EP0028281A1 - Mechanisch beanspruchtes Kunststoff-Isolierteil mit Glasfaserverstärkung ohne Bor und Borverbindungen für Schwefelhexafluorid-Gas enthaltende Hochspannungs-Schaltanlagen - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a mechanically stressed insulating part according to the preamble of claim 1.
- the known glass fiber reinforced plastic insulating bodies also lose so much strength due to the decomposition products mentioned that they are no longer able to to fulfill the reinforcement function intended for them.
- the invention has for its object to provide mechanically stressed insulating parts for high-voltage switchgear containing sulfur hexafluoride gas, in which electrical discharges and / or arcs occur at least occasionally, these insulating parts having a high mechanical strength against the decomposition products of SF 6 sufficient be stable and should be economically advantageous to produce.
- Glass fibers consisting of a glass consisting of 50 to 65% by weight of SiO 2 , 20 to 30 % by weight of Al 2 O 3 , 5 to 20% by weight of MgO and 2 to 10% by weight have proven to be particularly suitable.
- Ca0 exists, where the weight percentages of Ca0 and Mg0 are at least 15 and at most 25, the quotient of the weight percentages of SiO 2 divided by that of Al203 at least 2 and at most 2.8 and the quotient of the weight percentages of Mg0 divided by those of SiO 2 is at most 0.3.
- Such glass fibers are commercially available inexpensively.
- Plastics known per se can be used as the plastic for insulating parts according to the invention, for example epoxy resins, polyester resins, silicone resins, polyurethane resins, phenolic resins and melamine resins.
- Resin compositions are naturally preferred in the production of the insulating parts according to the invention which have a pot life which is sufficient for mixing and shaping as well as possible with a relatively low viscosity to have.
- Known cycloaliphatic epoxy resins are advantageous in this regard when using suitable hardeners.
- size-free glass fibers are contained in the insulating part according to the invention.
- Such fibers can e.g. obtained from sized fibers by heat treatment.
- the initial strength of the insulating parts can be lower than for those with the same but sized glass fibers. This could be due to fiber breakage and thus a shorter fiber length.
- a fragmentary, longitudinally sectioned section of an encapsulation tube 1 is shown, the cavity 2 of which is filled with SF 6 gas, and in which a tubular, hollow shift rod 3 is arranged lengthwise.
- a tubular, hollow shift rod 3 is arranged lengthwise.
- its wall 4 is a laminate of a glass fiber reinforcement 5 and a plastic 6.
- the shift rods 1 and 2 are provided according to the invention with a glass fiber reinforcement made of commercially available R glass free of boron and boron compounds and low in alkali.
- the fibers of the shift rod 1 are sized, those of the shift rod 2 are unsized.
- the shift rod 3 is made as a comparison test with a glass fiber reinforcement made of commercially available E-glass, which contains boron and has a normal alkali content.
- a plastic mixture was prepared for the casting, which contained 100 parts by weight of cycloaliphatic epoxy resin and 80 parts by weight of hexahydrophthalic anhydride.
- the third shift rod with E-glass fiber reinforcement already showed a shattered appearance and was completely unusable.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein mechanisch beanspruchtes Isolierteil nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.
- Derartige Isolierteile, wie Schaltstangen, müssen hohe, oft auch ruckartig auftretende Kräfte über längere Zeitabschnitte übertragen können, ohne dass Bruch oder Beschädigung auftritt.
- Nun ist es aber bkannt, dass Silizium und Bor enthaltende Materialien, wie Porzellan, Quarzsand-Kunststoffteile und glasfaserverstärkte Kunststoffe, durch die Zersetzungsprodukte von SF6 so beeinflusst werden, dass ihr elektrischer Widerstand oft schon nach kurzer Betriebszeit unzulässig abnimmt.
- Nach der CH-Patentschrift 466 391 wurde deshalb der Verzicht auf Silizium- und Borverbindungen in den Isolierteilen postuliert, wodurch sich der gefürchtete Widerstandsabbau vermeiden lassen soll.
- Ohne Faserstoffe, die zwar eine hohe Festigkeit und Elastizität, aber eine geringe elastische Dehnung aufweisen, lassen sich aber z.B. Schaltstangen kaum herstellen. Wollte man auf Glasfasern verzichten, weil sie Silizium und Bor enthalten, müsste auf Produkte ausgewichen werden, die aus Preisgründen wieder ausscheiden.
- Es ist denn auch nach der DE-Offenlegungsschrift 24 29 475 vorgeschlagen worden, die Glasfaser-Kunststoffschicht einer Schaltstange durch eine Schutzschicht aus Kunststoff und organischen Faserstoffen, wie Polyesterfasern,zu schützen. Es hat sich aber gezeigt, dass die gefürchteten Zersetzungsprodukte des Schwefelhexafluorids auch durch solche Schutzschichten diffundieren und die Glasfasern angreifen.
- Die bekannten glasfaserverstärkten Kunststoff-Isolierkörper verlieren ausserdem durch die genannten Zersetzungsprodukte so erheblich an Festigkeit, dass sie nicht mehr in der Lage sind, die ihnen zugedachte Armierungsfunktion zu erfüllen.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mechanisch beanspruchte Isolierteile für Schwefelhexafluorid-Gas enthaltende Hochspannungs-Schaltanlagen, in denen mindestens zeitweise elektrische Entladungen und/oder Lichtbögen auftreten, zu schaffen, wobei diese Isolierteile eine hohe mechanische Festigkeit aufweisen, gegen die Zersetzungsprodukte des SF6 ausreichend beständig sein und wirtschaftlich vorteilhaft herstellbar sein sollen.
- Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Isolierteil nach Anspruch 1 vorgeschlagen.
- Es hat sich nämlich entgegen der Lehre der CH-Patentschrift 466 391 gezeigt, dass bei Abwesenheit von Bor und dessen Verbindungen ein alkaliarmes Siliziumglas, insbesondere ein handelsübliches R-Glas als Material der Verstärkungs-Glasfasern gut geeignet ist, ohne dass der bislang befürchtete starke Abbau des elektrischen Widerstandes und der mechanischen Festigkeit durch die Zersetzungsprodukte des St6 auftritt. Ein gewisser Abbau der genannten Eigenschaften ist zwar nicht ganz auszuschliessen, erwird aber bei erfindungsgemässen Isolierteilen so bescheiden sein, dass deren Betriebstauglichkeit erhalten bleibt.
- Als besonders geeignet haben sich Glasfasern erwiesen, die aus einem Glas bestehen, das aus 50 bis 65 Gew.% Si02, 20 bis 30 Gew.% Al2O3, 5 bis 20 Gew.% Mg0 und 2 bis 10 Gew.% Ca0 besteht, wobei die Gewichtsprozentsumme von Ca0 und Mg0 mindestens 15 und höchstens 25, der Quotient der Division der Gewichtsprozente von SiO2 durch jene von Al203 mindestens 2 und höchstens 2,8 sowie der Quotient der Division der Gewichtsprozente von Mg0 durch jene von SiO2 höchstens 0,3 beträgt. Derartige Glasfasern sind im Handel preiswert erhältlich.
- Als Kunststoff für erfindungsgemässe Isolierteile können an sich bekannte Kunststoffe verwendet werden, beispielsweise Epoxydharze, Polyesterharze, Silikonharze, Polyurethanharze, Phenolharze und Melaminharze. Man wird naturgemäss Harzzusammensetzungen bei der Herstellung der erfindungsgemässen Isolierteile bevorzugen, die eine zum Mischen und möglichst guten Formen ausreichendeTopfzeit bei relativ niedriger Viskosität haben. Bekannte cycloaliphatische Epoxydharze sind diesbezüglich bei Verwendung geeigneter Härter vorteilhaft.
- Es kann vorteilhaft sein, wenn schlichtefreie Glasfasern im erfindungsgemässen Isolierteil enthalten sind. Solche Fasern kann man z.B. durch Hitzebehandlung auch aus geschlichteten Fasern erhalten. Allerdings kann beim Verarbeiten schlichtefreier Fasern die Anfangsfestigkeit der Isolierteile niedriger ausfallen als bei solchen mit gleichen aber geschlichteten Glasfasern. Dies könnte auf Brechen von Fasern und somit auf kürzere Faserlänge zurückzuführen sein.
- Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise unter Hinweis auf die rein schematische Zeichnung besprochen.
- Dargestellt ist ein fragmentarer längs geschnittener Abschnitt eines Kapselungsrohres 1, dessen Hohlraum 2 mit SF6 -Gas gefüllt ist, und in welchem eine rohrförmige hohle Schaltstange 3 längs angeordnet ist. An der teilweise geschnittenen Stelle der Schaltstange 3 erkennt man, dass ihre Wandung 4 ein Laminat aus einer Glasfaserverstärkung 5 und einem Kunststoff 6 ist.
- Die Herstellung von drei derartigen Schaltstangen soll nachstehend beispielsweise beschrieben werden.
- Die Schaltstangen 1 und 2 werden dabei erfindungsgemäss mit einer Glasfaserverstärkung aus von Bor und Borverbindungen freien und alkaliarmen handelsüblichen R-Glas versehen. Die Fasern der Schaltstange 1 sind geschlichtet, die der Schaltstange 2 sind ungeschlichtet.
- Die Schaltstange 3 ist als Vergleichsversuch mit einer Glasfaserverstärkung aus handelsüblichem E-Glas gefertigt, das borhaltig ist und normalen Alkaligehalt hat.
- Für den Guss wurde eine Kunststoffmischung vorbereitet, welche 100 Gewichtsteile cycloaliphatisches Epoxydharz und 80 Gewichtsteile Hexahydrophthalsäureanhydrid enthielt.
- Man laminierte, indem man vorerst bei 100 C unter Vakuum entlüftete, dann bei Ueberdruck gelierte und schliesslich bei Normaldruck und 140° C aushärtete.
- Von allen drei-Schaltstangen wurden Proben abgetrennt und in einer SF6-Gas-Atmospäre während hunderten von Stunden bei elektrischen Entladungen behandelt.
- Eine Prüfung der drei Schaltstangen ergab:
- Die Schaltstangen 1 und 2 (erfindungsgemäss) hatten ein gutes Aussehen. Sie waren mechanisch und elektrisch für den normalen Betriebseinsatz geeignet. Dabei hatte die Schaltstange 2 zwar eine geringere Anfangsfestigkeit, aber einen geringeren Festigkeitsverlust.
- Die dritte Schaltstange mit E-Glas-Faserverstärkung zeigte schon ein zerrüttetes Aussehen und war vollkommen unbrauchbar.
- Dies zeigt deutlich, dass entgegen den Erwartungen, ein Siliziumglas, welches von Bor und Borverbindungen frei und alkaliarm ist, sich als Glasfaserverstärkung der geschilderten Art für Anlagen der genannten Art eignet. Dies heisst, dass die der früheren Lehre entsprechende Zersetzung nicht im anzunehmenden Masse auftritt. Dabei ist zu beachten, dass die erfindungsgemässen Schaltstangen ihre Betriebstauglichkeit noch behielten, wenn übliche glasfaserverstärkte Kunststoffprodukte vollständig ausgeschieden waren.
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