DE915464C - Isolator aus organischem Isolierstoff - Google Patents

Description

• Isolator aus organischem Isolierstoff , Wenn ein Isolator aus organischem Isolierstoff Feuchtigkeit aufnimmt, so wird die Spannungsverteilung längs seiner Oberfläche anders als im trockenen Zustand. Die größte Felddichte tritt gewöhnlich in der Nähe der Elektroden auf. Hier bilden sich daher am leichtesten stromschwache Glimmentladungen, während auf dem übrigen Teil der Isolatoroberfläche keine Entladungen auftreten, da der Strom unmittelbar über die feuchte Oberfläche fließt. Die Glimmentladung kann sehr kurz sein, da sie ihre Ansatzpunkte an den feuchten Rändern der abtrocknenden Oberflächenzone hat, die sich von der Länge Null an allmählich durch Abtrocknen verbreitert. Die Länge der Glimmentladung ist somit unbestimmt. Im Anfang ist die Glimmentladung zwar durch den zunächst sehr hohen Widerstand der vorgeschalteten entladungsfreien Kriechstrecke auf eine verhältnismäßig kleine Stromstärke stabilisiert, so daß sie sich nicht zu den stromstarken Entladungsformen eines Glimmbogens oder gar eines Lichtbogens weiterentwickeln kann. Jedoch sinkt infolge des negativen Temperaturkoeffizienten der Widerstand des Strompfades schnell ab, besonders wenn der Feuchtigkeitsgehalt des Isolators schon groß ist, und es bilden sich hocherhitzte Stromwegteile und an ihren Enden stromdichte, durch Verkohlung des Isolierstoffes kriechspurbildende Entladungen aus.
• Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, schon bei geringster Feuchtigkeitsaufnahme des Isolators eine so ungleichmäßige .Spannungsverteilung längs des Oberflächenkriechweges herbeizuführen, daß Stromwärmewirkungen auf Teilen der Oberfläche ausgelöst werden, die diese abtrocknen, noch ehe sich kriechspurbildende Entladungen ausbilden können. Auf diese Weise soll eine Feuchtigkeitsaufnahme, die einen gefährlichen Grad annimmt, überhaupt verhindert werden; die abgetrocknete Zone soll immer eine solche Länge behalten, daß ihr Spannungsverbrauch vor unzulässig hoher Stromaufnahme schützt.
• Die Erfindung besteht darin, einen kriechstromsicheren Isolator aus organischem, an sich nicht kriechstromfesten Isolierstoff dadurch zu schaffen, daß die Oberflächenkriechstrecke aus Isolierstöffzonen verschiedener Feuchtigkeitsaufnahme besteht.
• Das Umschlagen der hier an sich harmlosen Glimmentladung in eine kriechspurbildende Bogenentladung ist nämlich im wesentlichen abhängig von dein Feuchtigkeitsgrad des Oberflächenkriechpfades. Hat der Oberflächenkriechpfad beim Entstehen der Glimmentladung bereits einen höheren Feuchtigkeitsgehalt erreicht, dann zieht sich der Ström leicht auf einen Pfad hoher Stromdichte zusammen, und die Entladung schlägt von der stromschwachen, flächenhaft ausgedehnten Glimmentladungsform, die eine positive Stromspannungskennlinie besitzt, in die stromdichte Bogenentladung um, die vermieden werden soll.
• Wenn. man nun, wie Fig. F als Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, an einer Stelle, z. B. in. der Nähe der einen Isolatorkappe, eine Isolierstoffzone b von besonders geringer Feuchtigkeitsaufnahme vorsieht, so erreicht man, daß über diese nur wenig Feuchtigkeit aufnehmende Zone der Oberflächenkriechstrecke eine abtrocknende Glimmentladung bestimmter Länge bereits entsteht, wenn die übrige Kriechstrecke noch einen sehr geringen Feuchtigkeitsgrad besitzt. Die Glimmentladung kann also nicht mehr in einen Glimmbogen oder gar einen Lichtbogen umschlagen. Sie bewirkt vielmehr eine selbsttätige Beschränkung des Kriechstromes auf einen hinsichtlich der Kriechspurbildung ungefährlichen Wert. Sie verteilt die Wärmeenergie so gleichmäßig über die Oberfläche, daß bei relativ geringer Erwärmung die Feuchtigkeit gleichmäßig verdampft. Auch schon bevor die Glimmentladung entsteht, wird durch den direkten Stromfluß über die Zone hohen Widerstandes dort so viel mehr elektrische Energie in Wärme umgesetzt, daß das Austrocknen rascher fortschreitet und unter Umständen. sogar ohne Entstehen einer Gasentladung zur wirksamen Beschränkung des Kriechstromes führt. Je größer der Unterschied in der Feuchtigkeitsaufnahme der verschiedenen Zonen ist; desto frühzeitiger und schneller erfolgt die Abtrocknung.
• In Fig. i ist unterhalb des Isolators qualitativ die Spannungsverteilung auf die beiden Zonen verschiedener Feuchtigkeit angegeben, Es kann unter Umständen zweckmäßig sein, beide Enden des Isolators als Zonen geringer Feuchtigkeitsaufnahme auszubilden. Statt dessen oder daneben kann man auch im mittleren Teil des Isolators eine oder mehrere Zonen besonders geringer Feuchtigkeitsaufnahme vorsehen: Nach der Erfindung hergestellte Isolatoren sind besser als solche, deren Oberfläche ganz aus dem Stoff kleinerer Feuchtigkeitsaufnahme besteht; denn einen, von Feuchtigkeitsaufnahme vollkommen freien Faserstoff und absolut undurchlässigen Schutzüberzug gibt :s nicht, so daß auch die besten uns bekannten Stoffe mit der Zeit unter dem Einfluß hoher Feuchtigkeit eine unkontrollierbare Stromleitung aufweisenwerden, während nach der Erfindung ein solcher unkontrollierter Zustand nicht auftreten kann, sondern - der Oberflächenkriechstrom in ganz bestimmter Weise durch die Schutzzonen; das sind die Zonen geringeren Feuchiigkeitsaufnahmevermögens, beschränkt bleibt.
• Als Stoff besonders geringer kann man beispielsweise Azetylzellulose verwenden. Es ist dies bekanntlich eine Zellulosefäser, die durch Behandlung mit konzentrierter Essigsäure im hohen Maße die Eigenschaft, Wässer aufzunehmen, verloren hat. Nach mehrmonatiger Lagerung in einem Raum mit 95 bis ioo °/o relativer Luftfeuchtigkeit steht der Widerstand der Oberflächenkriechstrecke eines aus Azetylzellulose bestehenden Isolators zu einem solchen aus gewöhnlichem Hartpapier im Verhältnis i : iooo.
• Fig. 2 zeigt ein schematisches Ausführungsbeispiel eines in Gestalt eines Wickelkörpers ausgeführten Isolators nach der Erfindung. Der Hauptkörper i des Wickels besteht z. B. aus normalem Papier mit Phenolharz- oder Kresolharzbindung. An der äußeren und inneren Oberfläche befinden sich in der Nähe der Elektrode einige Lagen a azetylisierten Papiers, die man bei der Herstellung des Wickels einlaufen läßt. An der Überlappungsstelle 3 können diese Papiere in an sich bekannter Weise durch schräges Reißen zugespitzt oder sinusförmig ausgeschnitten werden, damit ein möglichst stetiger Übergang erfolgt. Die Anzahl der Lagen wird zweckmäßig nur so groß gewählt, wie es mit Rücksicht auf die Eindringtiefe der Luftfeuchtigkeit erforderlich ist. Eine Herabsetzung der Biegungsfestigkeit wird dadurch vermieden, daß nur die obersten Lagen aus Azetylzellulose bestehen, so daß der Querschnitt des Hauptwickels so gut wie überhaupt nicht geschwächt wird.
• Nimmt man an, die Betriebsspannung des Isolators sei beispielsweise ioo kV, seine Länge 8o cm, so betrage die Breite b 5 cm. Die Brennspannung einer Glimmentladung von o,oi mA Stromstärke beträgt etwa io kV/cm. Die Abtrockenentladung nimmt dann 5o kV Spannung auf und kommt zustande, sobald der Widerstand der übrigen Kriechstrecke auf gesunken ist, wobei sie einen Strom von o,oi mA durchläßt.
• Es besteht ferner die Möglichkeit, Zonen besonders geringer Feuchtigkeitsaufnahme durch Aufbringen von Stoffen geringer Feuchtigkeitsaufnahme, wie z. B. aus aufgespritztem und darauf vulkanisiertem Latex, in Belagförm bzw. als Anstrich nachträglich zu schaffen. Abb. 3 zeigt hierfür ein Beispiel. 3 ist ein glatter Hartpapierstützisolator mit den Kappen q. und 5. Auf dem Hartpapierwickel befinden sich neben den Kappen die beiden Schutzzonen 6 und 7 und am mittleren Teil q. weitere Schutzzonen 8 bis ix. Diese Schutzzonen sind durch Aufbringen eines feuchtigkeitsundurchlässigen Stoffes, z. B. aus einem Auftrag von aus Kautschukmilch niedergeschlagenem Gummi, hergestellt. Ein großer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß man bei Verwendung relativ kleiner Mengen des meist teuren Isolierstoffes mit geringer Feuchtigkeitsaufnahme einen kriechstromsicheren Isolator im wesentlichen aus einem gegebenenfalls an sich nicht kriechstromfesten Stoff von höherer Feuchtigkeitsaufnahme, z. B. gewöhnliches Hartpapier oder Fiber, aufbauen kann. Aber auch bei Verwendung eines Isolierstoffes höherer Kriechstromfestigkeit, z. B. eines kohlenstofffreien bzw. kohlenstoffarmen Aminoplasts oder sonstigen Kunststoffes mit oder ohne Füllmittelzusatz, kann die durch die Erfindung erzielte selbsttätige Abtrocknung durch Ausnutzen der gleichmäßigen Wärmewirkung der Verlustströme von beachtlichem Vorteil sein, schon weil die Verluste überhaupt hierdurch verringert werden.

Claims (3)

1. PATENTANSPRUCHK: i. Isolator aus organischem Isolierstoff, insbesondere aus nicht kriechstromfestem Isolierstoff hergestellter kriechstromsicherer Isolator, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenkriechstrecke aus Isolierstoffzonen verschiedener Feuchtigkeitsaufnahme besteht.
2. 2. Isolator nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß an einem oder beiden Enden des in an-sich bekannter Weise als Wickelkörper ausgebildeten Isolators eine Zone von besonders geringer Feuchtigkeitsaufnahmefähigkeit angeordnet ist.
3. 3. Isolator nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die besonders geringe Feuchtigkeitsaufnahmefähigkeit einzelner Zonen durch Verwendung von Azetylzellulose erzielt wird. q.. Isolator nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone besonders geringer Feuchtigkeitsaufnahmefähigkeit durch Anwendung eines für Feuchtigkeit besonders undurchlässigen Schutzüberzuges (Belages oder Anstriches, z. B. mit Latex) geschaffen ist.