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Dokumentenidentifikation DE19621710A1 04.12.1997
Titel Isolator
Anmelder ABB Research Ltd., Zürich, CH
Erfinder Greuter, Felix, Dr., Baden-Rütihof, CH;
Ritzer, Leopold, Untersiggenthal, CH
Vertreter Lück, G., Dipl.-Ing. Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 79761 Waldshut-Tiengen
DE-Anmeldedatum 30.05.1996
DE-Aktenzeichen 19621710
Offenlegungstag 04.12.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.12.1997
IPC-Hauptklasse H01B 17/14
IPC-Nebenklasse H02G 5/06   H02B 5/06   
Zusammenfassung Dieser Isolator ist für den Einbau in eine Hochspannungsschaltanlage vorgesehen. Er weist einen Isolatorkörper (4) aus gehärtetem Gießharz und mindestens eine mit Hochspannung beaufschlagte, in den Isolatorkörper (4) eingegossene, metallische Eingußarmatur (1a) auf. Ferner ist eine Elektrode (10) in den Isolatorkörper (4) eingegossen. Die Elektrode (10) ist mit jeweils einem entsprechend zugeordneten Potential verbunden.
Es soll ein Isolator geschaffen werden, der mit einer dielektrisch besonders günstig ausgebildeten Elektrode (10) versehen ist. Dies wird dadurch erreicht, daß die mindestens eine in den Isolatorkörper (4) eingegossene Elektrode (10) aus einem gießbaren Formstoff gefertigt ist, und daß in diesen Formstoff mindestens ein grobkörniger und zudem mindestens ein feinkörniger elektrisch leitender Füllstoff eingelagert ist.

Beschreibung[de]
TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung geht aus von einem Isolator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

STAND DER TECHNIK

Aus der Patentschrift EP 0 457 081 B1 ist ein aus Epoxidharz gegossener, scheibenförmig ausgebildeter Isolator bekannt, der mit Steuerelektroden aus einem leitenden Epoxidharz versehen ist. Dieser Isolator wird in metallgekapselten, mit SF&sub6;-Gas isolierten Schaltanlagen eingesetzt, um die spannungsbeaufschlagten Aktivteile der Hochspannungsanlage gegen die Metallkapselung abzustützen. Der Isolatorkörper kann jedoch auch mit einem anderen Druckmittel beaufschlagt werden, wie beispielsweise Mineralöl oder andere Isoliergase oder Gasmischungen, ferner könnte der Isolatorkörper auch mit einem Vakuum beaufschlagt werden. Dieser als Stützisolator ausgebildete Isolator weist einen metallischen Außenring auf, der zwischen zwei Anschlußflansche der Metallkapselung der gasisolierten Schaltanlage eingespannt wird. Der Isolatorkörper besteht hier aus einem gehärteten Gießharz. Die Feldsteuerelemente sind als Elektroden aus elektrisch leitfähigem Kunststoff ausgebildet, welche auf dem Potential der jeweils angrenzenden Metallteile liegen.

Für die Herstellung dieser jeweils mit den entsprechenden Metallteilen elektrisch leitend verbundenen Elektroden wird in der Regel ein Gießvorgang benutzt. Nacheinander werden sowohl die Eingußarmatur als auch der Außenring mit der jeweiligen Elektrode versehen und erst danach wird mit Hilfe eines dritten Gießvorgangs der eigentliche Isolatorkörper zwischen die beiden elektrisch leitfähigen Elektroden eingebracht. Bei der Ausführungsform des Stützisolators gemäß Fig. 3 der erwähnten Patentanmeldung wird im Bereich der metallischen Kapselung der Hochspannungsanlage ein vorgegossenes ringförmiges Feldsteuerelement mit einem kreisförmigen Querschnitt in den Isolatorkörper eingegossen. Dieses Feldsteuerelement enthält elektrisch leitfähigen Kunststoff und grenzt allseits mit einer konvexen Oberfläche an den Isolatorkörper an. Am Feldsteuerelement sind Halteteile aus leitfähigem Material, wie Metall oder elektrisch leitendem Kunststoff, angebracht, mit denen das Feldsteuerelement beim Herstellen des Isolators in der Gießform fixiert wird und welche beim Einbau des Isolators in die gasisolierte Schaltanlage mit den beiden Anschlußflanschen kontaktiert werden, wodurch das definierte Potential der Kapselung der gasisolierten Schaltanlage an das Feldsteuerelement gelegt wird.

Die Leitfähigkeit des Epoxidharzes für die Feldsteuerelemente wird mittels in das Epoxidharz gemischten leitfähigen Partikeln erreicht. Die leitfähigen Partikel liegen ungeordnet an der Oberfläche der Steuerelektrode, und obwohl sie vergleichsweise klein ausgebildet sind, wirken sie als Spitzen, welche sich im elektrischen Feld dielektrisch nachteilig auswirken.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung, wie sie in den unabhängigen Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, einen Isolator zu schaffen, der mit dielektrisch besonders günstig ausgebildeten Steuerelektroden versehen ist.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß die in die Steuerelektrode eingelagerten, etwas grobkörniger ausgebildeten, elektrisch leitenden Füllstoffe im Bereich der Oberfläche der Elektrode keine dielektrische Spitzenwirkung ausüben können. Die Oberfläche der Elektrode wirkt, dank der fein verteilten, sehr feinkörnig ausgebildeten Rußpartikel, die teilweise Ketten gebildet haben, dielektrisch annähernd glatt, so daß die dielektrische Festigkeit des Stützisolators vorteilhaft erhöht wird.

Als besonders vorteilhaft erweist es sich, daß die Elektrode hier als geschlossener, einfach herzustellender und vergleichsweise einfach weiter zu verarbeitender Ring ausgeführt ist. Ablösungen des Gießharzes des Isolatorkörpers von der Gießharzmatrix der Elektrode können hier keinesfalls auftreten, da das Kunststoffmaterial der Elektrode und das Kunststoffmaterial des Isolatorkörpers keine unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, zudem ist eine gute chemische Bindung zwischen der Elektrode und dem Isolatorkörper gewährleistet. Der so entstandene Isolator ist dielektrisch und mechanisch besonders widerstandsfähig.

Die vergleichsweise gute elektrische Leitfähigkeit der Elektrode hat zur Folge, daß die Feldsteuerung, die mit Hilfe der Elektrode erreicht wird, auch im Bereich hoher Frequenzen der den Stützisolator beaufschlagenden Spannung voll wirksam ist. Es werden mit diesem Stützisolator Frequenzen bis zum Bereich oberhalb von 100 MHz einwandfrei beherrscht.

Das für die Elektrode des beschriebenen Isolators verwendete, elektrisch leitfähige Material kann sehr vorteilhaft auch bei Durchführungen, bei Kabelmuffen und in sonstigen, dielektrisch ähnlich beanspruchten Baugruppen eingesetzt werden. Die Formgebung der elektrisch leitenden Kunststoffbauteile ist sehr flexibel, so daß diese Teile jeweils mit vergleichsweise geringem Aufwand den an die betreffende Baugruppe gestellten dielektrischen und auch sonstigen Anforderungen optimal angepaßt werden können.

Die weiteren Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung, ihre Weiterbildung und die damit erzielbaren Vorteile werden nachstehend anhand der Zeichnung, welche lediglich einen Ausführungsweg darstellt, näher erläutert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Es zeigen:

Fig. 1 einen schematisch dargestellten Teilschnitt durch einen zwischen Anschlußflanschen einer gasisolierten Schaltanlage montierten scheibenförmigen Stützisolator,

Fig. 2 einen schematisch dargestellten, stark vergrößerten Schnitt durch eine erste Materialprobe,

Fig. 3 einen schematisch dargestellten, stark vergrößerten Schnitt durch eine zweite Materialprobe, und

Fig. 4 einen schematisch dargestellten, stark vergrößerten Schnitt durch eine dritte Materialprobe.

Alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Elemente sind nicht dargestellt.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Die Fig. 1 zeigt einen schematisch dargestellten Teilschnitt durch einen zwischen Anschlußflanschen 2, 3 einer metallgekapselten gasisolierten Schaltanlage montierten scheibenförmigen Stützisolator 1, wie er beispielsweise in diesen Hochspannungsschaltanlagen eingesetzt wird, um die spannungsbeaufschlagten Aktivteile gegen die in der Regel geerdete Kapselung abzustützen. Der Stützisolator 1 weist einen Isolatorkörper 4 aus einem gehärteten Gießharz auf, in den mindestens eine Eingußarmatur 1a aus Metall eingegossen ist. Als Gießharz wird ein anhydridgehärtetes, gefülltes, warm härtendes Epoxidharz eingesetzt, wie beispielsweise EP 402, welches sich besonders für metallgekapselte gasisolierte Schaltanlagen eignet. Die Eingußarmatur 1a ist hier lediglich schematisch dargestellt. Vorzugsweise ist diese Eingußarmatur 1a aus einer Aluminiumlegierung gefertigt und weist eine versilberte Oberfläche auf.

Für eine einpolig metallgekapselte gasisolierte Schaltanlage ist pro Stützisolator 1 eine Eingußarmatur 1a vorgesehen, für eine dreipolig gekapselte gasisolierte Schaltanlage werden pro Stützisolator 1 drei entsprechend der Betriebsspannung der gasisolierten Schaltanlage voneinander beabstandete Eingußarmaturen 1a benötigt. Die Eingußarmatur 1a weist beidseitig jeweils eine Stirnfläche auf, die mit Befestigungsmöglichkeiten für die an sie anzuschließenden spannungsführenden Aktivteile versehen ist. Derartige Stützisolatoren 1 können auch als Schottungsisolatoren ausgebildet sein, die neben ihrer Funktion als Stützer zudem noch zwei benachbarte Gasräume der gasisolierten Schaltanlage druckdicht voneinander trennen. Sind die Stützisolatoren 1 nicht als Schottungsisolatoren eingesetzt, so sind im Isolatorkörper 4 Durchbrüche vorgesehen, die einen Druckaustausch zwischen den jeweils benachbarten Hohlräumen der gasisolierten Schaltanlage erlauben.

Der hier scheibenförmig ausgebildete Isolatorkörper 4 wird außen beispielsweise durch einen zweiteiligen Außenring 5 in radialer Richtung positioniert. Der Außenring 5 ist aus zwei metallischen Ringen 6, 7 zusammengesetzt, die flächig aufeinander liegen und welche die Anschlußflansche 2, 3 elektrisch leitend miteinander verbinden. Die Anschlußflansche 2, 3 und die Ringe 6, 7 werden durch mit Muttern versehene Gewindebolzen 11 zusammengehalten. Die metallischen Ringe 6, 7 weisen umlaufende Nuten 6a, 7a auf, die nach dem Einbau des Stützisolators 1 in die Hochspannungsschaltanlage mit Fett gefüllt werden. Der Isolatorkörper 4 kann anstelle einer Scheibenform auch irgendeine andere flächenhafte Ausgestaltung aufweisen, so kann er beispielsweise, wenn ein größerer Oberflächenkriechweg verlangt wird, auch trichterförmig ausgebildet sein.

Wie ferner aus der Fig. 1 zu sehen ist, weist der Isolatorkörper 4 im äußeren Bereich beidseitig einen umlaufenden Anschlag 8 auf, der mit dem jeweiligen Anschlußflansch zusammenwirkt. Zwischen dem Anschlag 8 und einem Bund der Ringe 6, 7 ist auf jeder Seite des Stützisolators 1 eine Nut ausgebildet, die für die Aufnahme einer Rundschnurdichtung 9 vorgesehen ist. Der Isolatorkörper 4 weist in seinem Innern im Bereich zwischen den Anschlägen 8 eine Elektrode 10 mit einem kreisförmigen Querschnitt auf. Diese Elektrode 10 liegt auf dem Potential der Anschlußflansche 2, 3 mit denen sie über den Außenring 5 elektrisch leitend in Kontakt steht. Bei metallgekapselten gasisolierten Hochspannungsschaltanlagen ist das Potential der Anschlußflansche 2, 3 in der Regel das Erdpotential.

Die Elektrode 10 ist hier als ein ringförmiges Feldsteuerelement beispielsweise mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet, wie dies in der Fig. 1 dargestellt ist. Es ist jedoch auch möglich, die Elektrode 10 mit einem elipsenförmigen Querschnitt zu versehen. Die Elektrode 10 kann die gleiche Gießharzmatrix aufweisen wie der Isolatorkörper 4. Als Gießharz wird vorteilhaft ein anhydridgehärtetes, gefülltes, warm härtendes Epoxidharz verwendet. Die Elektrode 10 kann aber auch eine Gießharzmatrix aus einem anderen Isoliermaterial aufweisen, der Ausdehnungskoeffizient dieses Isoliermaterials muß allerdings dem des Isolatorkörpers 4 angeglichen sein, um mechanische Spannungen zwischen dem Isolatorkörper 4 und der Elektrode 10 zu vermeiden, welche die mechanische und die dielektrische Festigkeit des Stützisolators 1 negativ beeinflussen könnten. Zudem muß dieses andere Isoliermaterial gut am Material des Isolatorkörpers 4 haften, damit keine dielektrisch schädlichen Hohlräume entstehen können.

Wie die Fig. 2 schematisch zeigt, sind in der Gießharzmatrix 13 der Elektrode 10 pulverförmige, elektrisch leitende, vergleichsweise grobkörnige Nickelflakes 14 und vergleichsweise feinkörnige elektrisch leitende Rußpartikel 15 eingelagert. Durch diese Einlagerungen wird die elektrische Leitfähigkeit der Elektrode 10 erhöht. Der grobkörnigere Füllstoff bildet ein Gerüst, welches die elektrische Leitfähigkeit der Elektrode 10 gewährleistet, während der feinkörnigere Füllstoff die elektrische Leitfähigkeit weiter verbessert und zusätzlich die Ecken und Kanten dieses Gerüstes dielektrisch glättet, so daß die Oberfläche der Elektrode 10 als dielektrisch glatt anzusehen ist. Die Nickelflakes 14 weisen eine Teilchengröße von 2 µm bis etwa 100 µm auf, wobei die größte Fraktion der Nickelflakes 14 eine Teilchengröße im Bereich um 30 µm aufweist. Die Rußpartikel 15 weisen eine Teilchengröße von etwa 5 nm bis 1 µm auf. Die elektrisch leitenden Rußpartikel sind sehr gleichmäßig in der Gießharzmatrix 13 verteilt, so daß in der Nähe der Elektrodenoberfläche liegende Nickelflakes 14, die teilweise als dielektrisch ungünstig gestaltete Spitzen wirken könnten, von diesen elektrisch leitenden Rußpartikeln 15 umgeben sind, die Spitzenwirkung der Nickelflakes 14 wird durch diese kleinen Rußpartikel 15 unwirksam gemacht. Die durch die Rußpartikel 15 in dielektrischer Hinsicht geglättete Oberfläche der Elektrode 10 erhöht die dielektrische Festigkeit des Stützisolators 1 vorteilhaft. Die Rußpartikel 15 lagern sich beim Mischen aneinander an, wodurch feinste kettenförmige, elektrisch gut leitende Gebilde entstehen, welche zusätzlich die elektrische Leitfähigkeit der Elektrode 10 vorteilhaft erhöhen.

Auf der unteren Seite der in Fig. 2 dargestellten Materialprobe ist eine Gießhaut 16 dargestellt, wie sie die frisch gegossene Elektrode 10 umgibt. Diese Gießhaut 16 wird vor dem weiteren Verarbeiten der Elektrode 10, d. h. vor dem Eingießen derselben in den Isolatorkörper 4, mittels Kugelstrahlen oder Schleifen aufgerauht, wodurch eine bessere Haftung zwischen der Elektrode 10 und dem Isolatorkörper 4 erreicht wird. Bei dieser Nacharbeit wird darauf geachtet, daß keine Nickelflakes 14 freigelegt werden, da freigelegte, also nicht mehr von Rußpartikeln 15 abgeschirmte Nickelflakes 14, dielektrisch als Spitzen wirken würden.

Die Form der der Eingußarmatur 1a zugewandten Seite der Elektrode 10 ist für deren dielektrische Wirksamkeit ausschlaggebend. Es sind daher neben dem kreisringförmigen auch andere Elektrodenquerschnitte möglich, wenn darauf geachtet wird, daß die der Eingußarmatur 1a zugewandte Oberfläche der Elektrode 10 konvex ausgebildet ist und keine sich dielektrisch ungünstig auswirkenden Ecken oder Kanten aufweist. Die Elektrode 10 kann beispielsweise einen Querschnitt aufweisen, der einem U-Profil entspricht, dessen Schenkel auf der der Eingußarmatur 1a abgewandten Seite der Elektrode 10 liegen. Eine weitere, einfach herzustellende Elektrodenvariante ergibt sich, wenn statt des U-Profils eine massive ringförmig ausgebildete Elektrode 10 mit einem halbkreisförmigen Querschnitt verwendet wird, dessen der Eingußarmatur 1a zugewandte Oberfläche konvex ausgebildet ist.

Die Elektrode 10 ist elektrisch leitend mit den Ringen 6, 7 und damit mit dem Potential der Anschlußflansche 2, 3 verbunden. Diese Verbindung wird durch elektrisch leitende Verbindungsteile 12 hergestellt, wie in der Fig. 1 dargestellt.

Die Verbindungsteile 12 sind auf eine der bekannten Arten mit den metallischen Ringen 6, 7 flexibel verbunden. In der Regel werden mehrere dieser Verbindungsteile 12 verteilt auf dem Umfang der Elektrode 10 angebracht. Die Verbindungsteile 12 werden vorteilhaft so ausgebildet, daß sie während des Gießvorgangs und während des nachfolgenden Aushärtens des Isolatorkörpers 4 als mechanische Halterung der Elektrode 10 dienen können.

Der Bereich um die Eingußarmatur 1a kann mit einer weiteren Elektrode versehen sein, die ähnlich wie die beschriebene Elektrode 10 ausgebildet ist und auch ähnlich wirkt. Nachfolgend wird jedoch nur der Aufbau der Elektrode 10 beschrieben.

1. Ausführungsbeispiel

Die Fig. 2 zeigt einen schematisch dargestellten, stark vergrößerten Schnitt durch eine diesem Ausführungsbeispiel entsprechende Materialprobe.

Die Gießharzmatrix 13 der Elektrode 10 wird aus Araldit CY 225 (Araldit ist ein eingetragenes Warenzeichen der Firma CIBA-GEIGY) und einem Härter HY 925 der Firma CIBA-GEIGY gemischt, und zwar werden 100 Gewichtsteile Araldit CY 225 mit 80 Gewichtsteilen Härter HY 925 gemischt. Diesem Gemisch werden 220 Gewichtsteile eines Pulvers aus Nickelflakes HCA-1 beigemischt. Die elektrisch leitenden Nickelflakes HCA-1 werden von der Firma Novamet Specialty Products Corporation, 10 Lawlins Park, Wyckhoff, NJ 07481, mit den bereits beschriebenen Teilchengrößen hergestellt. Ferner werden diesem Gemisch 5 Gewichtsteile Ruß CONDUCTEX 975 mit den bereits beschriebenen Teilchengrößen beigemischt, wie ihn die Firma Columbian Chemicals Company, 1600 Parkwood Circle, Atlanta, Georgia 30339, liefert.

Aus diesem gießfähigen Gemisch wird mit Hilfe einer Gießform der Rohling der Elektrode 10 gegossen. Das Aushärten erfolgt in bekannter Weise bei erhöhter Temperatur, wobei sich eine Gießhaut 16 ausbildet, welche die Elektrode 10 einhüllt. Nach der Entnahme des abgekühlten Rohlings aus der Gießform wird dieser kugelgestrahlt, die Oberfläche der elektrisch leitenden Gießhaut 16 wird dadurch aufgerauht. Nach einem Entfettungsvorgang wird die Elektrode 10 in bekannter Weise in den Isolatorkörper 4 eingegossen.

2. Ausführungsbeispiel

Die Fig. 3 zeigt einen schematisch dargestellten, stark vergrößerten Schnitt durch eine diesem Ausführungsbeispiel entsprechende Materialprobe.

Die Gießharzmatrix 13 der Elektrode 10 wird aus Araldit CY 225 (Araldit ist ein eingetragenes Warenzeichen der Firma CIBA-GEIGY) und einem Härter HY 925 der Firma CIBA-GEIGY gemischt, und zwar werden 100 Gewichtsteile Araldit CY 225 mit 80 Gewichtsteilen Härter HY 925 gemischt. Diesem Gemisch werden 100 Gewichtsteile eines Pulvers aus Nickelflakes HCA-1 beigemischt. Die elektrisch leitenden Nickelflakes HCA-1 werden von der Firma Novamet Specialty Products Corporation, 10 Lawlins Park, Wyckhoff, NJ 07481, mit den bereits beschriebenen Teilchengrößen hergestellt. Zudem werden dem Gemisch 450 Gewichtsteile von sphärisch ausgebildeten Nickelpartikeln 17 beigemischt. Diese sphärisch ausgebildeten Nickelpartikel 17 weisen eine Teilchengröße von 20 µm bis 120 µm auf, wobei die größte Fraktion dieser Partikel eine Teilchengröße im Bereich um 60 µm aufweist. Ferner werden diesem Gemisch 4 Gewichtsteile Ruß CONDUCTEX 975 mit den bereits beschriebenen Teilchengrößen beigemischt, wie ihn die Firma Columbian Chemicals Company, 1600 Parkwood Circle, Atlanta, Georgia 30339, liefert.

Dieses gießfähige Gemisch wird weiter verarbeitet, wie dies beim ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist.

3. Ausführungsbeispiel

Die Fig. 4 zeigt einen schematisch dargestellten, stark vergrößerten Schnitt durch eine diesem Ausführungsbeispiel entsprechende Materialprobe.

Die Gießharzmatrix 13 der Elektrode 10 wird aus Araldit CY 225 (Araldit ist ein eingetragenes Warenzeichen der Firma CIBA-GEIGY) und einem Härter HY 925 der Firma CIBA-GEIGY gemischt, und zwar werden 100 Gewichtsteile Araldit CY 225 mit 80 Gewichtsteilen Härter HY 925 gemischt. Diesem Gemisch werden 600 Gewichtsteile von sphärisch ausgebildeten Nickelpartikeln 17 beigemischt. Diese sphärisch ausgebildeten Nickelpartikel 17 weisen eine Teilchengröße von 20 µm bis 120 µm auf, wobei die größte Fraktion dieser Partikel eine Teilchengröße im Bereich um 60 µm aufweist. Ferner werden diesem Gemisch 8 Gewichtsteile Ruß CONDUCTEX 975 mit den bereits beschriebenen Teilchengrößen beigemischt, wie ihn die Firma Columbian Chemicals Company, 1600 Parkwood Circle, Atlanta, Georgia 30339, liefert.

Dieses gießfähige Gemisch wird weiter verarbeitet, wie dies beim ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist.

4. Ausführungsbeispiel

Die Fig. 2 zeigt einen schematisch dargestellten, stark vergrößerten Schnitt durch eine diesem Ausführungsbeispiel in etwa entsprechende Materialprobe. Dieses Material ist besonders für Baugruppen, welche für eine Freiluftaufstellung vorgesehen sind, geeignet.

Die Gießharzmatrix 13 der Elektrode 10 wird aus Araldit CY 184 (Araldit ist ein eingetragenes Warenzeichen der Firma CIBA-GEIGY) und einem Härter HY 1102 der Firma CIBA-GEIGY gemischt, und zwar werden 100 Gewichtsteile Araldit CY 184 mit 90 Gewichtsteilen Härter HY 1102 gemischt. Diesem Gemisch werden 250 Gewichtsteile eines Pulvers aus Nickelflakes HCA-1 beigemischt. Die elektrisch leitenden Nickelflakes HCA-1 werden von der Firma Novamet Specialty Products Corporation, 10 Lawlins Park, Wyckhoff, NJ 07481, mit den bereits beschriebenen Teilchengrößen hergestellt. Ferner werden diesem Gemisch 6 Gewichtsteile Ruß CONDUCTEX 975 mit den bereits beschriebenen Teilchengrößen beigemischt, wie ihn die Firma Columbian Chemicals Company, 1600 Parkwood Circle, Atlanta, Georgia 30339, liefert.

Dieses gießfähige Gemisch wird weiter verarbeitet, wie dies beim ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist.

Die Elektrode 10 kann auch aus anderen Materialien gefertigt werden, wobei jedoch stets darauf geachtet werden muß, daß der Ausdehnungskoeffizient der Elektrode 10 dem Ausdehnungskoeffizienten des jeweiligen Isolatorkörpers 4 angeglichen sein muß. Als Material für die Gießharzmatrix 13 können Duromere, Thermoplaste, Elastomere oder intrinsisch leitfähige Kunststoffe, wie beispielsweise Polypyrole, verwendet werden. Es ist auch vorstellbar, die Gießharzmatrix durch gießbare Keramiken zu ersetzen. Als etwas groberer Füllstoff können außer den Nickelflakes oder in Kombination mit diesen auch Stahlflakes oder Messingflakes oder versilberte Kupferflakes oder sphärisch ausgebildete Nickelpartikel eingesetzt werden oder auch Partikel von TiC, TiB&sub2;, Cu und Cu-Legierungen. Diese Partikel können auch in Faserform verwendet werden, wobei die Flakes oder die Fasern zusätzlich mit Hilfe von beigemischten, niedrig schmelzenden Lotpartikeln lokal verbunden werden können. Als feinkörnigerer Füllstoff können außer dem Ruß oder in Kombination mit ihm halbleitende oder leitende Nanopartikel wie beispielsweise SnO&sub2;, ZnO, SiC, RuO&sub2;, Fe&sub3;O&sub4;, Si, TiB&sub2;, diverse Metalle oder Polyanilin verwendet werden. Ferner ist es denkbar, in Kombination oder allein, auch Füllstoffe mit dielektrischen Eigenschaften in Nanopartikelgröße wie TiO&sub2;&sub1; BaTiO&sub3;, und TiOx einzusetzen. Die Nanopartikel weisen dabei eine Teilchengröße im Bereich von 1 nm bis 500 oder 1000 nm auf. Die Füllstoffe TiO&sub2;, BaTiO&sub3;, und TiOx weisen eine vergleichsweise hohe Dielektrizitätszahl auf, so daß mit ihrer Hilfe die auf der Elektrode 10 im Bereich der Spitzen des leitenden Gerüsts, also im Mikrobereich, sich ausbildenden Ladungen kapazitiv abgebaut werden können, so daß das elektrische Feld lokal geglättet wird.

Weitere Füllstoffe können zudem beigemischt werden, um die Eigenschaften des Isolators den jeweils gestellten Anforderungen anzupassen. Um die mechanische Festigkeit von Isolatoren und Elektroden zu erhöhen, werden üblicherweise auch Quarzpartikel und/oder Korundpartikel als Füllstoff beigemischt. Die Quarzpartikel und/oder Korundpartikel können auch dafür verwendet werden, unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten bei Elektrode und Isolatorkörper einander anzugleichen. Ferner kann auch die Viskosität der Gießharzmatrix 13 mittels Füllstoffen optimiert werden, um eine gute Vergießbarkeit derselben zu erreichen.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise werden nun die Figuren etwas näher betrachtet. Am scheibenförmigen Stützisolator 1 treten im Betrieb thermische, mechanische und elektrische Belastungen auf. Diese Belastungen werden zum einen dadurch hervorgerufen, daß sich die Eingußarmatur auf Hochspannungspotential befindet, und daß sie und die an sie angeschlossenen Aktivteile hohe Ströme führen, zum anderen auch dadurch, daß bei als Schottisolatoren ausgebildeten Stützisolatoren 1 in den an diese angrenzenden Gasräumen der gasisolierten Schaltanlage häufig unterschiedliche Gasdrücke herrschen. Durch die hohen Ströme wird der Stützisolator 1 erwärmt. Hierdurch wie auch durch die unterschiedlichen Drücke des Isoliergases in den verschiedenen Gasräumen treten mechanische Spannungen im Stützisolator 1 auf. Insbesondere an Stellen, an denen Kraft in den Stützisolator 1 eingeleitet wird, d. h. sowohl im Bereich um die Anschläge 8 als auch im Bereich um die Eingußarmatur 1a herum, treten erhebliche mechanische Spannungen auf. Zugleich belastet das elektrische Feld zwischen den mit der Eingußarmatur 1a verbundenen Aktivteilen und der Metallkapselung den Stützisolator 1 stark. Von den mechanisch besonders belasteten Stellen im Bereich um die Anschläge 8 hält die im Bereich der Anschlußflansche 2, 3 vorgesehene Elektrode 10 das elektrische Feld fern, was sich auf die Dauerstandsfestigkeit des Stützisolators 1 positiv auswirkt.

Die Elektrode 10 ist hier als geschlossener, einfach herzustellender und vergleichsweise einfach weiter zu verarbeitender Ring ausgeführt. Ablösungen des Gießharzes des Isolatorkörpers 4 von der Elektrode 10 können hier mit großer Sicherheit nicht auftreten, da das Material der Elektrode 10 und das Material des Isolatorkörpers 4 keine unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen und da hier zudem auch eine gute chemische Bindung vorliegt.

Die gute elektrische Leitfähigkeit der Elektrode 10 hat zur Folge, daß die Feldsteuerung, die mit Hilfe der Elektrode 10 erreicht wird, auch im Bereich hoher Frequenzen der den Stützisolator 1 beaufschlagenden Spannung voll wirksam ist. Es sind Frequenzen bis zum Bereich oberhalb von 100 MHz beherrschbar. Dadurch wird auch der zusätzliche Einsatz dieser Elektrode 10 als Teil eines Sensors für die Überwachung der gasisolierten Schaltanlage möglich. Insbesondere ist dabei an die zusätzliche Verwendung der Elektrode 10 als eine Elektrode eines einfach zu erstellenden Teilentladungsdetektors vorstellbar. Die elektrische Leitfähigkeit der beigemischten Füllstoffe ist in einem Frequenzbereich von etwa 100 Hz bis > 1 MHz stabil. Wenn die Elektrode 10 als Elektrode eines Teilentladungsdetektors verwendet werden soll, so kann es vorteilhaft sein, in diesem Fall den Isolatorkörper 4 so auszubilden, daß er die Elektrode 10 nicht vollständig umschließt.

Der grobkörnigere elektrisch leitende Füllstoff bildet ein Gerüst, welches die elektrische Leitfähigkeit der Elektrode 10 gewährleistet, während der feinkörnigere elektrisch leitende Füllstoff die Ecken und Kanten dieses Gerüstes dielektrisch glättet, so daß die Oberfläche der Elektrode 10 als dielektrisch glatt anzusehen ist.

Bezugszeichenliste

1 Stützisolator

1a Eingußarmatur

2, 3 Anschlußflansch

4 Isolatorkörper

5 Außenring

6, 7 Ringe

6a, 7a Nuten

8 Anschlag

9 Rundschnurdichtung

10 Elektrode

11 Gewindebolzen

12 Verbindungsteile

13 Gießharzmatrix

14 Nickelflakes

15 Rußpartikel

16 Gießhaut

17 sphärisch ausgebildete Nickelpartikel


Anspruch[de]
  1. 1. Isolator für den Einbau in eine Hochspannungsschaltanlage, mit einem Isolatorkörper (4) aus gehärtetem Gießharz und mit mindestens einer mit Hochspannung beaufschlagten, in den Isolatorkörper (4) eingegossenen, metallischen Eingußarmatur (1a), mit mindestens einer in den Isolatorkörper (4) eingegossenen, elektrisch leitenden Elektrode (10), mit Verbindungsteilen (12), welche für die elektrische Verbindung der mindestens einen Elektrode (10) mit jeweils einem entsprechend zugeordneten Potential vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet,
    1. - daß die mindestens eine in den Isolatorkörper (4) eingegossene Elektrode (10) aus einem gießbaren Formstoff gefertigt ist, und
    2. - daß in diesen Formstoff mindestens ein grobkörniger elektrisch leitender und zudem mindestens ein feinkörniger elektrisch leitender Füllstoff eingelagert ist.
  2. 2. Isolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    1. - daß als grobkörniger elektrisch leitender Füllstoff Nickelflakes (14) oder sphärisch ausgebildete Nickelpartikel (17) oder eine Mischung beider vorgesehen ist, und
    2. - daß als feinkörniger elektrisch leitender Füllstoff Rußpartikel (15) vorgesehen sind.
  3. 3. Isolator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
    1. - daß die Nickelflakes (14) eine Teilchengröße im Bereich von 2 µm bis 100 µm aufweisen, wobei die größte Fraktion dieser Nickelflakes (14) eine Teilchengröße im Bereich um 30 µm aufweist, und
    2. - daß die Rußpartikel (15) eine Teilchengröße im Bereich von 5 nm bis 1 µm aufweisen.
  4. 4. Isolator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
    1. - daß die sphärisch ausgebildeten Nickelpartikel (17) eine Teilchengröße von 20 µm bis 120 µm aufweisen, wobei die größte Fraktion dieser Partikel eine Teilchengröße im Bereich um 60 µm aufweist, und
    2. - daß die Rußpartikel (15) eine Teilchengröße im Bereich von 5 nm bis 1 µm aufweisen.
  5. 5. Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
    1. - daß der Formstoff eine Gießharzmatrix (13) aufweist, und
    2. - daß diese Gießharzmatrix (13) der Elektrode (10) entweder aus dem gleichen Isoliermaterial besteht wie der Isolatorkörper (4) oder aus einem Isoliermaterial dessen Ausdehnungskoeffizient dem des Isoliermaterials des Isolatorkörpers (4) angeglichen ist.
  6. 6. Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
    1. - daß die Elektrode (10) kreisringförmig ausgebildet ist, und
    2. - daß dieser Ring einen kreisförmigen oder einen elliptischen Querschnitt aufweist.
  7. 7. Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
    1. - daß die Elektrode (10) einen Querschnitt aufweist, der einem U-Profil entspricht, dessen Schenkel auf der der Eingußarmatur (1a) abgewandten Seite der Elektrode (10) liegen.
  8. 8. Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
    1. - daß der Isolator als Stützisolator (1) ausgebildet ist, der bei metallgekapselten gasisolierten Schaltanlagen zwischen Anschlußflanschen (2, 3) montiert ist, und
    2. - daß die Elektrode (10) im Bereich der Anschlußflansche (2, 3) angeordnet ist.
  9. 9. Isolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    1. - daß als feinkörniger Füllstoff elektrisch leitende oder halbleitende Nanopartikel wie RuO&sub2;, TiB&sub2;, Pb-Sn Lot, ZnO, SnO&sub2;, SiC, Fe&sub3;O&sub4;, Si und CdS eingesetzt werden.
  10. 10. Isolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    1. - daß als feinkörniger elektrisch leitender Füllstoff Nanopartikel mit hoher Dielektrizitätszahl wie TiO&sub2;, BaTiO&sub3; und TiOx eingesetzt werden.
  11. 11. Isolator nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    1. - daß als feinkörniger elektrisch leitender Füllstoff Nanopartikel mit hoher Dielektrizitätszahl wie TiO&sub2;, BaTiO&sub3; und TiOx in Verbindung mit elektrisch leitenden Rußpartikeln (15) oder elektrisch leitenden oder halbleitenden Nanopartikel wie RuO&sub2;, TiB&sub2;, Pb-Sn Lot, ZnO, SnO&sub2;, SiC, Fe&sub3;O&sub4;, Si und CdS eingesetzt werden.






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