[发明专利]用于高压或中压设备的绝缘体装置

说明书

本发明涉及一种用于高压或中压设备(3)的绝缘体装置，其具有至少一个轴对称的绝缘用的结构元件(2)。本发明的特征在于，所述结构元件(2)具有至少两个环形的基础区域(4)，所述基础区域(4)由环形的阻挡区域(6)彼此隔开，其中，所述阻挡区域(6)的材料的相对介电常数是所述基础区域(4)的材料的相对介电常数的至少两倍。

本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的用于高压或中压设备的绝缘体装置。

通常使用陶瓷材料作为绝缘的材料、作为高压或中压设备、尤其开关设备中的绝缘体材料。该固体的绝缘能力普遍相当高，由于在陶瓷材料的晶格结构或粒状结构中存在缺陷，在高压、尤其高于72kV的电压下可能产生击穿。也就是说，在这类材料中，自临界电压或临界电位达到击穿场强E_bd。但仅仅单纯地通过相应地将陶瓷绝缘体设计得更厚或更长不能提高受所述缺陷影响的临界的击穿场强E_bd。这是因为通过增大绝缘体的厚度或长度不产生击穿场强E_bd的线性增大，而是在绝缘体的厚度或长度与绝缘体的击穿场强之间存在大致为平方根的关系。也就是说，通过较高地增大绝缘体的厚度或长度可以获得击穿场强的仅相对较少的增大。因此，由于厚度与击穿场强之间的平方根关系，绝缘物质或绝缘元件的材料尺寸必须过度地增大，以便显著提高击穿场强。这虽然在技术上一定程度地可行，但不能经济地实现。

因此，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于高压或中压设备的绝缘体装置，所述绝缘体装置在几何尺寸不变的同时确保与现有技术相比更高的击穿场强。

所述技术问题通过具有权利要求1的特征的用于高压和中压设备的绝缘体装置解决。

按照本发明的根据权利要求1所述的用于高压或中压设备的绝缘体装置具有至少一个结构元件，所述结构元件轴对称设计。所述结构元件的典型的对称设计方案是筒状形状，但该对称设计方案也可以呈锥状地延伸，原则上，横截面的椭圆形扭曲在技术上也可行。在此，所述结构元件具有至少两个环形的基础区域，所述基础区域由同样为环形的阻挡区域彼此隔开。在此，环形理解为筒状形状，该筒状形状也可以呈锥状或空心圆锥体形状地延伸。本发明的突出点在于，所述阻挡区域的材料的相对介电常数是所述基础区域的材料的相对介电常数的至少两倍。

通过将多个阻挡区域或者说一个阻挡区域插入绝缘体装置的两个基础区域之间，同时将阻挡区域的介电常数明显提高为基础区域的至少2倍，由此在阻挡区域中，由高压设备感应的电场的电场强度相对基础区域明显降低。在此，人们称之为弱场区域，在理想情况下是无场区域。场减弱通过基础区域的材料的相对介电常数与阻挡区域的材料的相对介电常数之比确定。由此，陶瓷在内部在电气上被划分为多个短的轴向的区块，由此极大地提高局部段以及整个绝缘体装置的电气强度。

介电常数ε也被称为导电性或电性能，在此，介电常数ε理解为材料针对电场而言的可穿透性。真空也具有介电常数，该介电常数也被称为电场常数ε₀。在此，物质的相对介电常数ε_r由其真实的介电常数与电场常数ε₀之比得出：

ε_r＝ε/ε₀，方程1。

另外，在此所称的介电常数分别指方程1中描述的相对介电常数ε_r。

通过基础区域的相对介电常数与阻挡区域的相对介电常数之间的因数为2的关系就可以观察到阻挡区域中的电场的显著减弱。但原则上适用的是，阻挡区域中的相对介电常数越高、即阻挡区域的介电常数与基础区域的介电常数之间的因数越高，则阻挡区域中的电场的减弱效应越强并且因此基础区域分成多个彼此电气隔离的区域的分区段效应越强。在此业已证明，更有利的是，阻挡区域的相对介电常数是基础区域的介电常数的至少五倍高，尤其有利的是，阻挡区域的相对介电常数是基础区域的介电常数的至少十倍或特别有利地至少100倍。