Langgestreckter Isolierkörper

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Isolierhohlkörper mit einheitlich kontinuierlichem Querschnitt mit mindestens zweischichtigem Aufbau für elektrische Anwendungen in Mittel- oder Hochspannungsanlagen. Der vorgeschlagene Isolierhohlkörper 10' hat einen kreisrunden Querschnitt, eine Gesamtwanddicke W und eine lichte Weite D. Er besteht im wesentlichen aus einem vernetzten, thermoplastischen Isolierwerkstoff 12 mit einer inneren 11' und einer äußeren Leitschicht 13. Die innere Leitschicht 11' des Isolierhohlkörpers ist mit einer integrierten Verstärkungsschicht 7 versehen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Isolierhohlkörper für elektrische Anwendungen mit vorzugsweise einheitlich kontinuierlichem Querschnitt mit mindestens zweischichtigem Aufbau.

[0002] Speziell bei der Verbindungstechnik von Starkstromkabeln aber auch bei Sammelschienen in Schaltanlagen sind relativ kurze Stücke elektrotechnisch zu isolieren, wobei zur Steuerung des Feldes ein mehrschichtiger Werkstoffverbund eingesetzt wird. Neben einer reinen hochisolierenden Materialkomponente werden zur Feldsteuerung in der Regel durch Rußzusätze geringfügig leitende Modifikationen dieser Komponenten eingesetzt (sog. halbleitende Materialien oder Schichten).

[0003] Materialtechnisch ist weitgehend bekannt, als Basis für isolierende wie halbleitende Schichten oder Teile Elastomerwerkstoffe einzusetzen. Je nach Anwendungsfall werden zur Herstellung dieser Teile überwiegend diskontinuierliche Verfahren wie Preß- oder Spritzgießverfahren eingesetzt. Für elektrische Verbindungselemente (Muffen) werden dabei häufig die getrennt gefertigten Feldsteuerelemente beim letzten Arbeitsschritt in die Werkzeuge eingesetzt und zum Endelement gefertigt.

[0004] Bei stromleitenden Teilen wird zusätzlich der auf Endmaß abgesetzte metallene Leiter bzw. Vorformling in die entsprechende Form eingesetzt und mit den Isoliermaterialien auf Elastomerbasis umhüllt. Speziell für Verbindungsmuffen im Spannungsbereich bis 30 kV sind auch Anwendungen bekannt, aus den dem Stand der Technik entsprechenden Elastomermaterialien kontinuierlich gefertigte Mehrschichtisolierungen herzustellen, die anschließend für den Anwendungsfall abgelängt, vorbereitet und mit bekannten Montagetechniken wie z.B. der Kalt- oder Warmschrumpftechnik aufgesetzt werden.

[0005] Es ist Aufgabe der Erfindung, für die beschriebenen Anwendungsfälle, speziell für kontinuierlich gefertigte, montagefähige Mehrschichtisolierungen, einen Isolierhohlkörper mit alternativem Isoliermaterialien einzusetzen.

[0006] Die Lösung der Aufgabe findet sich im 1. Patentanspruch. In den Unteransprüchen und in den Nebenansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung beansprucht.

[0007] Als Isolierwerkstoff wird vernetzter, thermoplastischer Werkstoff vorgeschlagen, vorzugsweise Polyethylen (VPE) oder ein copolymeres Polyethylen-Derivat. Der Werkstoff wird - wie bekannt - peroxidisch, silan- oder strahlenvernetzt eingesetzt. Für die Leitschicht sollen als halbleitende Materialien ebenfalls die aus der Kabeltechnik bekannten Compounde schwerpunktmäßig auf Basis copolymerer Derivate des Polyethylens eingesetzt werden. Leitschichten können durch Rußfüllung mit einem elektrischen Widerstand im Bereich von 10⁸ bis 10¹⁰ Ω cm erzeugt werden. Für bestimmte Anwendungen kommen Leitschichten als resistiv steuernde Schichten infrage.

[0008] Es ist Vorteil der Erfindung, daß für montagefähige Hochspannungsisolierungen die aus der Kabeltechnik bekannten Verfahren und Materialien mit großtechnisch nachgewiesener Eignung für elektrische Isolierungen angewandt werden können. Der langgestreckte Isolierhohlkörper läßt sich kontinuierlich mit vorzugsweise einheitlichem Innenprofil und/oder Querschnitt in beliebigen Längen herstellen. Das Innenprofil kann dem Querschnitt eines elektrischen Leiters angepaßt sein. Als Anwendungen komt die Isolation von Stromsammelschienen oder von Kabelspleißen - als Muffenkörper - infrage. Die innere Oberfläche des Isolierhohlkörpers sollte glatt sein, so daß insbesondere bei Hochspannungsanwendungen keine Hohlräume beim Aufschrumpfen auf elektrische Leiter entstehen.

[0009] Ein montagefähiger Isolierhohlkörper als Hochspannungsisolierung besteht mindestens aus zwei, vorzugsweise aber drei vorzugsweise durch Koextrusion erzeugte Werkstoff-Schichten; eine innere und/oder äußere halbleitende Schicht mit einer Dicke von vorzugsweise dünner als 1 mm. Der Isolierhohlkörper sollte einheitlich kontinuierliches Innenprofil haben, beispielsweise rund oder sektorförmig mit radialer - vorzugsweise zylindrischer - Symmetrie. Mindestens eine Schicht besteht aus einem halbleitendem Polyethylen oder copolymeren Derivat. Mit einem einheitlichen Innenprofil wird der röhrenförmige Isolierhohlkörper einem elektrischen Leiter mit ebenfalls einheitlichem Außenquerschnitt angepaßt.

[0010] In einer beispielhaften Ausführung wird die innere Leitschicht des Isolierhohlkörpers mechanisch verstärkt ausgebildet. Es sollte eine druckbeständige und flexible Schicht sein. Die Schicht besteht vorzugsweise aus beschichtetem hochfestem Gewebe, Geflecht oder Gestrick aus Metall, Glasfasern oder aus Kunststoff, wobei die Verstärkerschicht den thermischen und mechanischen Anforderungen bei der Beschichtung und Vernetzung des Isolierwerkstoffs entsprechend ausgesucht ist oder mit dem Material der Innenschicht identisch ist. Insbesondere für die Herstellung in einer Kettenlinie (Extrusionsverfahren), muß die Verstärkerschicht Längskräfte aufnehmen können. Die Verstärkerschicht geht bei der Herstellung mit der untersten Isolierschicht eine innige Verbindung ein. Es können auch metallbeschichtete Kunststofffasern eingesetzt werden. Besonders geeignet sind Gewebe, die auch nach Integration in die innere Leitschicht eine bestimmte Flexibilität oder Dehnbarkeit beibehalten.

[0011] Neben dem Isolierhohlkörper als erfindungsgemäßer Gegenstand wird ein Herstellverfahren beansprucht, wobei der Isolierkörper in einem kontinuierlichen Verfahren - nämlich durch Extrusion - hergestellt wird. Der hierbei entstehende Hohlkörper nahezu beliebiger Länge wird in vorbestimmte Längen (Gebrauchslängen) zerlegt, wobei die Längen dem elektrischen Leiter angepaßt werden, zu dessen Isolierung der Isolierhohlkörper eingesetzt werden soll. Der so hergestellte Isolierhohlkörper wird gedehnt und kann für die weitere Verwendung gelagert werden. Vorzugsweise soll die Dehnung oberhalb des Kristallit-Schmelzpunkts vorgenommen werden.

[0012] Es wird hier also die bei Elastomeren bekannte Warmschrumpftechnik eingesetzt. Zur Dehnung kann man die Gebrauchslängen bei Temperaturen knapp oberhalb des Kristallitschmelzpunkts auf einen Zylinder als Dehnkörper mit bis zu zweifachem Durchmesser gegenüber dem Herstelldurchmesser des Isolierhohlkörpers aufspannen. Es kommt hierbei ein Bereich der Aufweitung von etwa dem 1,2-fachen bis zum 2-fachen infrage. Bei der anschließenden Abkühlung behält der Isolierhohlkörper etwa den aufgeweiteten Durchmesser bei und läßt sich vom Dehnkörper herunternehmen.

[0013] Der abgekühlte, aufgeweitete Isolierhohlkörper kann dann auf einen zu isolierenden, vorzugsweise zylindrischen Leiter mit einem dem Innenprofil des Isolierhohlkörpers angepaßten Querschnitt montiert werden, wobei der Leiter einen Außendurchmesser hat, der vorzugsweise größer ist als der Herstelldurchmesser des Isolierhohlkörpers und nur etwas kleiner ist als der aufgeweitete Durchmesser. Dadurch wird eine fester, möglichst unveränderlicher Sitz des Isolierhohlkörpers auf dem Leiter erreicht.

[0014] Durch kurze Erwärmung des Isolierhohlkörpers auf etwa oder etwas oberhalb der Kristallitschmelztemperatur werden die Rückstelleffekte aktiviert und der Isolierhohlkörper umhüllt bei der folgenden Abkühlung durch Schrumpf und Schwindung den elektrischen Leiter.

[0015] Bei diesem Verfahren wird eine möglicherweise vorhandene dünnwandige metallene Innenschicht als Teil der Verstärkerschicht ebenfalls Teil des Metallquerschnittes des Leiters.

[0016] Als weiterer zur Erfindung gehörender Gegenstand wird ein langestreckter elektrischer Leiter beansprucht, der mit einem Isolierhohlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umhüllt ist.

[0017] Als elektrischer Leiter kann vorzugsweise eine Sammelschienen zum Einsatz in Schaltanlagen des Mittel- oder Hochspannungsbereichs vorgesehen sein.

[0018] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der einzigen Figur dargestellt. Sie zeigt einen Querschnitt durch einen Isolierhohlkörper mit Verstärkungsschicht.

[0019] Der röhrenförmige Isolierhohlkörper 10' hat einen kreisrunden und im wesentlichen über seine Länge konstanten Querschnitt, eine Gesamtwanddicke W und eine lichte Weite D. Er besteht im wesentlichen aus einem vernetzten, thermoplastischen Isolierwerkstoff 12, beispielsweise VPE, mit einer inneren 11' und einer äußeren Leitschicht 13. Die innere Leitschicht 11' des Isolierhohlkörpers ist mit einer integrierten Verstärkungsschicht 7 versehen.

Ansprüche

1. Langgestreckter Isolierhohlkörper (10') für elektrische Anwendungen bestehend aus mindestens zwei Schichten, innen eine Leitschicht (11') und darauf eine Isolierschicht (12), beide Schichten im wesentlichen aus vernetztem, thermoplastischem Werkstoff.

2. Isolierhohlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierhohlkörper (10') auf seiner Länge ein einheitliches Innenprofil (D) hat.

3. Isolierhohlkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff vernetztes Polyethylen oder ein vernetztes copolymeres Polyethylen-Derivat ist.

4. Isolierhohlkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Leitschicht (11') durch Rußfüllung des Werkstoffs gebildet ist.

5. Isolierhohlkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rußfüllung des Werkstoffs der inneren Leitschicht (11') so vorgenommen ist, daß sich ein elektrischer Widerstand im Bereich von 10⁸ bis 10¹⁰ Ω cm einstellt.

6. Isolierhohlkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Leitschicht (11') verstärkt (7) ausgebildet ist.

7. Isolierhohlkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung (7) als Gewebe, Geflecht oder Gestrick aus Metall, Glasfasern oder aus Kunststoff ausgebildet ist.

8. Isolierhohlkörper nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung (7) aus metallbeschichteten Kunststoffasern besteht.

9. Isolierhohlkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenprofil des Isolierhohlkörpers (10') dem Querschnitt eines elektrischen Leiters angepaßt ist.

10. Verfahren zum Herstellen eines langgestreckten Isolierhohlkörpers (10') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper (10') in einem kontinuierlichen Verfahren mit einem vorgegebenen Innenprofil (D) hergestellt wird, daß eine vorbestimmte Länge abgetrennt und diese Länge gedehnt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnung bei einer Temperatur in der Nähe des Kristallit-Schmelzpunkts vorgenommen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge um einen Faktor von 1,2 bis 2 des ursprünglichen Innenprofils (D) gedehnt wird.

13. Langestreckter elektrischer Leiter, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter mit einem Isolierhohlkörper (10') nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umhüllt ist.

14. Langestreckter elektrischer Leiter, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter eine Stromsammelschiene einer Mittel- oder Hochspannungsanlage ist.

Zeichnung