DE2017283A1 - Isolieranordnung mit Feldsteuerung durch den ohmschen Strom - Google Patents

Description

• Isolieranordnung mit Feldsteuerung durch den ohmschen Strom Die Erfindung betrifft eine Isolieranordnung, bei der das elektrische Oberflächenfeld durch einen ohmschen Strom gesteuert wird und die vornehmlich in der Form eines Stütz- oder Durchführungsisolators Verwendung finden-kann.
• Bisher hat man hierzu den Isolator mit einer schwachleitenden Oberflächenschicht versehen. Solche Isolatoren werden schon handelsüblich hergestellt, z. B. von der Firma Doulton Insulators Ltd., Tamworth, Staffordshire, England.
• In Drehstromanlagen für hohe Spannungen sind die Isolatoren mit einer feldsteuernden Oberflächenschicht vornehmlich bei starker Verschmutzungs- oder Salznebeleinwirkung verwendet worden. Die feldsteuernde Oberflächenschicht hebt die Isolationsminderung, die durch die sogenannte Fremdschichteinwirkung hervorgerufen wird und einen Überschlag begünstigt, weitgehend auf. In Gleichspannungsanlagen für hohe Spannungen stellt sich das Problem der Isolationsminderung durch Fremdschichten auch schon unter Bedingungen, die bei Drehstromanlagen kaum zu Besorgnis Anlaß geben. Der Grund hierfür ist die verstärkte Drift geladener Schmutzpartikel zum isolator hin, und zwar unter der Wirkung der stets gleichgerichteten Feldkräfte; die Folge ist eine in kurzer Frist entstehende Fremdschicht, besonders an den Teilen des isolators, an denen das-elektrische Feld inhomogen und die Feldstärke hoch ist.
• Das Feld in der Nähe der Isolatoroberfläche durch feldsteuernde Elektroden an den Isolatorenden, die Armaturen, zu homogenisieren, ist bei Isolatoren, die einen geringen Außendurchmesser haben, ohne weiteres möglich. Es treffen dann nur wenige Feldlinien direkt auf die Oberfläche des isolators, dort wirkt also hauptsächlich die tangentiale Feldkomponente. Bei Isolatoren, z. t. für Freileitungen, kann dieses Verfahren mit vertretbarem Aufwand angewendet werden. Hier ist aber auch die schwachleitende Oberflächenschicht möglich, deren ohmsche Verluste einige 10 bis 100 Watt am Isolator nicht überschreiten werden.
• Bei Isolatoren für Geräte, z. B. für Fußisolatoren von Schaltern und für Durchführungen von Betriebsmitteln, die einen ölkessel haben, wird jedoch der Außendurchmesser den Bedingungen des Betriebsmittels entsprechend vielfach recht groß sein. Isolatoren mit großen Durchmessern sind gegen Isolationsminderung durch Fremdschichten aber besonders gefährdet, wie eine neuere rechnerische Untersuchung (vgl. Elektrotechnische Zeitschrift, Ausgabe A, Bd. 90, 1969, S. 687 - 689) gezeigt hat und wie Erfahrungen aus Anlagen der Hochspannungsgleichstromübertragung bestägigen. Das Fremdschichtproblem ließe sich auch hier - wenn auch mit viel größerem Aufwand für Material und Steuerstromverluste - mit Hilfe großer feldhomogenisierender Endelektroden lösen. Eine schwachleitende Oberflächenschicht würde diese Aufgabe jedoch wirksamer lösen können.
• Der hierbei entstehende Aufwand ist aber völlig unwirtschaftlich, und die technische Verwirklichung kann z. B.
• aus Raumgründen oder durch zu hohe Steuerstrpmverluste erhebliche Schwierigkeiten verursachen.
• Mit Hilfe der Erfindung soll nun besonders für die Isolieranordnung eines Isolators mit großem Außendurchmesser und für deren starke Gefährdung durch isolationsmindernde Fremdschichten in Anlagen mit hoher Gleichspannung die Fremdschicht weitgehend vermieden werden. Hierfür wird die feldsteuernde Funktion nicht der großen Oberfläche des mechanisch beanspruchten und durch die betriebstechnischen Aufgaben beherrschten Trag- oder Gehäuseisolators übertragen, sondern es werden erfindungsgemäß für die Feldsteuerung besondere Stab- oder Kettenisolatoren mit geringem Durchmesser, die schwachleitend sind, z. B. in ihrer Oberflächenschicht, und die den Tragisolator reusenartig umgeben, vorgesehen. Der erfahrungsgemäß große Vorteil, den ein Iflolator geringen Durchmessers, also der hier vorgesehene feldsteuernde Stab, gegenüber der Fremdschichteinwirkung hat, kann für diese Lösung voll ausgenutzt werden. Die Verluste durch den Steuerstrom bleiben gering, denn auch die Summe aller schwachleitenden Schichten an den feldsteuernden Stäben oder Ketten ergeben noch einen wesentlich höheren Verlustwiderstand, als die schwachleiwende große Oberfläche des Tragisolators ergeben würde.
• Die feldsteuernde Wirkung der schwachleitenden Stäbe oder Ketten beruht erfindungsgemäß auf ihrer schirmenden Wirkung in bezug auf ie Oberfläche des Tragisolators, indem die feldverformende Wirkung außenliegender leitender Teile beliebigen Potentials, wie Armaturen, Leiter oder geerdete Gehäuse und Gerüste, nur einen geringen sogenannten Felddurchgriff auf die Oberfläche des Tragisolators haben können.
• Die Gestaltung der reusenartigen Anbringung der feldsteuernden Stäbe oder Ketten in der unmittelbaren Umgebung-des Tragisolators hängt also in erster Linie von der-Forderung nach einem geringen äußeren Felddurchgriff ab. Hierfür kann es sinnvoll sein, wenige Stäbe oder Ketten mit größerem Durchmesser in größerer Entfernung von der Oberfläche des Tragisolators anzuordnen, dagegen eine größere Anzahl dieser Stäbe oder Ketten mit kleinerem Durchmesser näher an die Oberfläche des Tragisolators heranzurücken.
• Die Entscheidung muß für die vorgeschriebenen Parameter durch Messung oder Berechnung des elektrischen Feldes getroffen werden. Auch wird hierbei zu entscheiden sein, ob die Stäbe oder Ketten gleichsam auf der Mantelfläche einer zylindrischen oder kegelstumpfartigen Reusenform den Tragisolator umgeben sollen, ob'sie radial gestaffelt, sozusagen in mehreren sich einander umschließende Teilreusen anzubringen sind und ob sie gleichen oder z. T.
• engeren, z. T. weiteren gegenseitigen Abstand voneinander haben müssen. Die Größe des Leitwertes der Stäbe oder Ketten ist in diese Betrachtungen mit einzubeziehen. Auch kann die konstruktive Vorbedingung der Umgebung es erforderlich machen, daß die Umgrenzung der Stab- oder Kettenreuse von der Kreislinie abweichen und die Form einer langgestreckten der Ellipse ähnlichm Kurve haben soll.
• Eine weitere Betrachtung, die davon ausgeht, daß die feldsteuernden Stäbe oder Ketten einen möglichst langen Kriechweg haben sollten, führt zu dem Vorschlag, die Achse der Stäbe oder Ketten gegenüber der Achse des Tragisolators zu neigen. Die Reusenform ähnelt dann einem Hyperboloid.
• Auch kann erwogen werden, den feldsteuernden Stäben oder Ketten noch mechanische Teilfunktionen zu übertragen, sie also mit Zugw und Biegekräften zu beanspruchen, um die Tragkonstruktion des Isolators abspannen zu helfen. Und umgekehrt kann es unter Bedingungen, die eine Fremdschichtbildung besonders begünstigen, notwendig erscheinen, daß der Tragisolator durch eine nun- Sußerst gering leitfähige Oberflächenschicht aie feldsteuernde Funktion der ihn umgebenden Stäbe oder Ketten unterstützt.
• An einem Ausführungsbeispiel, das in Fig. 1 dargestellt ist, soll der erfinderische Gedanke erläutert werden. Der Tragisolator (1) ist als ein Isolator der als Stützer mit großer Umbruchfestigkeit verwendet werden kann, mit einem verhältnismäßig großen Außendurchmesser dargestellt. Im oberen Teil von Fig. 1, der die Seitenansicht der gesamten Isolieranordnung zeigt, erkennt man, daß an den Enden des Tragisolators Armaturen (2) vorgesehen sind, die auch schon einige feldsteuernde Wirkung haben können, hauptsächlich aber dem Lichtbogenschutz dienen sollen. Zwischen den Armaturen sind die schwachleitenden Stäbe oder Ketten (3) angebracht, die den Tragisolator reusenartig umgeben und die Hauptaufgabe haben, das Feld an der Oberfläche des Tragisolators so zu steuern, daß es weitgehend homogen ist und daß ein wesentlicher Felddurchgriff außenliegender leitender Teile beliebigen Potentials auf die Isolatoroberfläche verhindert wird. Im unteren Teil von Fig. 1 ist im Schnitt A-A der Querschnitt durch die Isolieranordnung gezeichnet, in dem die gegenseitige Zuordnung des Tragisolators (1) und der feldsteuernden Stäbe (3) erkennbar ist.

Claims (7)

1. Isolieranordnung mit Feldsteuerung durch den ohmschen Strom

   Patentansprüche: 1. Isolieranordnung, deren elektrisches Oberflächenfeld durch einen ohmschen Strom gesteuert wird, insbesondere als Stütz- oder Durchführungsisolator an Geräten in Anlagen der Hochspannungsgleichstromübertragung, dadurch gekennzeichnet, daß der feldsteuernde Strom an schwachleitenden Stab- oder Kettenisolatoren (3) fließt, die einen Tragisolator (1) nach Art einer Reuse umgeben.
2. 2. Isolieranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitwert und der Durchmesser der feldsteuernden Stäbe oder Ketten sowie deren Anzahl und gegenseitiger Abstand so aufeinander abgestimmt sind, daß ein bestimmter geringer Felddurchgriff außenliegender leitender Teile beliebigen Potentials auf die Oberfläche des Tragisolators nicht überschritten wird.
3. 3. Isolieranordnung nach Anspruch lund 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den feldsteuernden Stäben oder Ketten gebildete Reuse eine kreiszylindrische Form oder eine Kreiskegelstumpfform oder eine zylindrische oder kegelige Form mit langgestreckter, der Ellipse ähnlichen Umgrenzung hat, wobei der gegenseitige Abstand der Stäbe oder Ketten gleich oder verschieden groß sein kann.
4. 4. Isolieranordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die feldsteuernden Stäbe oder Ketten gegeneinander radial gestaffelt sind und gleichsam zwei oder mehrere sich umschließende Teilreusen beliebiger Form bilden.
5. 5. Isolieranordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der feldsteuernden Stäbe oder Ketten gegen die Achse des Tragisolators geneigt sind, wodurch eine hyperboloide Reusenform entsteht.
6. 6. Isolieranordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, -daßdie feldsteuernden Stäbe oder-Ketten geeignet sind, einen bestimmten Anteil von mechanischen Zug- und Biegekräften zu übernehmen, damit sie den Tragisolator teiiweise gegen die Umbruchkräfte abspannen.
7. 7. Isolieranordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnetj daß auch eine sehr schwachleitende Oberflächenschicht des Tragisolators einen bestimmten Anteil an feldsteuernder Wirkung neben den hauptsächlich feldsteuernden Stäben oder Ketten übernimmt.

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