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Durchführung für Hochspannung und Verfahren zu ihrer Herstellung Die
Erfindung befaßt sich mit der Verbesserung einer isolierten Durchführung für Schalter,
Generatoren, Kondensatoren od. dgl., wie sie beispielsweise in der deutschen Patentschrift
870 568 dargestellt und beschrieben ist. Eine solche Durchführung muß in der Lage
sein, hohe Spannungen aufzunehmen und elektrische Ströme großer Stärke zu führen.
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Der Leiter der in der genannten deutschen Patentschrift beschriebenen
Durchführung ist von einer thermoelastischen, aus auf eine Folie oder ein Band als
Unterlage aufgebrachten Glimmerblättchen bestehenden, unter Verwendung eines aushärtbaren,
vollständig reaktionsfähigen Tränkharzes hergestellten Glimmerisolierung umgeben,
die ihrerseits von einer Porzellanhülse umfaßt wird. Wesentlich für diese bekannte
Durchführung ist die Verwendung der den Leiter umgebenden thermoelastischen Glimmerisolierung,
bezüglich deren Einzelheiten, vor allem hinsichtlich der für diese Isolierung verwendeten
Tränkharze, auf die bereits erwähnte deutsche Patent-Schrift 870 568 hingewiesen
wird. Als wesentlich für die Herstellung einer solchen thermoelastischen Glimmerisolerung
sei kurz erwähnt, daß auf den Leiter der Durchführung zunächst mit Ausnahme seiner
zum Anschluß der herangeführten Leitungen dienenden Enden ein mit einem Bindeharz
verklebtes oder mit einer flüchtigen organischen Flüssigkeit gebundenes Glimmerband
oder -falie aufgewickelt wird, worauf der Glimmerbandwickel vorzugsweise unter Abdeckung
der nicht verklebten Enden des Leiters mit einem vollständig reaktionsfähigen Tränkharz
getränkt wird.
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Ergänzend sei erwähnt, daß weitere Beispiele von zur Herstellung einer
solchen thermoelastischen Glimmerisolierung geeigneten Harzen in der schweizerischen
Patentschrift 287 691 und in den USA.-Patentschriften 2 656 290 und 2 763 315 angegeben
sind. Darüber hinaus können zur Herstellung einer solchen thermoelastischen Glimmerisolierung
aber auch Methyl-, Phenyl- und Vinylgruppen enthaltende Polysiloxane verwendet werden.
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Bei der aus der genannten deutschen Patentschrift 870 568 bekannten
Durchführung wird die den Leiter umgebende thermoelastische Glimmerisolierung von
einer Porzellanhülse umfaßt. Abgesehen davon, daß eine solche Porzellanhülse der
Gefahr des Zerbrechens ausgesetzt ist, wirkt sich ein solcher Aufbau einer Durchführung
während des Betriebes vor allen Dingen dahingehend nachteilig aus, daß sich Risse
in der Porzellanhülse bilden, da die Porzellanhülse das Wärmespiel des Leiters und
der ihn umgebenden thermoelastischen Glimmerisolierung nicht aufzunehmen vermag.
Das bedeutet, daß die Vorteile, die an sich durch die Verwendung der thermoelastischen
Glimmerisolierung hinsichtlich außerordentlich guter elastischer und mechanischer
Eigenschaften erreicht werden, größtenteils wieder aufgehoben werden.
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Durch die Erfindung werden die erwähnten Nachteile überwunden. Die
Erfindung; die eine Verbesserang der aus der genannten deutschen Patentschrift bekannten
Durchführung darstellt, geht ebenfalls von einer Durchführung für Hochspannung aus,
deren Leiter von einer thermoelastischen, aus auf eine Folie oder ein Band als Unterlage
aufgebrachten Glimmerblättchen bestehenden, unter Verwendung eines aushärtbaren,
vollständig reaktionsfähigen Tränkharzes hergestellten Glimmerisolierung umgeben
ist, die ihrerseits von einem mechanisch festen Isolierkörper umfaßt wird. Gemäß
der Erfindung wird als Isolierkörper ein ausgehärteter Gießharzkörper verwendet.
Eine gemäß der Erfindung ausgebildete Durchführung weist bei verhältnismäßig geringer
Stärke sehr hohe Isolationswerte auf. Der besondere Vorteil dieser Durchführung
liegt jedoch darin, daß das Wärme= spiel des Leiters und der ihn :umgebenden thermoelastischen
Glimmerisolienung von der Gießharzhnilse aufgenommen wird, ohne daß die Gefahr einer
Rißbildung der Gießharzhülse besteht. Durch den Aufbau einer Hochspannungsdurchführung
gemäß der Erfindung wird also eine Durchführung mit von innen
nach
außen abnehmender Wärmeausdehnung geschaffen, die neben einem guten mechanischen
Schutz gleichzeitig hohe Isolationswerte aufweist.
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An sich sind beispielsweise für Kondensatoren Leiterdurchführungen
bekannt, die allein aus Epoxydharz bestehen. Solche Durchführungen sind jedoch nicht
in der Lage, die großen Wärmespiele des Leiters aufzunehmen, wie sie beispielsweise
bei dem Durchführungsleiter einer Grenzleitungsmaschine auftreten können. Für Wandler
ist es auch bereits bekannt, den Leiter einer solchen unter Verwendung von Epoxydharz
hergestellte Gießharzdurchführung mit einer elastischen Bandage aus Gummiband zu
umwickeln. Eine solche Isolierung ist aber infolge des Fehlens von Glimmer in keiner
Weise den spannungsmäßigen Beanspruchungen gewachsen, wie sie bei einer Durchführung
auftritt, die beispielsweise für elektrische Grenzleistungsmaschinen eingesetzt
wird.
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Weiterhin ist eine Hochspannungsisolierung für elektrische Maschinen
bekannt, bei der zwischen dem Leiterbündel und der Hauptisolierung eine Zwischenschicht
aus thermoplastischem Material angeordnet ist, die beispielsweise aus mit einem--thermoplastischen
Material, z. B. mit Asphalt, getränktem Leinen, besteht. Eine solche thermoplastische
Zwischenschicht ist aber infolge ihrer bei einer Erwärmung auftretenden Verformung
in keiner Weise geeignet, den Wärmespielen des Leiters zu folgen, da die bei der
Erwärmung auftretende Verformung infolge des thermoplastischen Charakters der Zwischenschicht
nicht oder nur zu einem geringen Teil wieder rückgängig gemacht wird. Es besteht
daher bei einer solchen thermoplastischen Zwischenschicht die Gefahr, daß sich nach
einer Reihe von Wärmespielen des Leiters Hohlräume zwischen dem Leiter und der thermoplastischen
Zwischenschicht bilden, welche die Spannungsfestigkeit der Isolierung herabsetzen.
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Für die Erfindung ist es vielmehr wesentlich, daß der Leiter der Durchführung
zunächst von einer bhermoelas 'tuschen Glimmerisolierung umgaben wird und daß diese
thermoelastische Glimmerisolierung dann von einem ausgehärteten Gießharzkörper umfaßt
wird, der die Durchführung nach außen abschließt. Für den Aufbau einer Durchführung
gemäß der Erfindung werden also zwei unterschiedliche Isolierschichten miteinander
kombiniert. Auf diese Weise befindet sich unmittelbar auf der äußeren Oberfläche
des Leiters der Durchführung eine wirksame thermoelastische Glmmerisalierung aus
einem getränkten Gdimmerbandwickel, der nach außen mit einem aushärtbaren Gießharz
vollständig abgedeckt ist.
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Zweckmäßigerweise ragen die Enden des Leiters der Durchführung aus
dem Gießharzkörper hinaus und sind mit Gewinde versehen, so daß an sie elektrische
Leiter angeschlossen werden können.
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Die Breite des für den Glimmerbandwickel verwendeten Bandes bzw. Folie
kann beliebig gewählt werden. Das Band bzw. die Folie wird in einer ausreichenden
Zahl von Lagen aufgebracht, um die Spannung auszuhalten, die während des Betriebes
an der Durchführung liegt. Im allgemeinen genügen 10 bis 50 Lagen Glimmerband, wobei
jede Lage eine durchschnittliche Stärke von 0,2 bis 0,3 mm hat. Häufig ist es zweckmäßig,
eine oder mehrere metallische Folien zwischen die Lagen des Glimmerbandwickels zu
wickeln, um die Spannungsbeanspruchung abzustufen. Bezüglich weiterer Einzelheiten
des Glimmerbandwickels und insbesondere bezüglich seiner Herstellung sei auf die
bereits genannte deutsche Patentschrift 870 568 verwiesen.
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Zur Erläuterung der Erfindung ist in F i g. 1 der Querschnitt einer
Gießform wiedergegeben, die zur Herstellung des den thermoelastischen Glimmerbandwickel
umfassenden Gießharzkörpers dient; F i g. 2 zeigt das Beispiel einer gemäß der Erfindung
hergestellten Durchführung.
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Mit der in F i g. 1 dargestellten Gießform 50 wird der mit
dem ausgehärteten Wickel 16 umgebene Leiter 10 der Durchführung mit
einem Gießharz umgossen. Die Gießform 50 besteht aus dem beiderseits offenen, zylindrischen
Teil 52 und dem unteren zylindrischen Teil 54, das nach unten durch das Bodenstück
56 abgeschlossen ist. Das Bodenstück 56 hat in seiner Mitte eine mit Gewinde versehene
Öffnung 58, die so ausgebildet ist, daß das mit Gewinde versehene Ende
14 des Leiters 10 hineingeschraubt werden kann. Der mit dem ausgehärteten
Wickel 16 umwickelte Leiter 10 wird mit seinem Ende 14 derart in die Öffnung
58 eingeschraubt, daß keine Gänge des Gewindes des Endes 14 innerhalb der
Gießform freibleiben. Der Metallflansch 60 wird auf den unteren Teil 54 der
Gießform 50 aufgelegt und hierauf dann der obere Teil 52 aufgesetzt. Die Stoßstellen
oder Öffnungen zwischen dem Flansch 60 und den beiden Teilen 52 und 54 werden dann
mit einem harzartigen Kitt oder mit einem Klebestreifen abgedichtet.
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Von ihrem oberen Ende her wird die Gießform 50
mit einem flüssigen
aushärtenden Gießharz 62 vollständig gefüllt. Das Gießharz wird dann zu einem unlöslichen,
unschmelzbaren Körper ausgehärtet. Im Ausführungsbeispiel der F i g. 1 ist die Höhe
der Gießform 50 so gewählt, daß das Gießharz 62 nicht mit dem mit Gewinde versehenen
Ende 12 des Leiters 10 in Berührung kommt, aber den Wickel 16 vollständig bedeckt.
Auch das mit Gewinde versehene Ende 14 des Leiters 10 kommt mit dem Gießharz nicht
in Berührung, da das Ende 14 vollständig in die Öffnung 58 des Bodenstückes 56 eingeschraubt
ist. Dennoch liegt ein hinreichender Teil des Leiters 10 zwischen dem Bodenteil
56 und dem unteren Ende des Wickels 16 frei in der Gießform, so daß das Gießharz
62 den Wickel 16 von allen Seiten ausreichend bedeckt. Um das Lösen
der ausgehärteten Durchführung aus der Gießform 50 zu erleichtern, empfiehlt es
sich, die Auflageflächen der Durchführung mit einem Siliconfett oder mit einer Emulsion
aus Polytetrafluoräthylen zu überstreichen, ehe man das Gießharz 62 in die Gießform
gießt.
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Das bei der Herstellung einer Durchführung gemäß der Erfindung verwendete
flüssige, aushärtbare Gießharz muß eine gute physikalische Festigkeit, gute Haftfähigkeit
an Metallen und an anderen Harzen und einen hohen Grad von Zähigkeit und Elastizität
besitzen. Ferner darf sich das Gießharz beim Härten nicht in einem merklichen Ausmaß
zusammenziehen. übermäßiges Schrumpfen des Harzes würde Risse im Gußstück zur Folge
haben, zumal bei großen Gußstücken, wie es Durchführungen für Hochspannung im allgemeinen
sind. Ein geringes Schrumpfen des Gießharzes ist zulässig und sogar erwünscht, sofern
hierdurch die Haftfestigkeit zwischen dem getränkten Glimmerbandwickel und der umgossenen
Masse erhöht wird.
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An sich bekannte polymerisierbare Epoxydharze, auch als Glycidylpolyäther
bekannt, entsprechen
allen diesen Anforderungen und können mit Erfolg
zur Herstellung einer Durchführung gemäß der Erfindung verwendet werden. Infolge
ihrer ausgezeichneten Hafteigenschaften umschließen die Epoxydharze den getränkten
Glimmerbandwickel ohne irgendwelche Zwischenräume. Das sehr geringe Schrumpfen der
Epoxydharze während des Härtens drückt den Wickel zusammen und erhöht die mechanische
und die elektrische Festigkeit sowie die Isoliereigenschaften der Durchführung.
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Auch vollständig reaktionsfähige Siliconharze und Polyesterharze besitzen
ausgezeichnete Hafteigenschaften und eignen sich ebenfalls als Gießharze bei der
Durchführung der Erfindung. Diesen Harzen kann, um das Schrumpfen während der Härtung
auf ein Minimum zu verringern, ein fester anorganischer Füllstoff zugesetzt werden.
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Die als Gießharze verwendeten Epoxyde oder Glycidylpolyäther können
in an sich bekannter Weise durch die Umsetzung einer bestimmten Menge mindestens
eines mehrfach hydrierten Phenoles mit mindestens einem Epihalogenhydrin in einem
alkalischen Medium hergestellt werden. Zu den Phenolen, die sich zur Herstellung
der genannten Epoxydharze eignen, gehören die, die wenigstens zwei Phenolhydroxylgruppen
je Molekül enthalten. Besonders geeignet sind die polynuklearen Phenole, bei denen
die Phenolkerne durch Kohlenstoffbrücken verbunden sind, beispielsweise 4,4'-Dihydroxydiphenyldimethylmethan
(Bisphenol A) und 4,4'-Dihydroxydiphenylmethan. Diesen polynuklearen Phenolen können
auch andere polynukleare Phenole zugesetzt werden, bei denen die Phenolkerne durch
Schwefelbrücken verbunden sind, beispielsweise 4,4'-Dihydroxydiphenylsulfon.
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Die verwendeten Epoxydharze können bei Zimmertemperatur flüssig oder
fest sein. Falls das Harz fest ist, wird es vor dem Gießen durch Schmelzen in den
flüssigen Zustand gebracht. Dem flüssigen Epoxydharz wird ein geeigneter Katalysator
hinzugefügt, um ein aushärtbares Harzgemisch zu erhalten. Dem Epoxydharz können
verschiedene Amine zugesetzt werden, beispielsweise Metaphenylendiamin oder Dicyandiamid,
das Anhydrid einer Dicarbonsäure, beispielsweise Phthalsäureanhydrid oder Maleinsäureanhydrid,
Triäthanolaminborat, Ureaformaldehydderivate oder andere bekannte Katalysatoren.
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Beispiele von geeigneten Glycidylpolyäthern, die im Rahmen der Erfindung
verwendet werden können, sind im übrigen in der USA.-Patentschrift 2643243 aufgeführt.
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In an sich bekannter Weise können dem Gießharz anorganische, isolierende
Füllmittel, beispielsweise pulverisierte Kieselerde, Glimmerblättchen, pulverisiertes
Glas, pulverisierter Asbest u. dgl., hinzugefügt werden, um das Schrumpfen des Gießharzes
bei der Polymerisation herabzusetzen und ihm eine größere Festigkeit zu verleihen.
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In F i g. 2 ist die gemäß der Erfindung ausgebildete Durchführung
64 dargestellt, nachdem das Gießharz 62 zu einem unschmelzbaren, unlöslichen Zustand
ausgehärtet und die Durchführung 64 aus der Form 50 entfernt worden ist. Die Durchführung
64 besteht aus dem Leiter 10 mit den mit Gewinde versehenen Enden 12 und 14, aus
dem Glimmerbandwicke116, der mit einem aushärtbaren, vollständig reaktionsfähigen
Tränkharz getränkt ist, aus dem Gießharz 62, das zu einem unschmelzbaren, unlöslichen
Körper ausgehärtet worden ist und den Glimmerbandwickel 16 vollständig bedeckt und
umgibt, und aus dem Flansch 60, der fest in dem ausgehärteten Gießharz 62 eingebettet
ist.
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Im Ausführungsbeispiel der F i g. 1 und 2 ist der Metallflansch 60
im Gießharz eingebettet. Der Flansch 60 kann aber, falls gewünscht, während des
Umgießens des Glimmerbandwickels auch fortgelassen werden. Nach dem Entfernen der
fertigen Durchführung aus der Form werden dann flanschartige Teile auf die Außenseite
des Gießharzkörpers der Durchführung aufgekittet. Hierzu kann der Gießharzkörper
mit einem Absatz versehen werden.
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Nachstehende Beispiele veranschaulichen die Erfindung: Beispiel I
Eine Schicht von Glimmerblättchen in einer Stärke von 0,1 mm wird auf einem Bogen
Hanfpapier von 0,03 mm Stärke aufgebracht. Die Glimmerblättchen werden mit einem
Reaktionsprodukt, das unter Verwendung eines Polyesters der Adipinsäure und der
Fumarsäure nach Umsetzung mit Propylenglykol hergestellt ist, beträufelt. Die Menge
dieses Reaktionsproduktes, das eine Viskosität von ungefähr 1000 Poise hat, beträgt
dabei 5 Gewichtsprozent des Glimmers und des Papiers. Ein 0,03 mm starker zweiter
Bogen Hanfpapier wird auf die Glimmerblättchen gelegt und das Ganze leicht überwalzt,
um das aufgebrachte Bindeharz gleichmäßig über das Band zu verteilen. Ein Messingrohr
wird mit einer genügenden Anzahl Lagen des entstandenen Bandes umwickelt, so daß
sich ein Wickel von ungefähr 6,4 mm Stärke ergibt. Das Messingrohr hat mit Gewinde
versehene Enden und eine Gesamtlänge von ungefähr 30 cm, einen Innendurchmesser
von 63 mm und einen Außendurchmesser von 69 mm. Die Länge des glatten Teils des
Messingrohres ohne Gewinde beträgt ungefähr 285 mm. Das Band wird um den Teil des
Messingrohres gewickelt, der ohne Gewinde ist, wobei darauf geachtet wird, daß ungefähr
3 bis 6 mm des gewindefreien Teiles an beiden Enden zwischen den mit Gewinde versehenen
Teilen und dem Wickel freigelassen werden. Die freien Teile des Messingrohres werden
mit Polyvinylalkohol bestrichen. Das umwickelte Messingrohr wird dann im Vakuum
von weniger als 5 mm Hg während mehrerer Stunden auf eine Temperatur von 130° C
erwärmt. Das umwickelte Messingrohr wird anschließend auf 50° C abgekühlt und dann
im Vakuum mit einem vollständig reaktionsfähigen Tränkharz getränkt, das aus 85
Gewichtsprozent Monostyrol und 15 Gewichtsprozent des gleichen Polyesters besteht,
der als Bindeharz für das Glimmerband benutzt wurde, wobei noch 0,5'% Benzoylperoxyd
als Katalysator und 0,01% Chinhydron zugesetzt werden. Das umwickelte Messingrohr
wird dann 2 Stunden lang in die Lösung hineingelegt, und zwar 1 Stunde im Vakuum
von 10 mm Hg und 1 Stunde unter Atmosphärendruck bei trockener Luft. Dann wird das
umwickelte Messingrohr aus der Lösung herausgenommen und nach dem Abtropfen wird
der getränkte Glimmerbandwickel mit einer 38 mm breiten Folie von 0,03 mm Stärke
aus Polyäthylenglykolterephthalatpolymer umwickelt. Das umwickelte Messingrohr wird
4 Stunden lang bei 100° C und dann 6 Stunden lang bei 125° C erwärmt. Diese Wärmebehandlung
härtet das Tränkharz vollständig
aus. Die aufgebrachte Folie aus
Polyäthylenglykolterephthalat wird von dem Wickel abgezogen und der Polyvinylalkoholüberzug
von den freien Teilen des Messingrohres entfernt. Das Messingrohr mit dem darauf
aufgebrachten getränkten Wickel wird in eine zylindrische Form mit einem eingelegten
Flansch gestellt, die derjenigen der F i g. 1 entspricht. Dann wird ein flüssiges
Gießharz in die Form gegossen, das aus 33 Gewichtsprozenten eines Epoxydharzes,
das in an sich bekannter Weise durch Umsetzen von 54 Teilen Natriumhydroxyd in 600
Teilen Wasser, 684 Teilen (etwa 3 Mol) Bisphenol A :und 370 Teilen (etwa 4 Mol)
Epichlorhydrin gewonnen wurde, aus 67 Gewichtsprozent feingemahlenen, gründlich
vermischten Feuersteinen und aus 5 Gewichtsprozent eines Phthalsäureanhydridkatalysators
besteht. Alle Auflageflächen werden, ehe das Gießharz in die Form gegossen wurde,
mit einem Siliconfett überzogen. Die zylindrische Form besteht aus 1,6 mm starkem
Stahl und hat einen Innendurchmesser von 15,3 cm.. Das Epoxyharz wird in einem Ofen
24 Stunden lang bei 110° C gehärtet. Eine solche lange Härtung bei niedriger Temperatur
ergibt ein möglichst geringes Schrumpfen des Harzes von weniger als 0,5%. Nachdem
das Harz gehärtet ist, wird das Gußstück aus der Form genommen. Beispiel 1I Die
nach diesem Beispiel hergestellte Durchführung unterscheidet sich von der Durchführung
des Beispiels I dadurch, daß kein getränkter Glimmerbandwickel verwendet wird; vielmehr
wird das Epoxydharz unmittelbar auf das Messingrohr gegossen.
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Mit den Durchführungen der Beispiele I und II wurden positive überschlagversuche
durchgeführt. Die Durchführung des Beispiels I, die gemäß der Erfindung ausgebildet
ist, hielt 125,8 kV aus, während die Durchführung des Beispiels 1I bei 60 kV durchschlug.
Bei einem negativen Überschlagversuch hielt die Durchführung des Beispiels I 101,1
kV aus. Überschlagversuche mit 60 Hz ergaben für die Durchführung nach Beispiel
I, die gemäß der Erfindung ausgebildet ist, folgende Werte: Bei schnellem Anstieg
. . . . . . . . . . . 54 kV Bei einem 1 Minute andauernden Überschlagversuch . .
. . . . . . . . . . 50 kV Bei kurzzeitigem Durchschlagversuch unter öl .
. . . . . . . . . . . . . . . 155 kV Aus diesen Ergebnissen folgt, daß die Durchführung
gemäß der Erfindung unter den schwierigsten Betriebsverhältnissen benutzt werden
kann.
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Für die beschriebenen und erwähnten Herstellungsverfahren von Binde-,
Tränk- und Gießharzen wird kein Schutz beansprucht.