DE102005047046B4 - Process for preventing the formation of amines or other organic compounds on surfaces of nitrogen-insulated switchgear and associated switching device - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Verhinderung der Bildung von Aminen und ähnlichen organischen Verbindungen auf Isolatoroberflächen von stickstoffisolierten Schaltgeräten, bei denen die Isolatoren aus Kunststoff bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen zumindest der aus Kunststoff bestehenden Isolatorteile mit dünnen Schichten von inerten, anorganischen Materialien versehen werden, so dass Reaktionen von Radikalen mit Kunststoffoberflächen vermindert werden.method for preventing the formation of amines and similar organic compounds on insulator surfaces of nitrogen-insulated switching devices in which the insulators Made of plastic, characterized in that the surfaces at least the plastic insulator parts with thin layers of inert, inorganic materials are provided so that reactions of Radicals with plastic surfaces be reduced.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verhinderung der Bildung von Aminen oder anderen organischen Verbindungen auf Oberflächen von stickstoffisolierten Schaltgeräten.The This invention relates to a method of preventing formation of amines or other organic compounds on surfaces of nitrogen-isolated Switching devices.
Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf ein diesbezüglich ausgestaltetes Schaltgerät.Besides The invention also relates to a switching device designed in this respect.
Aus
der
Auf dem Gebiet der Energieverteilung wird seit längerer Zeit nach wirtschaftlichen und technischen Alternativen für den Ersatz von SF6(Schwefelhexafluorid) als Isoliergas in Schaltgeräten und Schaltanlagen gesucht, da das SF6 ein beachtliches Treibhausgaspotential beinhaltet. Möglich wäre insbesondere, Stickstoff (N2) als Isoliergas zu verwenden. Beim Einsatz von Stickstoff als Arbeitsgas in Schaltanlagen mit gekapselten Schaltgeräten wird aber häufig nach einer größeren Anzahl von Schalthandlungen beobachtet, dass sich ein leitender Belag auf den meist aus Kunststoff gefertigten Isolatoren der Schaltgeräte bildet. Insbesondere dieser Belag lässt den Ersatz von SF6 durch N2 bisher noch nicht zu.In the field of energy distribution, the search for economic and technical alternatives for the replacement of SF6 (sulfur hexafluoride) as insulating gas in switchgear and switchgear has been underway for quite some time, as the SF6 contains a considerable greenhouse gas potential. It would be possible in particular to use nitrogen (N 2 ) as an insulating gas. When using nitrogen as working gas in switchgear with encapsulated switching devices but is often observed after a larger number of switching operations that forms a conductive coating on the usually made of plastic insulators of the switching devices. In particular, this coating does not yet allow the replacement of SF6 by N 2 .
Die Ursache für die Bildung der unerwünschten leitenden Beläge ist bisher unbekannt, so dass sich auch keine Lösung des Problems angeboten hat.The Cause for the formation of the undesirable conductive coverings is so far unknown, so that no solution of the problem has been offered.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Bildung von Aminen oder anderen organischen Verbindungen auf Schaltgeräteoberflächen verhindert wird.task The invention is therefore to provide a method with which the Formation of amines or other organic compounds on switchgear surfaces prevented becomes.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Maßnahmen des Patentanspruches 1 gelöst. Ein zugehöriges Schaltgerät ist Gegenstand des Patentanspruches 9. Weiterbildungen des Verfahrens und des zugehörigen Schaltgerätes sind in den Unteransprüchen angegeben. Spezifische Verfahren zur Herstellung der Schichten sind in den Unteransprüchen 7 und 8 angegeben.The The object is achieved by the activities of claim 1. An associated switchgear is the subject of claim 9. Further developments of the method and the associated switchgear are in the subclaims specified. Specific methods for producing the layers are in the subclaims 7 and 8 indicated.
Mit der Erfindung wird verhindert, dass Schichten von Aminen und ähnlicher Verbindungen insbesondere auf den Isolatoroberflächen des Schaltgerätes bilden. Damit bestätigt sich die Vermutung, dass sich die leitfähigen Schichten auf den Isolatoren aus dem Stickstoff der Gasfüllung bei dessen Zersetzung im Schaltlichtbogen oder aber auch bei Koronaentladungen bilden, sowie dass sie gegebenenfalls auch aus Kohlenwasserstoff-Bruchstücken des Kunststoffes entstehen. In jedem Fall scheinen diese Schichten im Wesentlichen Aminosäuren oder ähnlichen Verbindungen zu enthalten. Diese stickstoffhaltigen Kohlenwasserstoff-Verbindungen bilden sich insbesondere durch Wechselwirkung von Radikalen und Ionen mit Kunststoffoberflächen, beispielsweise von Isolatoren. Die Radikale und Ionen entstehen aber bekanntermaßen in Schaltplasmen sowie durch die von Schaltplasmen emittierte UV-Strahlung.With The invention prevents layers of amines and the like Form connections in particular on the insulator surfaces of the switching device. Confirmed The assumption is that the conductive layers on the insulators from the nitrogen of the gas filling during its decomposition in the switching arc or in corona discharges and possibly also from hydrocarbon fragments of the Plastic arise. In any case, these layers appear in the Essential amino acids or similar To contain connections. These nitrogenous hydrocarbon compounds are formed in particular by the interaction of radicals and Ions with plastic surfaces, for example, insulators. The radicals and ions are formed but known in Schaltplasmen as well as by the Schaltplasmen emitted UV radiation.
Letztere unerwünschte Wechselwirkung wird erfindungsgemäß in geeigneter Weise dadurch verhindert, dass insbesondere die Kunststoffoberflächen mit dünnen Schichten weitestgehend inerter, anorganischer Werkstoffe beschichtet werden.Latter undesirable Interaction is inventively suitably characterized prevents in particular the plastic surfaces with thin Layers largely inert, inorganic materials coated become.
Speziell
bei Vakuumschaltern ist zwar aus der
Ein erfindungsgemäßes Schaltgerät hat demzufolge eine Beschichtung des Werkstoffes von einigen Nanometern bis zu gegebenenfalls einigen Mikrometern.One According to the invention switching device has a coating of the material from a few nanometers up to possibly a few microns.
Im Rahmen der Erfindung sind vorwiegend als anorganische Schichten Gläser, Magnesiumoxid oder Quarz geeignet. Mit diesen Materialien lassen sich gasundurchlässige Dünnschichten erzeugen. Insbesondere sind Schichten aus Borosilikatglas, MgO, Quarz (SiO2) oder SiO von typisch einigen 100 nm bis zu einigen Mikrometern Dicke für den angegebenen Zweck geeignet.in the Frameworks of the invention are predominantly inorganic layers glasses, Magnesium oxide or quartz suitable. With these materials can be impermeable thin films produce. In particular, layers of borosilicate glass, MgO, Quartz (SiO 2) or SiO 2 of typically several 100 nm up to some Microns thickness for suitable for the specified purpose.
Im Rahmen der Erfindung können die Schichten durch herkömmliche Beschichtungsverfahren hergestellt werden, wie sie insbesondere in der Halbleitertechnologie oder allgemein in der Dünnschichttechnologie, wie beispielsweise PVD(Plasmachemical Vapor Deposition)-Verfahren beschrieben werden. Auch in der Nahrungsmittelindustrie, beispielsweise für Verpackungsfolien oder dergleichen, sind ähnliche Beschichtungsverfahren, wie beispielsweise Magnetronsputtern, bekannt.in the Within the scope of the invention the layers by conventional Coating processes are produced, in particular in semiconductor technology or in general in thin-film technology, as described, for example, by PVD (Plasma Chemical Vapor Deposition) method become. Also in the food industry, for example for packaging films or the like, are similar Coating methods, such as magnetron sputtering known.
Die angegebene Vorgehensweise verhindert zum einen, dass die Stickstoffradikale, die bei Schaltlichtbögen und Koronaentladungen zwangsläufig entstehen, mit der Kunststoffoberfläche reagieren können. Sie verhindern weiterhin, dass Kohlenwasserstoffbruchstücke aus der Kunststoffisolatoroberfläche durch ultraviolettes Licht oder chemisch aktive Spezies (Radikale) herausgelöst werden und dann in der Gasphase mit Stickstoffradikalen zu Aminosäuren oder ähnlichem reagieren. Damit wird also die Bildung der beim Stand der Technik resultierenden Niederschläge mit den eingangs angegebenen negativen Eigenschaften verhindert.The specified procedure prevents on the one hand, that the nitrogen radicals, which inevitably arise in switching arcs and corona discharges, can react with the plastic surface. They also prevent hydrocarbon fragments from being released from the plastic insulator surface by ultraviolet light or chemically active species (radicals) and then reacting with nitrogen radicals in the gas phase to form amino acids or the like. Thus, the formation of the resulting in the prior art precipitation with the negative properties specified above is thus prevented.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die nachfolgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen.Further Details and advantages of the invention will become apparent from the following Description of exemplary embodiments.
Es sollen Schaltgeräte, die in stickstoffisolierten Schaltanlagen eingesetzt werden können, geschaffen werden. Vom Stand der Technik sind Beschichtungen von Isolatoroberflächen bekannt. Neben den oben bereits genannten Patentdokumenten mit dort angegebenen Beispielen sind als weitere Beispiele hier noch zu beachten:
- – Äußere Isolatoroberflächen in Freiluft- und gasisolierten Schaltanlagen, bei denen eine Beschichtung zur Vermeidung von Korrosion, Verschmutzung und Betauung/Benetzung der Isolatoroberflächen dient.
- - Outer insulator surfaces in outdoor and gas-insulated switchgear where a coating is used to prevent corrosion, contamination and condensation / wetting of the insulator surfaces.
Für letzteren Anwendungsfall werden vorwiegend hydrophobe Schichten eingesetzt, insbesondere auf der Basis von wasserstoffhaltigen Siliziumverbindungen, wie beispielsweise Silikon. Derartige Schichten sind aber für den hier angegebenen Verwendungszweck nicht geeignet.For the latter In case of application predominantly hydrophobic layers are used, in particular on the basis of hydrogen-containing silicon compounds, such as silicone. But such layers are for here intended purpose not suitable.
Innerhalb von gasisolierten Schaltanlagen befindliche Isolatorflächen von herkömmlichen Schaltgeräten werden bisher nach dem Stand der Technik nicht mit anorganischen Sperrschichten beschichtet, und zwar weder bei Kunststoffen noch bei Porzellanisolatoren. Speziell Porzellanisolatoren sind aber außen meist glasiert, um bessere Oberflächeneigenschaften zu erzielen.Within of gas insulated switchgear isolator surfaces of be conventional switching devices So far according to the prior art not with inorganic barrier layers coated, and neither in plastics nor porcelain insulators. Especially porcelain insulators are mostly glazed on the outside to make better ones surface properties to achieve.
In der Mikroelektronik werden Isolatoroberflächen üblicherweise beschichtet. Hier werden unterschiedliche, meist anorganische Diffusionsbarrieren gegen Wasserdampf und Sauerstoff eingesetzt, sowie erfolgt eine Eindiffusion von Ionen aus benachbarten Gebieten.In In microelectronics insulator surfaces are usually coated. Here become different, mostly inorganic diffusion barriers used against water vapor and oxygen, as well as takes place Indiffusion of ions from neighboring areas.
Bei Verpackungen insbesondere in der Lebensmittelindustrie werden häufig Wasserdampf- und Sauerstoffbarrieren gebildet. Ähnliches gilt für die Pharmazie und Medizintechnik. In diesem Fall werden vorwiegend anorganische Dünnschichten auf Polymeroberflächen eingesetzt, um schädliche Einflüsse von eindiffundiertem Wasser bzw. Sauerstoff auszuschließen.at Packaging, especially in the food industry, is frequently used for steam and steam Oxygen barriers formed. something similar applies to the Pharmacy and medical technology. In this case, mainly inorganic thin films on polymer surfaces used to harmful influences to exclude from diffused water or oxygen.
Bei einem Schaltgerät, das für unterschiedliche Zwecke, aber insbesondere bei stickstoffisolierten Schaltanlagen, eingesetzt wird, ist die Beschichtung eine gasundurchlässige Dünnschicht, die bis zu einigen μm Stärke haben kann. Es können aber bereits auch Schichtdicken von einigen 100 nm genügen.at a switching device, that for different purposes, but especially for nitrogen-insulated Switchgear, the coating is a gas impermeable thin film, which up to a few microns Strength may have. It can but already enough layer thicknesses of a few 100 nm.
Als inertes Material kommt insbesondere ein Glas oder ein Quarz in Frage. Vorteilhafterweise ist das Material Silikatglas, Magnesiumoxid (MgO), Quarz (SiO2) oder Siliciumoxid (SiO).In particular, a glass or a quartz is suitable as the inert material. Advantageously, the material is silicate glass, magnesium oxide (MgO), quartz (SiO 2 ) or silicon oxide (SiO).
Es wurde beobachtet, dass sich mit derartigen Beschichtungen die Ausbildung von Aminen oder ähnlichen organischen Verbindungen auf Isolatoroberflächen verhindern lassen. Somit können derart beschichtete Schaltgeräte unbedenklich in stickstoffisolierten Schaltanlagen eingesetzt werden. Umweltschädliche Kohlenwasserstoff-Verbindungen, die Treibhausgaspotential haben, können sich nunmehr nicht mehr bilden.It It has been observed that with such coatings the training of amines or similar prevent organic compounds on insulator surfaces. Consequently can such coated switching devices safe to use in nitrogen-insulated switchgear. polluting Hydrocarbon compounds that have greenhouse gas potential, can do not form anymore.
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