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Dokumentenidentifikation DE19952719B4 15.07.2004
Titel Isolator für eine Hochspannungsschaltanlage
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Lorenz, Dieter, 12207 Berlin, DE;
Meinherz, Manfred, 13467 Berlin, DE;
Grund, Armin, 13629 Berlin, DE
DE-Anmeldedatum 26.10.1999
DE-Aktenzeichen 19952719
Offenlegungstag 08.06.2000
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 15.07.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.07.2004
IPC-Hauptklasse H01B 17/14
IPC-Nebenklasse H02B 5/06   

Beschreibung[de]

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektrischen Schalter und ist bei Hochspannungsschaltanlagen anzuwenden, die zur Abstützung von auf Hochspannungspotential liegenden Teilen gegen ein auf Erdpotential liegendes Tragelement einen aus Gießharz bestehenden Isolator aufweisen, der im Bereich zwischen den beiden Anschlußarmaturen einen nicht mit Gießharz ausgefüllten Bereich aufweist.

Bei einer bekannten druckgasisolierten Hochspannungsschaltanlage ist zum Antrieb des Schaltstiftes eines Schubtrenners ein als Isolierstoffwelle bezeichneter zylindrischer Isolator vorgesehen, der sich mit seiner einen Stirnfläche an der Metallkapselung abstützt und an dessen anderer Stirnfläche sich eine mit einem Zahnrad versehene Welle zum Antrieb des Schaltstiftes abstützt. Der Isolator ist dabei mit Rippen zur Verbesserung der Kriechweglänge versehen (DE 15 40 513 A1).

Bei einer anderen bekannten druckgasisolierten, metallgekapselten Hochspannungsschaltanlage ist zum Antrieb eines Trennschalters ein Isolator vorgesehen, der aus einem hohlen Gießharzkörper besteht, welcher erdseitig und hochspannungsseitig mit rotationssymmetrischen Anschlußarmaturen versehen ist. Der Gießharzkörper ist aus zwei hutartigen Teilen zusammengesetzt, wobei jedes hutartige Teil zwei Abschnitte wesentlich verschiedenen Durchmessers aufweist und der Abschnitt kleineren Durchmessers in den Abschnitt größeren Durchmessers hineinragt. Diese Ausgestaltung führt bei geringer axialer Länge zu einer großen Kriechweglänge und auch zu einer besonders langen Durchschlagstrecke im Isolierstoff. Die hohle Ausgestaltung führt außerdem zu Materialeinsparungen (DE 21 42 119 B1).

Zur Abstützung von auf Hochspannungspotential liegenden Leitern in gekapselten Hochspannungsanlagen sind weiterhin säulenförmige Isolatoren bekannt, die im Bereich ihrer Anschlußflächen eine Ausnehmung aufweisen, die mit einer leitfähigen Schicht versehen ist und in der ein Metallzapfen sitzt, der einen Bolzen zur Befestigung des Leiters aufnimmt. Die Anordnung der Metallzapfen und der leitfähigen Schicht dient dabei zur Senkung der Spannungsgradienten in den kritischen Bereichen, die in der Nähe der Anschlußstellen des Isolators an die Leiter liegen (CH 512 810, 2).

Als Träger von Befestigungsmitteln für die Enden von Kabeln sowie von elektrischen Geräten wie Schaltern ist weiterhin ein Stützisolator bekannt, der bevorzugt aus einem thermoplastischen Kunststoff wie Polyamid gefertigt ist und konstruktiv aus zwei mit Abstand ineinanderliegenden Rohren besteht, die durch radiale Längsstege und eine Querwand verbunden sind. In die Enden des inneren Rohres sind dabei metallene Gewindebuchsen eingelassen, die zum Befestigen des Stützers auf eine Unterlage und zum Anbringen von Armaturen und Geräten dienen. Die Höhe eines solchen Stützers richtet sich nach der jeweils anliegenden Spannung. – Ein derartiger Stützisolator weist somit einen oberen und einen unteren Anschlußbereich auf, wobei die Enden der beiden Rohre und die Stege eine Anschlußfläche bilden, und enthält im Innern des äußeren Rohres drei sich axial erstreckende Hohlräume (DD 68 546).

Bei einem anderen bekannten, aus Gießharz bestehenden Stützisolator sind die am Kopf- und Fußende eingebetteten Lager für die Anschlußarmaturen als zylindrische Zapfen mit anschließendem Kugelkopf gestaltet. Wenigstens eines dieser beiden Lager kann nach innen versetzt im Isolierkörper angeordnet sein, um die Umbruchsfestigkeit des Stützisolators zu verbessern (DE 17 55 456 U).

Weiterhin ist aus dem US-Patent 2,841,636 ein in einem Wickelverfahren hergestellter Isolator bekannt, in welchem während des Wickelvorganges eingelegte Anschlussarmaturen frei von einer Überdeckung durch eine Feststoffisolierung gegenüberliegend angeordnet sind. Dieser Bereich schwächt den Isolator.

Aus dem deutschen Gebrauchmuster DE 1 713 020 U ist ein Isolator bekannt, der einen einschlussfreien Isolierkörper aufweist, in dem das elektrische Feld des Isolators beeinflussende Armaturen eingegossen oder eingekittet sind.

Außerdem sind aus den Dokumenten US 3,225,133 sowie US 3,449,508 Isolatoren bekannt, welche Öffnungen aufweisen, in welche Gewindebolzen einsteckbar sind.

Der Erfindung liest Aufgabe zugrunde, den konstruktiven Aufbau eines Isolators dahingehend zu vereinfachen, daß er bei kurzer Höhe eine möglichst hohe Spannungsfestigkeit aufweist.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgesehen, durch einen Isolator gemäß Anspruch 1 gelöst.

Ein derart ausgebildeter Isolator zeichnet sich bei kurzer Höhe durch eine große Spannungsfestigkeit, durch geringen Materialverbrauch und durch einfache Herstellung aus. Großflächige Elektroden, die vorzugsweise die Form einer flachen Kuppel haben, vermeiden hohe Spannungsgradienten an der Oberfläche der Elektroden. Durch die Gestaltung des Mittelbereiches mit zwei seitlich angeordneten Wänden wird im Bereich zwischen den beiden Elektroden ein Gasraum geschaffen, der zu einem Gießharz-Gas-Gießharz-Dielektrikum und damit zu einer dielektrischen Entlastung des Gießharzes im Bereich des engsten Elektrodenabstandes führt. Hierzu kann es zweckmäßig sein, wenn die Wände nach außen gewölbt sind. – Der Gießharzkörper ist im übrigen im Bereich des Gasraumes zugänglich, z.B. für Reinigungszwecke. Weiterhin vermeidet die Verbindung der beiden die Elektroden enthaltenden Anschlußbereiche über Wände Gießharzanhäufungen, die beim Abkühlen während der Fertigung zu Lunkerbildungen neigen könnten. Der Materialaufwand kann gegebenenfalls durch fensterartige Durchbrechungen in den Wänden weiter reduziert werden. – Zur Anpassung des neuen Isolators an spezielle dielektrische Verhältnisse kann der Gießharzkörper im übrigen im Bereich der beiden Wände mit einer äußeren und/oder einer inneren Rippe oder mit einer parallel zu den beiden Anschlußflächen verlaufenden Zwischenwand versehen sein.

Ein gemäß der Erfindung ausgebildeter Isolator kann sowohl eine Stützerfunktion wahrnehmen als auch gleichzeitig zur Übertragung eines Drehmomentes dienen. Er kann sowohl in gekapselten Anlagen als auch in Luft verwendet werden.

Vier Ausführungsbeispiele des neuen Isolators sind in den 1 bis 6 dargestellt. Dabei zeigen die 1 bis 3 einen ersten Isolator im Längs- und Querschnitt sowie in Draufsicht,

4 einen zweiten Isolator mit im Bereich der Wände angeordneten Rippen,

5 einen dritten Isolator mit einer im Bereich der Wände angeordneten Zwischenwand und

6 einen vierten Isolator mit in den Wänden angeordneten Fenstern im Längsschnitt.

Die 1 bis 3 zeigen in verschiedenen Darstellungen einen Isolator 1, der aus einem Gießharzkörper 2 und der oberen Anschlußarmatur 3 sowie der unteren Anschlußarmatur 4 besteht. Der Gießharzkörper 2 hat im wesentlichen eine mit Abrundungen versehene quaderförmige Kontur und ist in einen oberen Anschlußbereich 10, einen unteren Anschlußbereich 11 und in einen aus den beiden seitlich angeordneten, einander gegenüberliegenden Wänden 12 und 13 bestehenden Mittenbereich gegliedert. Die beiden rotationssymmetrisch ausgebildeten Anschlußarmaturen 3 und 4 bilden zunächst eine obere und eine untere plane Anschlußfläche 23, 24 und außerdem jeweils eine Elektrode 25, 26 in Form einer flachen Kuppel. Jede Anschlußarmatur ist in den zugehörigen Anschlußbereich des Gießharzkörpers bündig eingebettet. – Durch den aus den zwei Wänden 12 und 13 gebildeten Mittenbereich befindet sich im Zentrum des Isolierkörpers zwischen den beiden als Elektroden dienenden Anschlußarmaturen 3 und 4 ein Gasraum 5.

Bei dem Isolator gemäß 4 sind im Bereich der Wände 14 und 15 jeweils eine äußere Rippe 16 sowie eine innere Rippe 17 vorgesehen, um den Kriechweg zwischen den beiden auf unterschiedlichem Potential liegenden Anschlußarmaturen zu verlängern.

Bei dem Isolator gemäß 5 ist zwischen den beiden Wänden 19 und 20 eine horizontale Zwischenwand 18 vorgesehen.

Bei dem Isolator gemäß 6 ist in den seitlich angeordneten Wänden 21 ein fensterartiger Durchbruch 22 vorgesehen.


Anspruch[de]
  1. Mit einer oberen und einer unteren Anschlußfläche versehener Isolator zur Abstützung von auf Hochspannungspotential liegenden Teilen einer Hochspannungsschaltanlage gegen ein auf Erdpotential liegendes Tragelement,

    bestehend aus einem einteilig gegossenen Gießharzkörper, der in einen oberen und einen unteren Anschlußbereich (10, 11) und einen die beiden Anschlußbereiche verbindenden Mittenbereich (12, 13) gegliedert, jeweils erdseitig und hochspannungsseitig mit einer metallenen, rotationssymmetrischen Anschlußarmatur versehen und im Mittenbereich mit wenigstens einem Hohlraum versehen ist, wobei

    – der Gießharzkörper (2) eine quaderförmige, mit Abrundungen versehene Kontur aufweist und

    – der Mittenbereich aus zwei seitlich angeordneten Wänden (12, 13) besteht,

    – die beiden Anschlußarmaturen (3, 4) als Elektroden (25, 26) ausgebildet und in die beiden Anschlußbereiche derart eingebettet sind, dass die einander zugewandten Bereiche der Anschlußarmaturen mit Gießharz überdeckt sind und

    – die beiden Anschlußarmaturen die obere und die untere, jeweils plan gestaltete Anschlußfläche (23, 24) bilden.
  2. Isolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände (12, 13) nach außen gewölbt sind.
  3. Isolator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gießharzkörper im Bereich der beiden Wände (14, 15) mit einer äußeren und/oder einer inneren Rippe (16, 17) versehen ist.
  4. Isolator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gießharzkörper im Bereich der Wände (19,20) mit einer parallel zu den Anschlußflächen verlaufenden Zwischenwand (18) versehen ist.
  5. Isolator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände (21) des Gießharzkörpers fensterartigen mit Durchbrechungen (22) versehen sind.
  6. Isolator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (25, 26) die Form einer Kuppel haben.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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