Höehstspannungsisolator für niederfrequente Kraftübertragungsanlagen. Elektrische Isolatoren, die sich in freier Luft befinden, werden namentlich bei hohen Übertragungsspannungen der üblichen Wech selzahl ebenso wie bei hohen Gleichspannun gen stark beansprucht. Sie sollen auch in mehr oder weniger verschmutztem Zustande viele Jahre lang ohne Reinigung unverändert Sicherheit gewährleisten.
Eine Überschlags sicherheit muss auch bei gleichzeitigem Regen, der chemische Bestandteile oder Staub ent hält, oder bei Nebel und starken Temperatur schwankungen, die ebenfalls Niederschläge, Verkrustungen und Versalzungen auf der Oberfläche der Isolatoren, namentlich durch elektrische Anziehung der Schmutz- und Nebelteilchen, begünstigen, vorhanden sein. Durch diese Einflüsse werden Teile der Ober fläche des Isolators gewissermassen zu flä chenhaften und scharfkantigen Halbleitern, so dass die Ausbildung der elektrischen Fel der gegenüber dem trockenen und auch nas sen Zustande ohne Verschmutzung wesent lich verändert und ungünstiger werden.
Im neuen, trockenen Zustande des Isolators sind bekanntlich die Schirm- oder Rippenoberflä- chen so gelegt, dass sie überall reit den Flä chen gleicher Spannung um die Elektrode herum im allgemeinen recht spitze Winkel einschliessen, während die Induktionslinien senkrecht zu den Flächen gleicher Spannung und daher auch meist steil zu den Oberflä chen der Schirme und Rippen,
aber zum Bei spiel bei einem gedrehten Stabisolator fast parallel zur der Erzeugenden der äussern Oberfläche des Strunkes und daher beinahe senkrecht zu den Rippenflächen des Stabes verlaufen und durch die Rippen hindurch gehen. Die Schirm- und Rippenflächen sind also im sauberen Zustande im Gegensatz zum Beispiel zur freien Strunkoberfläche durch eine verhältnismässig sehr geringe Spannung tangential beansprucht. Allgemein wirkt sich diese ungleiche Spannungsverteilung bei einer Verschmutzung der gesamten Oberfläche des Isolators ungünstig aus.
Im Zuge der Induk- tions-Iinien zwischen den Elektroden und zw- schen den Schirmen oder Rippen und durch diese hindurch wechselt die Feldstärke etwa im umgekehrten Verhältnis der Dielektrizi- tätskonstanten :der Luft zu der des -festen Isolierstoffes, so da.ss die Luft und die ver schmutzten Grenzschichten teilweise, zum Bei spiel an einem Stabstrunk, sehr viel höher be ansprucht sind, als der feste Isolierstoff selbst.
Zur Erhöhung der Festigkeit gegen Ver schmutzung bewährte sich bereits in einem gewissen Grade eine veränderte äussere Ge staltung der Oberflächen, zum Beispiel an Stütz-, Hänge-, Abspann-, Verbund-, Rippen- und Schirmstabisolatoren, Überwürfen oder Mänteln aus Isolierstoff. Hierbei werden be sonders ausgestaltete volle Schirme und Rip pen an den betreffenden Isolatoren ange bracht.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass durch die Verschmutzung der ihr ausgesetzten Oberflächenteile des Isolators ungünstige und völlig unberechenbare Feld bildungen zwischen den Elektroden entstehen. Durch Mittel der Erfindung soll daher die Feldbildung an den Schirmen und Rippen des Isolators günstig erhalten werden. Diese Aufgabe löst die Erfindung, indem am Iso lator mindestens einzelne der Schirme und Rippen hohl ausgebildet sind.
Die Fig. 1 bis 4 veranschaulichen bei spielsweise Ausführungsformen des Erfin dungsgegenstandes. Dargestellt sind ein Kappen-, ein Verbund- bezw. Stab- und ein Durchführungs- oder Stützerisolator. Diese weisen Hohlräume 1 innerhalb der Schirme 2 oder Rippen 3 bezw. 1.3 auf.
Für die Füllung der einen Verschmut zung und Feuchtigkeit nicht ausgesetzten Hohlräume 1 eignet sich zum Beispiel eiii trockenes Gas oder ein Gasgemisch, wie Luft, am besten. Die Durchschlagsfestigkeit des Gases kann in bekannter Weise durch er höhten Druck gesteigert werden. Es genügen dabei im allgemeinen Überdrücke von noch nicht einer Atmosphäre.
Isolierende Flüssig keiten oder durch vorübergehende Erwär mung flüssig gemachte, sonst feste Massen eignen sich ebenfalls für die Füllung der Hohlräume 1, wenn die Dielektrizitätskon- stanten noch erheblich kleiner sind, als die des Materials des Isolatorkörpers 5 bezw. 16 bezw: 9. Elektrisch bietet ein körniger oder pulveriger Stoff, zum Beispiel Quarzsand, zur weitgehenden Ausfüllung der Hohlräume 1 ebenfalls noch Vorteile.
Auch eine Flüssig keit oder das Gas in den Poren einer körni gen Füllung in dein Hohlraum 1 können zwecl@mässigerweise unter Überdruck gehal ten sein.
Die Fig. 1 zeigt einen Kappenisolator 5 einer daraus gebildeten Kette von zwei der artigen Isolatoren 5. Innerhalb des darge stellten Schirmes ?, zur Hälfte sowohl im Schnitt als auch in Ansicht gezeichnet, ist ein ringförmiger und im Querschnitt ovaler Hohlraum 1 mit trockener Gasfüllung unter geringem Überdruel,: angeordnet. Dadurch er hält der Schirm ? äusserlich eine mehrfach grössere Dicke als bei den bekannten Aus führungsformen. Die Ausbildung jedes Iso- lators 5 innerhalb seiner Kappe 4, und diese selbst sowie der Klöppel 15 und dessen Be festigung erfolgt in bekannter Weise.
Der Klöppel 15 ist nur infolge der auch aussen nutzbar gemachten grossen Dicke des Schir mes 2 etwas länger als sonst. Aus Fig. 1 ist ohne weiteres zu ersehen, dass die Induktions linien zwischen den Kappen 4 bezw. resul tierend zwischen den beiden Elektroden einer s Isolatorenkette infolge des nach der Erfin dung in jedem Isolator 5 angeordneten Hohl raumes 1. und dessen Füllung mehr als bei den bekannten Isolatoren um den Hohlraum herum verlaufen. Deshalb ist auch die Span- s nungsverteilung auf den äussern verschmutz ten Flächen der Schirme 2 gleichmässiger als bei vollen Schirmen.
Der elektrische Anflug des Staubes wird dadurch ebenfalls gleich mässiger und weniger schädlich als ohne Hohlräume 1.
In Fig. 2 ist ein Verhundstabisolator, im wesentlichen bestehend aus dem Strunk 6 und dem Mantel 16 mit Rippen 3, die hohl ausgebildet sind, dargestellt. Die Hohlräume 1 innerhalb der Rippen 3 sind dabei zweck mässig, auch zur Vereinfachung der Herstel lung, mit dem Hohlraum des Mantels 16 vereinigt. Die Hohlrippen 3 weisen wieder eine gleichmässigere Spannungsverteilung auf der aussen verschmutzten Oberfläche auf als die bekannten Vollrippen. Der innere tra gende Strunk 6 des Verbundisolators besitzt Wulste 7 nahe den in üblicher Weise konisch ausgeführten Enden B. Diese Ausführung kommt insbesondere für Verbundisolatoren aus keramischem Stoff in Frage.
Der vor dem Aufsetzen der normalen Kappe 4 über den Strunk 6 geschobene Mantel 16 schliesst mit den Enden schon im rohen Zustande an den Wulsten 7 eng an und beide Teile 6 und 16 lassen sich im Ofen zum Beispiel mittels Glasur zusammenbrennen. Die Teile 6 und 16 lassen sieh an den Wulsten 7 aber auch durch bekannte Kittung leicht und dicht ver binden. Die Ausrüstung des Mantels 16 mit Hohlrippen 3 hat auch zur Folge, dass mecha nische Dehnungen und Wärmespannungen infolge der Elastizität des Mantels 16 in der Längsrichtung an den Verbindungsstellen bezw. Wulsten 7 vermieden werden.
Wegen der Zugbeanspruchung im Mantel 16 ist der innere Überdruck in den Hohlräumen 1 bei einem Verbundisolator gering zu halten. Die obere Kappe 4 ist in bekannter Weise auf das Strunkende S des Stabes 6 aufgebracht.
Zur Ausbildung der Rippen, deren Schnittfläche bisher der Fläche eines gleich schenkligen Dreiecks glich, an Isolatoren nach der Erfindung erscheint es mit Rücksicht auf den Kraftlinienverlauf insbesondere vor teilhaft, die Schenkelflächen, sowohl inner halb als auch ausserhalb der Hohlrippen 13 angenähert senkrecht aufeinander stehen zu lassen. Dies ist in Fig. 3 angedeutet. Der Mantel 26 besteht dann ausserdem, abgesehen von den beiden kragenförmigen Teilen an den Befestigungsstellen mit den Wulsten 7, prak tisch nur noch aus Rippen 13 ohne ein an genähert zylindrisches, durch die Hohlrippen unterbrochenes Mantelstück.
Um die Bruch- und Lichtbogensicherheit des Mantels 16 zu erhöhen, kann dieser in an sich bekannter Weise aus Quarz hergestellt werden, während der' Stab 6 wie üblich aus einem zugfesten keramischen Stoff besteht. Bei Verwendung von durchsichtigem Quarz für den Mantel 16 lässt sich das darin gegebe nenfalls unter Druck enthaltene Gas färben. Die Bruchsicherheit kann auch durch geeig nete Stützen zwischen dem Strunk und denn Mantel 16 erhöht werden.
In Fig. 4 ist ein Durchführungsisolator 9 mit Schirmen 2 gezeigt. Der Isolator 9 kann auch als Stützen Verwendung finden. Die Hohlräume 1 innerhalb der Schirme 2 rei chen bis weit in das Fleisch des rohrförmigen Körpers 19 des Isolators 9 hinein. Dadurch kann eine Induktionslinie nicht gut an der , verschmutzten Oberfläche des Körpers 19 entlang -zwischen den Fassungs- und Kappen elektroden auf kürzestem Wege verlaufen, sondern. russ um die Hohlräume 1 herum mehr oder weniger ausweichen, so dass die Spannungsverteilung auf der Oberfläche des Isolators 9 eine günstige ist.
Um den Kör per 19 an den Ansatzstellen der Hohlschirme 2 nicht zu sehr zu schwächen, sind in dem innern, abgeschlossenen und daher der Ver= schmutzung -nicht ausgesetzten Teile des Iso- lators 9 Wulste 12 vorgesehen. Die Über gänge von dem Körper 19 in die Wulste 12 sind allmähliche, ebenso wie die Hohlräume 1 keine scharfen spitzen Winkel aufweisen sollen. Jeder Hohlraum 1 kann an dem Iso lator 9 für sich gefüllt sein.
Es ist aber manchmal auch zweckmässig, durch ein ein ziges feines Bohrloch jeden Hohlraum 1, etwa am zugehörigen Wulste 12, mit dem grossen Innenraum des Isolators 9 in einen Druck ausgleich zu bringen: Bei der Herstellung eines gedrehten, also nicht gegossenen Porzellanisolators nach der Erfindung erscheint die Herstellung der Hohlräume 1 zum Beispiel in den Schirmen 2 der Isolatoren nach den Fig. 1 und 4 nicht ohne weiteres ausführbar. An' Hand : der Fig. 4 ,sollen daher noch nähere Erklärungen gegeben werden.
Der Isolator 9 wird-gewöhn- lieh in rohem Zustande aus so vielen Teilen, wie Schirme 2 vorhanden sein sollen, ange fertigt. Jeder Hohlschirm -2 kann also für sieh beiderseits zusammen mit ringförmigen Stücken des' Körpers 19 hergestellt werden. An dem mittleren Schirm 2 der Fig. 4 ist im Schnitt eine ringförmige Öffnung im obern Teil angedeutet, in die ein trapezförmi> ger Porzellanring 10 eingesetzt ist.
Im rohen Zustande besteht also die bekannte Möglich keit, den Hohlraum 1 mit einem Werkzeug, das durch die zunächst hergestellte Ringöff nung im Schirm 2 eingeführt wird, auszu drehen. Danach wird der Hohlraum 1 durch den nicht geteilten Ring 10 im ungebrannten Zustande verschlossen und schliesslich im Brande in dichte und feste Verbindung finit dem Schirm 2 gebracht. Die vorübergehende Öffnung des Hohlraumes 1 ist derart ge wählt, dass sie elektrisch und mechanisch an günstiger Stelle liegt.
An allen Isolatoren nach der Erfindung kann ein für sich bestehender Hohlraum 1 zweckmässigerweise dadurch unter Überdrucl_ gesetzt werden, dass im fertigen Zustande zunächst an geeigneter Stelle ein feines Bohr loch angebracht, .durch dieses hindurch eine ganz geringe Menge eines entzündbaren Pul vers eingefüllt und -der Zündsatz nach Ver- kittung des Bohrloches entflammt wird.
Da: nach, ist der Hohlraum 1 mit Verbrennungs gasen unter geringem Überdruck gefüllt. Das brennbare Pulver darf seiner Zusammen setzung nach auf der Fläche des Hohlraumes keine leitenden Beläge hinterlassen, sondern es muss sich möglichst ganz in isolierendes Gas verwandeln. Die Entzündung und Ver brennung kann durch Erwärmung von aussen, durch das Einwirken von Hochfrequenzfel- Bern oder durch eine andere Energieart, zum Beispiel Ultraschall, eingeleitet und durch- geführt werden.
Aus der Beschreibung ist zu ersehen, dass die äussere und innere Form der Schirme und Rippen aufeinander abgestimmt sein müssen. Es sind daher noch sehr viele andere For men der Schirme und Rippen an Isolatoren nach der Erfindung möglich, die in der Zeichnung nicht weiter dargestellt sind.