DE2017283A1

DE2017283A1 - Isolation arrangement with field control by the ohmic current

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Publication number: DE2017283A1
Application number: DE19702017283
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-04-10
Filing date: 1970-04-10
Publication date: 1971-10-28

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.Isolation arrangement with field control by the ohmic current The invention relates to an insulating arrangement in which the electrical surface field by a Ohmic current is controlled and primarily in the form of a support or Bushing insulator can be used.

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.So far, the insulator with a weakly conductive surface layer has been used for this purpose Mistake. Such isolators are already commercially available, e.g. B. from the 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.In three-phase systems for high voltages, the insulators are equipped with a field-controlling surface layer primarily in the event of strong pollution or salt mist exposure been used. The field-controlling surface layer increases the reduction in insulation, caused by the so-called foreign layer effect and a flashover favored, largely on. In DC systems for high voltages the problem of a reduction in insulation due to foreign layers can be solved even under conditions which are hardly a cause for concern in three-phase systems. The reason for this is that increased drift of charged dirt particles towards the isolator, namely under the Effect of the always rectified field forces; the consequence is one in a short period of time resulting foreign layer, especially on the parts of the insulator where the -electrical Field inhomogeneous and the field strength is high.

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.The field near the insulator surface by field-controlling electrodes Homogenizing the fittings at the insulator ends is essential for insulators that have a small outer diameter, easily possible. Then just hit it a few field lines directly on the surface of the isolator, so that is where it mainly acts the tangential Field component. In isolators, e.g. t. for overhead lines, this procedure can be used with reasonable effort. But here is the weakly conductive surface layer is also possible, some of which have ohmic losses Will not exceed 10 to 100 watts at the isolator.

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.In isolators for devices, e.g. B. for foot insulators of switches and however, the Outer diameter often right according to the conditions of the equipment be great. Insulators with large diameters are against insulation degradation Foreign layers, however, are particularly endangered, according to a recent computational investigation (cf. Elektrotechnische Zeitschrift, Edition A, Vol. 90, 1969, pp. 687-689) has and how experiences from high-voltage direct current transmission systems endure. The foreign layer problem could also be solved here - albeit with much greater effort for material and control current losses - with the help of large field homogenizing end electrodes to solve. However, a poorly conductive surface layer would do this job more effectively to be able to solve.

Der hierbei entstehende Aufwand ist aber völlig unwirtschaftlich, und die technische Verwirklichung kann z. B.The effort involved is completely uneconomical, and the technical realization can e.g. B.

aus Raumgründen oder durch zu hohe Steuerstrpmverluste erhebliche Schwierigkeiten verursachen.considerable for reasons of space or due to excessive control speed losses Cause trouble.

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.With the help of the invention should now be particularly for the insulating assembly of an isolator with a large outer diameter and for their high risk insulation-reducing foreign layers in systems with high DC voltage the foreign layer largely avoided. For this, the field-controlling function is not the great one Surface of the mechanically stressed and operational tasks Mastered support or housing insulator transferred, but it will be according to the invention special rod or chain insulators with small diameters for field control, which are weakly conductive, e.g. B. in their Surface layer, and which surround the support insulator like a trap, provided. Experience has shown that the big one The advantage of an Iflolator with a small diameter, i.e. the field-controlling one provided here The rod against which the foreign layer is exposed can be used to the full for this solution will. The losses due to the control current remain low, because also the sum of all weakly conductive layers on the field-controlling rods or chains still result a much higher loss resistance than the weakly reflective large surface of the support insulator would result.

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.The field-controlling effect of the weakly conductive rods or chains is based according to the invention on their shielding effect in relation to the surface of the support insulator, by the field-deforming effect of external conductive parts of any potential, such as fittings, ladders or earthed housings and scaffolding, only a minor so-called Field penetration can have on the surface of the support insulator.

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.The design of the trap-like attachment of the field-controlling rods or chains in the immediate vicinity - the suspension isolator hangs first Line from the requirement for a low external field penetration. For this can it make sense to use a few rods or chains with a larger diameter in a larger one To arrange distance from the surface of the support insulator, however, a greater one Number of these smaller diameter rods or chains closer to the surface of the suspension isolator.

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.The decision must be made for the prescribed parameters by measurement or calculation of the electric field. This will also have to be decided be whether the rods or chains as it were on the outer surface of a cylindrical or frustoconical fish trap shape should surround the support insulator, whether they are radial staggered, so to speak in several partial traps that surround each other are and whether they are the same or 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.narrower, z. T. further mutual distance from each other to have have to. The magnitude of the conductance of the rods or chains is important in these considerations to be included. The structural preconditions of the environment may also make it necessary make that the boundaries of the rod or chain trap deviate from the circular line and should have the shape of an elongated curve similar to the ellipse.

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.Another consideration that assumes that the field-controlling Rods or chains should have the longest possible creepage distance, leads to the suggestion that to incline the axis of the rods or chains with respect to the axis of the support insulator. The shape of the trap then resembles a 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.The field-controlling rods or chains can also be considered to transfer mechanical partial functions, so they with tensile and bending forces claim to help bracing the supporting structure of the isolator. And vice versa It may be necessary under conditions that particularly favor the formation of a foreign layer appear that the support insulator is covered by an extremely low conductive surface layer the field-controlling function of the bars or chains surrounding it is supported.

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.In one embodiment, which is shown in Fig. 1, should the inventive concept will be explained. The support insulator (1) is designed as an insulator which can be used as a support with great breaking strength, with a relatively large outer diameter shown. In the upper part of Fig. 1, which is the side view shows the entire insulation arrangement, it can be seen that at the ends of the support insulator Fittings (2) are provided, which already have some field-controlling effect can, but are mainly intended to protect against arcing. Between the fittings the weakly conductive rods or chains (3) are attached that form the support insulator Surrounded like a trap and have the main task of creating the field on the surface of the support insulator to be controlled so that it is largely homogeneous and that an essential Field penetration of external conductive parts of any potential onto the insulator surface is prevented. In the lower part of Fig. 1 in section A-A is the cross section through the isolation arrangement drawn in which the mutual assignment of the support insulator (1) and the field-controlling rods (3) can be seen.

Claims

Isolation arrangement with field control by the ohmic current

Claims: 1. Isolation arrangement, its electrical surface field is controlled by an ohmic current, in particular as a support or bushing insulator on devices in high-voltage direct current transmission systems, characterized in that that the field-controlling current on weakly conducting rod or chain insulators (3) flows, which surround a support insulator (1) in the manner of a trap.

2. Insulating arrangement according to claim 1, characterized in that the conductance and the diameter of the field-controlling rods or chains as well as their Number and mutual distance are coordinated so that a certain low field penetration of external conductive parts of any potential the surface of the support insulator is not exceeded.

3. Insulation arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that that the trap formed from the field-controlling rods or chains is a circular cylindrical one Shape or a circular truncated cone shape or a cylindrical or conical shape with elongated, the ellipse-like boundary, the mutual distance the rods or chains can be the same or different sizes.

4. insulating arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that that the field-controlling rods or chains are staggered radially from one another and form two or more enclosing sub-pots of any shape.

5. insulating arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that that the axes of the field-controlling rods or chains against the axis of the support insulator are inclined, creating a hyperboloid trap shape.

6. insulating arrangement according to claim 1 to 5, characterized in that -that the field-controlling rods or chains are suitable, a certain proportion to take over from mechanical tensile and bending forces, so that they the support insulator partially brace against the breaking forces.

7. insulating arrangement according to claim 1 to 6, characterized that a very weakly conductive surface layer of the support insulator also has a certain effect Share of field-controlling effect in addition to the mainly field-controlling rods or Ketten takes over.

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