Читать книгу Isolatoren und Armaturen für Isolatorketten in Starkstrom-Freileitungen - Horst Klengel - Страница 6

 1.1.1. Stützen-Isolatoren

1891 baute Oskar von Miller die erste deutsche Drehstrom-Fernübertragung über eine Entfernung von 175 km von Lauffen am Neckar nach Frankfurt am Main mit 15 kV bzw. später mit 25 kV Betriebsspannung unter Verwendung von 3282 Holzmasten und der entsprechenden Anzahl von Porzellan-Isolatoren [21], [492]. Man glaubte damals, dass man sich nicht allein auf das Porzellan verlassen kann. Es wurden deshalb Stützen-Isolatoren aus Porzellan mit ölgefüllten Innenrinnen (sog. "Öl-Isolatoren") verwendet, die bei der Ausführung dieser Freileitung

 - zu 2/3 aus den damals bereits bekannten Glocken-Isolatoren, jedoch mit einem nach innen eingezogenen, ölgefullten unterem Rand (Bild 1) für die Teilstrecke Eberbach-Frankfurt und

 - zu 1/3 aus von der Margarethenhütte Großdubrau der Porzellanfabrik Schomburg & Söhne gelieferten zweiteiligen Porzellan-Stützen-Isolatoren mit 3 ölgefullten Rinnen im Inneren für die Teilstrecke Lauffen-Eberbach (Bild 2) bestanden [22] bis [27].

Bei der Fertigung der helmartigen 2-teiligen Stützen-Isolatoren (Bild 2) traten damals zahlreiche Trockenrisse auf. Deshalb konnten zum Zeitpunkt des Liefertermines nur 1/3 der ursprünglich für die gesamte Leitungsstrecke vorgesehenen Isolatoren zur Verfügung gestellt werden. Die Reststrecke mußte mit den lieferbaren einteiligen Glocken-Isolatoren (Bild 1) bestückt werden [28]. Während des Betriebes der Freileitung ergab sich dann jedoch, dass die Glocken-Isolatoren mit nur einer Ölrinne den Anforderungen vollkommen gerecht wurden.

Bild 1: Glocken-Isolator mit eingezogenem Rand und 1 Ölrinne

 Bild 2: Stützen-Isolator von Schomburg & Söhne, mit 3 Ölrinnen (1891)

 

Der Grundgedanke dieser Öl-Isolatoren war (nach Johnson und Phillips, 1876), den Kriechweg entlang der Porzellanoberfläche, der durch Schmutz und Feuchtigkeit leitfähig werden könnte, durch eine "Ölstrecke", die gegen Regen und Wind geschützt ist, zu unterbrechen. Nachteilig und wirtschaftlich kaum vertretbar war dabei, dass die Isolatoren öfters "nachgeölt" werden mußten, das heißt, das Öl in den Rinnen mußte aufgefiillt werden.

Die Anordnung der Stützen-Isolatoren und die Befestigung der Stützen am Holzmast der Freileitung Lauffen-Frankfurt zeigt Bild 3.

 Bild 3: Anordnung der Stützen-Isolatoren der ersten deutschen Drehstrom-F ernübertragung 1891 (Mastbild)

Diese Fernübertragung wurde der Auftakt für die Entwicklungsgeschichte des Freileitungs-Isolators.

Vorbild für die Konstruktion der ersten Hochspannungs-Isolatoren und der Isolatoren nachfolgender Starkstrom-Freileitungen waren die Telegrafen-Stützen-Isolatoren der bereits bekannten oberirdischen Telegrafenleitungen, nämlich

- der Glockenisolator von Werner von Siemens (1849) und

- die Doppelglocke von v. Chauvin (1858) [20], [22], [24] (Bild 4).

 Bild 4: Erste Isolatoren für oberirdische Telegrafenleitungen links: Glocken-Isolator (1849), rechts: Doppelglocke (1858)

Praktische Bedeutung hat nur die Doppelglocke erlangt. Sie wurde in vielen Ländern, teilweise in abweichender äußerer Form, eingesetzt. Ihre technische Überlegenheit beruhte auf folgenden Vorteilen [20], [24]:

 - Zwischen den beiden Glocken befand sich eine ruhende Luftschicht, wodurch die Taubildung in dieser Zone erschwert wurde.

 - Es war ein langer Kriechweg längs der trocken bleibenden inneren Mantelflächen vorhanden.

 - Gegenüber mechanischer Zerstörung war eine größere Sicherheit vorhanden, da zumeist nur die äußere Glocke zu Bruch ging.

1862 führte die deutsche Reichspost für Fernmelde-Freileitungen 2 unterschiedlich große Doppelglocken-Isolatoren ein (Bild 5), die sog. "Reichspost-Modelle" (RM) [28]. Der Doppelglocken-Isolator RM I war auch lange Zeit für Freileitungen bis 0,5 kV zugelassen. Es war hierfür lediglich eine Kennzeichnung der Isolatoren vorgeschrieben, um sie nicht mit denen für Fernmelde-Freileitungen zu verwechseln.

 Bild 5: "Reichspost-Modelle" (RM) für Femmelde-Freileitungen (1862)

Parallel dazu entstand 1869 ein französischer Stützen-Isolator mit Luftkammer für Starkstrom-Freileitungen (Bild 6) [24]. Bei diesem 2-teiligen Isolator wurde die Taubildung auf den Oberflächen im Inneren des Isolierkörpers völlig unterbunden. Dieser Isolator setzte sich jedoch auf Grund seiner schwierigen Herstellungsweise nicht durch.

 Bild 6: Stützen-Isolator mit Luftkammer für Starkstrom-Freileitungen (Lenoir und Prudhomme, 1869)

1901 wurde von der Porzellanfabrik Hermsdorf aus der bewährten Telegrafen-Doppelglocke nach Bild 5 ein Dreifachglocken-Isolator für Hochspannung bis 13 kV entwickelt und hergestellt (Bild 7) [28]. Die Formgebung dieses Isolators war jedoch noch nicht ausgereift. Im Vordergrund der Entwicklung standen die Verbesserung der Porzellanqualität durch intensive Werkstoffentwicklung sowie eine verbesserte Brandführung des keramischen Sinterprozesses und nicht die elektrotechnischen Eigenschaften des Isolierkörpers.

 Bild 7: Dreifachglocken-Isolator für Hochspannungs-Freileitungen bis 13 kV (1901)

Parallel dazu entstanden ebenfalls in der Porzellanfabrik Hermsdorf für Betriebsspannungen bis 500 V NS-Starkstrom-Isolatoren, die sog. "Rillen-Tellerisolatoren" mit der Bezeichnung "RTI" (Bild 8) [28].

Bild 8: NS-Starkstrom-Isolatoren RTI bis 500 V (Rilien-Tellerisolatoren, 1901)

1920 wurden für diese NS-Starkstrom-Isolatoren Normenentwürfe veröffentlicht [29]. Als Grundsatz galt, dass schon äußerlich durch die Formgebung der Isolatoren zum Ausdruck zu bringen ist, dass es sich um Starkstrom-Isolatoren handelt. Außerdem wurde bei diesen Isolatoren die Halsrille merklich vergrößert, der Kriechweg wurde kleiner und der funktionswichtige Überschlagweg größer. Es wurde außerdem festgelegt, die Bezeichnung für diese Isolatorentypen von "RTI" in "N" zu ändern. 1921 wurde diese VDE-Norm als verbindlich erklärt [30].

Später, 1941, entstand daraus die Norm DIN 48 150, in der zusätzlich ein Nullleiter-Stützen-Isolator mit der Bezeichnung "NO" aufgenommen wurde (Bild 9).

Bild 9: Nullleiter-StützenIsolator "NO" (1941)

Die ersten Hochspannungs-Isolatoren waren mehr oder weniger "gefühlsmäßig" entstanden. Mit Beginn des umfassenden Freileitungsbaues lernte man jedoch, die Isolatoren den tatsächlich auftretenden elektrischen und mechanischen

Anforderungen anzupassen. Eine systematische, wissenschaftlich begründete Isolationskeramik begann sich zu entwickeln.

So entstand 1896/97 eine neue Bauform des Hochspannungs-Stützen-Isolators, und zwar fast gleichzeitig

 - in Italien die "Patema-Glocke" von Ginori, Mailand und

 - in Deutschland die "Delta-Glocke" [31].

Die "Delta-Glocke" (Bild 10), von Prof. Robert M. Friese 1897 entwickelt und durch die Porzellanfabrik Hermsdorf hergestellt, stellte einen wichtigen Meilenstein bei der Entwicklung neuer Hochspannungs-Stützen-Isolatoren dar, da eine grundsätzlich neue Form des Hochspannungs-Isolators entstand. Es war der erste auf wissenschaftlich-experimenteller Grundlage konstruierte Hochspannungs-Freileitungsisolator [23], [24]: erstmals wurden die Flächen der Porzellanschirme senkrecht zur Feldlinienrichtung angeordnet und damit Gleitfunkenentladungen vermieden. Der Name "Delta-Glocke" (Schutzmarke der Porzellanfabrik Hermsdorf) für diesen Isolator leitet sich von der deltaformigen Gestalt (A) der schirmartig ausgebildeten Teller ab (sog. "Helmtyp").

Bild 10: Delta-Glocke von Friese (1897)

Zur Aufnahme des Leiterseiles waren am Kopf und am Hals der Delta-Glocke Rillen vorgesehen.

Für höhere Spannungen mußten die dann erforderlichen größeren Isolierkörper, aus mehreren Teilen zusammengesetzt werden, da man so große Porzellanteile noch nicht sicher brennen konnte (Bild 11) [32], [33].

 Bild 11: Mehrteiliger Delta-Isolator

Herausragentes Merkmal der mehrteiligen Stützen-Isolatoren war die gleichmäßige Scherbendicke bei einer gleichzeitig vorhandenen gleichmäßigen Kittfugenbreite. Außerdem wurden die gespreizten Isolatorenschirme durch eine einfache wulstartige Randverdickung widerstandsfähiger gegen Schlagbeanspruchung (z. B. beim Transport) gemacht [28].

1926 brachte Thomas Insulators (USA) einen zweiteiligen Stützen-Isolator auf den Markt, der besonders widerstandsfähig gegen Vandalismus (z. B. Steinwurf) sein sollte (Bild 12) [34].

 Bild 12 : Amerikanischer Stützen-Isolator, widerstandsfähig gegen Vandalismus (1926)

1924 wurden für eine 50-kV-Freileitung in Schweden 4-teilige Delta-Isolatoren von der Porzellanfabrik Hermsdorf geliefert, die einen Höhepunkt in der Entwicklung des Delta-Isolators darstellten (Bild 13) [28].

 Bild 13: 4-teiliger Delta-Isolator für 50 kV (1924)

Die ein- und die mehrteilige Delta-Glocke blieb für Jahrzehnte, bei ständiger Weiterentwicklung, der führende Hochspannungs-Isolator in der Welt.

Um 1898 bis 1904 entstanden auch in den USA die ersten sehr unterschiedlichen Konstruktionen von Isolierkörpern für Stützen-Isolatoren

 * aus Glas,

 * aus der Kombination Porzellan-Glas und

 * aus Porzellan [35].

So wurde für die 40-kV-Freileitung Provo/Utah ein Glas-Isolator mit 3 Außenrillen eingesetzt (Bild 14) [35].

 Bild 14: Amerikanischer Glasisolator für 40 kV (1898)

Später griff die Hemingray Glass Co. (USA) die Fertigung von Glas-Stützen-Isolatoren bis 15 kV aus einem Stück auf (ähnlich Bild 14) und fertigte diese viele Jahre [36].

Auch in Frankreich begann nach 1920 die Herstellung von Stützen-Isolatoren aus Glas, allerdings durchweg in mehrteiliger Ausführung [37]. Die Bauform lehnte sich an den deutschen HW-Typ (Bild 30) an. Bei gleichen Maßen war

 - die elektrische Festigkeit gleich, aber

 - die mechanische Festigkeit betrug nur 50 bis 75 % des keramischen Vergleichs-Isolators.

Eine zweiteilige "Glasglocke" entstand 1901 für die 55-kV-Anlage am Missouri River (Bild 15), wobei das Unterteil nur die Aufgabe hatte, die bei dieser Bauweise verwendete Holzstütze zu schützen.

 Bild 15: Zweiteiligeramerikanischer Glas-Isolator für 55 kV (1901)

Eine eigenartige Kombination aus Porzellan und Glas stellte der Isolator für die 60-kV-Anlage der Bay Conties Co. dar (Bild 16) [24], [283]:

Der pilzförmige Isolierkörper bestand aus einem Kopf aus Porzellan, welcher 2 Randnasen hatte, die das Regenwasser ablaufen ließen, sowie einem gläsernen Unterteil (Kelch), der über die ganze Stütze gezogen wurde. Die Verbindung der Glaseinzelteile erfolgte anfangs mit Schwefel, später mit Zementkitt.

Beim Einsatz der vorgenannten Stützen-Isolatoren verstärkte sich in den USA die Erkenntnis, dass nicht Glas, sondern nur die glasierte Oberfläche und die Werkstoffeigenschaften des Porzellans eine sichere Isolation einer Freileitung gewährleisten. Es entstanden daraufhin 1902 für eine 50-kV-Anlage der Shawingen Water and Power Company dreiteilige Isolatoren aus Porzellan, die mit Portland-Zement zusammengekittet waren (Bild 17) [284].

Bild 16: Amerikanischer Porzellan-Glas-Isolator für 60 kV von Locke (1901)

 Bild 17: 3-teiliger amerikanischer Porzellan-Stützen-Isolator von Thomas (1902)

Bei weiteren Freileitungen fanden 1904 auch 4-teilige Porzelan-Stützen-Isolatoren Anwendung (Bild 18) [35].

Bild 18: 4-teiliger amerikanischer Stützen-Isolator (1904)

Die zunächst "gefühlmäßigen" amerikanischen Festlegungen zur Gestaltung der ersten Hochspannungs-Isolatoren mündeten 1904 in den ersten technisch-wissenschaftlich fundierten Forderungen an die Konstruktion solcher Isolatoren [35]. Diese lauteten:

 - Der Isolierstoff der Einzelelemente soll gleichartig und fest sein und eine hohe elektrische Durchschlagfestigkeit aufweisen.

 - Ein hoher elektrischer Oberflächenwiderstand gegen Stromableitung muß vorhanden sein.

 - Der Abstand zwischen Leiter (Seil oder Draht) und Stütze (Bolzen) muß so groß sein, dass bei Betriebsspannung und bei Überspannungen eine Lichtbogenbildung vermieden wird.

 - Die Gestalt des Isolators darf nicht dazu fuhren, dass sich Salz, Staub u. a. ansammeln können. Salznebel z. B. fordert Formen, die einer öfteren Reinigung zugänglich sein müssen.

 - Gestalt und Beschaffenheit des Isolierkörpers sollen eine kleinstmögliche Eigenkapazität bewirken.

 - Wärmeverluste durch Stromleitung und dielektrische Effekte sollen unmerklich sein.

 - Die mechanische Belastbarkeit soll den wirkenden äußeren Kräften (Leiterzugkraft) entsprechen.

Hierbei wurden bereits erste Vorschläge für Arten und Methoden von Prüfungen an Isolatoren geäußert.

In den ersten deutschen Sicherheitsvorschriften für den Freileitungsbau von 1904 [39] wurde lediglich festgelegt:

Freileitungen dürfen nur auf Porzellanglocken (Doppelglocken), Rillen-Isolatoren oder gleichwertigen Isoliervorrichtungen verlegt werden. Die Glocken sind dabei in aufrechter Stellung zu befestigen.

Um beim Übergang auf höhere Betriebsspannungen den Durchmesser der Stützen-Isolatoren klein zu halten, wurde von Vernon G. Converse (USA) 1901 [35] ein neuartiger langer Isolator entwickelt (Bild 19). Dabei ist das Oberteil (Kopf) des Isolierkörpers auf einem Holzbolzen aufgeschraubt. Dazugehörige Zwischenstücke sind auf ein tragendes Unterteil aufgesteckt und ragen jeweils mit einem rohrähnlichen Ende in Rinnen des nächsten Zwischenstückes. Die Rinnen sind mit isolierendem Kitt gefüllt. Ob dieser Isolator jemals zur Anwendung kam, ist unbekannt.

Bild 19: Stützen-Isolator von Converse (1901)

In Deutschland wurden die ein- und mehrteiligen Delta-Isolatoren von zahlreichen Porzellanfabriken hergestellt. Diese waren in einem Porzellan-Isolatorensyndikat zusammengefaßt. Die Isolatoren erhielten einheitliche Seriennummem, z. B. "J X387" ( = Stützen-Isolator HD 25), wobei das X jeweils durch die Syndikats-Nummer des Isolatoren-Herstellers ersetzt wurde.

Die Porzellanteile (Scherben) der mehrteiligen Isolierkörper

 * Oberteil mit Hals- und Kopfrille (Kopf),

 * Mittelteil(e) und

 * Unterteil (Kelch, Hülse)wurden entweder

 - nach dem Brand mit Zementkitt miteinander verbunden, - im Brand "zusammenglasiert" (zusammengebrannt)oder

 - nach dem Brand "zusammengehanft".

Bei der Methode "Verbinden mittels Zementkitt" sind die Porzellanteile an den Kittstellen unglasiert.

Beim "Zusammenglasieren" erfolgt die Verbindung der Einzelteile durch eine Glasur in einem 2. Brand. Durch vorheriges Schleifen an den senkrechten konischen Isolierkörperflächen werden die Teile auf das Einbringen der Verbindungs-Glasur vorbereitet [40]. Die Spalten zwischen den waagerechten Flächen der Einzelteile bleiben unverbunden und bilden dadurch oft Hohlräume. Beim Einbringen der Stütze konnte deshalb der Boden des Isolierkörper-Unterteiles leicht durchstoßen werden [41].

Seit 1920 wurde eine große Anzahl von "zusammengehanften" Isolatoren durch die Hescho Hermsdorf hergestellt. Diese haben sich wegen ihrer Nachgiebigkeit gut bewährt [28], [42]. Dabei wird über die aufgerauhte Außenfläche des Unterteiles des Isolierkörpers ein mit Leinöl getränkter Hanfiiberzug aufgewickelt und darauf das mit Innengewinde versehene Oberteil aufgeschraubt. Nach längerer Betriebszeit führten hier allerdings Leiterseil-Schwingungen zu Lockerungs- und Korrosionserscheinungen [28].

An mehrteiligen Delta-Isolatoren kam es nach 3- bis 5-jährigem Betrieb zu zahlreichen Betriebsstörungen durch Zerspringen des Isolierkörpers. Umfangreiche Untersuchungen [32] führten zu folgenden Erkenntnissen:

 • Die Betriebsstörungen treten besonders in der warmen Jahreszeit auf.

 • Es sind nur mehrteilige Isolierkörper betroffen, keine einteiligen.

 • Die Schäden treten nur bei zusammengekitteten Isolierkörpern auf, nicht bei zusammenglasierten [45] bis [47] oder zusammengehanften [44].

 • Die Risse, die nachfolgend zum Zerspringen des Isolierkörpers führen, treten vor allem am Oberteil (Kopf) auf.

 • Isolierkörper mit ungleichmäßiger Dicke der Kittfuge zwischen Ober- und Mittelteil zeigen sehr schnell Haarrisse.

Daraus konnte geschlossen werden:

Die Ursache für das Zerspringen des Isolierkörpers von mehrteiligen Stützen-Isolatoren ist der Überdruck innerhalb des Isolierkörpers, der durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungs-Koeffizienten von Kittwerkstoff und Porzellan bei Temperaturänderungen entsteht. Je nach Zusammensetzung des Kittwerkstoffes ist dessen Wärmeausdehnungs-Koeffizient 2 bis 4 mal größer, als der des Porzellans.

Dass das Zerspringen des Isolierkörpers erst nach mehrjähriger Betriebszeit auftrat, wurde damit erklärt, dass Zementkitt in den ersten Jahren noch etwas nachgiebig ist und erst nach einer Reihe von Jahren seine endgültige starre Beschaffenheit annimmt.

1919 vertrat die Porzellanfabrik Freiberg die Ansicht [48], dass sich mehrteilige, mit Kitt verbundene Isolatoren einwandfrei herstellen lassen, wenn die Ursachen für das Zerspringen der Isolatoren, wie

 - ungünstige Isolatorenform,

 - unzweckmäßiger Kitt und

 - falsche Kittweise

beseitigt werden. Als zweckmäßiger Kitt wurde eine 1921 von dieser Porzellanfabrik entwickelte Zementmischung (Magerung mit feingemahlenem Quarz), der sog. "Teleo-Kitt", angesehen, der im abgebundenen Zustand ungefähr die gleiche Wärmeausdehnung besitzt, wie Porzellan [49], [50]. Außerdem weist dieser Kitt eine höhere Festigkeit als übliche Sandzementmischungen auf. Als weitere Maßnahme wurde die Anwendung elastischer Anstriche zwischen Kitt und Porzellan empfohlen.

Um die Isolatorenbrüche durch unzweckmäßige Kittung zu verhindern, wurde 1926 von der Porzellanfabrik PINCO (USA) von der herkömmlichen Kittmethode "Zement auf den gesamten Kittflächen" abgegangen [51]. Man schlug vor, die Lochböden der einzelnen Isolierkörperteile mit einer elastischen Masse zu versiegeln und danach die Kittung an den senkrechten konischen Flächen vorzunehmen. Dazu wurden die senkrechten nicht glasierten Innenseiten der Isolierkörperteile mit einer Wellung versehen, die nicht glasierten Außenseiten dagegen blieben glatt (Bild 20). Als Kittwerkstoff wurde Portland-Zement verwendet.

 Bild 20: Kittung der Isolierkörperteile nach der Methode von PINCO (USA, 1926)

 Bild 21: Kittung der Isolierkörperteile nach der Methode von Ohio Brass (USA, 1947)

Eine andere Methode der Kittung fand bei Ohio Brass (USA) Anwendung (Bild 21) [52]: Auf den konischen Kittflächen wurden Porzellankömer anglasiert, danach wurden die Teile mit Portlandzement verkittet.

Der Innenraum des fertigen Isolierkörpers wurde nach dem Vorbild der Telegrafen-Stützen-Isolatoren normalerweise mit einem Porzellan-Rundgewinde zur Aufnahme der Stahlstütze versehen. Allerdings wurde dieses Rundgewinde von den Herstellern sehr unterschiedlich ausgeführt (Bild 22) [53].

Bild 22: Rundgewinde im Isolierkörper von Stützen-Isolatoren (USA)

Während anfangs auch in Deutschland die Art des Innengewindes im Isolierkörper dem Hersteller überlassen war, schrieb man später dafür Rundgewinde nach DIN 405, T. 1 vor. Auch für am Schaftende mit Gewinde versehene Stützen wurde diese Gewindeart angewendet.

Anfänglich wurden die mehrteiligen Isolierkörper aus Fabrikationsgründen zylindrich gedreht und mit ebenem Boden versehen. Die dabei entstehenden scharfen Kanten erleichterten das Entstehen von Rissen. Ab 1916 wurde deshalb die halbkugelige Form der Kittflächen für alle mehrteiligen Isolatoren vorgesehen (Bild 23).

 Bild 23: Änderung der Form der Kittflächen bei mehrteiligen Stützen-Isolatoren (1916)

Systematische Weiterentwicklungen der Stützen-Isolatoren des Delta-Types führten zu deren Normalisierung mit der Typenbezeichnung "HD" (Bild 24) [31]. Diese Bezeichnung, geht auf die Firmenbezeichnung "Hermsdorf-Delta-Isolator" zurück.

Die Normung für die Betriebsspannungen 6 kV bis 35 kV (VDE-Bezeichnung: HD 6 bis HD 35) wurde 1920 eingeleitet [24], [29], [30] und 1932 mit der Veröffentlichung der DIN VDE 8002/VI.32 abgeschlossen. Darin wurde jedoch die Verbindungsart der Isolierkörper-Einzelteile bei mehrteiligen Isolierkörpern nicht festgelegt.

In DIN VDE 8002 waren für ein- und mehrteilige Ausführungen der Isolierkörper noch unterschiedliche Bruchfestigkeiten angegeben. Sie betrugen bei mehrteiligen nur 80 bis 90 % der der gleichen einteiligen Isolierkörper. Nach einer späteren grundlegenden Überarbeitung dieses Normblattes entfielen diese Unterschiede. Das neue Normblatt erhielt die Bezeichnung DIN 48 002/12.40.

 Bild 24: Stützen-Isolatoren ohne Kopfrille, Typenreihe "HD" [55]

Die erste 40-kV-Freileitung Europas Gromo-Nembro (Italien), die 1905 BBC baute, wurde bereits mit 2-teiligen Hermsdorf-Delta-Isolatoren ausgerüstet [55]. Bei einer 1908 von der BBC in Italien (Novara/Anza) errichteten 45-kV-Freileitung verwendete man 3-teilige Stützen-Isolatoren mit gebogenen Stützen an Holzmasten (Bild 25) [56].

 Bild 25: Stützen-Isolator auf gebogener Stütze an Holz-Masten (1908)

1911 bis 1914 entstanden die ersten Vorschläge für die Anordnung von Stützen-Isolatoren an Stahl-Gittermasten, bei den älteren Leitungen mit Anordnung des Erdseiles unterhalb der Leiterseile, bei den jüngeren Leitungen mit dem Erdseil auf der Mastspitze (Bild 26).

Bild 26: Anordnung von Stütz-Isolatoren auf Stahl-Gittermasten (1914)

 Bild 27: Stahl-Gittermast mit Holztraverse und Ausleger für Schutznetz-Befestigung (1908)

1908 wurden für eine 35-kV-Freileitung zur Urft-Talsperre Stahlgitter-Maste an den Wegübergängen mit Stahl-Auslegern zur Befestigung der Drähte von Schutznetzen eingesetzt (Bild 27) [57].

In den ersten deutschen SicherheitsVorschriften für den Freileitungsbau von 1904 war vorgeschrieben, dass bei Kreuzungen mit anderen Leitungen Schutznetze oder Schutzdrähte zu verwenden sind. Durch ihre Form und Lage gegenüber den Leitungsdrähten mußte dafür gesorgt werden, dass

 * eine zufällige Berührung zwischen dem Schutznetz und den intakten Leitungsdrähten verhindert wird und

 * ein gebrochener Leitungsdraht auch bei starkem Wind vom Schutznetz sicher abgefangen wird.

Für die Schutznetze verwendete man Stahldraht, wobei die Längsdrähte 2,5 mm bis 5 mm Durchmesser und die Querdrähte 1,5 mm bis 4 mm Durchmesser besaßen. IWH empfahl 1919 für die Verbindung der Längs- und Querdrähte von Schutznetzen Knotenverbinder entsprechend (Bild 28) [58], [59].

Bild 28: Knotenverbinder für Schutznetze

 Bild 29: Werkzeuge für die Montage von Knotenverbinder

Die 2-teiligen Knotenverbinder aus verzinktem Stahlblech wurden mit Hilfe von Schlagwerkzeugen (Bild 29) mit dem Hammer an den Knotenstellen von Längsund Querdrähten zusammengepreßt.

Für Gegenden mit besonders schwierigen Umweltverhältnissen entstand 1921 aus dem Delta-Isolator durch die Firma Schomburg & Söhne der Weitschirm-Isolator (sog. "Kammertyp") mit der Typenbezeichnung "HW" (Bild 30) [28], [31], [60], [61].

Bild 30: Weitschirm-Stützen-Isolatoren ohne Kopfrille, Typenreihe "HW" (1921) [54]

Im Gegensatz zur "Helmtype" (Delta-Glocke) sind beim Weitschirm-Isolator tief einschneidende Hohlräume vermieden und dafür nach unten verlaufende Rippen am oberen Schirm angeordnet. Dadurch entstehen zahlreiche "Kammern", die bei Regen trocken bleiben. Auf Grund seiner schwierigen Herstellung hat sich der Weitschirm-Isolator in Deutschland nur in geringem Umfang eingeführt [62].

Problematisch war in mechanischer Hinsicht bei diesen Isolatoren der hohe Angriffspunkt des Leiterseiles in der Kopfrille gegenüber dem Stützenende. Dadurch wurde das Oberteil (Kopf) ungünstig belastet, besonders bei 3- und 4-teiligen Isolierkörpern.

Die Normung der Weitschirm-Isolatoren mit Kopfrille, unter der Bezeichnung "Stützen-Isolator HW", wurde mit der Einführung der DIN VDE 8003/IV.32 abgeschlossen. Bei einer späteren grundlegenden Überarbeitung des Normblattes erhielt dieses die Bezeichnung DIN 48 003/12.40.

Später konnte man die mehrteiligen Typen der Delta- und der Weitschirm-Isolatoren auch mit einteiligen Isolierkörpern, mit entsprechend dicken Wandstärken herstellen. Dafür schlug z. B. die Porzellanfabrik Kloster Veilsdorf 1926 für die Nennspannungen 10 kV bis 25 kV sog. "durchschlagsichere" Stützen-Isolatoren entsprechend (Bild 31) vor [29].

Bild 31: Sog. "durchschlagsichere" Stützen-Isolatoren der Porzellanfabrik Kloster Veilsdorf (1926), links: für 10 kV, rechts: für 25 kV

Unabhängig von dieser gewählten Bezeichnung ist ein Stützen-Isolator jedoch stets ein nicht durchschlagfester Isolator, da der Durchschlagweg zwischen Leiterseil und Stütze wesentlich kleiner als der Überschlagweg ist (Bild 32).

 Bild 32: Durchschlag- und Überschlagweg beim Stützen-Isolator

Als Endformen dieser Entwicklung entsprechend Bild 31 entstanden in Deutschland die Typenreihen

* VHD nach DIN VDE 8004/IV.32 (verstärkter Stützen-Isolator für Nennspannungen 10 kV bis 35 kV, der später mit "St" bezeichnet wurde) und

* VHW nach DIN VDE 8005/IV.32 (verstärkter Weitschirm-Stützen-Isolator, ebenfalls für 10 kV bis 35 kV) [24], [42], [63].

Beide Typenreihen haben eine höhere Durchschlagfestigkeit als der Delta-Isolator, da das Loch für die Stütze im Isolierkörper nicht bis zur Höhe der Halsrille reicht und an der elektrisch am höchsten beanspruchten Stelle eine dicke Porzellan wand vorhanden ist (Bild 33, rechts) [62], [64].

 Bild 33: Genormte Stützen-Isolatoren im Vergleichlinks: HD (normale Ausführung) [65],rechts: VHD (verstärkte Ausführung) [66].

Nach einer grundlegenden Überarbeitung der DIN-VDE-Normblätter erhielten diese eine neue Bezeichnung:

 - VHD: bisher DIN VDE 8004, neu DIN 48 004/12.40,

 - VHW: bisher DIN VDE 8005, neu DIN 48 005/12.40.

1931 kamen Stützen-Isolatoren auf den Markt, die Salzablagerungen (Bild 34) [24] und starke Verschmutzungen durch Industrieluft (Bild 35 und Bild 36) [24], [53] beherrschen sollten.

Bild 34: Stützen-Isolator für Gegenden mit Salzablagerungen

Bild 35: Stützen-Isolator für starke Industrie-Luftverschmutzung

 Bild 36: Amerikanischer Stützen-Isolator für Industrie-Luftverschmutzung ("Fog type")

Zum Schutz von Stützen-Isolatoren vor Lichtbögen, die nach Überschlägen durch Blitzeinschläge in die Freileitung am Isolator entstehen können, wurde 1909 von L. C. Nicholson erstmals an der Stütze eines Stützen-Isolators ein metallischer Schutzring angebracht (Bild 37) [67], [68], [315]. Dadurch erfolgt der Durchschlag der Luftstrecke mit nachfolgendem Lichtbogen vom Isolierkörper entfernt, zwischen Schutzring und Leiterseil.

 Bild 37: Schutzring für Stützenisolatoren nach Nicholson (1909)

1910 brachte die Porzellanfabrik Rosenthal einen neuartigen Stützen-Isolator auf den Markt, der im wesentlichen nur aus einem Pozellandach und einem einzigen, die Stahlstütze umgebenden Porzellanmantel bestand (Bild 38) [65].

 Bild 38: Stützen-Isolator von Rosenthal (1910)

Auf einer 25-kV-Freileitung in der Nähe von Genua (Italien) traten 1907 schwierige Isolationsbedingungen mit normalen Stützen-Isolatoren auf [69]. Feine Wasserteilchen, die der Wind von der Seeseite heranblies, blieben auf den Isolatoren haften. Nach Trocknung entstand ein feinkristalliner Überzug, auf dem Staub und Ruß haften blieb. Diese Schicht wuchs in 2 Monaten bis zu 1 mm Dicke, bildete sich jedoch nicht auf den dem Regen ausgesetzten Flächen.

Zur Lösung des Problems schlug Anfosi [65], [69] einen Isolator vor, der nur aus einem flachen Dach und einer Hülse um die Stütze bestand (Bild 39).

Einen völlig anderen Zweck sollte dagegen der Stützen-Isolator von Ginori [65] erfüllen (Bild 40): Das Leiterseil bzw. der Leitungsdraht ist unterhalb eines

Daches aus Porzellan angebracht. Durch dieses Dach werden die darunterliegenden Porzellanteile bei Regen trocken gehalten.

Bild 39: Stützen-Isolator von Anfosi (1907)

Bild 40: Stützen-Isolator von Ginori (1910)

 Bild 41: Amerikanischer Stützen-Isolator für 75 kV (1910)

Für eine 75-kV-Freileitung wurde 1910 von der Edison Electric Company (USA) ein 4-teiliger Stützen-Isolator nach Bild 41 [70] eingesetzt.

Eine Verbesserung der Isoliereigenschaften brachte der 1910 von der Porzellanfabrik Hermsdorf für Spannungen bis 25 kV hergestellte Metallschirm-Isolator [71]. Er unterscheidet sich von den Delta-Isolatoren dadurch, dass der oberste Porzellanmantel durch einen leichten Metallschirm ersetzt wurde (Bild 42).

Bild 42: Metallschirm-Isolator der Porzellanfabrik Hermsdorf (1910)

 

Der weitausladende gepreßte feuerverzinkte Metallschirm sollte bei Regen die direkte Benetzung der darunterliegenden Pozellanteile verhindern.

Ähnliche Eigenschaften hat der von der Porzellanfabrik Rosenthal entwickelte Kammer-Isolator [82], [83], der 1910 für eine 66-kV-Freileitung der Hidro-electrica Espanola Madrid verwendet wurde (Bild 43).

 Bild 43: Kammer-Isolator der Porzellanfabrik Rosenthal (1910)

1918 analysierte Gilchrest die in den amerikanischen Hochspannungs-Freileitungsnetzen sehr zahlreich aufgetretenen Störungen an mehrteiligen Stützen-Isolatoren und zog daraus für die richtige Konstruktion solcher Isolatoren folgende Schlußfolgerungen:

 * Die Oberfläche des Isolierkörpers soll den elektrischen Feldlinien folgen.

 * Die Umrisse der Regendächer sollen den Äquipotentiallinien folgen.

 * Die Linien der mechanischen Beanspruchung sollen parallel zu den elektrischen Feldlinien verlaufen.

 * Der Oberflächenwiderstand jedes Porzellanteiles soll annähernd gleich sein oder nach der Stahl-Stütze zu etwas abnehmen.

 * Die Kapazität jedes Porzellanteiles soll annähernd gleich sein.

Bild 44 zeigt einen nach diesen Gesichtspunkten konstruierten Isolierkörper für einen Stützen-Isolator [72], der als Faradoid-Isolator bezeichnet wurde.

Bild 44: Von Gilchrest vorgeschlagene Idealform eines mehrteiligen Isolierkörpers für Stützen-Isolatoren (1918, F aradoid-Isolator)

Seit 1918 beschäftigte sich ein Ausschuss des VDE mit der Bewertung und Normung von Porzellan-Isolatoren. 1920 entstanden die ersten Entwürfe für eine deutsche Norm über Freileitungs-Isolatoren [29], [30]. In den Normentwürfen wurde darauf hingewiesen, dass bei Stützen-Isolatoren Maßnahmen vorzusehen sind, die das Entstehen von Rißbildungen im Isolierkörper ausschließen.

Insbesondere sind bei zusammengekitteten Isolierkörpern

 * die Kittflächen kalottenförmig auszubilden,

 * scharfe Biegungen, Krümmungen und Kanten zu vermeiden und

 * die Kittschicht und das Kittmittel mit Sorgfalt auszuwählen.

Die Befestigung der Stützen-Isolatoren auf den Mastkonstruktionen geschah in den USA zunächst mittels Holz-Stützen [28], [73]. So wurden beispielsweise 1904 Holz-Stützen

 * aus Eukalyptus-Holz, die ausgekocht, getrocknet und in heißem Leinöl getränkt wurden oder

 * aus Bergakazie oder Eichenholz, die nach Trocknung 6 bis 12 Stunden in heißes Paraffin getaucht wurden,

hergestellt [38], [74]. Beim mehrjährigen Betrieb derartiger Freileitungen zeigte sich jedoch, dass die Holz-Stützen durch die Einwirkung von Glimmentladungen und Ladeströmen allmählich verkohlten, bzw. direkt verbrannten. Sie wurden deshalb durch rohrförmige Stahl-Stützen ersetzt. Der Isolierkörper wurde direkt auf das Gewinde der Stahl-Stütze oder durch Zwischenlegen eines Bleifadens aufgedreht [74].

Für eine 60-kV-Freileitung am Niagarafall wurden für 3-teilige Stützenisolatoren gußeiserne Stützen mit einer breiten Grundplatte verwendet (Bild 45).

Bild 45: Gußeiserne Stütze (USA, 1906)

Bild 46: Rohrförmige Stahlstütze in Holztraverse eingelassen (1908)

Auch rohrförmige Stahl-Stützen, die direkt in die Holztraverse eingesteckt wurden, kamen zur Anwendung, wie 1908 auf einer 35-kV-Freileitung in Neuseeland (Bild 46) [77].

Stahl-Stützen bewährten sich gut. Man brachte aber dadurch das Erdpotenzial in das Innere des Isolierkörpers und bis auf wenige Zentimeter an das Hochspannungspotenzial heran.

Später wurde die Befestigung der Stützen-Isolatoren generell mit geraden oder gebogenen massiven Stahl-Stützen vorgenommen, die je nach Umbruchkraft des Isolators unterschiedlich ausgeführt und weitgehend normalisiert wurden (Bild 47 bis 49) [28], [29], [78].

Für die Normung der Stützen galt zunächst der Gesichtspunkt:

Für die verschiedenen Isolierkörperarten von Stützen-Isolatoren sollen möglichst gleiche Stützen verwendet werden.

Bild 47: Gerade Stützen

Bild 48: Gebogene Stützen für NS-Stützen-Isolatoren

 Bild 49: Gebogene Stützen für HS-Stützen-Isolatoren

Nach Vorentwürfen [28], [78] entstand 1922 eine VDE-Norm, in der festgelegt war:

 * Die Stützen sind den jeweiligen Stützen-Isolatoren zugeordnet und tragen zur Kennzeichnung ein "S". Für Niederspannungs-Isolatoren ein "NS..." und für Hochspannungs-Isolatoren ein "HS...".

 * Für gerade Stützen gibt es 3 Ausführungsformen:I = zylindrische Stützen,II = mittelstarke Stützen undIII = stärkste Stützen.

* Für gebogene Stützen sind 2 Ausführungsformen vorgesehen:

IV = bis 500 V (NS) und

V = über 500 V (HS).

Außerdem gab es in der Norm Stützen, deren Länge aus Rücksicht auf den Vogelschutz größer festgelegt war (mindestens 250 mm).

Bei der Bearbeitung dieser Norm wurde der ursprünglich geltende Gesichtspunkt einer Vereinheitlichung der Stützen verlassen. 1930 wurde die VDE-Norm weiter zergliedert. Es entstanden folgende DIN-VDE-Normen [63]:

Für Stützen-Isolatoren der Reihe HD:

DIN VDE 8040/1.30: Gerade Stützen HDS,

DIN VDE 8041/1.30: Gebogene Stützen HDS.

Für Stützen-Isolatoren der Reihe HW:

DIN VDE 8042/1.30: Gerade Stützen HWS,

DIN VDE 8043/1.30: gebogene Stützen HWS.

Für Stützen-Isolatoren der Reihen VHD und VHW:

DIN VDE 8044/1.30: Gerade Stützen VHS,

DIN VDE 8045/1.30: gebogene Stützen VHS.

Außerdem entstanden Normblätter für die Stützen von NS-Stützen-Isolatoren.

Es wurde empfohlen, die geraden Stützen entsprechend Bild 51 auf der Traverse zu montieren. Damit sind sie gemeinsam mit dem Isolierkörper in der Lage, große Leitungszugkräfte aufzunehmen. Gebogene Stützen kommen dagegen nur für geringe Leitungszugkräfte in Frage, da sie meist direkt in die Holzmaste eingeschraubt werden. Bei Kreuzungsfeldern sind an Holzmasten Stützen mit durchgehendem Gewinde (Stütze zum Durchstecken) vorgeschrieben (Bild 50).

 Bild 50: Stütze zum Durchstecken für Holzmaste in Kreuzungsfeldern

In der Schweiz wurden für eine 65-kV-Freileitung veränderte gebogene Stützen, sog. "von-Roll-Stützen" für Weitschirm-Isolatoren verwendet (Bild 52).

Wichtig war bei den geraden Stützen die Festlegung, dass der Bund nicht angeschweißt, sondern gestaucht werden und dass die Bundunterfläche rechtwinklig zur Stützenachse liegen muß. Der Schaft der Stützen war meist ohne Gewinde und nur mit Aufhieben versehen. Die Stützen waren allgemein noch nicht feuerverzinkt.

Die übliche Befestigung der Isolierkörper auf der Stütze war anfangs

* die Verwendung von Teerwerg,

 * das Vergießen mit einer Mischung aus Pech und Schwefel und* das Vergießen mit Blei.Bild 51: Befestigung von geraden Stützen an Masttraversen (1920)Bild 52: Gebogene Stützen nach von Roll (Schweiz)

Die ersten deutschen Sicherheitsvorschriften für den Freileitungsbau von 1904 [39] empfahlen dagegen:

Zur Befestigung der Isolierkörper auf den Stützen dienen Hanf mit Leinöl, Mennige oder Asphalt. Sogenannte Stützenkitte, wie Bleiglätte mit Clycerin (Postlerit, Isolit usw.) sowie Metallkitte haben sich nicht bewährt. Auch auf die Stahlstütze aufgegossene Bleiköpfe, die außen ein dem Porzellangewinde entsprechendes Gewinde besaßen und ohne Zwischenlagen in den Isolierkörper eingeschraubt wurden, kamen zur Anwendung [28], [81].

1907 wurde vorgeschlagen, die Befestigung mittels 4 bis 5 über die Stütze gestülpter, fester, pergamentartiger, in einer ölhaltigen Isoliermasse getränkter Papierhülsen ("Schrödersche Papierhülsen") vorzunehmen, auf die der Isolierkörper aufgeschraubt wurde (Bild 53) [80].

 Bild 53: Papierhülsen zur Befestigung des Isolierkörpers von Stützen-Isolatoren (1907), links: vor dem Aufschrauben des Isolierkörpers, rechts: nach dem Aufschrauben und anschließender Demontage

Wegen Hanfmangels während des II. Weltkrieges wurde diese Technologie von der Porzellanfabrik Hermsdorf später nochmals angewandt.

Wie auch bei den Stützen-Isolatoren wurde in Deutschland Anfang der 1940er Jahre bei den Stützen eine durchgreifende Typeneinschränkung durchgesetzt: Es gab nur noch je eine Ausfuhrungsform der geraden und der gebogenen Stützen für Hochspannungs-Isolatoren. Dabei entstanden die neuen Normenblätter

DIN 48 044/4.44 für gerade Stützen und

DIN 48 045/4.44 für gebogene Stützen.

Nach einer weiteren Überarbeitung der Normen wurden 1959 folgende Stützen festgelegt (DIN 48 044/9.59 und DIN 48 045/9.59):

 * Gerade Stützen:SGZ (mit zylindrischem Schaft, bisher VHS..A),SGK (mit kegeligem Schaft, bisher VHS..B).

 * Gebogene Stützen:SBE (zum Einschrauben, bisher VHS..E),SDD (zum Durchstecken, bisher VHS..F).

Die Befestigung der Stützen im Isolierkörper der Stützen-Isolatoren war weiterhin ein weltweites Problem.

Bereits 1919 wurde von der Canadian Porcelain Co. zur Verbindung zwischen Stahl-Stütze (mit Gewinde) und Isolierkörper (mit Innengewinde) eine Hülse aus Zink verwendet (Bild 54).

Bild 54: Gerade Stahl-Stütze mit Zinkhülse

1931 wurde von Lapp Insulator (USA) und später von Ohio Brass (USA) zur Befestigung der Stahl-Stütze im Isolierkörper eine Gewindehülse aus Zink ("Fingerhut", thimble) in die Bohrung des Isolierkörpers einzementiert (Bild 55 und Bild 56) [52], [53]. In diese Zink-Gewindehülsen werden die mit Gewinde versehenen Stahl-Stützen eingeschraubt (Bild 57).

Werden kleinere Stahl-Stützen mit Gewinde oder mit einem von der Norm abweichenden Gewinde in die Isolierkörper eingeschraubt, sind Adapterstücke zwischen Zink-Gewindehülse und Stahl-Stütze vozusehen (Bild 58) [53].

Bild 55: Stützen-Isolator mit einzementierter Zink-Hülse ("Zink-Fingerhut")

 Bild 56: Zink-Gewindehülse ("Zink-Fingerhut")

Bild 57: Stahlstützen mit Außengewinde, für die Montage mit Zink-Gewindhülsen

 Bild 58: Adapterstücke für die Stützenmontage mit Zink-Gewindehülsen

 

Zur Befestigung (Einzementierung) der Zink-Gewindehülse wurde von Ohio Brass (USA) eine Methode entsprechend Bild 59 angewendet [52].

Bild 59: Einzementierung der Zink-Gewindehülse im Isolierkörper

Dabei werden auf den Flächen der Bohrung des Isolierkörpers Porzellankörner aufglasiert, die danach mit einem dünnen Glasurüberzug versehen sind. Dann erfolgt die Einzementierung des "Fingerhutes". Am Boden der Isolierkörper-Bohrung wird kein Zement verwendet, sondern zwischen "Fingerhut" und Porzellan wird eine Filzscheibe eingelegt. Außerdem befindet sich am Boden des "Fingerhutes" ein Korkpolster

NGK (Japan) übernahm diese Befestigungstechnik für die Stütze und bot dafür die im Bild 60 dargestellten Varianten an [84].

Bild 60: Befestigungstechnik zwischen Stütze und Isolierkörper von NGK (Japan)

Die Fertigmontage des Stützen-Isolators, d. h., die Befestigung der Stahl-Stützen im Isolierkörper, erfolgt überwiegend durch die bauausführende Firma, zumeist direkt vor Ort. Dieser Tätigkeit muß besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden, um den Isolierkörper nicht zu beschädigen und auch für den späteren Betrieb sichere Verhältnisse zu schaffen.

Allgemein galten 1923 in Deutschland für die Montage des Isolierkörpers mit den Stützen folgende Richtlinien [85]:

 * Grundsätzlich sind nur elastische Verbindungsmittel zwischen Stütze und Isolierkörper einzubringen. Zement ist dafür ungeeignet.

 * Bewährt hat sich Hanf, der in dünnen, flachen Strähnen gleichmäßig und zylindrisch auf den Schaft der Stütze von oben nach unten aufzuwickeln ist. Es ist soviel Hanf zu verwenden, bis sich der Isolierkörper ohne größeren Kraftaufwand auf die Stütze aufschrauben läßt.

 * Um eine zu harte Berührung der Stütze mit dem Lochboden des Isolierkörpers beim Aufschrauben zu verhindern, sollten- über die Stirnseite der Stütze mehrfache Kreuzwickel aus Hanf oder- 2 bis 3 Pappscheiben als Polster an der Stirnseite angebracht werden.

* Günstig ist auch, den Isolator nach erfolgtem Aufschrauben 1/2 Gang zurückzuschrauben, um sicher zu sein, dass zwischen Stützenende und Lochboden des Isolierkörpers keine Pressung stattfindet.

* Das ins Innere des Isolierkörpers ragende Stützenende muß einen glatten Schaft besitzen, an dem an 4 Seiten Einkerbungen angebracht sind, die dem vorgesehenen Hanfwickel genügend Halt geben. Ein Gewinde auf dem Schaft ist überflüssig. Denn wenn das Gewinde nicht genau zum Gewinde im Inneren des Isolierkörpers paßt und das ist bei den Toleranzen bei der Herstellung des Isolierkörpers immer so, kann es zur Sprengung des Porzellans kommen.

Das Aufdrehen der Isolierkörper auf der Baustelle führte jedoch immer wieder zur Zerstörung der Porzellanteile. Deshalb wurde verbreitet zur Fertigstellung des kompletten Stützen-Isolators im Herstellerwerk übergegangen [47].

In Deutschland gab es seit etwa 1957 Vorschläge, zur Befestigung der Isolierkörper der NS-Stützen-Isolatoren auf den Stützen Kunststoffkappen zu verwenden. Bei diesen Kappen, die außen mit dem gleichen, wie im Isolierkörper befindlichen Gewinde versehen sind, muß sich bei der Montage der Stütze das Isolatorengewinde fest in den Kunststoff eindrücken. Als Werkstoff wurde Niederdruck-Polyäthylen verwendet.

Die Kunststoffkappe bringt im Gegensatz zum Hänfen immer einen geraden und festen Sitz des Isolierkörpers auf der Stütze. Um die Paßfahigkeit dieser Kunststoffkappen gleichmäßig zu gewährleisten, entstand die Norm

DIN 48 016/11.70 für Gewindekappen GK (Bild 61).

 Bild 61: Kunststoff-Gewindekappe GK zum Befestigen von Stützen von Stützen-Isolatoren nach DIN 48 016

Ähnliche Vorschläge von 1963 benutzten für die Kunststoffkappen Hochdruck-Polyäthylen (Bild 62).

 Bild 62: Kunststoffkappen zum Befestigen von Stützen (1963)

Bei der Montage werden diese Kunststoffkappen mit Hilfe eines Hartholzstempels in das Isolierkörperloch gedrückt. Danach wird der Isolierkörper auf die Stütze aufgesetzt und dieser mit einem Gummihammer auf die Stütze aufgeschlagen.

Zur Befestigung des Leiterseiles am Stützen-Isolator sind an diesem Kopf- und Halsrillen oder auch nur Halsrillen angebracht (Bild 63 und 64) [87], [88].

Bild 63: Stützen-Isolator mit Kopf-und Halsrille

 Bild 64: Stützen-Isolator nur mit Halsrille

In diesen Rillen wird das Leiterseil mit Drahtbunden, deren Drähte von Einzeldrähten des Leiterseiles stammen, befestigt.

Die deutschen Sicherheitsvorschriften von 1904 [39] legten dazu fest:

"Es ist darauf zu achten, dass die Leitungsdrähte an den Isolatoren sicher und unverrückbar befestigt werden und das die Befestigungsvorrichtungen keine scheuernde oder schneidende Wirkung auf sie ausüben."

Es wurde damals empfohlen, Drahtbunde zu verwenden, da über andere Befestigungsvorrichtungen keine ausreichenden Erfahrungen vorlagen.

Bei Tragmasten mit geradliniger Leitungsführung wurde die Befestigung des Leiterseiles in der Kopfrille mittels Kopfbund empfohlen, da dann das in der Rille liegende Seil die Vertikalkraft direkt und axial auf den Isolator überträgt und auch Windkräfte gut abgefangen werden können. Dieser Bund muß dann nur noch eventuelle Verschiebungskräfte in Leiterseilrichtung aufhehmen. Der Kopfbund benutzt zum Tragen des Leiterseiles die Kopfrille und zur Seilbefestigung die Halsrille (Bild 65).

Bild 65: Verschiedene Arten von Kopfbunden

Später wurde von den Anwendern den Isolatorenherstellern empfohlen, die Kopfrille (Scheitelrille) bei allen Stützen-Isolatoren wegzulassen, da bei der Leitungsverlegung der Kopfbund wenig benutzt wurde und durch Wegfall der Kopfrille eine gleichmäßigere Wanddicke des Porzellans am Isolatorkopfes erzielt wird [29].

 Bild 66: Verschiedene Arten von Halsbunden

Alle Bunde werden von Hand, ohne Zuhilfenahme von Zangen oder anderem Werkzeug, angefertigt. Dabei muß darauf geachtet werden, dass keine Einschnürungen an den Einzeldrähten des Leiterseiles durch den Bindedraht auftreten.

Bei Abweichungen der Freileitung von der Geraden, ist das Leiterseil stets so zu legen, dass der Bund nicht auf Zug beansprucht wird.

Bei Abspannmasten von NS-Freileitungen wird nur die Halsrille zur Abspannung des Leiterseiles benutzt. Dazu wird ein sog. Endbund oder Schlußbund verwendet (Bild 67) [89], [90].

 Bild 67: Verschiedene Arten von Endbunden mit Schraubklemmen

Endbunde können ebenfalls mit Bindedraht hergestellt werden. Dabei wird bei Aluminiumseilen im Bereich des Endbundes das Leiterseil mit Wickelband umwickelt und anschließend mit Aluminium-Bindedraht der Endbund entsprechend Bild 68 hergestellt [91]. Die Drahtwickel müssen straff und dicht aneinandergelegt werden und die Drahtenden sind zweckmäßigerweise miteinander zu verdrillen [90].

Bild 68: Gewickelter Endbund

Zumeist fanden jedoch zur Ausführung von Endbunden spezielle Endbundklemmen oder Schraub- bzw. Nietverbinder Anwendung (Bild 69 und 70).

 Bild 69: Einfache Abspannung von Aluminiumseilen mit Endbundklemmen

 Bild 70: Doppel-Abspannung (links) von Aluminiumseilen mit Endbundklemmen und Nietverbindem (I WH) [92]

Frühzeitig wurde vorgeschrieben, dass Abspannungen an Stützen-Isolatoren eine Bruchkraft haben müssen, die

 - mindestens dem 2,5fachen Höchstzug des Leiterseiles,

 - jedoch nicht mehr als 90 % der Nennlast des Leiterseiles aufweisen müssen.

Nicht alle diese Endbundklemmen, z. B. die sog. Greifklemmen (Bild 71) [93], [94] bewährten sich, da am Auslauf des Leiterseiles aus der Klemme eine Knickung auftrat.

Bild 71: Greifklemme für Endbunde

Bei den "Finax"-Endbundklemmen von IWH (mittlere Klemme in Bild 67) wird die unerwünschte Schrägstellung der Klemme unter der Leiterseilzugkraft und damit die Knickung des Leiterseiles am Klemmenauslauf durch eine besondere Anordnung der Seilrillen in den Klemmenteilen vermieden (Bild 72).

Bild 72: Seilrillen-Anordnung in der "Finax"-Endbundklkemme (IWH)

1924 brachte IWH einen Konusschlußbund für Kupfer- und Aluminiumseile bis 150 mm² auf den Markt (Bild 73) [93] bis [95].

Bild 73: Konusschlussbund von IWH (1924)

Er besteht aus einem Klemmkörper, in den ein Konus, der das Leiterseil aufnimmt, eingeführt und mit einer Druckschraube in den Klemmkörper eingepreßt wird. Eine U-förmige Seilschlinge mit Halbkugeln an den Enden, dient zur Abspannung in der Halsrille des Stützen-Isolators. Sie wird seitlich in entsprechende Vertiefungen des Klemmkörpers eingeführt. Die Verbindung zwischen den Schlußbunden bzw. einer Abzweigung erfolgte durch ein Zusatzseil, welches mit Kabelschuh und Klemmschraube am Klemmkörper befestigt ist (Bild 74).

Bild 74: Montierter Konusschlussbund

In Deutschland ist die Leiterseilabspannung an Stützen-Isolatoren nur in Niederspannungs-Freileitungen zulässig.

Nach der Einführung der Aluminiumseile im Freileitungsbau wurde zum Schutz der Einzeldrähte der Seile an den Befestigungspunkten die Anwendung von Wickelband, 10 mm breit, 1 mm dick, welches auf das Seil aufgewickelt wird, generell vorgeschrieben. Außerdem schützte eine längere Umwicklung des Leiterseiles mit Wickelband das Seil in der Nähe des Isolators vor Lichtbogeneinwirkung. Bei Schäden kann das Wickelband schnell ausgewechselt werden, das Leiterseil bleibt jedoch unbeschädigt.

Um das Abwickeln des Wickelbandes von der Rolle und das Aufwickeln auf das Leiterseil zu erleichtern, gab es für diesen Vorgang spezielle Wickelvorrichtungen (Bilder 75 und 76) [96], [97].

Bild 75: Wickelvorrichtung für Wickelbänder (IWH)

Bild 76: Wickelvorrichtung in Arbeitsstellung

Die Wickelvorrichtung kann durch Veränderung des Anstellwinkels entsprechend einer angebrachten Markierung für Leiterseil-Querschnitte von 25 mm² bis 300 mm² verwendet werden. Die Bandage muß straff auf dem Seil aufliegen und die Windungen müssen dicht aneinanderliegen.

Die Befestigung des Leiterseiles in der Kopffille konnte sich nicht durchsetzen und wurde bald verlassen. Man betrachtete die Befestigung von Aluminiumseilen in der Halsrille eines Stützen-Isolators für sicherer, als die in seiner Kopfrille.

Als besonders zuverlässig für die Befestigung von Aluminiumseilen an Tragpunkten wurden

 * der einfache Kreuzbund (Bild 77),

 * der verstärkte Kreuzbund (Bild 78) und

 * der Seilbügelbund (Bild 82) angesehen.

Beim einfachen und beim verstärkten Kreuzbund erfolgt die Leiterseilbefestigung durch einen Drahtbund, der kreuzweise verschlungen ist [87], [98].

Bild 77: Einfacher Kreuzbund

Bild 78: Verstärkter Kreuzbund

Das Wickelband darf nicht mehr als 1 Windung aus dem Bund herausragen, da sonst die Gefahr besteht, dass es auf dem Leiterseil hämmert und scheuert.

Nach kurzer Zeit stellte man verstärkt Schwingungsschäden am Leiterseil bei Verwendung des einfachen Kreuzbundes fest. Bewährt hat sich dagegen der verstärkte Kreuzbund, bei dem diese Schäden nicht auftraten [100].

1915 führte die AEG für Stützen-Isolatoren an Tragmasten Leiterseilbefestigungen mit einem Beiseil ein, welches durch Wickelband mit dem Leiterseil und dem Isolatorkopf verbunden wurde (Bild 79) [41].

Bild 79: Leiterseil-Befestigung am Stützen-Isolator mit einem Beiseil (AEG)

Eine andere Art der Anwendung eines Beiseiles wurde von IWH empfohlen (Bild 80) [87]. Das eingesetzte lange Beiseil wurde durch Umwickeln mit Wickelband mit dem Leiterseil verbunden und an den Enden mit einer speziellen Klemme befestigt (Bild 81). Beide bewickelte Seile, Beiseil und Leiterseil, wurden mit einem Seilbügelbund nach Bild 82 in der Halsrille des Stützen-Isolators festgemacht.

Bild 80: Leiterseil-Befestigung mit Beiseil und Seilbügelbund (IWH)

Bild 81: Primodur-Klemme zur Beiseilbefestigung (IWH)

Beim Seilbügelbund wird das Leiterseil durch einen mit Drahtbunden befestigten Bügel gehalten. Der Bügel wird aus einem Stück des gleichen Leitungsseiles hergestellt, das im Durchmesser der Halsrille angepaßt ist (Bild 82) [101]

Bild 82: Seilbügelbund

Auch verstärkte Seilbügelbunde (Bild 83) fanden Anwendung [89].

Bild 83: Verstärkter Seilbügelbund

Später ersetzte man den Seilbügel durch einen massiven vorgefertigten Bügel aus Aluminium-Runddraht, in der Schweiz "Bögli"-Bund genannt [102].

Bild 84: Massiv-Bügelbund

Dieser Massivbügel kann auch bei Verlegung des Leitungsseiles in der Kopfrille als zweiteiliger Bügel eingesetzt werden (Bild 85) [85].

 Bild 85: Massivbügelbund bei Leiterseilverlegung in der Kopfrille

In Frankreich verwendete man 1924 zur Befestigung von Aluminiumseilen in der Halsrille von Stützen-Isolatoren spezielle Flach-Wickelstäbe aus Aluminium (lien d'amarrage) [103]. Diese Stäbe waren im Mittelteil rund (Durchmesser im Bereich 5 mm bis 12 mm) und an beiden Enden flachgewalzt. Sie wurden mit den flachen Enden auf das vorher mit Wickelband versehene Leiterseil aufgewickelt (Bild 86).

 Bild 86: Wickelstäbe zur Leiterseilbefestigung in der Halsrille von Stützen-Isolatoren

Handgefertigte Bunde sind anfällig gegen Lösen infolge verschiedener Kräfte und Bewegungen, die durch Seilschwingungen ausgelöst werden. Sind sie locker, bilden Bunde eine Quelle für Seilabrieb und Einzeldrahtbeschädigungen. Fabrikmäßig gefertigte Bunde, von denen einige in den Bildern 88 bis 98 dargestellt sind, geben dagegen eine größere Sicherheit [104].

Die feste Verbindung des Leiterseiles mit dem Stützen-Isolator wurde oftmals als nachteilig empfunden. Statt das Leiterseil festzubinden, kann es z. B. durch eine S-förmige Öse (Bild 87) [105] geführt werden, die mittels eines Bandringes am Hals des Isolators befestigt ist. Zahlreiche industriell hergestellte Bundarten für die Leiterseilbefestigung in der Halsrille von Stützen-Isolatoren wurden angeboten. Vorgefertigte Bügelbunde mit Hilfsarmaturen entstanden, so auch der Bügelbund mit S-Klemmen von Siemens (Bild 88). Der Bügel bestand aus Federstahl und die S-Klemmen aus Aluminium [37], [98], [106].

Bild 87: S-förmige Befestigungsöse

Bild 88: Bügelbund mit S-Klemmen (Siemens-Schuckertwerke)

In Frankreich war man früher (1919) der Ansicht, dass der Leiter (Draht oder Seil) am Stützen-Isolator so befestigt werden muß, dass jede Reibung am Porzellan ausgeschlossen werden kann. Insbesondere galt das für große Spannweiten. Dafür entwickelte man einen Leitungsbund entsprechend Bild 89 [108].

Bild 89: Französische Leiterbefestigung am Stützen-Isolator

Weitere Konstruktionen von Leitungsbunden waren die 1920 von IWH angebotenen

 - Scharnierbunde (Bild 90),

 - Hakenbunde ( mit Verbesserungen 1955, Bild 91 und 92)

 und- die Bügelbunde aus Runddraht mit Seilklemmen (Bild 93) [110]

Bild 90: Scharnierbund von IWH (1920)

Bild 91: Hakenbunde von IWH (1920)

Beim Hakenbund sind die Zughaken als Seilmulden ausgebildet, die das Leiterseil zur Hälfte umfassen, es aber nicht festklemmen. Beim Anziehen der Zughaken entsteht eine 3-Punkt-Verspannung des Leiterseiles, die im Normalbetrieb die erforderliche Seilrutschkraft gewährleistet (Bild 92) [111].

Bild 92: Montierter Hakenbund

Bild 93: Bügelbund von IWH (1920)

Ein dem Bild 93 ähnlicher Bügelbund wurde später von Volpato (Italien) hergestellt (Bild 94) [112].

Bild 94: Bügelbund von Volpato (Italien)

Auch von F & G wurde ein ähnlicher Bügelbund angeboten (Rundaluminium-Bügel mit Aluminium-Blechschellen), der als zusätzliches Bauteil eine Schutzhülse für das Leiterseil besaß (Bild 95) [91], [98], [113].

Bild 95: Bügelbund von F & G

Ein aus gepreßten Stahlblechteilen hergestellter Bügel, der Stahlblech-Bügelbund, fand ebenfalls Anwendung (Bild 96) [89], [114].

Bild 96: Stahlblech-Bügelbund

Stotz bot 1921 einen Bügellbund mit besonderen Seilklemmen unter der Bezeichnung "System Stadler" (Stadlerbund) für Aluminiumseile an (Bild 97) [98], [115].

Bild 97: Seilbügelbund System "Stadler"

Dieser Bund besteht aus einem Stück Aluminiumseil, dessen Enden fest mit Aluminiumklemmen verbunden sind. Das Bundseil wird so um die Halsrille des Stützen-Isolators gelegt, dass es sich unterhalb des Leiterseiles kreuzt und dann mittels der Klemmen mit dem Leiterseil fest verschraubt wird.

Eine weitere Ausführung zeigt Bild 98. Ein Seilbügel wird um den Isolatorkopf geschlungen und mit speziellen Seilklemmen am Leiterseil befestigt.

 Bild 98: Seilbügelbefestigung mit Spezialklemmen

Viele weitere Bundarten wurden im Laufe der Zeit entwickelt [116], [117]. Erstaunlich ist, dass sich insgesamt die industriell hergestellten Bunde nicht durchsetzen konnten, obwohl die geringere Montagezeit für sie sprach und sich nach umfangreichen Untersuchungen schwingungstechnisch keine Bedenken gegen deren Anwendung ergaben [114].

Zusätzlich zur generellen Anwendung von Wickelband oder Seilschutzhülsen wurde von einigen Anwendern das Fetten des Leitungsseiles und des Bundes an der Befestigungsstelle mit einem neutralen Fett vorgesehen [90].

Zur Verbesserung der Auflage des Leiterseiles in der Halsrille von Stützen-Isolatoren wurde 1937 von den Porzellan werken Köppelsdorf das Anbringen einer Arbeitsleiste, der sog. VKP-Rinne, am oberen Schirm des Isolierkörpers (neben der Halsrille) vorgeschlagen (Bild 99) [118], [119].

 Bild 99: VPK-Rinne am oberen Schirm von Stützen-Isolatoren (schwarz hervorgehoben)

Über diese VPK-Rinne, die keramisch fest mit dem Isolierkörper verbunden war, kann das Leiterseil ohne weitere Hilfsmittel ausgezogen werden.

Seit 1927 wurde in den deutschen Vorschriften für den Bau von Freileitungen mit erhöhter Sicherheit vorgeschrieben, dass bei Anwendung von Stützen-Isolatoren

 * eine Doppel-Aufhängung (Bild 100) [37], [87] oder

 * ein Sicherheitsbügel (Bild 101) [87], [120] oder

 * die Verwendung von Stützen-Isolatoren der nächst höheren genormten Betriebsspannung, in Verbindung mit verstärkten Seilbunden und verstärkten Stützen

vorzusehen ist. Darüberhinaus galten besondere Vorschriften für die Anwendung von Stützen-Isolatoren

 - bei Bahnkreuzungen (VDE 0217/1930),

 - bei Freileitungen über Postleitungen (VDE 0223/1924) und

 - bei Kreuzungen von Wasserstraßen (VDE 0218/1927).Bild 100: Doppel-AufhängungBild 101: Sicherheitsbügel

Bei der Doppel-Aufhängung wird das verwendete Beiseil nur um den 2. Stützen-Isolator herumgeschlungen und nicht befestigt.

Der Sicherheitsbügel besteht dagegen aus einem lose über den oberen Teller des Stützen-Isolators auf der Mastseite gelegtem Seilstück, das aus dem gleichen Baumaterial wie das des Leiterseiles besteht und mit dem Leiterseil so befestigt ist, dass bei Bruch des Isolators das Leiterseil durch den Sicherheitsbügel gehalten wird und die Leitung dann von der Traverse aufgefangen wird. Das Leiterseil ist normal mit einem Bund am Isolator festgemacht. Die Verbindung zwischen Beiseil und Leiterseil muß beiderseits des Stützen-Isolators mindestens die Höchstzugkraft des Leiterseiles halten.

Für die Auflage des Sicherheitsbügels nach Bild 101 auf dem oberen Schirm des Stützen-Isolators wurden 1937 vom Porzellanwerk Köppelsdorf ein sog. VPK-Abfanger vorgesehen (Bild 102) [118], um eine Verringerung der Überschlagspannung durch ein lose liegendes Beiseil zu verhindern.

Bild 102: VPK-Abfänger für Sicherheitsbügel (schwarz hervorgehoben)

Diese Abfänger sind keramisch fest mit dem oberen Schirm verbunden. Durch die Öse wird der Sicherheitsbügel hindurchgesteckt. Dadurch wird auch eine eventuelle Berührung mit dem Hauptseil verhindert. Bei Bruch des Hauptseiles hält der Abfänger den Sicherheitsbügel am Isolator fest. Dabei muß allerdings die Verbindungsstelle mit dem Beiseil zugfest ausgeführt sein .

1943 erfolgte in Deutschland eine radikale Einschränkung der genormten Isolatoren durch Herausgabe der VDE 0294/VI.43. Bei Stützen-Isolatoren gab es nur noch die Ausführung mit dem Isolierkörper VHD (verstärkter Stützen-Isolator) nach DIN 48 004/12.40.

Eine Überarbeitung der DIN 48 004 begann 1953 und endete nach Zwischenschritten in der neuen DIN 48 004/9.69. Dabei

 - erhielt der Isolierkörper eine neue Bezeichnung durch das Kurzzeichen "St" an Stelle von "VHD",

 - es wurde die Benennung "Stützen-Isolator mit Innenbefestigung" eingeführt und

 - es wurde die Kopfrille am Isolierkörper weggelassen (Bild 103).

 Bild 103: Stützen-Isolator St mit Innenbefestigung nach DIN 48 004/9.69

Da in DIN 48 004 keine ausreichenden Angaben zu den Anschlußmaßen der Verbindung zwischen Isolierkörper und Stütze enthalten waren, wurden diese später in der DIN 48 138/7.82 konkret angegeben (Bild 104). Dabei wurde davon ausgegangen, dass das Stützenloch hülsenformig mit einer Blei-Antimon-

Legierung ausgegossen wird und die dann vorhandene Hülse ein Rundgewinde nach DIN 405, Teil 1 aufweist.

 Bild 104: Isolierkörper mit hülsenförmigen Blei-Antimon-Ausguß

Die USA-Firma Indiana Steel Wire bot 1947 für den Schutz des Leiterseiles am Stützen-Isolator (bei Befestigung mit Kopfbund) vorgeformte Stäbe für Schutzspiralen (armor rods, line guards) an (Bild 105 und 106) [121]. Dabei war die Ausführung der Stäbe an die Werkstoffe der Leiterseile angepaßt (feuerverzinkter Stahl, Al-Legierungen, Bronze).

 Bild 105: Schutzspirale (armor rods) bei Kopfbund-BefestigungBild 106: Kopfbund mit Schutzspirale

Das Aufbringen dieser Schutzspiralen ist in Bild 107 dargestellt [122]. Der Kopfbund wird nach der Montage der Spirale angebracht.

Erfunden wurde das System der vorgeformten Stäbe von T. F. Peterson. Basierend auf der Idee eines gedrillten Drahtes mit einem Innendurchmesser kleiner als der Leiterseildurchmesser, auf den dieser Draht aufgelegt wird, konnte mit den Stäben eine hohe Haltekraft erreicht werden. 1947 wurde die Firma Preformed Line Products Co. (USA), kurz PLP genannt, gegründet, um die sich aus dieser Idee ergebenden Produkte zu vermarkten [123].

Bild 107: Ablauf der Montage der Schutzspiralen

Neben den Schutzspiralen wurden von PLP auch Spiralbunde zur direkten Befestigung des Leiterseiles durch vorgeformte Spiralen entwickelt [159]. Es sind das:

 * einteilige Kopfbund-Spiralen mit Neoprenschlauch-Einlage (DT, Bild 108) [122],

 * zweiteilige Kopfbund-Spiralen (TGT),

 * Doppelkopf-Bundspiralen (DDT) und

 * einteilige Halsbund-Spiralen, mit oder ohne Neoprenschlauch-Einlage (ST, Bild 109).Bild 108: Kopfbund-Spirale DT mit Neoprenschlauch-EinlageBild 109: Halsbund-Spirale ST (Seitenbund-Spirale)

Obwohl alle diese Spiralen normal ohne Hilfswerkzeug montierbar sind, wurden fiir die Montage von Halsbund-Spiralen unter Spannung von der SAAE (Frankreich) isolierte Spezialwerkzeuge entwickelt, deren ringförmiger Greifer das Aufwickeln der Spiralen auf das Leiterseil auf Hochspannungspotenzial ermöglicht (Bild 110) [124], [125].

 Bild 110: Werkzeug zur Montage von Halsbund-Spiralen unter Spannung

1947 wurden von Ohio Brass (USA) Stützen-Isolatoren mit Kopfklemme (Tragklemme) angeboten (Bild 111) [52].

 Bild 111: Stützen-Isolator mit Kopfklemme (USA)Bild 112: Tragmulde der Kopfklemme

Die Tragmulde dieser Klemme (Bild 112) ist auf Zapfen eines fest mit dem Isolatorkopf verbundenen Bockes gelenkig gelagert und besitzt einen Wendedeckel mit Seilrillen für unterschiedliche Seildurchmesser.

Pfisterer brachte 1959 schwingende

 - Trag-Kopfklemmen [665] und

 - Auslöse-Kopfklemmen auf den Markt.

Diese waren fest auf dem Kopf des Stützen-Isolators aufgekittet oder konnten mit einem Bügel auf ihm befestigt werden. Beide hatten die bewährten Eigenschaften einer Mulden-Tragklemme. Die Auslöse-Kopfklemme sollte darüberhinaus die Verdrehfestigkeit der Maste gewährleisten.

1965 wurden von NGK (Japan) ebenfalls Stützen-Isolatoren mit gelenkigen Tragmulden (clamp-top type) bis 70 kV für die USA hergestellt (Bild 113 und 114) [84].

 Bild 113: Stützen-Isolator mit Kopfklemme (Japan)Bild 114: Tragmulde der Kopfklemme nach Bild 113

Die Tragmulde der Kopfklemme mit Wendedeckel war einseitig auf den Zapfen eines fest mit dem Isolator verbundenen Tragbockes gelagert, während auf der anderen Tragbockseite ein Gewindezapfen eingeschraubt wird.

Mit der Ausbreitung des Rundfunkempfanges ab ca. 1910 spielten Rundfünk-störungen (HF-Störpegel), verursacht durch elektrische Entladungen an Isolatoren, eine zunehmend ärgerliche Rolle [32].

Ein HF-Störpegel geht von den Isolatoren mit ihren Bunden am Leiterseil dann aus, wenn durch

 - ihre Konstruktion,

 - ihren Aufbau oder

 - durch Fehlstellen im Inneren des Isolierkörpers

die Vorausetzungen für das Entstehen von Glimm- und Kippentladungen gegeben sind [150]. Kritische Stellen für Kippentladungen an Stützen-Isolatoren sind nach Obenaus (Bild 115):

 * Die Berührungsstellen des Leiterseiles mit den Bundrillen (enge Luftspalten zwischen Leiterseil und Isolierkörper-Oberfläche).

 * In der Kittung oder Häufung im Stützenloch.

 * In den Kittfugen von mehrteiligen Isolierkörpern.

Solange der Zementkitt feucht ist (kurze Zeit nach der Isolatorenherstellung), haben eventuell im Kitt eingeschlossene Luftblasen keinen nachteiligen Einfluß.

Ist der Zement jedoch trocken, wird er zum elektrischen Nichtleiter und in den Luftblasen entstehen Glimmentladungen mit geringer Wärmeentwicklung.

Das elektrische Feld (Feld- und Äquipotentiallinien) an einem fertig montierten mehrteiligen Stützen-Isolator mit einem Leiterseil in der Halsrille ist in Bild 116 dargestellt.

 Bild 115: Kritische Stellen für Kippentladungen

 Bild 116: Elektrisches Feld am Stützen-Isolator

Aus Bild 116 ist zu erkennen, dass die elektrische Feldstärke in der Umgebung des Leiterseiles und am Rand des oberen Schirmes am größten ist und dort unter Spannung Glimmentladungen zuerst auftreten können.

Um Entladungen am Bund in der Halsrille zu vermeiden, schlug die Porzellanfabrik Rosenthal 1936 vor [42], [126], eine Schutzkappe aus Aluminiumblech auf den Kopf von Stützen-Isolatoren aufzusetzen (Bild 117).

Bild 117: Glimmschutz-Kappe für Stützen Isolatoren (Porzellanfabrik Rosenthal)

Als weitere Maßnahmen, Entladungen und damit den vom Stützen-Isolator ausgehenden HF-Störpegel zu unterdrücken, wurde vorgeschlagen [127], [128]:

 * Den Bindedraht nicht unmittelbar in die Halsrille zu legen, sondern auf eine Metallblecheinlage, die um die Halsrille gelegt wird.

 * Die Halsrille und das Stützenloch zu metallisieren und zwischen Stützenloch und Metallisierung des Stützenloches nach der Kittung eine

leitende Verbindung durch Bleiausguß herzustellen (Bild 118) [126].

 * Metallisierung des gesamten Isolierkörperkopfes bis an den Rand des oberen Schirmes.

 * Metallisierung des gesamten Stützenloches, sogar bis auf die Mitte des unteren Schirmes.

Die zur Metallisierung angewendeten Methoden waren wenig ausgereift. Ostmais hielt die aufgebrachte Schicht sehr schlecht und verlor nach kurzer Zeit ihre Wirkung. Messungen ergaben, dass die oben aufgezählten Maßnahmen meistens keine ausreichende Wirkung zeigten [130].

Bild 118: Metallisierung von Halsrille und Stützenloch des Isolierkörpers

++++++ = Metallisierung

Ohio Brass (USA) brachte 1947 einen "radiostörungsfreien" Stützen-Isolator, den sog. "Silentyp", auf den Markt (Bild 119) [52].

Bild 119: Stützen-Isolator "Silentyp"

Auf die Glasur am Kopf (Seilauflage in der Kopf- und Halsrille), an den Enden der Zementierung zwischen den Isolierkörper-Teilen und am Übergang der Zementierung des "Fingerhutes" zum Isolierkörper wurde eine halbleitende Glasur aufgebracht (halbleitend randglasiert), die elektrische Entladungen verhindern sollte.

Halbleitende Glasuren steuern an Elektrodenrändern das elektrische Feld (Randfeldglasuren). Sie können z. B. nach der sog. "Engobe-Technik" hergestellt werden. Dabei liegt die halbleitende Glasur unter der Normalglasur, um das mechanische Verhalten des Isolierkörpers nicht zu stören. Der Wärmeausdehnungskoeffizient muß hierbei in der gleichen Größenordnung wie bei der Normalglasur liegen [131].

Halbleitende Glasuren bestehen aus einer Glasurmasse, in die halbleitende Materialien eingebettet sind. Früher war es Eisenoxid, heute wird Titania (TiO₂) verwendet, welches wesentlich besser geeignet ist. Titania-Unterglasuren erhalten ihre Leitfähigkeit beim Normalbrand des Isolierkörpers. Die halbleitende Glasur am Kopf des Isolators wurde zur besseren Unterscheidung dieser Stützen-Isolatoren zu anderen Isolatoren in der Farbe "schwarz" ausgefuhrt [132].

1960 stellte die Porzellanfabrik Langenthal ebenfalls einen "radiostörfreien" Stützen-Isolator vor [133], der durch entsprechende Ausbildung im Isolierkörper-Kopf (Hohlraum im Isolierkörper, durch Metallkappe abgeschlossen), ohne halbleitende Glasur entladungsfrei sein sollte (Bild 120).

Bild 120: "Radiostörfreier" Stützen-Isolator

Zur Vermeidung von Entladungen an den Stützen-Isolatoren bereits bestehender Freileitungen schlug McMillan 1934 vor, den Zwischenraum zwischen Stütze und Stützenloch sowie das Leiterseil am Isolatorkopf mit einer Asphalt-Emulsion zu bestreichen [134]. Rojahn brachte 1938 den Vorschlag, zwischen Isolierkörper und Leiterseil bzw. Bindedraht an bereits montierten Stützen-Isolatoren halbleitende, leicht verformbare Füllstoffe in Form von Profilschnüren um die Befestigungsstelle am Kopf des Isolators zu wickeln [135].

Überschläge durch Überspannungen (Blitzeinschlag) gehen beim Stützen-Isolator je nach verwendeter Stütze in verschiedener Weise vor sich [136]. Bei der gebogenen Stütze erfolgt der Überschlag vom Leiterseil bzw. vom Halsbund

zur Stütze, ohne wesentliche Beeinflussung des Isolierkörpers (Bild 121). Diese Anordnung wurde deshalb als "gewittersicher" bezeichnet.

Bild 121: Überschlag am Stützen-Isolator mit gebogener Stütze

Bei Isolatoren mit gerader Stütze entsteht der Überschlag entlang des Isolators und der nachfolgende Lichtbogen umfaßt den Stützen-Isolator. Dabei kann es zu Beschädigungen (Glasurabschmelzungen, Schirmabbrüche) kommen (Bild 122) [136].

Bild 122: Überschlag am Stützen-Isolator mit gerader Stütze

Zum Schutz der Stützen-Isolatoren mit geraden Stützen vor Lichtbögen wurden zahlreiche Lösungen vorgeschlagen. So wurden neben dem Vorschlag von Nicholson von 1909 (siehe Bild 37) 1922 u. a.

 - Isolatoren mit Metallschirm und Schutzring (Bild 123) und

 - spezielle Kopfklemmen (mit starrer Befestigung des Leiterseiles) mit Schutzhömem (Bild 124) entwickelt.

 Bild 123: Stützen-Isolator mit Metallschirm und Schutzring (1922)

 Bild 124: Stützen-Isolator mit Kopfklemme und Schutzhömem (1922)

1930 wurden von der Porzellanfabrik Rosenthal allgemeine Gesichtspunkte über Lichtbogen-Schutzarmaturen für Stützen-Isolatoren formuliert [137]:

- Lichtbogenbeschädigungen an Stützen-Isolatoren sind verhältnismäßig selten.

- Häufiger kommt das Abbrennen des am Isolatorkopfbefestigten Leiterseiles durch den Lichtbogen vor. Zu dessen Schutz können beispielsweise

* U-förmige Schutzhülsen aus Stahl von ca. 2 m Länge, die beiderseits vom Isolator um das Leiterseil gebogen sind, angebracht (Bild 125) oder

* zusätzlich zu diesen Schutzhülsen, Schutzhömer vorgesehen werden (Bild 126).

Bild 125: Stützen-Isolator mit Schutzhülse am Leiterseil

Bild 126: Stützen-Isolator mit Schutzhülse und Schutzhörner

 - Zum Schutz des Isolierkörpers im unteren Bereich läßt sich an der Stütze ein Ring (ähnlich Bild 123) oder ein gebogenes Horn anbringen.

 - Durch die Schutzvorrichtungen werden die Kosten erheblich erhöht.

Es wurde deshalb empfohlen, auf Grund der Seltenheit von Lichtbogenbeschädigungen auf Lichtbogenschutzvorrichtungen zu verzichten und für besonders gefährdete Anlagen größere Isolatoren zu verwenden [138].

Zum Schutz des Leiterseiles vor abwandernden Lichtbögen wird von der EdF (Frankreich) auf die Enden von Halsbund-Spiralen ein zweiteiliger, oben offener feuerverzinkter Stahl-Schutzkonus (arc stopper) nach Bild 127 und Bild 128 aufgeschraubt [124].

 Bild 127: Schutzkonus der EdF (Frankreich)Bild 128: Einbauanordnung der Schutzkonen nach Bild 127

Anfang der 1950er Jahre wurden in Deutschland bei MS-Freileitungen Weitspannsysteme mit Spannweiten von 180 m und mehr eingeführt. Außerdem wurden dafür Al/St-Leitungsseile größerer Querschnitte an Stelle der bisher verwendeten Al-Leitungsseile angewendet. Diese Bauweisen stellten neue Anforderungen an die Stützen-Isolatoren und Armaturen, da der Halsbund mit Bindedraht und der starre Bügelbund den Bedingungen nicht mehr gewachsen waren. Neue Lösungen wurden von den Isolatoren- und Armaturen-Herstellem erwartet [139].

Zunächst wurde der VHD-Isolator (Bild 23) zum sog. "Querbund-Isolator" abgeändert. Der Kopf des Isolators erhielt eine tiefe Seilrille und ein Querloch, in dem ein Kopfbund hindurchgeführt wurde [150].

Die Weiterentwicklung dieses Isolators führte zum "Längsbund-Isolator" und später zum "Mittelbund-Isolator" [140]. Bei diesen Stützen-Isolatoren liegt das Leiterseil in einer tiefen Kopfrille satt auf. Es wird durch Beiseile, die durch Bohrungen im Isolatorenkopf hindurchgesteckt werden, gehalten. Spezielle Klemmen verbinden die Beiseile mit dem Leiterseil.

Von RIBE wurden für Beiseilbefestigungen verschiedene Klemmentypen vorgeschlagen [141], die entsprechend den Anforderungen auch für Lösungen mit erhöhter Sicherheit oder zusätzlichem Schwingungsschutz eingesetzt werden können. Es waren:

 - Gleitklemmen mit begrenzter Haltekraft, die ein Durchrutschen des Leiterseiles ab einer bestimmten Zugkraft gestatten und

 - Haftklemmen, die das Durchrutschen des Leiterseiles begrenzen oder verhindern können [142].

Bei Längsbund-Isolatoren werden 2 Beiseile beiderseits der Kopfrille durch den Isolator geführt (Bild 129 und Bild 130) [24], [140].

Bild 129: Längsbund-Stützen-Isolator

Die beiden Beiseile sind vor der Montage vorzuformen. Das Leiterseil ist im Bereich der Auflage am Isolatorkopf mit Wickelband zu umwickeln. Das Wickelband darf nicht bis unter die Klemmen reichen [142].

Bild 130: Leiterseilbefestigung am Längsbund-Stützen-Isolator

Bei der Montage sind die Beiseile durch die Kopfbohrungen durchzustecken und durch die Klemmen mit dem Leiterseil zu verbinden (Bild 131).

Bild 131: Montierter Längsbund

Die nach unten gebogenen Enden der Beiseile wirken gleichzeitig als Lichtbogenschutz. Für schwingungsgefährdete Strecken sind längere Beiseile mit 4 Beiseilklemmen zu verwenden. Geeignete Beiseilklemmen für Längs-bunde sind in den Bildern 132 bis 134 dargestellt.

 Bild 132: U-Bügelklemme als GleitklemmeBild 133: Bügelschraubklemme als Haftklemme

Bild 134: Deckelklemme als Haftklemme

 

Mittelbund-Isolatoren besitzen nur eine Bohrung unterhalb der Kopfrille zur Aufnahme eines Beiseiles (Bild 135 und Bild 136) [142], [144], [145].

Bild 135: Mittelbund-Stützen-Isolator

Bild 136: Leiterseil-Befestigung am Mittelbund-Stützen-Isolator

Bild 137: "Schwingungssichere" Befestigung am Mittelbund-Stützenisolator

Für die Beiseilbefestigung am Mittelbund-Isolator sind die in den Bildern 138 und 139 dargestellten Klemmen geeignet.

 Bild 138: Klemmen für die Mittelbundbefestigung oben: Gleitklemme unten: Haftklemme

 Bild 139: Zahnklemme für die Mittelbundbefestigung

Die Vorteile des Längsbund- und des Mittelbund-Isolators sind:

 * Das Leiterseil ist nicht fest mit dem Isolatorkopf verbunden. Es kann frei schwingen.

 * Es gibt keine Metallteile, die fest am Isolatorkopf befestigt sind.

 * Das lange Beiseil übernimmt den Schutz des Leiterseiles vor Lichtbögen und vor Seilschwingungen.

Für Winkeltragmaste wurde der Mittelbund-Isolator als sog. Schrägbund-Isolator ausgeführt. D. h., die tiefe Seilrille und die Bohrung durch den Isolatorkopf wurden so ausgeführt, dass eine Führung des Leiter- und des Beiseiles ohne Knicke und scharfe Kanten im Winkel der Leitungstrasse möglich ist (Bild 140).

Bild 140: Kopf des Schrägbund-Stützen-Isolators

Die Haltekraft und die Anordnung der Klemmen kann bei allen Beiseilen so gestaltet werden, dass

 * eine Verhinderung oder Begrenzung des Durchrutschens des Leiterseiles,

 * eine begrenzte Haltekraft oder

* das Durchgleiten des Leiterseiles bei Seilbruch, Baumsturz oder bei abnormalen Differenzzügen (ungleiche Eislast)

erreicht wird. Die Beiseile bieten außerdem einen zusätzlichen Schutz des Leiterseiles vor Lichtbogeneinwirkungen.

Diese neuen Stützen-Isolatoren erfüllten zunächst in Verbindung mit den dafür ausgebildeten Leiterseilbefestigungen durch Seilklemmen die Anforderungen.

Die Befestigung mit begrenzter Längsverschiebbarkeit bewährte sich jedoch bei dynamischen Beanspruchungen nicht besonders gut. Es kam zu Traversen- und Mastumbrüchen. 1970 durchgeführte umfangreiche Untersuchungen [145] ergaben, dass die Leiterseil-Befestigung mit Spiralen auf Grund der mit diesen Armaturen erreichbaren beachtlichen dämpfenden Wirkung, die geeignetste Befestigungs-Methode ist.

Die Spiralen ermöglichen eine zuverlässige und elastische Befestigung des Leiterseiles am Stützen-Isolator [146]. Für Längsbund- und Mittelbund-Befestigung wurden dazu unterschiedliche Bund-Spiralen entwickelt (Bild 141 und 142).

Bild 141: Längsbund-Spirale

Bild 142: Mittelbund-Spirale

Je nach Isolatorenbauart werden die Bund-Spiralen als

 - vorgeformte Einzelstäbe oder als

 - Stabbündel

geliefert. Sie lassen sich ohne Hilfswerkzeug montieren.

1982 bringt die USA-Firma Lindsey eine Kopfklemme (Tragklemme) auf den Markt, die für das nachträgliche Aufschrauben auf den Kopf von Stützen-Isolatoren und Freileitungs-Stützern geeignet ist (Bild 143) [150].

Die unter der Bezeichnung UNICON angebotene Kopfklemme mit schwingender Mulde besteht aus einer Aluminium-Legierung und hat den Vorteil, dass sie mit nur 1 Schraubbolzen montiert werden kann.

Bild 143: UNICON-Kopfklemme (Lindsey)

Eine ähnliche Konstruktion mit schwingender Tragmulde entwickelte Dalekovod (Bild 144) [152].

Bild 144: Kopfklemme von Dalekovod

Die gleichen Tragmulden können auch für Stützen-Isolatoren mit am Kopf aufgekitteter Metallkappe verwendet werden.

Das Porzellanwerk RWI bot 1985 einen Stützen-Isolator als Schwingklemmen-Stützen-Isolator an (Bild 145) [143], [147], [148].

Bild 145: Schwingklemmen-Stützen-Isolator

Zu diesem gehören Gleitklemmen, die für die gängigsten Leiterseil-Querschnitte lieferbar sind. Die Bohrung des Isolierkörpers ist mit einem Bleigewinde nach DIN 405, Teil 1 (Rundgewinde) versehen. Der Isolierkörper kann mit geraden oder gebogenen Stützen mit Rundgewinde montiert werden.

Ende der 1980er Jahre kamen Stützen-Isolatoren mit einer sehr großen Kopfrille auf den Markt (Bild 146), in die zur Aufnahme des Leiterseiles eine oben offene Kunststoffhülse aus Thermoplast eingelegt wurde (Bild 146 und Bild 147) [144].

Bild 146: Stützen-Isolator mit großer Kopfrille

 Bild 147: Montierte Kunststoffhülse

Die Isolierkörper-Bohrung für die Aufnahme der Stütze war bei diesen Isolatoren

* mit einer Polyester-Hülse versehen oder

* mit Blei-Antimon-Gewinde ausgerüstet.

Außerdem konnten die Isolatoren mit einer bis zum 1. Schirm reichenden halbleitenden Glasur des Kopfes geliefert werden.

In zunehmendem Maße werden seit einigen Jahrzehnten für Stützen-Isolatoren die Isolierkörper wieder aus Glas hergestellt, wobei, wie bereits 1900 erprobt (Bild 14), vorgespanntes Glas eine besondere Rolle spielt. Bekannt sind die Glas-Stützen-Isolatoren der Firma Sediver (Frankreich), die unter der Bezeichnung "FIXRAP" mit einer Kopfkappe aus Metall und einer Schnellverschluß-Kopfklemme versehen sind [153].

Aus Spanien sind vor Jahren ebenfalls ein- und mehrteilige Glas-Isolatoren bekannt geworden [154] (Bild 148).

Bild 148: Mehrteiliger Glas-Isolator (Spanien)

Obwohl auch schon seit vielen Jahren versucht wurde, Kunststoffe für die Herstellung von Stützen-Isolatoren einzusetzen, sind zufriedenstellende Lösungen erst seit ca. 30 Jahren zu verzeichnen. In England wurden von Hendrix seit 1970 Stützen-Isolatoren aus Polyäthylen für Spannungen von 15 kV bis 35 kV hergestellt [151]. Die Vorteile gegenüber Pozellan-Isolatoren sind:

 - widerstandsfähiger gegen Vandalismus (Beschuß mit Schrotflinten und Gewehren, Steinwurf),

 - höhere Durchschlagfestigkeit,

 - resistent gegen UV-Strahlung,

 - bessere Selbstreinigungseigenschaften ("Wetterwäsche"),

 - bequemere Handhabung bei Transport und Montage durch geringere Masse.

Gegenwärtig werden von Hendrix (England) Stützen-Isolatoren für 15 kV bis 35 kV mit 2 Kopfformen hergestellt:

* Bundkopf-Isolatoren (tie-top insulators, Bild 149) und

* "Schraubstock"-Isolatoren (vise-top insulators, Bild 150).

 Bild 149: Polyäthylen-Bundkopf-Isolator (tie-top)Bild 150: "Schraubstock"-Isolator (vise-top) aus Polyäthylen

Der Bundkopf-Isolator ist mit den amerikanischen ANSI-Kopfausführungen (neck) C oder F versehen (siehe Bild 157). Er wird mittels feuerverzinkter Stahlstützen am Mast montiert (Bild 151) [155], [156].

Die Leiterseilbefestigung an diesem Isolator wird mit Hilfe einer 8-formigen Ringschleife (ring tie) aus EPDM-Gummi mit einem speziellen Montagewerkzeug vorgenommen (Bild 152) [155]. Mit diesem Werkzeug aus Kunststoff wird die Ringschleife über Leiterseil und Bundkopf geschlungen.

Der Schraubstock-Isolator (Bild 150) wird für Aluminium-Seile mit Aluminium-Einlagen in den Backen und für isolierte Freileitungsseile mit Nylon-Einlagen geliefert. An diesem Isolator kann für den Seilzug ein zweiteiliges Werkzeug (Bild 153) eingespannt werden, wobei dann auf andere Hilfsmittel (z. B. Seilrollen) verzichtet werden kann.

 Bild 151: Montierter Bundkopf-Isolator aus KunststoffBild 152: Ringschleife aus EPDM-Gummi zur Leiterseilbefestigung am Bundkopf-Isolator

 Bild 153: Hilfswerkzeug für den Seilzug, Anbringung am Vise-top-Isolator nach Bild 150

1988 entwickelte EMC Stützen-Isolatoren aus cycloalipatischem Kunststoff für Spannungen bis 33 kV (Bild 154) [157].

Bild 154: EMC-Stützen-Isolator aus Kunststoff

Diese Isolatoren können mit Innengewinde für die Aufnahme von Stahlstützen mit "Zink-Fingerhut" oder mit bereits im Isolierkörper befindlicher Zinkhülse geliefert werden.

1999 kommt ein weiterer Stützen-Isolator aus einem cycloalipatischen Epoxidharz auf den Markt, der auch für hohe Spannungen einsetzbar ist (Bild 155) [149].

Bild 155: Kunststoff-Stützen-Isolator

Bild 156: Stützen-Isolator mit GFK-Isolierstütze

In den USA werden für besondere Fälle zusätzlich zum Porzellan-Stützen-Isolator Isolier-Stützen verwendet (Bild 156) [158]. Als isolierender Teil der Stütze wird ein massiver Glasfaserstab (GfP) eingesetzt, der an den Enden in Aluminium-Gußkappen gefaßt ist.

Während in Deutschland ab 1929 die Formen und die Abmessungen für den Kopf des Isolierkörpers der Stützen-Isolatoren bis auf wenige Konstruktionsmaße in DIN VDE-Normen vorgeschrieben wurden, waren solche Festlegungen in den USA erst später in den ASA-Standards (ASA = American Standards Association) ASA C 29.5 und ASA C 29.6 enthalten. Diese ASA-Standards wurden nach 1961 umbenannt und erhielten die Bezeichnung ANSI-Standards (ANSI = American National Standards Institute), mit identischem Inhalt [277], [278].

Die Kopfausführungen (neck) nach ANSI wurden mit Buchstabenbezeichnungen A, C, F, J, K und N versehen, die auch heute noch gelten (siehe Bild 157 und Bild 158).

Bild 157: C-, F- und J-Neck nach ANSI C 29.5,

Klasse 55-2 bis

Klasse 55-7, für

NS- und MS-Stützen-Isolatoren

Bild 158: J- und K-Neck nach ANSI C 29.6,

Klasse 56-1 bis

Klasse 56-5, für

HS-Stützen-Isolatoren

 

Das Innengewinde der Isolierkörper ist nach ANSI C 29.6 festgelegt.

Für Freileitungs-Stützer aus Porzellan für Hochspannungszwecke wurden die Kopfabmessungen im Standard ANSI C 29.7 vorgegeben und erhielten die Bezeichnung "N-Neck" oder "F-Neck" (Bild 159).

Bild 159: N-Neck nach ANSI C 29.7 Klasse 57-4 und 57-6 für Freileitungs-Stützer

Die Kopfabmessungen nach Bild 159. finden auch bei Stützen-Isolatoren Anwendung, insbesondere bei solchen aus Kunststoff.

1974 wurde von der IEC beschlossen, mit der internationalen Standardisierung der Kopfabmessungen zu beginnen und die amerikanischen Festlegungen in eine lEC-Norm zu überführen. Nach einem 1980 veröffentlichten Entwurf wurde 1981 die IEC 720 verbindlich [282].