AT206984B

AT206984B - Hochspannungs-Isolation mit Gießharz

Info

Publication number: AT206984B
Application number: AT333954A
Authority: AT
Inventors: Alfred Dipl Ing Imhof
Original assignee: Moser Glaser & Co Ag
Priority date: 1953-06-15
Filing date: 1954-06-12
Publication date: 1960-01-11

Description

Hochsparmungs- Isolation mit Giessharz
Die Giessharzeinbettungs-Isolation kann insbesondere bei sehr hohen Spannungen der zu isolierenden
Elektroden gewisse Schwierigkeiten bereiten. Beispielsweise ist das Giessen grosser Stücke wegen der Harz-
Kontraktion der Härtung und der darauf folgenden Abkühlung sowie wegen der Wärmedehnungen infolge von Betriebstemperaturschwankungen schwierig. Ist die Wärmedehnung des Harzes grösser als diejenige der Elektroden-Metalle, besteht Rissgefahr. Ferner ist der tgo der bis heute bekannten Einbettung- giessharze für die ganz hohen Betriebsspannungen so hoch, dass die Gefahr des Wärmedurcbsch1ages zu- weilen schwer vermeidbar ist.

Die Isolationen aus aufgewickelter Isolierstoffbahn hinwiederum sind leicht verletzbar. Sind sie mi : einer Flüssigkeit, z. B. Öl, imprägniert, müssen sie in einem Behälter gegen den Verlust der Flüssigkeit geschützt werden ; anderseits können sie aus der Flüssigkeit nach und nach Feuchtigkeit aufnehmen.

Geeignet gewählte Isolationen aus Isolierstoffbahnen besitzen jedoch grosse Vorzüge, wie extrem hohe elektrische Durchschlagsfestigkeit, niedriger tg6, hohe Nachgiebigkeit, Eignung zur Einbettung von Feldsteuerungsbelägen, von Drahtwicklungen u. a. m.

Es ist nun bekannt, Wicklungen dünn zu umbandeln und sodann mit einer aushärtenden Kunststoffisolation zu umgeben (USA-Patentschrift Nr. 2, 464, 029). Durch die Bandagierung wird eine gewisse Kompressibilität der Wicklung erreicht, was die Bildung von Schrumpfrissen der Isolation beim HMe- prozess verhindern soll. Auch ist es bekannt, mit Hilfe einer dünnen Kunststoffumhüllung der Wicklung den Austritt von Luftresten aus den Wicklungshohlräumen zu verhindern und dadurch die äussere aushärtende Isolation blasenfrei zu gestalten (deutsche Patentschrift Nr. 749489).

Um die Vorteile sowohl der Giessharzisolation wie auch der Wickelisolation verbinden zu können, ohne ihre Nachteile in Kauf nehmen zu müssen, wie beides eingangs angeführt ist, kann eine kombinierte Hochspannungs-Umhüllungs-Isolation bei mindestens teilweise dielektrischer Serienschaltung einer Kunstharzschicht und einer Wickelisolation verwendet werden, bei der erfindungsgemäss eine mit einem fliessbaren Dielektrikum durchsetzte bzw. umspülte Wickelisolation, insbesondere Papierisolation, die bei Raumtemperatur und im angenähert homogenen Feld mit = 150 kV/cm geprüft und mit = 35 kV/cm betrieben werden darf, mit einer Kunstharzisolation kombiniert ist, wobei die Wickelisolation von der Kunstharzisolation mindestens teilweise umhüllt wird.

Bei dieser Serienschaltung der beiden Dielektrika soll das Einbettungsharz wenigstens die äusserste Schicht und damit ein Gefäss für das aufgewickelte Dielektrikum bilden. Die Schaltung vereinigt, wie schon gesagt, im wesentlichen die Vorteile der beiden Dielektrika ohne deren Nachteile.

Das Giessharz soll nicht porös sein, und da es selbst einen Teil des gesamten Spannungsgefälles aufzunehmen hat, soll es eine dielektrisch gute Qualität haben. Vorzugsweise eignen sich Giessharze, welche durch eine Polyreaktion, wie z. B. Polymerisation oder Polyaddition, aus bei Raum-oder erhöhter Temperatur flüssigen, insbesondere giessbaren Ausgangsstoffen entstehen, die ohne Abspaltung flüchtiger Bestandteile erhärten.

Für die aufgewickelten Isolierstoffbahnen, vorzugsweise Bänder, kommen gemäss der Erfindung besonders solche aus porösem Dielektrikum, wie z. B. Papier, in Betracht, die mit einem flüssigen Isolerstoff imprägniert sind. Damit die hohe Durchschlagsfestigkeit solcher Wickel gut ausgenützt werden kann, soll ihr spezifischer dielektrischer Widerstand möglichst hoch sein, was mit Hilfe von Imprägnierflüssig-
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von 2, 3 bis 2, 5, oder mit flüssigen Fluorkohlenwasserstoffen, wie z. B. Tri-perfluorobutyl-t-amin, mit einer Dielektrizitätskonstanten von 1, 85, erreichbar ist.

Aus Papier geschichtete Isolationen weisen bekanntlich eine Durchschlagsfestigkeit auf, die wesent- lich höher sein kann als diejenige einer Druckgasschicht gleicher Abmessungen, wenn der Druck in einem gewissen Verhältnis zur Dicke der Schicht steht. Vorteilhaft ist insbesondere auch die so erreichbare hohe Stossspannungsfestigkeit, die unabhängig vom Druck und der Dicke der Schicht höher ist als beim ent- sprechenden Gasdielektrikum.

Gemäss der weiteren Erfindung wird eine weitere Verbesserung der Durchschlagsfestigkeit erreicht, wenn das geschichtete Papierdielektrikum einer Papierstoffbahn mit Gas oder Gasgemisch durchsetzt wird.

In manchen Fällen ist es dabei sehr zweckmässig, wenn die aufgewickelte Papierstoffbahn mit Gas durchsetzt und die elektrische Durchschlagsfestigkeit der Papierisolation höher ist als diejenige der
Papierisolation mit Luftdurchsetzung unter gleichen Druck- und Temperaturbedingungen.

Als Gase sind z. B. H ogengase empfehlenswert, entweder allein oder als Komponente eines Gas- gemisches. Es können auch andere Gase verwendet werden, wie z. B. Pressluft, Stickstoff, Kohlendioxyd unter normalem Druck oder unter Überdruck, Edelgase oder Mischungen aus Luft und chlor- und bzw. oder fluorhaltigen Gasen, ferner Druckkohlensäure, Chlorphenyl-indane mit und ohne Druck. Praktisch kommen Gasdrucke von 1 bis etwa 25 atm in Betracht.

Zur Herstellung einer gasdurchsetzten Papierstoffbahn wird vorteilhafterweise zuerst die bandagierte
Isolation gefestigt, danach unter Vakuum die Kunstharzisolationsschicht gegossen und ausgehärtet, worauf der Apparat mit dem Gas oder Gasgemisch gefüllt wird. Letzteres kann z. B. mittels eines in die Giess- harzwandung eingegossenen Ventils erfolgen, das mit einem unter Druck stehenden Gasbehälter verbunden wird und gegebenenfalls nach dem Füllen zugegossen wird. Das Druckgas kann auch z. B. mittels einer in die Kunstharzwandung eingegossenen kleinen Gummiplatte aufgefüllt werden, die beim Füllen des unter Vakuum stehenden Apparates mit einer hohlen, mit einem Druckgasbehälter in Verbindung stehen- den Nadel durchstochen wird. Alsdann kann die betreffende Stelle samt der Gummiplatte mit gleichem
Kunstharz zugegossen werden.

Für das Verfahren zur Herstellung der Isolation nach der Erfindung ist es vorteilhaft, als erste Arbeits- stufe zunächst zu bandagieren, den Gegenstand dann in eine Giessform einzubauen und sodann den Harz- ausgangsstoff einzugiessen, worauf nach erfolgter Härtung des Harzhüllkörpers die Vakuumtrocknung der bandagierten Isolation erfolgt. Anschliessend wird imprägniert, wofür erforderlichenfalls in der Harzhülle entsprechende Öffnungen vorgesehen werden, die auch für die Vakuumtrocknung benutzbar sind.

Die Brandgefahr, die bei flüssigen Isolierstoffe unter sonst gleichen Umständen eher als bei festen
Isolierstoffe gegeben ist, wird durch die Umschliessung mit dem festen Kunstharzkörper weitestgehend verhütet. Damit sie aber auch z. B. im Falle einer Sprengung der Kunstharzumhüllung nicht auftritt, werden flüssige Isolierstoffe genommen, die unbrennbar oder mindestens so hitzebeständig sind wie das
Giessharz selbst. Dies trifft z. B. für einige Fluoräther, Fluoroamine und Fluorsilikone zu. Um auch bei betriebsmässiger Überhitzung Sprengungen der Giessharzhülle zu vermeiden, wird nach der Erfindung weiter vorgeschlagen, flüssige Stoffe mit möglichst hohem Siedepunkt, vorteilhafterweise von über 1500, zu verwenden, wie z. B. Tri-perfluorohexyl-t-amin oder Tri-perfluörobutyl-t-amin.

Werden für besonders hitzebeständige Isolierungen Giessharze hoher Hitzebeständigkeit verwendet, so ist es zweckmässig, dass auch die aufgewickelte Isolation aus hitzebeständigem Stoff, z. B. Asbestband oder Glasfaserband, besteht. Dies ist besonders dann empfehlenswert, wenn solche Isolationen Draht- windungen aufweisen, welche durch den Betriebsstrom heiss werden können.

Als Wickelisolation eignen sich in manchen Fällen, z. B. für hohe Stromfrequenz, nach der Erfindung auch die nicht porösen thermoplastischen Stoffe, wie z. B. Polystyrol, meist in Band- oder Blattform, bekannt unter den Handelsnamen Styroflex, Polyäthylen, und Polytetrafluoräthylen und Polychlortrifluor- äthylen, die unter den Handelsnamen Teflon und Kel-F bekannt sind, ferner auch Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid u. a. m. Die niedrige Hitzebeständigkeit einzelner dieser Stoffe schliesst sie nicht aus, da es auch Einbettungsgiessharze mit niedriger Härtungstemperatur gibt. Solche unporöse Folien können, damit sie nicht nach dem Aufwickeln zwischen den Windungen eingeschlossene Luft bergen, mit flüssigen Dielektrika benetzt angewendet sein, z. B. Polystyrol benetzt mit Mineralöl.

In manchen Fällen ist es im Sinne der Erfindung vorteilhaft, die Windungen der thermoplastischen Isolation miteinander zu verschweissen, damit ein quasi isotrope Körper entsteht.

Ein weiterer, In gewissen. Fällen vorteilhafter aufwickelbarer Isolierstoff ist eine glimmerreiche flexible Bahn, z. B. aus einer Kombination aus Papier mit Spaltglimmer und Bindemittel (z. B. Schellack) oder einer Kombination aus Spaltglimmer und Bindemittel, die unter den Handelsnamen Micafolium und Micanit bekannt sind ; das Micanit kann flexibel sein.

Die Isolierkombination nach der Erfindung lässt sich auch dann vorteilhaft anwenden, wenn Feldsteuerungen durch leitende Einlagen oder die Anordnung von Drahtwindungen, wie sie z. B. als Primärwicklungen von Spannungswandlem vorkommen, erwünscht ist ; leitende Einlagen, etwa In Form von Metallfolien, lassen sich beim Aufwickeln in an sich bekannter Weise leicht einwickeln.

Die elektrische Festigkeit geschichteter Isolationen ist senkrecht zur Schichtung verhältnismässig sehr hoch, In Schichtrichtung jedoch erheblich niedriger ; am Rande der kapazitiven Steuerungseinlagen be-
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einlagen bis an die konische Aussenfläche der Harzumhtillung reichen zu lassen. Dies gibt auch die Mög- lichkeit, die Enden mit einem Wulst zu versehen, welcher den Feldgradienten verkleinert ; der Wulst kann Im Giessharz eingebettet sein.

Die Isolation nach der Erfindung ist ferner anwendbar für Kondensatordurchführungen mit dem einen Ende unter Öl, deren Steuerungseinlagen bis an die konische unter Öl liegende Aussenfläche reichen und die radial so dicht aufeinander folgen, dass ein sehr hoher Überschlagsgradient ertragen wird. Eine solche feine Steuerung lässt sich nach der Erfindung verwirklichen, indem die Steuerungseinlagen durch das gewickelte Dielektrikum ihre richtige gegenseitige Lage erhalten und durch die umhüllende Giessharzschicht bis an die Oberfläche geführt sind.

Zur Einsparung gewisser Mengen preislich teurer, flüssiger Dielektrika für die Imprägnierung des geschichteten Dielektrikums wird bei Durchführungen das geschichtete Dielektrikum vorteilhafterweise In axialer Richtung nur so weit geführt, wie die Feldstärke dies erfordert.

Wenn es sich darum handelt, wie z. B. bei Spannungs-oder Stromwandlern, die Drahtwindungen unterzubringen, kann vorteilhafterweise gegebenenfalls ein frei gelassener Raum zwischen aufgewickelter Isolation und umhüllende Giessharzisolation zur Aufnahme von solchen Drahtwindungen verwendet werden.

Lange Körper, insbesondere lange Durchführungen, können die Schwierigkeiten bieten, dass die Harzhülle infolge der Schrumpfung beim Härten und Abkühlen reisst. Erfindungsgemäss wird daher an einer Stelle, vorzugsweise wo die HarzhU1le elektrisch wenig beansprucht wird, eine schwächere Stelle, vorteil- hafterweise eine Rille, vorgesehen, mittels welcher es beim Abkühlen unter dem Einfluss der Kontraktionsspannungen an der gewünschten Stelle zur Trennung kommt. Alsdann wird die Trennfuge in einem besonderen Arbeitsgang wieder zugegossen.

Es ist auch möglich, lange Körper, z. B. Durchführungen, zu schaffen, indem beide Enden je für sich gegossen werden und der Mittelteil der Durchführung durch ein Metallrohr gebildet wird.

Weitere Merkmale der Erfindung sind aus der Zeichnung sowie aus der folgenden Beschreibung zu entnehmen.

Es zeigen : Fig. 1 einen Stromwandler für hohe Spannungen, Fig. 2 einen Stromwandler ähnlichen Aufbaues, Fig. 3 einen Stabstromwandler, Fig. 4 die Ansicht eines langen Durchführungsstabstromwandlers mit zwei Sekundärkreisen, Fig. 5 einen Schnitt durch das obere Ende des Wandlers der Fig. 4 und Fig. 6 einen Stabstromwandler mit gasdurchsetzter Papierbahnisolation.

Der magnetische Ringkern 1 wird von dem die primäre Wicklung enthaltenden Rohr 3 durchsetzt, das in den rohrförmigen Stiel 2 übergeht, welcher die Stromzu- und -ableitung führt ; die sekundäre Wicklung 4 umschliesst den Kern 1.

Die primäre Wicklung ist zunächst von der Papierbandisolation 5 umhüllt, die sich auch über den Stiel erstreckt. Dieser Teil der Papierbandisolation enthält koaxial zum Stiel Potentialsteuereinlagen 6
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7.harzisolation8, auf der Witterungsschutzschirme 9 z. B. aus Porzellan mit dem Abschlussdeckel 10 sitzen.

Im Bereich des Kernes ist die Giessharzisolation mit dem äusseren leitenden Erdbelag 11 versehen.

Der Stromwandler nach der Fig. 2 ist ähnlich aufgebaut. Anders ist z. B. die Isolation des Stieles 2 ; die Papierisolation ist hier zu Schirmen 12 ausgebildet. Der Raum zwischen dem keramischen Isolermantel 9'und der Papierisolation wird mit flüssigem Isolierstoff ausgefüllt.

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Claims

<Desc/Clms Page number 5>

11. Isolation nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die thermoplastische Isolierstoffbahn mit einem flüssigen Isolierstoff, z. B. Polystyrol mit Mineralöl, benetzt ist.

12. Isolation nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelisolation aus einem glimmerreichen Werkstoff, wie z. B. aus dem unter dem Handelsnamen Micafolium (Kombination aus Papier und Spaltglimmer mit Bindemittel, z. B. Schellack), oder aus flexiblem, unter dem Handelsnamen Micanit (Spaltglimmer und Bindemittel) bekannten Stoff besteht.

13. Isolation nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelisolation elektrisch leitende Steuerungseinlagen aufweist.

14. Isolation nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinlagen bis an die konische Aussenfläche der Giessharzumhüllung reichen.

15. Isolation nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das geschichtete Di- elektrikum (dielektrische Serienschaltung von Wickelisolation und Kunstharzschicht) in axialer Richtung nur so weit reicht, wie dies die elektrische Feldstärke erfordert.

16. Isolation nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelisolation Drahtwicklungen enthält.

17. Isolation nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass Drahtwicklungen zwischen der Wickelisolation und der Kunstharzschicht vorgesehen sind.

18. Isolation nach den Ansprüchen 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass an Stellen ohne oder mit nur niedriger dielektrischer Beanspruchung elastische Kissen eingebaut sind.

19. Isolation nach den Ansprüchen 1 bis 18, gekennzeichnet durch eine Schutzvorrichtung gegen plötzlichen Gasdruck.

20. Isolation nach den Ansprüchen 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunstharzschicht die Wickelisolation nur teilweise, insbesondere dort, wo dielektrische Beanspruchungen in Schichtrichtung der Bahnen vorkommen, wie z. B. an den Hochspannungseinführungen, umhüllt, und dass der übrige Teil von einer metallischen Hülle umschlossen ist, welche in den Harzkörper eingreift.

21. Isolation nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichne. :, dass der mit Harz umgossene Teil der metallischen Hülle aussen mit Rillen versehen ist zwecks guter mechanischer Verbindung und Abdichtung.

22. Isolation nach den Ansprüchen 20 und 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle mit Pressung auf der Wickelisolation angeordnet ist, so dass die Isolation unter einem Radialdruck steht, der höher ist als der durch blosses Aufwickeln erreichbare Druck.

23. Isolation nach den Ansprüchen 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Imprägnierflüssigkeit unter einem Druck steht, der höher ist als der Atmosphärendruck.

24. Verfahren zur Herstellung einer kombinierten Hochspannungs-tsolation nach den Ansprüchen 1 bis 6 und 9 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst die bandagierte Isolation hergestellt wird, danach die Kunstharzisolation gegossen und ausgehärtet wird und schliesslich die Imprägnation der bandagierten Isolation erfolgt.

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass in der Giessharzumhullung eine schwache Stelle, vorzugsweise eine Rille, vorgesehen wird, die unter dem Einfluss von Kontraktionspannungen zur Trennung am gewünschten Ort führt, wonach die Trennfuge in einer späteren Verfahrensstufe wieder zugegossen wird.

26. Verfahren nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst die bandagierte Isolation hergestellt wird, danach die Kunstharzisolation gegossen und ausgehärtet wird und schliesslich das Füllen der bandagierten Isolation mit dem Gas erfolgt.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas über ein In die G1essharz- Isolation eingegossenes Ventil eingeleitet und das Füllen des unter Vakuum stehenden Apparates aus einem angeschlossenen Druckgasbehälter bewirkt wird.

28. Verfahren nach den Ansprüchen 26 und 27, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Stelle der Kunstharzwandung eine kleine Gummiplatte eingegossen und das Füllen des unter Vakuum stehenden Apparates mittels Durchstechen der Gumiiiiplatte mit einer mit einem Druckgasbehalter in Verbindung stehenden hohlen Nadel bewirkt wird.