt umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes dieses Raumpunktes zum Feldursprung.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ragt das halbleitende Element ein kurzes Stück über den (isolatorseitigen) Rand der Metallarmatur hinaus, wobei der herausragende Abschnitt als eine den Dichtungsbereich feldstärkemäßig entlastende Feldsteuerkurve mit relativ großem Krümmungsradius ausgebildet ist (Anspruch 9). Hierdurch bleiben 0 die höheren Feldstärkebereiche auf den freien Teil des Metallarmaturrandes beschränkt. Hat der Dichtungssitzrand eine bautechnisch an sich günstige, feldelektrisch aber unerwünschte freie obere Kante, so wird diese durch den halbleitenden Feldsteuerkurvenabschnitt ebenfalls elektrisch entlastet.

In einer Weitergestaltung der Erfindung überlappt der her-

• · i I I 11 I .

ausragende Abschnitt des halbleitenden Elementes den an den Dichtungssitz unmittelbar angrenzenden Bereich des Metallarmaturrandes (Anspruch 10). Dies ermöglicht eine hochgradige elektrische Entlastung des Dichtungssitzrandes.
5

Eine ringförmige, insbesondere rotationssymmetrische Ausgestaltung des halbleitenden Elementes läßt sich einfach herstellen und in einem weiteren Arbeitstakt in die isolierende Dichtung einbetten (Anspruch 11).
10

Kurzgefaßt werden durch die bisher geschilderte Dichtungs-Anordnung die folgenden Vorteile erzielt:

- die vom Isolatorstab zur Wulstoberfläche monoton abfallende Oberfläche der Dichtungskappe verhindert eine Ablagerung von Schmutzpartikeln, aber auch eine handlingsbedingte Verletzung;

- die Einbettung des halbleitenden Elementes in die monoton abfallende Dichtung erlaubt folgendes: - im Gegensatz zum Stand der Technik gemäß Fig. 4 - führt selbst ein großer Krümmungsradius des isolatorseitigen Endes des halbleitenden Elementes konstruktionsbedingt zu keinerlei Schmutzsamme 1 nut ;

- die bautechnisch bedingte und feldelektrisch ungünstige freie obere Kante des Dichtungssitzrandes wird durch den 5 Feldsteuerkurven-Verlauf des halbleitenden Elementes elekrisch entlastet bzw. übersteuert;

- die Dicke der Dichtungskappe und deren Dielektrizitätszahl ermöglichen eine definierte Isolation in dem unmittelbar an das halbleitende Element angrenzenden und inso-0 weit höheren Feldstärkebereich und eine definiert geringere Feldstärke im Dichtungsaußenraum; insbesondere derart, daß dort die Isolierwirkung der Luft vernachlässigbar ist; und

- in der kritischen Isolierzone wird somit ein Aufkommen von Teil-Lichtbögen, dies als Vorraussetzung von Lichtbö-5 gen, unterdrückt.

Nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist

die Dichtung eine in den den Isolatorkörper umgebenden Raum im Randabschnitt der Metal!armatur gespritzte oder gegossene Dichtung (Anspruch 12). Dadurch wird ein glatter Übergang zwischen Dichtung und Metallarmatur erzielt, d.h. es treten keine Luftblasen im Übergangsbereich Dichtung-Metallarmatur und somit keine Teilentladungen auf.

In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform weist der dem Isolatorkörper zugewandte Oberflächenabschnitt des Randes der Metallarmatur einen größeren Krümmungsradius als der abgewandte freie Wulstabschnitt auf. Hierdurch wird beim Eingießen der Dichtung in besonderem Maße ein glatter, luftblasenfreier Übergang zwischen Dichtung und Metallarmatur sichergestellt. Zielgemäß wird hierdurch eine hervorragende Feldsteuerung, d.h. ebenfalls eine Verlagerung der höheren Feldstärken auf den abgewandten Wulstbereich und eine errechenbare Entlastung im Feststoffbereich erreicht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und den beigefügten Zeichnungen dargestellt.
Es zeigt:

Fig. 1 eine Teilschnittansicht des relevanten Ausschnittes eines ersten Ausführungsbeispiels;

Fig. 2 eine Teilschnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels ;

Fig. 3 eine Schnittansicht eines dritten Ausführungsbeispiels.

Fig. 4 eine Teilschnittansicht eines ersten bekannten 0 Verbundisolators;

Fig. 5 eine Teilschnittansicht eines zweiten bekannten

Verbundisolators; und
Fig. 6 eine Teilschnittansicht eines dritten bekannten

Verbundisolators.
35

In Fig. 1 ist ein relevanter Abschnitt eines erfindungs-

► t

•·

gemäßen Verbundisolators in Teilschnittansicht dargestellt. Dieser Verbundisolator ist baukastenartig aus einem Isolatorkörper 4, auf den Isolatorkörper 4 aufgesteckten Schirmen 22 und jeweils einer mit jedem Ende 6 des Isolatorkörpers 4 fest verbundenen, im wesentlichen etwa kelchförmigen Metallarmatur 2 zusammengesetzt. Der Isolatorkörper 4 ist aus einem zugfesten Stab 8, vorzugsweise aus glasfaserverstärktem Kunststoff, und einer den Stab 8 ummantelnden isolierenden Außenschicht 10, beispielsweise aus Silikonkautschuk aufgebaut. Der Fuß 3 der kelchförmigen Metallarmatur 2 ist mit einem Hochspannungsleiter verbindbar. Er wird auch leiterseitiges Ende der Metallarmatur 2 genannt. An ihn schließt sich ein das Isolatorkörperende 6 becherartig einfassender und selbst etwa becherförmig ausgestalteter Armaturabschnitt 5 an, dessen Randbereich 16 den Isolatorkörper 4 mit Abstand umgibt. Der Randbereich 16 wird auch isolatorseitiger End- oder Randabschnitt der Metallarmatur 2 genannt. Der den Randbereich 16 außen einfassende Rand ist als ringförmige Wulst 12 ausgebildet, deren Innen- und Außendurchmesser größer als die Durchmesser der sich zum leiterseitigen Ende 3 hin anschließenden Armaturabschnitte sind. Die Wulst 12 umgibt einen im Randbereich 16 der Metallarmatur 2 ausgeformten Dichtungssitz 18, in welchen eine Dichtung 20 eingepreßt ist. In größerem Abstand von der Dichtung 20 befindet sich der erster Schirm 22.

Der Dichtungssitz 18 umgibt den Isolatorkörper 4 ringförmig. Er setzt sich im wesentlichen aus zwei, den Isolatorkörper 4 jeweils konzentrisch umgebende Ringzonen 35,37 zu-0 samen, die - in Richtung der Armaturlängsachse - hintereinander angeordnet sind und stufenartig ineinander übergehen. Beide Ringzonen 35,37 haben jeweils einen konstanten Außendurchmesser, welcher die Lage ihrer radial äußeren Begrenzungsflächen 3 6 und 3 9 festlegt. Dabei ist der Außen-5 durchmesser der - vom isolatorseitigen Armaturende 16 in Richtung des leiterseitigen Armaturendes 3 gesehenen ersten bzw. oberen Ringzone 3 5 etwas größer als der der

zweiten Ringzone 37. Die Begrenzungsfläche 3 6 der oberen Ringzone 3 5 geht über eine (bautechnisch bedingte) Kante 42 in einen freien Randbereich 34 der Wulst 12 über. Der Boden 19 der zweiten bzw. unteren Ringzone 37 ist an seinem Isolatorkörper-seitigen Ende angephast. Demgemäß befindet sich dort eine Aussparung 38.

Die Dichtung 20 umgibt den Isolatorkörper 4 ebenfalls ringförmig und setzt sich von innen nach außen aus einem ringförmigen, isolierenden Dichtungsabschnitt 24, einem sich daran anschließenden ringförmigen Element 2 6 aus halbleitendem Kunststoff und schließlich wieder aus einem ringförmigen, isolierenden Dichtungsabschnitt 28 zusammen. Die beiden Dichtungsabschnitte 24,28 gehen einstückig in eine Kappe 3 0 über, die auch das halbleitende Element 2 6 übergreift und einen dachartigen Abschluß des Dichtungsbereiches gegen den Außenraum bildet. Die der Atmosphäre zugekehrte freie Oberfläche 32 der Kappe 30 verläuft streng monoton fallend vom Isolatorkörper 4 zur Wulst 12, wo sie fluchtend in den äußeren Dichtungsabschnittes 28 übergeht. Regen kann also nicht nur alle Stellen der Kappe 3 0 bequem erreichen, sondern auch etwaige Schmutzpartikel von dort leicht wieder abspülen.

Der konzentrisch zur Mittelachse der Metallarmatur 2 ausgebildete Dichtungssitz 18, insbesondere die radial äußeren, konzentrischen Begrenzungs-Ringflachen 3 6 und 3 9 seiner beiden Ringzonen 35 und 37, garantieren dessen Rotationssymmetrie zur Mittelachse, ermöglichen eine entsprechend 0 rotationssymmetrische Ausgestaltung der Dichtung 20 und erleichtern deren formschlüssiges Einpressen in den Dichtungssitz 18. Nach dem Einpressen steht der Fußbereich des äußeren isolierenden Abschnittes 2 4 auf dem stufenartigen Übergang der äußeren Ringzone 3 5 in die innere Ringzone 3 7 auf; die Fußbereiche des inneren isolierenden Abschnittes 28 und des halbleitenden Elementes 26 hingegen stehen auf dem Boden 19 der inneren Ringzone 37 auf. Die unterhalb des

18 ' *"

halbleitenden Elements 2 6 in Richtung des Leiteranschlusses sich verjüngende Aussparung 38 kann mit einer qualitativ minderwertigen Dichtmasse, etwa Silgel, aufgefüllt werden.

Die Dichtung 2 0 ist in diesem Ausführungsbeispiel als eine vorgefertigte Einheit ausgebildet. Dabei bestehen die beiden Dichtungsabschnitte 24,28 sowie die Kappe 30 aus einem durchgehend zusammenhängenden silikonartigen Kunststoff, nämlich - wie die Außenschicht 10 - aus Silikonkautschuk, in welchen das halbleitende Kunststoffelement 2 6 eingebettet ist. Zur Erzielung einer ausreichenden Festigkeit, kann das halbleitende Element 26 mit dem Rest der Dichtung 20 verklebt oder vulkanisiert sein. Silikonkautschuk hat viele Vorteile: Im verfestigten Zustand hat er eine glatte, hydrophobe Oberfläche, von welcher Schmutzpartikel bereits durch natürliche Bewitterung leicht weggeschwemmt werden. Des weiteren ist er zähelastisch. Die aus ihm hergestellte Dichtung ist somit gegenüber mechanischen Einwirkungen, die z.B. während der Handhabung und Montage des Verbundisolators oder durch Vögelpicken auftreten, unempfindlich. Statt silikonartiger Kunststoffe können natürlich auch andere Kunststoffe eingesetzt werden, sofern solche ähnliche Eigenschaften wie Silikonkautschuk haben.

Das halbleitende Element 26 steht über seinen Fußbereich und den Boden 19 der inneren Ringzone 37 in elektrischem Kontakt mit der Metallarmatur 2 und liegt somit auf dem selben Potential wie diese. Das isolatorseitige Ende des halbleitenden Elementes 2 6 ragt ein kurzes Stück über den 0 Randbereich 16 hinaus und hat einen großen Krümmungsradius. Der große Krümmungsradius führt zu einer elektrischen Feldentlastung des Dichtungsbereiches, insbesondere auch der bautechnisch günstigen, feldstärkemäßig jedoch ungünstigen (geometrischen) Kanten des Dichtungssitzes 18, etwa der Kante 42.

Der freie Randbereich 34 der Wulst 12 ist in Fig. 1 im

wesentlichen stetig gekrümmt, etwa mit halbkreisförmigem Querschnitt. Dies hat den allgemein bekannten Vorteil, daß die Auftreff- oder Ausgangspunkte etwaiger Entladungen statistisch gesehen gleichmäßig auf den freien Randbereich 3 4 verteilt sind.

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel der Fig. 1 durch Modifizierungen des halbleitenden Elements 26, der Wulst 12 und der Dichtung 20.

In Fig. 2 überlappt der herausragende Abschnitt des halbleitenden Elementes 26 den an den Dichtungssitz 18 unmittelbar angrenzenden Bereich der Wulst 12; somit auch die äußeren Randflächen 36,39 des Dichtungssitzes 18, insbesondere dessen umlaufende, an die Wulstoberfläche angrenzende Kante 42. Er bleibt dabei jedoch von der Wulst 12 isoliert. Diese Überlappung kompensiert feldstärkemäßig im besonderen Maße die bereits genannten Kanten des Dichtungssitzes 18.

Um einen möglichst großen "Überschlags-Bereich" vorzusehen, wird die Wulst 12 nach außen verlängert, d.h. die Wulst 12 wird hier mit einem größeren Außenradius ausgebildet als in Fig 1. Dadurch kann auch die Dimensionierung der Dichtung 20, genauer deren Durchmesser so vergrößert werden, daß sie auch eine innenliegende Ringzone der Wulst 12 überdeckt, im Ergebnis also "pilzförmig" ausgestaltet ist. Somit wird die Verbindungsfläche von Dichtungsabschnitt 28 und Ringfläche 3 6 des Dichtungssitzes 18 noch besser gegen Eindringen von 0 Schmutz und Feuchtigkeit geschützt.

Die in Fig. 3 dargestellte Ausgestaltungsform der Erfindung unterscheidet sich u.a. durch folgende Merkmale von den vorgenannten Ausführungsbeispielen: der innere Oberflächenabschnitt der Wulst 12 ist zum Isolatorkörper 4 hin gerundet und weist einen größeren Krümmungsradius auf als der abgewandte freie Wulstabschnitt 34 - so daß die Wulst

12 zusammen mit dem sich zum leiterseitigen Armaturende 3 hin anschließenden Armaturabschnitt einen Querschnitt aufweist, der etwa die Form eines Golfschläger-Kopfes hat; die Dichtung 20 ist direkt in den Verbundbereich zwischen dem Isolatorkörper 4 und der Armatur 2 eingegossen oder eingespritzt; auf ein halbleitendes Element im Verbundbereich wurde verzichtet, und zwar aus folgenden Gründen: der abgerundete Oberflächenabschnitt fächert das Feld bereits ausreichend in Richtung eines geringeren Potentialgradienten auf.

Diese Weiterbildung des erfindungsgemäßen Hochspannungsisolators eignet sich insbesondere bei fabrikfertigen Isolatoren, bei welchen die Dichtung 2 0 bereits in der Fabrik eingegossen oder eingespritzt wird.

Bei einem Einspritzen/Eingießen von flüssigen Dichtungsmaterial in den Verbundbereich bilden sich erfahrungsgemäß keine "Luftblasen" zwischen Dichtung und Armaturendbereich. Teilentladungen infolge von Luftblasen treten also nicht auf.

Für die Dichtung 20 wird auch hier das gleiche Material verwendet wie für die Außenschicht 10.
25

Es hat sich gezeigt, daß diese Anordnung ähnliche Resultate liefert, wie die beiden oben erläuterten Ausfürungsbeispie-Ie mit halbleitenden Element.

Claims (12)

sprüche

1. Verbundisolator, der baukastenartig zusammengesetzt ist aus: einem etwa stabförmigen Isolatorkörper (4) mit einer isolierenden Außenschicht (10), einer mit einem Ende (6) des Isolatorkörpers (4) fest verbundenen Metallarmatur (2), welche das Isolatorkörperende (6) becherartig einfaßt, dabei jedoch in ihrem Randbereich (16) einen Abstand vom Isolatorkörper (4) hat, und einer isolierenden Dichtung (20), welche den den Isolatorkörper (4) umgebenden Raum (18) im Randbereich

(16) der Metallarmatur (2) ausfüllt, mit ihrer der Atmosphäre zugekehrten freien Oberfläche (32) vom Isolatorkörper (4) bis zum Rand (12) der Metallarmatur (2) ständig abfällt, zumindest vom radial äußeren Teil (34) dieses Randes (12) umgeben ist und im wesentlichen aus einem Material aufgebaut ist, das zumindest hinsichtlich seiner Festigkeit dem der Außenschicht (10) des Isolatorkörpers (4) entspricht.

2. Verbundisolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschicht (10) und die Dichtung (20) aus dem gleichen Material, vorzugsweise Silikonkautschuk, bestehen.

3. Verbundisolator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand (12) der Metallarmatur (2) nach Art einer Wulst ausgebildet ist.

4. Verbundisolator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der radial innenliegende Bereich der freien 5 Wulstoberfläche von der Dichtung (2 0) bedeckt ist.

5. Verbundisolator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der den Isolatorkörper (4) umgebende Raum im Randbereich (16) der Metallarmatur (2) als Dichtungssitz (18) ausgebildet ist und die Dichtung (20) eine vorgefertigte Dichtung ist, welche in den Dichtungssitz (18) eingepreßt oder -gedrückt ist und ein längs des Dichtungssitzrandes (36) umlaufendes halbleitendes Element (26) aufweist, das elektrischen Kontakt mit der Metallarmatur (2) hat.
10

6. Verbundisolator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (20) einen zwischen dem Dichtungssitzrand (3 6) und dem halbleitenden Element (26) angeordneten, isolierenden Dichtungsabschnitt

(28) aufweist.

7. Verbundisolator nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (20) einen zwischen dem halbleitenden Element (26) und der Außenschicht (10) des Isolatorkörpers (4) angeordneten, isolierenden Dichtungsabschnitt (24) aufweist.

8. Verbundisolator nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden isolierenden Abschnitte (24,28) einstückig in einen gemeinsamen, kappenartig ausgebildeten und ebenfalls isolierenden Abschnitt (30) übergehen, und das halbleitende Element (26) in die aus diesen drei Abschnitten (24, 28, 30) gebildete Einheit eingebettet ist und zusammen mit ihr eine integrale Dichtungs-Einheit bildet.

9. Verbundisolator nach einem der Ansprüche 5-8, dadurch gekennzeichnet, daß das halbleitende Element (26) ein kurzes Stück über den Rand (12) der Metall-5 armatur (2) hinausragt, wobei der herausragende Abschnitt als eine den Dichtungsbereich feldstärkemäßig entlastende Feldsteuerkurve ausgebildet ist.

• ·*

• ·«

10. Verbundisolator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der herausragende Abschnitt des halbleitenden Elementes (26) so ausgebildet ist, daß er den an den Dichtungssitz (18) unmittelbar angrenzenden Bereich des Metallarmaturrandes (12) überlappt.

11. Verbundisolator nach einem der Ansprüche 5-10, dadurch gekennzeichnet, daß das halbleitende Element (26) ringförmig, insbesondere rotationssymmetrisch ausgebildet ist.

12. Verbundisolator nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (20) eine in den Isolatorkörper (4) im Randbereich der Metallarmatur

(2) umgebenden Raum gespritzte oder gegossene Dichtung ist.