DE19950110A1

DE19950110A1 - Supporting insulator has protective body contg. material with lower dielectric constant than insulating body and/or with structure with lower mean dielectric constant

Info

Publication number: DE19950110A1
Application number: DE1999150110
Authority: DE
Inventors: Christoph Heitz; Marco Piemontesi
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Priority date: 1999-10-18
Filing date: 1999-10-18
Publication date: 2001-04-19

Abstract

The supporting insulator has an insulating body (3) and at least one protective body (6) at least partly forming the surface of the insulator. The protective body contains a material with a lower dielectric constant than the material of the insulating body and/or has a structure with a lower mean dielectric constant than the material of the insulating body.

Description

TECHNICAL AREA

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem elektrischen Isolator nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ein derartiger Isolator wird beispielsweise in der Mittel- und Hochspannungstechnik zum Abstützen eines spannungsführenden Leiters gegenüber geerdeten Teilen einer Anlage verwendet.The invention is based on an electrical insulator according to the Preamble of claim 1. Such an insulator is used for example in the Medium and high voltage technology to support a live conductor used against earthed parts of a system.

STATE OF THE ART

Ein elektrischer Isolator der eingangs genannten Art ist beispielsweise in DE 40 07 337 A1 beschrieben. Bei diesem Isolator sind Oberflächen eines Isolatorkörpers mit einer isolierenden Glasurmasse mit hoher Dielektrizitätskonstante zur Feldsteuerung überzogen.An electrical insulator of the type mentioned at the outset is, for example, in DE 40 07 337 A1 described. In this isolator, surfaces of an isolator body are with a insulating glaze mass with high dielectric constant for field control overdrawn.

Die Oberfläche des Isolatorkörpers ist eine dielektrische Schwachstelle des Isolators. Elektrisch leitende Partikel, wie beispielsweise Metallspäne, die beim Einbau in die Kapselung geraten, oder Ablösungen vom Leiter, die sich durch thermische Zyklen und der daraus resultierenden Bewegung bilden können, haben die Tendenz, aufgrund der hohen Dielektrizitätskonstante des Isolatorkörpers an der Oberfläche des Isolatorkörpers haften zu bleiben. Solche Partikel führen zu einer deutlich niedrigeren Durchschlagsspannung, da das elektrische Feld um die Partikel durch die Nähe des Isolatorkörpers verstärkt wird. The surface of the insulator body is a dielectric weak point of the insulator. Electrically conductive particles, such as metal chips, when installed in the Encapsulation, or detachments from the conductor, caused by thermal cycles and the resulting movement can tend to form due to the high dielectric constant of the insulator body on the surface of the Insulator body stick. Such particles lead to a significantly lower one Breakdown voltage because the electric field around the particles due to the proximity of the Isolator body is reinforced.

In WO 98/22958 ist eine Elektrode zum Steuern elektrischer Felder in einem gasisolierten Raum beschrieben. Diese Elektrode mit einer elektrisch leitenden Oberfläche ist zumindest teilweise mit einem Material beschichtet, welches eine niedrige Dielektrizitätskonstante aufweist. Das Material enthält beispielsweise einen porösen Schaum, der dank dem eingeschlossenen Gas annähernd die gleiche Dielektrizitätskonstante aufweist wie das umgebende Gas, jedoch mit gegenüber dem Gas erhöhter dielektrischer Festigkeit.In WO 98/22958 is an electrode for controlling electric fields in one described gas-insulated room. This electrode with an electrically conductive Surface is at least partially coated with a material that has a has low dielectric constant. For example, the material contains one porous foam, which is almost the same thanks to the enclosed gas Dielectric constant has like the surrounding gas, but with compared to Gas with increased dielectric strength.

SUMMARY OF THE INVENTION

Der Erfindung, wie sie in Patentanspruch 1 angegeben ist, liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Isolator zu schaffen, der sich trotz einem kompakten Aufbau bei hoher dielektrischer Belastung durch eine hohe Betriebssicherheit auszeichnet.The invention as set out in claim 1 is based on the object to create an electrical insulator that despite a compact structure high dielectric load is characterized by high operational reliability.

Die Oberfläche des Isolators mit einem Isolatorkörper ist zumindest teilweise aus einer Schicht gebildet. Diese Schicht enthält ein Material, welches im Vergleich zum Material des Isolatorkörpers eine sehr niedrige Dielektrizitätskonstante aufweist. Dadurch kann im Bereich eines auf der Oberfläche des Isolators befindlichen leitenden Partikels eine zu grosse Feldüberhöhung vermieden werden. Um eine möglichst geringe Feldüberhöhung zu erreichen, sollte die Schicht wenigstens die Dicke aufweisen, die der maximal zu berücksichtigenden Länge der Partikel entspricht.The surface of the insulator with an insulator body is at least partially made of one Layer formed. This layer contains a material that is compared to the material of the insulator body has a very low dielectric constant. This can in the area of a conductive particle located on the surface of the insulator excessive field elevation can be avoided. To be as low as possible To achieve field elevation, the layer should have at least the thickness that corresponds to the maximum length of the particles to be taken into account.

In einer vorteilhaften Ausführungsform enthält das Material der Schicht einen Schaum. Ein den Isolator umgebendes, gasförmiges Medium dringt in die Poren des Schaums ein wodurch eine dielektrische Festigkeit des Schaums erreicht wird, die nahezu der des gasförmigen Mediums entspricht. Ganz besonders vorteilhaft sind syntaktische Schäume, da die Grösse der Poren gut kontrolliert werden kann, was für die dielektrische Festigkeit des Materials von grosser Bedeutung ist.In an advantageous embodiment, the material of the layer contains a foam. A gaseous medium surrounding the insulator penetrates into the pores of the foam a whereby a dielectric strength of the foam is achieved, which is almost the corresponds to the gaseous medium. Syntactic ones are particularly advantageous Foams, because the size of the pores can be controlled well, which for the dielectric strength of the material is of great importance.

Ist der Isolator an einer geerdeten Halterung befestigt und/oder stützt er einen elektrischen Leiter, so ist die Verwendung eines flexiblen oder elastischen Schaumes besonders vorteilhaft. Dieser ist an dem Leiter und/oder an der geerdeten Halterung entlanggeführt, und verhindert so das Eindringen von Partikeln in einen allfällig vorhandenen Spalt zwischen Isolatorkörper und Schicht. Is the insulator attached to a grounded bracket and / or supports one electrical conductor, so is the use of a flexible or elastic foam particularly advantageous. This is on the conductor and / or on the grounded bracket guided along, and thus prevents the penetration of particles in a possible existing gap between insulator body and layer.

Ein gasisoliertes System mit derart ausgebildeten Isolatoren kann kompakter und billiger realisiert und für höhere Spannungen ausgelegt werden, und weist zudem eine höhere Lebenserwartung auf.A gas-insulated system with such insulators can be more compact and realized cheaper and designed for higher voltages, and also has a higher life expectancy.

BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt:The invention is explained in more detail below with reference to drawings. Here shows:

Fig. 1 eine Aufsicht auf einen axial geführten Schnitt durch den oberen Teil einer Anordnung mit einer ersten Ausführung des Isolators nach der Erfindung, Fig. 1 is a plan view of an axial section through the upper part of an arrangement with a first embodiment of the insulator according to the invention,

Fig. 2 eine Aufsicht auf einen axial geführten Schnitt durch den oberen Teil einer Anordnung mit einer zweiten Ausführung des Isolators nach der Erfindung, Fig. 2 is a plan view of an axial section through the upper part of an arrangement with a second embodiment of the insulator according to the invention,

Fig. 3 eine Aufsicht auf einen axial geführten Schnitt durch eine Testvorrichtung mit einem Isolators nach dem Stand der Technik, und Fig. 3 is a plan view of an axially guided section through a test device with an isolator according to the prior art, and

Fig. 4 eine Aufsicht auf einen axial geführten Schnitt durch eine Testvorrichtung mit einem Isolators nach der Erfindung. Fig. 4 is a plan view of an axially guided section through a test device with an insulator according to the invention.

WAY OF CARRYING OUT THE INVENTION

In allen Figuren beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleichwirkende Teile.In all figures, the same reference numerals refer to parts having the same effect.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung mit einem elektrischen Leiter 1, einer den Leiter umgebenden, geerdeten, rohrförmig und druckfest ausgebildeten Kapselung 2 und einem scheibenförmig ausgebildeten Isolatorkörper 3 aus Epoxy-Materialien oder aus anderen Feststoffen mit einer relativ hohen Dielektrizitätskonstante zwischen 4 und 6. Der Isolatorkörper 3 ist an der Kapselung 2 befestigt. Zwischen dem Leiter 1 und der Kappselung 2 befindet sich ein Hohlraum 7, der mit einem gasförmigen Medium gefüllt ist, zum Beispiel SF₆, unter atmosphärischem oder höherem Druck. Im Bereich von leiternahen Tripelpunkten T, d. h. von Kontaktstellen zwischen Leiter 1, Isolatorkörper 3 und Hohlraum 7 sind Abschirmungen 4 angebracht. Fig. 1 shows an arrangement with an electrical conductor 1 , surrounding the conductor, grounded, tubular and pressure-resistant encapsulation 2 and a disc-shaped insulator body 3 made of epoxy materials or other solids with a relatively high dielectric constant between 4 and 6. The Insulator body 3 is attached to the encapsulation 2 . Between the conductor 1 and the encapsulation 2 there is a cavity 7 which is filled with a gaseous medium, for example SF ₆ , under atmospheric or higher pressure. Shields 4 are attached in the region of triple points T near the conductor, that is, contact points between conductor 1 , insulator body 3 and cavity 7 .

Der Isolatorkörper 3 weist eine die Oberfläche des Isolators zumindest teilweise bildende Schicht 6 auf. Diese Schicht 6 enthält ein Material mit einer gegenüber dem Material des Isolierkörpers 3 niedrigen Dielektrizitätskonstante, vorzugsweise in der Nähe von 1. Dieses Material kann beispielsweise einen offenporigen Schaum enthalten, welcher dank Gasaustausch mit dem im Hohlraum 7 befindlichen gasförmigen Medium etwa die gleiche dielektrische Festigkeit aufweist, wie das Medium selbst. Ein geschlossenporiger Schaum muss eine genügende dielektrische Festigkeit aufweisen. Der Schaum kann auch syntaktisch sein, das heisst, aus kleinen Hohlkugeln bestehen, die entweder miteinander versintert oder in einer massiven Matrix angeordnet sind. Die Grösse der Poren des syntaktischen Schaums kann variiert werden. Mit kleinen Poren kann eine hohe dielektrische Festigkeit erreicht werden. Weiter kann das Material auch Aerogele, beispielsweise aus Silicon, enthalten, welche sich durch sehr niedrige Dielektrizitätskonstanten und dank der porösen Struktur durch gute dielektrische Festigkeit auszeichnen.The insulator body 3 has a layer 6 which at least partially forms the surface of the insulator. This layer 6 contains a material with a low dielectric constant compared to the material of the insulating body 3 , preferably in the vicinity of 1. This material can contain, for example, an open-pore foam which, thanks to gas exchange with the gaseous medium in the cavity 7, has approximately the same dielectric strength , like the medium itself. A closed-pore foam must have sufficient dielectric strength. The foam can also be syntactic, that is, consist of small hollow spheres that are either sintered together or arranged in a solid matrix. The size of the pores of the syntactic foam can be varied. A high dielectric strength can be achieved with small pores. The material can also contain aerogels, for example made of silicone, which are distinguished by very low dielectric constants and, thanks to the porous structure, by good dielectric strength.

Aufgabe der Schicht 6 ist es, zu verhindern, dass elektrisch leitende Partikel 12 direkt auf dem Isolatorkörper 3 haften bleiben. Die Nähe des Isolatorkörpers 3 mit der relativ hohen Dielektrizitätskonstante würde zu einer Überhöhung der elektrischen Felder in der unmittelbaren Nähe der Partikel 12 führen. Dank der Schicht 6 mit der niedrigen Dielektrizitätskonstante ergeben sich in der Nähe der Partikel 12 geringere Feldüberhöhungen.The task of layer 6 is to prevent electrically conductive particles 12 from sticking directly to insulator body 3 . The proximity of the insulator body 3 with the relatively high dielectric constant would lead to an increase in the electric fields in the immediate vicinity of the particles 12 . Thanks to the layer 6 with the low dielectric constant, there are fewer field increases in the vicinity of the particles 12 .

Die Schicht 6 weist eine Dicke von mindestens 1 mm auf, was der typischen maximal zu berücksichtigenden Länge der Partikel entspricht.The layer 6 has a thickness of at least 1 mm, which corresponds to the typical maximum length of the particles to be taken into account.

Die Schicht 6 kann auf dem Isolatorkörper aufgeklebt sein. Dies ist günstiger, als einen Zwei-Komponenten-Isolatorkörper mit vergleichbarer dielektrischer Festigkeit zu fertigen. Die Schicht kann punktuell aufgeklebt sein, was weniger aufwendig ist, als ein flächiges Verkleben.The layer 6 can be glued to the insulator body. This is cheaper than producing a two-component insulator body with comparable dielectric strength. The layer can be glued on at points, which is less complex than a flat gluing.

Zwischen Isolatorkörper 3 und Schicht 6 kann durchaus ein dünner Hohlraum vorhanden sein, solange gewährleistet ist, dass sich in dem Hohlraum keine elektrisch leitende Partikel befinden.A thin cavity may well be present between the insulator body 3 and the layer 6 , as long as it is ensured that there are no electrically conductive particles in the cavity.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Isolators gemäss Fig. 2 deckt die Schicht 6 allenfalls zwischen Isolatorkörper 3, der Kapselung 2 und der Schicht 6 vorhandene Spalte 8 ab. Dazu enthält die Schicht 6 mit Vorteil ein flexibler Schaum. Die Schicht 6 ist einem Teil der Kapselung 2 entlanggezogen. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass elektrisch leitende Partikel 12 in die Spalte 8 gelangen und dort die dielektrischen Eigenschaften des Isolators beeinträchtigen.In a preferred embodiment of the insulator according to the invention according to FIG. 2, the layer 6 at most covers gaps 8 present between the insulator body 3 , the encapsulation 2 and the layer 6 . For this purpose, layer 6 advantageously contains a flexible foam. The layer 6 is drawn along part of the encapsulation 2 . In this way it can be prevented that electrically conductive particles 12 get into the column 8 and there impair the dielectric properties of the insulator.

Anhand von Experimenten wurde die höhere Durchschlagsspannung eines elektrisch leitenden Teilchens auf einer Schicht mit niedriger Dielektrizitätskonstante nachgewiesen. Fig. 3 und Fig. 4 zeigen eine Testvorrichtung mit zwei Elektroden 10 und 20, von denen die eine mit der Erde verbunden ist, während an der anderen die Prüfspannung (Hochspannung) U anliegt. Zwischen den Elektroden 10 und 20 ist ein herkömmlicher, unbeschichteter Epoxy-Stützer 3 angebracht, der einen Isolatorkörper simulieren soll. Für einen ersten Test (Fig. 3) ist in der Mitte des Stützers 3 ein 4 mm langes, elektrisch leitendes Teilchen 12 geklebt. Für einen zweiten Test (Fig. 4) ist in der Mitte des Stützers 3 eine 6 mm dicke Schicht 6 und darauf das 4 mm lange Teilchen 12 befestigt. Die Testvorrichtung ist von Isoliergas (SF₆) unter erhöhtem Druck (5 bar) umgeben.The higher breakdown voltage of an electrically conductive particle on a layer with a low dielectric constant was verified by means of experiments. Fig. 3 and Fig. 4 show a test device having two electrodes 10 and one of which is connected to earth 20, while the other bears against the test voltage (high voltage) U. A conventional, uncoated epoxy support 3 is attached between the electrodes 10 and 20 and is intended to simulate an insulator body. For a first test ( FIG. 3), a 4 mm long, electrically conductive particle 12 is glued in the middle of the support 3 . For a second test ( FIG. 4), a 6 mm thick layer 6 is fixed in the middle of the support 3 and the 4 mm long particle 12 is fastened thereon. The test device is surrounded by insulating gas (SF ₆ ) under increased pressure (5 bar).

Der zweite Test mit der Schicht 6 auf dem Stützer brachte eine Erhöhung der Durchschlagspannung gegenüber dem ersten Test ohne Beschichtung um rund 75%. Mit der Schicht auf dem Isolatorkörper kann somit die Gefährlichkeit von elektrisch leitenden Partikeln wesentlich reduziert werden.The second test with layer 6 on the support increased the breakdown voltage by around 75% compared to the first test without coating. With the layer on the insulator body, the danger of electrically conductive particles can thus be significantly reduced.

Neben dem Einsatz in gasisolierten Anlagen können solche Isolatoren auch in anderen gekapselten oder nichtgekapselten Anlagen, insbesondere Freiluftanlagen, eingesetzt werden. In addition to use in gas-insulated systems, such insulators can also be used in others encapsulated or non-encapsulated systems, in particular outdoor systems become.

LIST OF DESIGNATIONS

11

Leiter
ladder

22nd

Isolator, geerdete Halterung
Insulator, grounded bracket

33rd

Stützer, Isolator
Supporter, insulator

44th

Abschirmung
shielding

66

Beschichtung
Coating

77

Gasraum
Gas space

88th

Spalt
gap

1010th

, ,

2020th

Elektroden
Electrodes

1212th

Elektrisch leitender Partikel/Teilchen
T Tripelpunkt
U Spannungsquelle
Electrically conductive particles / particles
T triple point
U voltage source

Claims

1. Electrical insulator with an insulator body ( 3 ) and a layer ( 6 ) at least partially forming the surface of the insulator, characterized in that the layer ( 6 ) contains a material with a lower dielectric constant than the material of the insulator body ( 3 ).

2. Insulator according to claim 1, characterized in that the material of the layer ( 6 ) has a dielectric constant less than 2, in particular less than 1.1.

3. Insulator according to one of claims 1 or 2, characterized in that the layer ( 6 ) contains a foam.

4. Insulator according to claim 3, characterized in that the foam is syntactic foam.

5. Insulator according to one of claims 1 or 2, characterized in that the layer ( 6 ) contains an airgel.

6. Insulator according to one of claims 1 to 5, characterized in that the layer ( 6 ) has a thickness of at least 1 mm.

7. Insulator according to one of claims 1 to 6, characterized in that the layer ( 6 ) is glued to the insulator ( 3 ).

8. Insulator according to one of claims 1 to 7, characterized in that the layer ( 6 ) is flexible.

9. Insulator according to one of claims 1 to 8 for supporting an electrical conductor ( 1 ), characterized in that the layer ( 6 ) along part of the conductor ( 1 ) and / or along part of a holder ( 2 ) carrying the insulator. is extended.

10. Insulator according to claim 9, in which a shield ( 4 ) is provided in the region of at least one triple point (T), characterized in that the layer ( 6 ) is drawn into the shield ( 4 ).