DE1465621B1

DE1465621B1 - Lichtbogenfeste Elektroisoliermasse und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE1465621B1
Application number: DE1964G0042393
Authority: DE
Inventors: John Clarence Devins
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1963-12-26
Filing date: 1964-12-28
Publication date: 1970-06-25
Also published as: FR1420761A; US3305656A; GB1066819A; JPS4417104B1

Description

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Bei elektrischen Anlagen treten häufig zwischen Solche Materialien können als Formmassen zum

Punkten verschiedenen Potentials elektrische Ent- Pressen von Formteilen oder in flüssiger Form zum

ladungen auf, die zur Lichtbogenbildung führen. Außer- Gießen oder Tränken von Teilen verwendet werden,

dem beobachtet man oft innerhalb der Isolierung elek- Wenn sich dabei Poren oder sonstige Hohlräume in

trischer Leiter eine Koronaentladung, die zur Zerstö- 5 der Isolation bilden, wird adsorbierte perhalogenierte

rung der Isolierung führt, so daß die betreffenden elek- Flüssigkeit bzw. perhalogeniertes Gas von dem Zeo-

trischen Geräte mit der Zeit ausfallen. Insbesondere lith abgegeben und diffundiert in den Hohlraum, so

treten solche Koronaentladungen bei an sich gut iso- daß die dielektrische Festigkeit gesteigert wird. Unter

lierenden Natur- und Kunstharzen auf, die als Folge der Wärmeeinwirkung eines Lichtbogens wird die Ab-

der Verarbeitungsverfahren Poren oder Lufteinschlüsse io gäbe erhöht, so daß nun mehr perhalogeniertes Gas

enthalten. Derartige Poren oder Lufteinschlüsse lassen zur Löschung des Lichtbogens zur Verfügung steht,

sich bei der Herstellung von Elektroisolatoren nach üb- Auch ermöglicht die hohe dielektrische Festigkeit des

liehen Methoden praktisch nicht völlig ausschließen. perhalogenierten Gases eine raschere Löschung des

Sie können beispielsweise während des Strangpressver- Lichtbogens, als wenn hierzu bei bekannten Massen

fahrens, des Beschichtens, Schmelzens, Auftragens in 15 ein von dem organischen Harzmaterial abgegebenes

Lösung oder auch während der anschließenden Här- Gas dient,

tung auftreten. Das organische Harzmaterial kann entweder natür-

Aufgabe der Erfindung war es daher, Elektroiso- lieh vorkommender Gummi, z. B. Kolophonium,

lationsmassen zu bekommen, die eine verbesserte Licht- Schellack, Kauri, Kopal, Teer, aus der Kohlenteer-

bogenfestigkeit besitzen, auch wenn bei ihrer Verarbei- 20 destillation, Naturgummi oder ein organisches thermo-

tung zu Elektroisolatoren Poren oder Luftbläschen plastisches oder wärmehärtbares Kunstharz, z. B.

auftreten. Phenolharz, Harnstoffharz, Melaminharz, Polyäthy- λ

Beispielsweise aus der österreichischen Patent- len, Polypropylen, Polybuten, Polytetrafluoräthylen, ™ schrift 189 695 sind Elektroisolierkörper aus Gieß- Polytrifluoräthylen, Polyvinylchlorid, Polyvinylidinharzen bekannt, die bis zu 100 °/o des Eigengewichtes 25 chlorid, chloriertes Polyäthylen, chlorsulfoniertes Polyorganische stickstoffhaltige, insbesondere amidhaltige äthylen, Polymethylmethacrylat einschließlich der verVerbindungen und zur Verbesserung der mechanischen schiedenen Polymeren, Mischpolymeren und polymeren Eigenschaften gegebenenfalls Füllstoffe enthalten. Gemische aus diesen Materialien, ein kautschukartiges Beim Auftreten von Lichtbogen zersetzen sich der- synthetisches Polymer, z. B. Polybutadien, Polyisopren, artige organische Harzmaterialien unter Bildung von 30 Polychloropren einschließlich der verschiedenen Misch-Gasen, die den Lichtbogen löschen. Der Nachteil dieser polymeren und Polymerengemische dieser Materialien, Isolierkörper besteht jedoch darin, daß nach und nach ein Epoxyharz, Polyesterharz oder Polycarbonatharz eine völlige Zersetzung derselben eintritt und die zur sein.

Löschung des Lichtbogens zur Verfügung stehende Die für die vorliegende Erfindung brauchbaren Zeo-

Gasmenge durch die Menge des thermisch zersetzten 35 lithe sind bekannte, im Handel erhältliche Materialien

Materials begrenzt %nd relativ gering ist. teils natürlicher und teils künstlicher Herkunft mit

Gemäß der deutschen Auslegeschrift 1 092 078 ist guten Sorptionseigenschaften für verschiedenartige

es weiterhin bekannt, die Lichtbogenfestigkeit von Flüssigkeiten und Gase auf Grund der in ihrer Kri-

Kunstharzpressmassen auf der Basis eines härtbaren Stallstruktur vorhandenen großen Zahl an Poren oder

Phenolaldehydharzes durch Einlagerung von Füllstof- 40 Kapillaren.

fen zu verbessern, die eine Teilchengröße von nicht Der Ausdruck »perhalogenierte Flüssigkeit« bzw.

mehr als 5 Mikron besitzen. Derartige Füllstoffe sind »perhalogeniertes Gas« dient hier zur Bezeichnung von

jedoch nicht in der Lage, die durch Poren oder Luft- Flüssigkeiten oder Gasen mit der an der Verbindung

einschlüsse auftretende Minderung der Isolierwirkung angelagerten Höchstmenge an Halogen. Beispiels- \

zu beheben. 45 weise sind bei einem perhalogenierten Alkan alle Was-

Schließlich ist es aus der deutschen Auslegeschrift serstoffatome durch Halogen ersetzt. Wegen ihrer leich-1105 947 zur Erhöhung der Lichtbogenfestigkeit elek- ten Zugänglichkeit und ausgezeichneten dielektrischen trischer Schalter, insbesondere von Lasttrennschaltern, Widerstandsfähigkeit werden bevorzugt Schwefelbekannt, Schaltkammern ganz oder teilweise aus elek- hexafluorid und die fließfähigen perhalogenierten tronegative Gase enthaltenden Clathraten herzustellen. 50 Alkane mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen verwendet, und Durch den Einfluß von Wärme wird der Gitteraufbau zwar besonders diejenigen, in denen das Halogen aus der »Wirts-Verbindung« zerstört, wobei die elektro- Fluor oder Chlor besteht. Unter den verschiedenen negativen Gase, wie Schwefelhexafluorid, Selenhexa- perhalogenierten Alkanen, die verwendet werden könfluorid oder Trifluormethylschwefelpentafluorid, abge- nen, sind beispielsweise Tetrachlorkohlenstoff, Trigeben werden. 55 chlorfluormethan, Dichlordifluormethan, Chlortri-

Es wurde nun gefunden, daß man die Lichtbogen- fluormethan, Bromtrifluormethan, Trichlortrifluor-

festigkeit von Elektroisolatoren wesentlich verbessern äthan, Dichlortetrafluoräthan, Dibromtetrafluor-

kann, wenn man zur Herstellung dieser Isolatoren äthan, Chlorpentafluoräthan, Hexafluoräthan, Octa-

organische Harze mit bestimmten Einlagerungen ver- fluorpentan, Decafluorbutan, Octafluorcyclobutan,

wendet. 60 Dodecylfluorpentan, Tetradecylfluorhexan, Octade-

Die lichtbogenfeste Elektroisolationsmasse nach der cylfluoroctan, Pentafluorthiotrifluormethan (CF_SSF₅)

Erfindung, die aus einem organischen Harzmaterial zu nennen.

und darin eingelagerten Füllstoffen besteht, ist dadurch Die Wahl der jeweiligen perhalogenierten Substanz gekennzeichnet, daß die Masse einen in dem organi- und des jeweiligen Zeolithes richtet sich nach der Verschen Harzmaterial dispergierten Zeolith mit einer 65 wendung und der Herstellungsweise der betreffenden darin adsorbierten perhalogenierten Flüssigkeit oder Elektroisolationsmasse.

einem darin adsorbierten perhalogenierten Gas mit Wenn beispielsweise die Masse zur Herstellung einer

einem Siedepunkt nicht höher als 90⁰C enthält. Isolation eines isolierten elektrischen Leiters oder zur

Einkapselung beispielsweise eines Transformators benutzt werden soll, wo der Zweck des adsorbierten perhalogenierten Stoffes darin besteht, während der Fertigung oder des Gebrauches entstandene Poren und Hohlräume zu füllen, dann wird man zweckmäßig eine solche Kombination von Zeolith und adsorbierter perhalogenierter Substanz wählen, daß die perhalogenierte Substanz bei der Temperatur, bei welcher das Gerät normalerweise arbeitet, desorbiert wird. Wenn andererseits die betreffende Masse zur Herstellung von lichtbogenlöschenden Isolationen dient, dann wird man den Zeolith und die adsorbierte perhalogenierte Substanz so wählen, daß bei normaler Betriebstemperatur der Anlage keine perhalogenierte Substanz abgegeben wird, sondern erst, wenn sich in dem Gerät ein Lichtbogen bildet, so daß nur die Wärme des Lichtbogens eine Desorption der perhalogenierten Substanz von dem Zeolith bewirkt.

Wenn der die adsorbierte, perhalogenierte Substanz enthaltende Zeolith in das organische Harzmaterial durch Vermischen auf einem Satz von Differential-

» walzen eingearbeitet werden soll, wobei die Masse nicht unter Druck steht, dann muß man eine Kombination von Zeolith und perhalogenierter Substanz wählen, welche die perhalogenierte Substanz bei der Temperatur des Vermischens nicht abgibt. Eine andere zur Wahl stehende Methode kann gebraucht werden, bei der der Zeolith zunächst mit dem organischen Harzmaterial vermischt und darauf ausreichend lange einer Druckatmosphäre der perhalogenierten Substanz ausgesetzt wird, um diese in den Zeolith adsorbieren zu lassen, der in dem organischen Harzmaterial dispergiert ist. Wenn das organische Harzmaterial ein thermoplastisches Harz ist, erhitzt man die Mischung aus thermoplastischem Harz und Zeolith vorzugsweise auf eine Temperatur, bei der das Harz weich ist, und kühlt dann die Masse, während man die Druckatmosphäre der perhalogenierten Substanz aufrechterhält, bis die Masse unter die Temperatur abgekühlt ist, bei der die perhalogenierte Substanz von dem Zeolith desorbiert wird.

Wenn die Vereinigung des Zeoliths mit dem Harzmaterial in flüssigem Zustand, z. B. als Gießharz wie ψ etwa ein flüssiges Phenolharz, ein flüssiges Epoxyharz oder ein flüssiges Polyesterharz, z. B. lösungsmittelfreier Firnis oder polymerisierbares Monomer, erfolgen soll, dann kann die Vermischung bei Zimmertemperatur erfolgen, und es ergeben sich keine Schwierigkeiten beim Vermischen des Zeoliths, der bereits die perhalogenierte Substanz adsorbiert hat.

Nach der Herstellung der Elektroisoliermasse kann aus dieser nach üblichen Fertigungsmethoden leicht eine beliebige Isolation hergestellt werden. Beispielsweise kann die angesetzte Mischung auf einen elektrischen Leiter im Strang ausgepresst, zu Platten für eine Lichtbogensperre oder für die Sicherung einer Lichtbogenkammer geformt werden, oder sie kann als Formmasse verwendet werden, um ein elektrisches Gerät, z. B. einen Transformator, einzukapseln. Da diese Fertigungsmethoden unter Druck durchgeführt werden und die Gegenstände unter Druck abgekühlt werden können, tritt keine Desorption der perhalogenierten Substanz während der Formungsarbeit auf. Wenn ein flüssiges Harz der vorstehend erwähnten Art zur Einkapselung von elektrischen Apparaten verwendet wird, kann die eigentliche Härtung des flüssigen Harzmaterials durchgeführt werden, indem man eine Druckatmosphäre der perhalogenierten Substanz oberhalb der Flüssigkeit verwendet, die aufrechterhalten wird, bis das Polymer zum festen Zustand ausgehärtet ist, worauf man unter die Temperatur abkühlt, wo Desorption der perhalogenierten Substanz aus dem Zeolith auftreten würde. Wenn die Isolierung die Form eines gerollten Rohres aus einem Faserstoff wie Papier oder Gewebe haben soll, wobei der Faserstoffbogen um einen entfernbaren Dorn gewickelt und das Papier durch Schmelzen während des Rollvorganges getränkt wird, dann ist es notwendig, eine Kombination von Zeolith und perhalogenierter Substanz zu verwenden, die bei der Temperatur, bei der das Rohr gerollt wird, nicht desorbiert wird. Gerade diese Kombinationsart würde jedoch für eine solche Fertigungstechnik zweckmäßig sein, da solche Rohre für Bogenkammern oder Sicherungsrohre verwendet werden, wo es erwünscht ist, daß die Desorption erst unter dem Einfluß eines Lichtbogens auftritt.

Claims

Patentansprüche:

1. Lichtbogenfeste Elektroisolationsmasse aus einem organischen Harzmaterial und darin eingelagerten Füllstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse einen in dem organischen Harzmaterial dispergierten Zeolith mit einer darin adsorbierten perhalogenierten Flüssigkeit oder einem darin adsorbierten perhalogenierten Gas mit einem Siedepunkt nicht höher als 90⁰C enthält.

2. Elektroisolationsmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der perhalogenierte Stoff Schwefelhexafluorid oder ein perhalogeniertes Alkan mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen ist.

3. Verfahren zur Herstellung von lichtbogenfesten Elektroisolationsmassen, dadurch gekennzeichnet, daß man ein organisches Harzmaterial, einen Zeolith und eine perhalogenierte Flüssigkeit oder ein perhalogeniertes Gas mit einem Siedepunkt nicht über 90⁰C entweder vor oder nach der Adsorption des perhalogenierten Stoffes in dem Zeolith unter solchen Temperatur- und Druckbedingungen miteinander vermengt, daß das organische Harzmaterial schmilzt und den Zeolith überzieht, der perhalogenierte Stoff aber nicht von dem Zeolith desorbiert wird.