Die Erfindung betrifft einen Verbundisolator gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ein derartiger Verbund isolator umfasst zur Lastaufnahme einen Kern oder Strunk, der insbesondere aus einem faserverstärkten Duromer wie einem Epoxidharz oder einem Vinyl-Esther gefertigt ist. Zur Bereitstellung der gewünschten Isoliereigenschaften sowie zum Schutz vor äußeren, insbesondere witterungsbedingten Einflüssen ist der Kern von einer Schutzschicht umgeben, die insbesondere aus einem elektrisch isolierenden Elastomer wie einem Silikonkautschuk hergestellt ist.

Grundsätzlich ist bei der Isolierung von elektrischen Hochspannungen die Vermeidung von partiellen Entladungen eine Notwendigkeit. Derartige, z.B. aus lokalen Feldüberhöhungen resultierende Entladungen führen insbesondere bei Verbundisolatoren zu Schäden in der Schutzschicht, wodurch die Standzeit verringert ist. Bei Verbundisolatoren sind dementsprechend Maßnahmen zur Vermeidung von lokalen Feldüberhöhungen von großer Bedeutung. Als eine geeignete Maßnahme für Hochspannungsisolatoren sind beispielsweise Abschirmelektroden bekannt, die an den spannungsführenden Armaturen angebracht sind und dort helfen, Feldüberhöhungen an den Armaturenden zu vermeiden.

Ein großes Problem von Hochspannungsisolatoren ist dazu die extreme Ungleichverteilung des Spannungsverlaufs entlang ihrer Länge. Grund hierfür sind Streukapazitäten des Isolators zur Erde. Ein weiteres Problem sind lokale Entladungen auf verschmutzten Isolatoren, die beispielsweise durch Feldüberhöhungen bei lokaler Abtrocknung entstehen.

Aus der WO 2009/100904 A1 ist es zur Vermeidung von lokalen Feldüberhöhungen bekannt, einen Verbundisolator zumindest abschnittsweise mit einer Feldsteuerschicht zu versehen, die feldbeeinflussende Partikel umfasst. Solche Parti-

BESTÄTIGUNGSKOPIE kel wirken beispielsweise resistiv, kapazitiv oder sind halbleitend, und tragen durch einen nichtlinearen Zusammenhang einer entsprechenden elektrischen Größe gegenüber der Spannung zur Verringerung von Spannungssprüngen entlang des Isolators bei. Insbesondere sind Mikrovaristoren aus ZnO genannt, die oberhalb einer Schwellspannung eine abrupte Verringerung des elektrischen Widerstands zeigen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Verbundisolator der eingangs genannten Art anzugeben, der hinsichtlich der Vermeidung lokaler Entladungen weiter verbessert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Verbundisolator der eingangs genannten Art gelöst, wobei die Schutzschicht gezielt abschnittsweise das Feld des Isolators beeinflussende Partikel umfasst.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, die das Feld entlang des Isolators beeinflussenden Partikel abschnittsweise am Isolator gezielt so zu platzieren, dass während der Standzeit unter den zu erwartenden äußeren Bedingungen auftretende Entladungen, die zu Zerstörungen der isolierenden Schutzschicht führen können, möglichst vermieden sind. Dazu wurden Untersuchungen an für eine Spannung von 420 kV konzipierten Langstab-Verbund isolatoren durchgeführt. Die verwendeten Langstab- Verbundisolatoren wiesen bei einer Anzahl von 10 Schirmen eine Kriechstrecke mit einer Länge von 3,91 m auf. Die niedrige Anzahl der Schirme wurde bewußt gewählt, um im Versuch eine stärkere Durchschlagsneigung der Isolatoren zu erzielen.

In einem Hochspannungslabor wurden die Isolatoren gemäß dem Standard IEC 60060-1 unter einem Winkel von 45 °C künstlich beregnet. Die Tests wurden unter Wechselspannung durchgeführt. Der künstliche Regen wies eine Leitfähigkeit von K = +/-100 pS/cm auf. Die angelegte Spannung wurde stufenweise erhöht. Resultierende partielle Entladungen wurden visuell beobachtet. Als Ergebnis wurden bei einer Spannung von 600 kV für einen herkömmlich gefertigten Langstab- Verbundisolator, dessen Schutzschicht keine feldbeeinflussenden Partikel auf- weist, deutliche Entladungen an der Unterseite der dem Hochspannungsende des Isolators zugewandten Schirme beobachtet.

Ausgehend von dieser Erkenntnis geht die Erfindung von der Modellvorstellung aus, dass sich durch die Beregnung der Isolatoren auf der Oberseite der Schirme und entlang des Schafts ein leitfähiger Überzug bildet. Als Folge entsteht über einem konventionellen Isolator ein hoher Spannungsabfall über die trockene Unterseite der Schirme. Wird durch die resultierende lokale Feldüberhöhung die Durchschlagsfestigkeit der umgebenden Atmosphäre überschritten, kommt es zu lokalen Entladungen an der Unterseite der Schirme.

Die Erfindung sieht daher in einer bevorzugten Ausgestaltung vor, dass die feldbeeinflussenden Partikel im Bereich der vorgenannten Trockenzonen des Isolators, insbesondere an den Unterseiten von Schirmen, vorgesehen sind. Dazu sind die feld beeinflussenden Partikel abschnittsweise separat aufgebracht, anvulkanisiert, mit der Schutzschicht aufgetragen, angespritzt, an- oder eingegossen. Dazu werden die feldbeeinflussenden Partikel zweckmäßigerweise einem geeigneten Isolationsmaterial, insbesondere dem Material der Schutzschicht, zugesetzt. Anschließend wird dieses Material der vorhandenen Schutzschicht angegossen, angeklebt oder anvulkanisiert. Auch können die feldbeeinflussenden Partikel bei der Herstellung des Isolators der Schutzschicht abschnittsweise beigemengt werden. Alternativ kann das mit den feldbeeinflussenden Partikeln versetzte Material bei der endgültigen Ausformung des Isolators auch von der Schutzschicht umgössen werden.

Die Schutzschicht und auch das mit den feld beeinflussenden Partikeln versetzte Material ist bevorzugt ein Silikonkautschuk, ein Etylen-Propylen-Copolymer (EPDM), ein Ethylen-Vinyl-Acetat (EVA) oder ein Epoxidharz. Abschnittsweise ist dementsprechend ein mit feldbeeinflussenden Partikeln versetztes Silikonkautschuk, EPDM, EVA oder Epoxidharz aufgebracht.

Als feldbeeinflussende Partikel sind bevorzugt resistive oder kapazitive Partikel oder Halbleiterpartikel eingesetzt. Besonders bevorzugt sind Mikrovaristoren aus dotiertem Zinkoxid (ZnO). Mikrovaristoren aus ZnO zeigen eine nichtlineare Strom-Spannungs-Kennlinie. Bis zu einer Schwellspannung kann Zinkoxid als ein hochohmiger Widerstand betrachtet werden und weist eine extrem flache Strom- Spannungs-Kennlinie auf. Oberhalb der Schwellspannung nimmt der Widerstand abrupt ab, die Strom-Spannungs-Kennlinie ändert schlagartig ihre Steilheit.

Werden derartige feldbeeinflussende Partikel und insbesondere Mikrovaristoren, also spannungsabhängige Widerstände, abschnittsweise dem Isolator bzw. mit der Schutzschicht aufgebracht, so reduziert sich durch die oberhalb der Schwellspannung abrupt erhöhte Leitfähigkeit eine lokale Spannung- bzw. Feldüberhöhung, so dass die unerwünschten und zu Zerstörungen führenden lokalen Entladungen verhindert sind.

Umfasst der Verbundisolator zur Verlängerung der Kriechstrecke eine Anzahl von Schirmen aus der Schutzschicht, so sind in einer bevorzugten Ausführungsvariante die feldbeeinflussenden Partikel von den Schirmen umfasst bzw. an den Schirmen angeordnet. Bei einem stehendem Einsatz des Verbundisolators liegen die mit hohen Spannungssprüngen verbundenen Trockenzonen auf der Unterseite der Schirme. Sind die feld beeinflussenden Partikel der Schutzschicht der Schirme zugesetzt bzw. an den Schirmen angeordnet, so sind die dort unerwünscht auftretenden Entladungen vermieden. Bei dieser Ausgestaltungsvariante hat es sich gezeigt, dass nicht alle Schirme die feldbeeinflussenden Partikel umfassen müssen. Vielmehr ist es vorteilhaft, wenn lediglich eine Teilanzahl der Schirme mit den feldbeeinflussenden Partikeln versehen ist. Dies ist abhängig von dem Spannungsverlauf über die Länge des Verbundisolators. Dabei sind, wie Untersuchungen gezeigt haben, offensichtlich die höchsten Spannungssprünge an den Schirmen zu erwarten, die am spannungsführenden Ende angeordnet sind.

In einer bevorzugten Ausgestaltung befindet sich insofern die Teilanzahl der mit feldbeeinflussenden Partikeln versehenen Schirme am spannungsführenden Ende. Demnach sind ausgehend vom spannungsführenden Ende des Verbundisolators zunächst eine Teilanzahl der Schirme mit feldbeeinflussenden Partikeln ver- sehen. Die sich anschließenden Schirme sind herkömmlich ohne feldbeeinflussende Partikel gefertigt.

Alternativ kann ausgehend vom spannungsführenden Ende des Verbund isolators zunächst eine Teilanzahl der Schirme mit feldbeeinflussenden Partikeln versehen sein, anschließend eine Teilanzahl von Schirmen herkömmlich gefertigt sein und sich diese Anordnung über die Länge des Verbund isolators wiederholen.

Weiter hat es sich gezeigt, dass die Schirme als solche nicht im Ganzen mit den feldbeeinflussenden Partikeln versehen sein müssen. Zur Verringerung des Spannungsabfalls über die Trockenzone an der Unterseite der Schirme genügt es vielmehr, lediglich die Unterseite der Schirme mit feldbeeinflussenden Partikeln zu versehen. Dies reicht aus, um die hohen Spannungssprünge zwischen den Enden der Schirme und dem Kern bzw. dem Schaft des Isolators zu verringern.

In einer ersten diesbezüglichen Ausgestaltungsvariante sind die feldbeeinflussenden Partikel von einer separaten Scheibe, insbesondere aus dem Material der Schutzschicht oder aus einem anderen isolierenden Material, umfasst. Nach herkömmlicher und an sich bekannter Fertigung der Schirme durch Umspritzen, Gießen, Aufkleben, Aufschrumpfen oder Anvulkanisieren wird die separate Scheibe der Unterseite der hierfür vorgesehenen Schirme anvulkanisiert oder aufgeklebt. Alternativ kann die separat gefertigte, die feldbeeinflussenden Partikel enthaltende Scheibe bei der Fertigung in die Schirme eingegossen werden. Schließlich ist es auch möglich, die an der Unterseite mit der separaten Scheibe versehenen Schirme in einem abschließenden Fertigungsprozess von der Schutzschicht insbesondere durch Umspritzen oder Umgießen einzuhüllen.

Gemäß einer anderen auch kombinierbaren Ausgestaltung der Erfindung ist bevorzugt auf der Unterseite der vorgesehenen Schirme die Schutzschicht als solche mit feldbeeinflussenden Partikeln aufgebracht. Hierzu wird das Material der Schutzschicht mit den feld beeinflussenden Partikeln versetzt. Anschließend wird das versetzte Material den Schirmen auf der Unterseite angespritzt, angegossen oder anvulkanisiert. In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung sind die Schirme des Verbundisolators auf der Unterseite mit Rippen versetzt, die zu einer weiteren Kriechwegverlängerung führen. Bevorzugt ist die separate Scheibe oder die mit den feldbeeinflussenden Partikeln versetzte Schutzschicht an diesen Rippen wie vorbeschrieben angeordnet. Aufgrund der durch die Rippen vergrößerten Oberfläche wird eine verbesserte Anbindung zwischen den Schirmen und der separaten Scheibe oder der nachträglich aufgebrachten, mit feldbeeinflussenden Partikeln versetzten Schutzschicht erreicht.

Weiter hat es sich gezeigt, dass, insbesondere in Kombination mit auf der Unterseite mit feldbeeinflussenden Partikeln versehenen Schirmen, eine weitere Verbesserung des Verbund isolators hinsichtlich der Vermeidung von lokalen Entladungen erzeitl wird, wenn die Schutzschicht zumindest abschnittsweise entlang des Kerns mit den feldbeeinflussenden Partikeln versehen ist. Insbesondere ist der Kern für einen Teilabschnitt in der Nähe des spannungsführenden Endes des Verbundisolators mit der Schutzschicht versehen, die die feldbeeinflussenden Partikel umfasst.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verbund isolators sind die Schirme und / oder der Kern von einer äußeren Schutzschicht umgeben, die frei von feldbeeinflussenden Partikeln ist. Durch eine derartige äußere Schutzschicht kann gegebenenfalls durch separate Matehaiwahl Bezug auf die spezifischen äußeren Witterungsbedingungen genommen werden, denen der Verbundisolators während seines Einsatzes ausgesetzt ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 : einen Langstab-Verbundisolator gemäß einer ersten Ausführungsvariante, Fig. 2: einen Langstab-Verbundisolator gemäß einer zweiten Ausführungsvariante,

Fig. 3: einen Ausschnitt eines Langstab-Verbundisolators, wobei die Schirme auf der Unterseite mit einer feldbeeinflussende Partikel enthaltenden Scheibe versehen sind,

Fig. 4: einen Ausschnitt aus einem Langstab-Verbundisolator, wobei die

Schirme auf der Unterseite mit einer Schutzschicht versehen sind, die feldbeeinflussende Partikel umfasst,

Fig. 5: einen Ausschnitt aus einem Langstab-Verbundisolator, dessen Kern gegenüber dem Verbund isolator nach Figur 4 zusätzlich mit einer Schutzschicht versehen ist, die feldbeeinflussende Partikel umfasst, und

Fig. 6: einen Langstab- Verbund isolator gemäß Figur 5, wobei die Schirme einschließlich der mit feldbeeinflussenden Partikeln versetzten Schutzschicht von einer äußeren Schutzschicht umhüllt sind.

In Figur 1 ist ein Langstab-Verbundisolator 1 dargestellt, der einen Kern 2 aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff umfasst, auf dem zur Verlängerung der Kriechstrecke über die Länge verteilt zehn Schirme 4 angeordnet ist. An den Enden des Kerns 2 sind die Anschlussarmaturen 5, 6 befestigt. Die Anschlussarmatur 6 ist zur Kontaktierung mit einer Hochspannung HV vorgesehen, und weist insofern das spannungsführende Ende des Isolators 1 aus.

Der dargestellte Langstab-Verbundisolator 1 mit insgesamt zehn Schirmen 4 ist zur Isolierung einer Spannung von etwa 400 kV ausgelegt. Der Kern 2 ist durchgängig mit einer Schutzschicht 8 aus einem Silikon-Kautschuk umhüllt. Auf dieser Hülle des Kerns 2 sind die Schirme 4 befestigt. Auch die Schirme 4 sind aus Silikon-Kautschuk gefertigt.

Zur Vermeidung von lokalen Entladungen durch Feldüberhöhungen bzw. durch große Spannungssprünge ist die Schutzschicht 8 des Kerns 2 über die gesamte Länge des Verbund isolators 1 mit feldbeeinflussenden Partikeln 7 versetzt. Die feld beeinflussenden Partikel 7 sind Mikrovaristoren aus dotiertem ZnO. Weiter sind am spannungsführenden Ende des Verbundisolators 1 , also sich der Armatur 6 anschließend, fünf der insgesamt zehn Schirme 4 aus mit feldbeeinflussenden Partikeln 7 versetztem Silikon-Kautschuk gefertigt.

In einem Beregnungsversuch zeigt ein Langstab-Verbundisolator 1 entsprechend Figur 1 gegenüber einem konventionellen Langstab-Verbundisolator ohne feldbeeinflussende Partikel eine deutlich verringerte Entladungsneigung an der Unterseite der Schirme 4 auf. Dies liegt darin begründet, dass die Mikrovaristoren aus ZnO bei hohen Spannungen leitfähig werden, so dass die Spannungssprünge von der benetzten Oberseite der Schirme 4 zu dem darunter liegenden Abschnitt des Kerns 2 deutlich verringert werden.

In Figur 2 ist ein im Aufbau grundsätzlich zu Figur 1 ähnlicher Langstab-Verbundisolator 1 dargestellt. Dieser unterscheidet sich dadurch, dass nunmehr die

Schutzschicht 8 entlang des Kerns 2 nicht mit feldbeeinflussenden Partikeln 7 versehen ist. Vielmehr sind lediglich die dem spannungsführenden Ende des Verbundisolators 1 benachbarten fünf Schirme 4 aus einer Schutzschicht 8 gefertigt, die mit feldbeeinflussenden Partikeln versetzt ist.

Auch dieser Verbund-Isolator 1 gemäß Figur 2 zeigt in einem Beregnungsversuch eine deutlich verringerte Überschlagsneigung an der Unterseite der Schirme 4 gegenüber einem herkömmlichen Langstab-Verbundisolator ohne feldbeeinflussende Partikel 7.

In Figur 3 ist ein Teilausschnitt eines Langstab-Verbundisolators 1 entsprechend den Figuren 1 oder 2 dargestellt. Dabei sind zwei Schirme 4 in der Nähe des spannungsführenden Endes, also in der Nähe der Armatur 6 gezeigt.

Der Langstab-Verbundisolator 1 entsprechend Figur 3 umfasst den Kern 2 aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff. Auf dem Kern 2 ist eine Schutzschicht 8 aus Silikon-Kautschuk aufgebracht. Auf dieser Schutzschicht 8 sind die Schirme 4 montiert.

Auf der Unterseite der Schirme 4 ist zur Feldbeeinflussung bzw. zum Abbau von hohen Spannungssprüngen eine separate Scheibe 10 aus vorgefertigtem EPM befestigt, die feldbeeinflussende Partikel 7 enthält.

Entsprechend einer ersten Ausführungsvariante ist die separate Scheibe 10 entsprechend dem oberen Schirm 4 an der Unterseite anvulkanisiert. Entsprechend einer zweiten Ausführungsvariante ist die separate, die feldbeeinflussenden Partikel enthaltende Scheibe 10 in das Material des Schirms 4 eingegossen, wie dies am unteren Schirm 4 ersichtlich ist.

Gemäß Figur 4 umfassen die Schirme 4 einer anderen Variante des Langstab- Verbundisolators 1 auf der Unterseite eine Anzahl von umlaufenden Rippen 12. Diesen Rippen 12 ist eine Schutzschicht 8' angegoßen, die die feldbeeinflussenden Partikel 7 enthält. Gemäß Figur 5 weist der Langstab-Verbundisolator 1 am Kern 2 zumindest abschnittsweise eine weitere umgebende Schutzschicht 8' auf, die wiederum mit feldbeeinflussenden Partikeln versetzt ist.

Gemäß Figur 6 ist die an der Unterseite der Schirme 4 angebrachte Schutzschicht 8' mit feldbeeinflussenden Partikeln in die Schirme 4 eingegossen. Dazu ist insbesondere gemäß einem abschließenden Herstellungsschritt der in Figur 6 gezeigte Langstab-Verbundisolator 1 mit einer äußeren Schutzschicht 13 aus Silikon- Kautschuk umhüllt, die keine feldbeeinflussenden Partikel 7 umfasst.

Bezugszeichen

1 Verbundisolator

Kern

Schirm

Anschlussarmatur

6 Anschlussarmatur

7 Feld beeinflussende Partikel

8 Schutzschicht

8' Schutzschicht mit feldbeeinflussenden Partikeln

10 Scheibe

12 Rippen

13 äußere Schutzschicht

HV Hochspannungsende