CH634438A5

CH634438A5 - Stress relief material and use of the same

Info

Publication number: CH634438A5
Application number: CH1362475A
Authority: CH
Inventors: George A Foote; Mason M Lindamood; Robert D Fulcomer
Original assignee: Sola Basic Ind Inc
Priority date: 1975-04-11
Filing date: 1975-10-21
Publication date: 1983-01-31
Also published as: FR2307351A1; GB1534003A; JPS51121056A; DE2558080C2; JPS6229451B2; BR7507183A; DE2558080A1; FR2307351B1; SE427316B; SE7511627L; IT1051770B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Spannungsentlastungs- Koronaeffektes am Anschlussteil eines derart abgeschirmten material für die Oberfläche eines isolierten, elektrischen Lei- Kabels unwirksam ist. Die US-Patente 2 090 510 und 3 749 817 ters und Verwendung des Materials zur Unterdrückung von offenbaren geeignete Einrichtungen und Zusammensetzungen durch Korona verursachten Störungen am Anschlussteil eines für eine Halbleiterschicht, die zwischen dem Leiter und dem isolierten und abgeschirmten, elektrischen Leiters. so Isolator angeordnet ist. The invention relates to a voltage relief corona effect on the connection part of such a shielded material for the surface of an insulated, electrical Lei cable is ineffective. U.S. Patents 2,090,510 and 3,749,817 ters and use of the material to suppress suitable devices and compositions disclosed by corona interference at the connector portion of a semiconductor layer between the conductor and the insulated and shielded electrical conductor. so insulator is arranged.

Es ist bekannt, dass bei elektrischen, mit einem Isolator Ziel der Erfindung ist es ein Spannungsentlastungsmaterial abgeschirmten Leitern eine Ungleichmässigkeit oder Deforma- der eingangs genannten Art zu schaffen, das leicht anzuwenden tion im elektrischen Feld auftritt, und zwar an allen Punkten, ist, einen flexiblen, dauerhaften Schutz der abgeschirmten Lei-wo die Abschirmung angeschlossen wird. Übersteigt die ter ergibt, sich selbst ausgleicht und sehr widerstandsfähig It is known that in the case of electrical conductors with an insulator, the aim of the invention is to provide a voltage relief material shielded conductors with a non-uniformity or deformity of the type mentioned at the outset, which is easy to use in the electrical field, at all points, one flexible, permanent protection of the shielded Lei-where the shield is connected. Exceeds the ter results, self-balancing and very resistant

Ungleichmässigkeit oder der Gradient der elektrostatischen 55 gegen durch Belastung verursachte Unterbrüche ist. Non-uniformity or the gradient of the electrostatic 55 against interruptions caused by stress.

Spannung auf der Oberfläche eines durch luftenthaltenden Dieses Ziel wird erfindungsgemäss mit den kennzeichnen- Tension on the surface of an air-containing object.

Gases umschlossenen elektrischen Isolators einen bestimmten den Merkmalen des Patentanspruches 1 erreicht. Gases enclosed electrical insulator achieved a certain of the features of claim 1.

Wert treten Gasentladungen, d. h. Koronaentladungen, auf, um Eine Verwendung des Materials zur Unterdrückung von Ozon oder andere Gase zu erzeugen, welche die Oberfläche durch Korona verursachten Störungen am Anschlussteil eines der elektrischen Isolation abbauen und die Isolation durchbre- 60 isolierten und abgeschirmten, elektrischen Leiters ist erfin-chen oder Risse bilden. Dieser Vorgang ist besonders bei Hoch- dungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass das Material mit spannungsgeneratorwicklungen lästig z. B. an der Stelle, wo die einer Seite eines Abschnittes eines Hochspannungsisolierban-Wicklungen aus dem geerdeten Stator heraustreten, an den des verbunden ist. Worth gas discharges, d. H. Corona discharges, in order to produce a use of the material for the suppression of ozone or other gases which degrade the surface caused by corona-caused interferences at the connection part of one of the electrical insulation and the insulation breaks through 60 insulated and shielded electrical conductor is invented or Form cracks. This process is particularly characterized in the case of high-performance materials in that the material with voltage generator windings is annoying, for B. at the point where one side of a portion of a high-voltage insulation winding comes out of the grounded stator to which the is connected.

Folienkanten der mit Folien bewickelten Kollektorbürsten'und Im folgenden werden Ausführungsformen des Erfindungsspeziell in Hochspannungskabeln. Letztlich bewirkt die Span- 6? gegenständes anhand der beiliegenden Zeichnungen näher nung1verursachende Korona Durchbrüche in der Abschirmung, erläutert. Foil edges of the collector brushes wrapped with foils and in the following, embodiments of the invention become special in high-voltage cables. Ultimately, the chip 6? subject with the aid of the accompanying drawings, corona breakthroughs in the shield explained.

Der Koronaeffekt kann durch Ausgleichen des Potentialgra- Es zeigen : The corona effect can show by balancing the potential gra- It:

dienten auf der Oberfläche eines isolierten Leiters unterdrückt Fig. 1 eine räumliche Darstellung einer Einlage aus einem werden. Bei der im US-Patent Nr. 3 066 180 offenbarten Aus- elastischen, zur Spannungsentlastung dienenden Material, führung wird ein Halbleiter oder Material mit einem von der Fig. 2 einen Schnitt durch einen Anschluss eines abge- served on the surface of an insulated conductor Fig. 1 suppresses a spatial representation of an insert from one. In the case of the elastic, tension-relieving material guide disclosed in US Pat. No. 3,066,180, a semiconductor or material with a section from FIG.

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schirmten Kabels mit der Einlage, um die durch die Korona auf- gen, d. h. von 350 bis 600 Teilen pro 100 Elastomerteilen, tretende Störung zu eliminieren, Das zur Herstellung der Einlagen geeignete Material aus shielded cables with the insert around which they pass through the corona, d. H. from 350 to 600 parts per 100 elastomer parts, eliminating any interference, the material suitable for the production of the insoles

Fig. 3 eine räumliche Darstellung einer geschichteten, zur Polyisobutylen sind unter den Bezeichnungen «Indopol H Spannnungsentlastung dienenden Einlage zur Anwendung für 1500», hergestellt von der Amoco Chemical Co., und «Oronite das Anschlussteil eines abgeschirmten Kabels und 5 32E», hergestellt von der Chevron Chemical Co., erhältlich. Fig. 3 is a spatial representation of a layered, for the polyisobutylene under the designations "Indopol H stress relief insert for use for 1500", manufactured by Amoco Chemical Co., and "Oronite the connector of a shielded cable and 5 32E", manufactured by from Chevron Chemical Co.

Fig. 4 einen Schnitt durch einen Anschluss eines abge- Diese Materialien haben ein Zahlenmittel des Molekularge schirmten Kabels, bei dem die geschichtete Einlage verwendet wichts von etwa 1500-2000. Ein Polyisobutylen mit diesem worden ist. Molekulargewichtsbereich wird gelegentlich mit einem der Fig. 4 shows a section through a connection of an ab- These materials have a number average of the molecular shielded cable, in which the layered insert uses a weight of about 1500-2000. A polyisobutylene has been made with this. Molecular weight range is sometimes associated with one of the

In Fig. 1 ist eine aus einem flachen Teil bestehende Ein- vorstehend genannten Polymere kombiniert, um den Halt und läge 11 dargestellt, deren Dicke bis zu 2,5 mm betragen kann io das Haftvermögen der sich ergebenden Mischung zu verbes-und die aus einem kaltfliessbaren, koronabeständigem Elasto- sera. In FIG. 1, a polymer of the aforementioned type consisting of a flat part is combined in order to hold and lie 11, the thickness of which can be up to 2.5 mm, to improve the adherence of the resulting mixture and that of one cold-flowable, corona-resistant Elastosera.

mer, bestehend aus einem halbleitenden Material und einem Eine bevorzugte Mischung enthält ein Isobutylen-Isopren- mer, consisting of a semiconducting material and a preferred mixture contains an isobutylene-isoprene

Stabilisator, hergestellt ist. Copolymer mit mindestens 99% Isobutylen-Monomeranteilen Stabilizer, is made. Copolymer with at least 99% isobutylene monomer

In Fig. 2 ist die Anwendung der Einlage dargestellt, um eine und einem Zahlenmittel des Molekulargewichts von etwa durch eine Korona verursachte Störung am Anschlussteil eines 15 300 000 und ein Polyisobutylen mit einem Zahlenmittel des abgeschirmten elektrischen Kabels zu verhindern. Die Ein- Molekulargewichts zwischen 1000 und 2000. Das Isobutylen-lage 11 ist dabei um die Aussenfläche der Isolation 12 des Isopren-Polymer und das Polyisobutylen werden in einem abschirmten Leiters gewickelt und mit einem Isolierorgan 13, Gewichtsverhältnis, das von 1:08 bis 1:1 variiert, angewendet, wie Hochspannungsisolierband, umwickelt. Das Kabel weist Das Halbleitermaterial enthält Silikonkarbid und andere ferner eine Isolationsschicht 14, die Kupferbandschicht 15, die 20 n-Typ-Halbleitermaterialien, die einen von der Spannung auch aus einem anderen elektrisch leitenden Material bestehen abhängigen spezifischen Widerstand haben. Der von der Spankann, und den Kabelmantel 16 auf. Es wird darauf hingewiesen, nung abhängige spezifische Widerstand von Silikonkarbidpul-dass Fig. 2 auch einen abgeschirmten elektrischen Leiter, der ver oder anderem Halbleiterpulvern wird durch Messung der koronabeständig ist, mit einer auf dem Leiter angeordneten Spannung bei verschiedenen Strömen in einer zylindrischen Isolation 12 und mit dem durch den Druck eines Hochspan- 25 Säule mit 25,4 mm Durchmesser bestimmt. Das Pulver in der nungsisolierbandes 13 über den Isolator kaltverformten zur Säule wird zwischen einem Elektrodenpaar mit einem Druck Spannungsentlastung dienenden Material 11 darstellt. von 28,1 kg/cm2 (400 lbs per sq. in.) zusammengedrückt. Der In Fig. 2 the application of the insert is shown to prevent a and a number average molecular weight of approximately caused by a corona disturbance at the connection part of a 15 300 000 and a polyisobutylene with a number average of the shielded electrical cable. The one-molecular weight between 1000 and 2000. The isobutylene layer 11 is around the outer surface of the insulation 12 of the isoprene polymer and the polyisobutylene are wound in a shielded conductor and with an insulating member 13, weight ratio ranging from 1:08 to 1 : 1 varies, applied as high-voltage electrical tape, wrapped. The cable has the semiconductor material contains silicon carbide and others also an insulation layer 14, the copper tape layer 15, the 20 n-type semiconductor materials, which have a resistivity dependent on the voltage also made of another electrically conductive material. The from the chip, and the cable jacket 16 on. It should be noted that the specific resistance of silicon carbide powder is dependent on FIG. 2 and also shows a shielded electrical conductor which is resistant to ver or other semiconductor powders by measuring the corona resistance, with a voltage arranged on the conductor at different currents in a cylindrical insulation 12 and determined by the pressure of a high-tension column with a diameter of 25.4 mm. The powder in the insulation insulating tape 13 is cold-formed to the column via the insulator between a pair of electrodes with a pressure relief material 11 is represented. of 28.1 kg / cm2 (400 lbs per sq. in.). The

In Fig. 3 zeigt eine geschichtete zur Spannungsentlastung Strom wird dann I = kVn sein. Der Wert von n sollte dabei 2 dienende Einlage mit einem Hochspannungsisolierband 21, das nicht übersteigen, um ein einwandfreies, der Spannungsentla-auf einem Abschnitt an einer Seite eines zur Spannungsentla- 30 stung dienendes Material zu erhalten. Es wird darauf hingewie-stung dienenden Materials 22 aufgeklebt ist. Bei der dargestell- sen, dass Materialien mit einem Wert von n bis 7 im Handel ten Ausführungsform ist das zur Spannnungsentlastung die- erhältlich sind. In Fig. 3 shows a stratified for voltage relief current will then be I = kVn. The value of n should not exceed 2 serving insert with a high-voltage insulating tape 21 in order to obtain a perfect, the stress relief on a section on one side of a material serving for stress relief. It is glued onto serving material 22. In the case of which it is shown that materials with a value of n to 7 in the commercial embodiment are available for stress relief.

nende Material auf der ganzen Oberfläche des Abschnitts des Mit anderen Worten der spezifische Widerstand des n-Typ ning material on the whole surface of the section of in other words the resistivity of the n-type

Hochspannungsisolierbandes aufgeklebt. Halbleitermaterials, wie es für die beschriebene Einlage ver- High voltage insulating tape glued on. Semiconductor material as it is used for the described insert

Die Anwendung der Einlage nach Fig. 3 ist in Fig. 4 darge- 35 wendet wird, kann von einigen bis zu mehreren Millionen Ohm stellt. Die Einlage wird mit der zur Spannungsentlastung die- pro Zentimeter variieren. The application of the insert according to FIG. 3 is shown in FIG. 4 and can range from a few to several million ohms. The insert will vary with the one per centimeter to relieve tension.

nenden Schicht am Umfang des Isolators 31 anliegend aufge- Obwohl der Wert von n auf die Partikelgrösse bezogen ist, layer on the circumference of the insulator 31, although the value of n is related to the particle size,

wickelt, bis die Schicht verbraucht ist. Danach kann das Isolier- wird darauf hingewiesen, dàss Material mit jeder Partikelband 35 abgewickelt werden. In Fig. 4 sind auch eine Kabeliso- grosse von 100 bis 1000 Maschen pro 2,54 cm zur Herstellung lation 36, eine Kupferbandabschirmung 37 und ein Kabelman- 40 der Einlage verwendet werden kann, jedoch wird Material mit tel 38 dargestellt. Ferner zeigt Fig. 4 den abgeschirmten elektri- einer Partikelgrösse im Bereich zwischen 400 bis 600 Maschen sehen Leiter, der gegen durch Korona verursachte Störung pro 2,54 cm bevorzugt. wraps until the layer is used up. After that, the insulation can be pointed out that material is unwound with each particle belt 35. In Fig. 4 are also a cable iso size of 100 to 1000 meshes per 2.54 cm for the production lation 36, a copper tape shield 37 and a cable jacket 40 of the insert can be used, but material is shown with tel 38. Furthermore, FIG. 4 shows the shielded electrical particle size in the range between 400 to 600 mesh, see conductors, which prefers per 2.54 cm against interference caused by corona.

geschützt ist, mit einer auf dem Leiter angeordneten elektri- Ein für die Herstellung geeignetes Silikonkarbid wird unter sehen Isolation 31 und mit dem durch den Druck eines Hoch- der Bezeichnung «Crystalon» von Norton & Co. hergestellt, spannungsisolierbandes 35 über die Isolation kaltverformten 45 Es wurde festgestellt, dass Silikonkarbid mit Kohlenstoff zur Spannungsentlastung dienenden Material 33. sowie Phosphor- oder Aluminiumverunreinigungen ein geeig- is protected with an electrical conductor arranged on the conductor. A silicon carbide which is suitable for the production is shown under insulation 31 and with the voltage insulation tape 35, which is cold-formed 45 over the insulation, by the printing of a high- the name “Crystalon” from Norton & Co. It has been found that silicon carbide with carbon to relieve stress 33, as well as phosphorus or aluminum contaminants are suitable.

Kaltfliessbares, koronabeständiges Elastomer, das für die netes Halbleitermaterial ist und dass reines Silikonkarbid sich Einlage verwendet wird, enthält Elastomere aus der Gruppe nicht als Halbleitermaterial für die Einlage eignet. Ethylen-Propylen-Copolymere, Isobutylen-Isopren-Copoly- Der in der Einlage verwendete Halbleitermaterialanteil mere (Gummi auf Butylbasis), Polyisobutylen, chlorsulfoniertes 50 variiert zwischen etwa 350 bis 600 Teilen pro 100 Elastormer-Polyäthylen, Äthylen-Propylen-Dien-Terpolymere und teilen. Es werden jedoch Beimischungen von 400 bis 500 Halb- Cold-flowable, corona-resistant elastomer, which is for the neat semiconductor material and that pure silicon carbide is used as an insert, contains elastomers from the group not suitable as a semiconductor material for the insert. Ethylene-propylene copolymers, isobutylene-isoprene copoly- The amount of semiconductor material used in the insert mere (butyl-based rubber), polyisobutylene, chlorosulfonated 50 varies between about 350 to 600 parts per 100 elastomer-polyethylene, ethylene-propylene-diene terpolymers and share. However, admixtures of 400 to 500 semi-

Mischungen davon. leitermaterialteilen pro 100 Elastomerteilen bevorzugt. Mixtures of these. conductor material parts per 100 elastomer parts preferred.

Ein geeignetes Ethylen-Propylen-Copolymer wird unter der Als Stabilisator wird Isopropyl-Trie-isostearisches Titanat Bezeichung «Vitalon 404» von der Exxon Corporation herge- in einem Umfang bis zu 10 Teilen pro 100-Elastomerteilen stellt und hat ein spezifisches Gewicht von 0,86 und eine Visko- 5s bevorzugt verwendet. Dieses Material kann unter der Bezeich-sität MLI8 (212 °F) nach Mooney von 35 bis 45. nung «Ken-React TTS» von der Kenrich Petrochemical, Inc., A suitable ethylene-propylene copolymer is produced under the As stabilizer isopropyl-trie-isostearic titanate name "Vitalon 404" by Exxon Corporation in a volume of up to 10 parts per 100 elastomer parts and has a specific weight of 0. 86 and a Visko- 5s preferred. This material can be obtained under the designation MLI8 (212 ° F) according to Mooney from 35 to 45. “Ken-React TTS” from Kenrich Petrochemical, Inc.,

Isobutylen-Isopren-Copolymere, die unter der Bezeichnung Bayonne, New Jersey, bezogen werden. Isobutylene-isoprene copolymers available under the name Bayonne, New Jersey.

«Butyl 065» von Exxon hergestellt werden, sind besonders ge- Das Hochspannungsisolierband besteht aus elektrisch iso eignet. Dieses Material enthält approximative 99% Isobutylen- lierenden Materialien, welche eine ausreichende Festigkeit Monomeranteile und 1 % Isoprenanteile und hat ein Zahlenmit- 60 haben, um die erforderliche Druckkraft auf das um einen abge-tel des Molekulargewichts im Bereich von 350 000. schirmten Leiter aufgewickelte, zur Spannungsentlastung die- “Butyl 065” manufactured by Exxon are particularly suitable. The high-voltage insulating tape consists of electrically iso suitable. This material contains approximate 99% isobutylene materials, which have a sufficient strength of monomer components and 1% isoprene components and has a number average of 60 in order to apply the required compressive force to the conductor shielded by an amount of the molecular weight in the range of 350,000 , to relieve tension-

Ein geeignetes Äthylen-Propylen-dien-Terpolymer wird nende Material auszuüben. Ein für diese Anwendung typisches unter der Bezeichnung «Nordel 1320» von E. I. Du Pont de Material ist ein 0,75 mm dickes Band, das aus «Vistalon 3708», A suitable ethylene-propylene-diene terpolymer will exercise this material. A typical for this application under the name "Nordel 1320" from E. I. Du Pont de Material is a 0.75 mm thick tape, which is made from "Vistalon 3708",

Nemours & Co. hergestellt. Dieses Material hat ein spezifisches einem Äthylen-Propylen-Dien-Terpolymer mit einem spezifi-Gewicht von 0,85. Andere geeignete Äthylen-Propylen-Dien- 65 sehen Gewicht von 0,86, der Exxon Corp. hergestellt ist. Die Terpolymere werden unter der Bezeichnung «Nordel 2722» Bandzusammensetzung enthält Tonsilikatfüllung und Russ. und «Nordel 2522» ebenfalls von der E. I. Du Pont de Nemours Das in den Figuren 1,2,3 und 4 dargestellte Produkt weist & Co. hergestellt. Äthylen-Propylen-Dien-Terpolymere sind das einen guten Schutz gegen Koronaeffekte im Anschlussbereich bevorzugte Elastomer bei hohen Halbleitermaterialeinlagerun- eines abgeschirmten elektrischen Kabels auf. Nemours & Co. manufactured. This material has a specific ethylene propylene diene terpolymer with a specific gravity of 0.85. Other suitable ethylene-propylene-diene 65 see 0.86 weight, Exxon Corp. is made. The terpolymers are called "Nordel 2722" tape composition contains tonsilicate filling and carbon black. and “Nordel 2522” also from E.I. Du Pont de Nemours. The product shown in FIGS. 1, 2, 3 and 4 is manufactured by & Co. Ethylene-propylene-diene terpolymers are a good protection against corona effects in the connection area preferred elastomer with high semiconductor material incorporation of a shielded electrical cable.

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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

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PATENT CLAIMS Voltage dependent resistivity, e.g. B. silicone

1. Stress relief material for the surface of a carbide in a solid, resin-containing, thermosetting or air-insulated, electrical conductor, characterized by cold flow-drying binders, such as an epoxy resin or a capable, corona-resistant elastomer from the group of ethylene oil-modified alkyd resin, used. However, these composite propylene copolymers, isobutylene-isoprene copolymers, polymerisation require long curing times and the resultant isobutylene, chlorosulfonated polyethylene, ethylene-propylene-coating is essentially a thermosetting mate-diene terpolymer and mixtures thereof, which elastomer rial, which is relatively stiff and once cured, can no longer be molded per 100 parts by weight of the same, from 350 to 600 parts by weight, in order to be able to compensate for any irregularities in the insulation of a semiconductor material and up to 10 parts by weight of a single cable after the treatment , bilisators are added. io U.S. Patent No. 3,210,460 discloses the use of a semi-rigid

2. Material according to claim 1, characterized in that the conductive coating or paint, in an attempt to complete the semiconductor material, a silicon carbide with the shield grounded by the span and which is dependent on air tension, its particle vision and the when using adjustment cones large varies between 100 to 1000 stitches per 2.54 cm. initially appearing rough surface caused problems

3. Material according to claim 1, characterized in that is to be solved. The paint is a varnish, such as the cold-flowable elastomer made of isobutylene-isoprene-copoly-urea or melamine-formaldehyde, or modified mer, which is modified with epoxy, and which is composed of at least 99% by weight of isobutylene monomer-one-phenol-formaldehyde resins, which consists of particulate silicone units and has a number average molecular weight carbide with a voltage-dependent specific resistance of over 300,000, and is filled with polyisobutylene with a stand. The paint is with a solvent, number average molecular weight between 1000 and 2000 20 z. B. toluene, applied so that residual solution in the weight ratio of 1: 0.8 to 1: 1 is mixed, and that medium fatigue can form, provided that the semiconductor material is a silicon carbide with the Span solvent not by a Drying has been removed. dependent resistivity. By using a varnish as a coating, the thickness is

4. Material according to claim 1, characterized in that the coating is limited. The resins also require a long cold-flowable elastomer of isobutylene-isoprene-copoly curing time and are unable to self-repair, the number average molecular weight of which is more than 300,000 if there is an unevenness in the coating is mixed with polyisobutylene, the number average of which U.S. Patent No. 3,210,461 discloses the use of molecular weights between 1000 and 2000. a mixture of silicon carbide and carbon in a resin-like

5. Material according to claim 1, characterized in that gene coating, for. B. chlorofluorocarbonate resin, and notes that it is sticky. 30 if silicon carbide with a voltage-dependent specific

6. Use of the material according to claim 1 to see resistance as the only semiconductor material in the resin. Depression of corona-caused disturbances, rapid erosion occurred during the storage connection part of an insulated and shielded electrical connection and the influence of corona.

Conductor, characterized in that the material with a US Pat. No. 3,317,655 discloses the application side of a portion of a high-voltage insulating tape 35 a resinous coating, the semiconductor material, in particular

is bound. containing graphite, acetylene black and metallic powder,

7. Use according to claim 6, characterized on the surface of an insulated conductor, but the resin-that the material is glued to the entire surface of a final coating in the form of a dispersion or a varnish cut of the high-voltage insulating tape. are plotted so that the presence of a residual

8. Use according to claim 6 or 7, characterized in that the solvent content can result in a problem which is characterized in that the high-voltage insulating tape is made of ethylene pro- the limited thickness of the coatings. pylene-diene terpolymer exists. Many of the above disclosures include an additional semiconductor or resin layer between the conductor and cable. However, it is obvious that this layer is used to remove the stresses and strains