DE1694388A1

DE1694388A1 - Verfahren zur Herstellung von zusammen mit fluessigen Isoliermitteln brauchbarem Kunststoffisoliermaterial

Info

Publication number: DE1694388A1
Application number: DE19671694388
Authority: DE
Inventors: Nobuhiko Shito; Hideo Tsukioka
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1966-06-08
Filing date: 1967-06-01
Publication date: 1970-09-17
Also published as: US3657468A; DE1694388B2

Description

Verfahren zur Herstellung von zusammen mit flüssigen Isoliermitteln brauchbarem Kunststoffisoliermaterial

Die Erfindung bezieht sieh auf ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffisoliermaterials, das zusammen mit flüssigem Isoliermaterial, wie Isolieröl, anwendbar ist, wie es üblicherweise in elektrischen Geräten großer Abmessungen,wie in Hochleistungs-Transformatoren, Kabelleitungen od.dgl. vorgesehen wird.

Ein solches in Verbindung mit einem flüssigen Isoliermittel, wie Isolieröl, zu verwendendes Kunststoffisoliermaterial muß sowohl eine ausgezeichnete ölbeständigkeit bzw. -resistenz als auch eine hohe Durchschlagsfestigkeit (dielectric breakdown strength) in Isolieröl haben.

Thermoplastische Harze, die als Isoliermaterialien verwendet werden können, sind u.a. PoIyäthylenterephthalat, Polyäthylen, Polypropylen, Polyoarbonat, Polystyrol usw.

8l-(poe. 106l7)-NÖL (O)

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Die(se) thermoplastischen Isoliermaterialien haben zwar eine ihnen eigene hohe Durchschlagsfestigkeit; ihre Durchschlagsfestigkeit, insbesondere die Impuls-Durchschlagsfestigkeit, in Isolieröl ist dagegen nicht so hoch und bisweilen niedriger als diejenige von ölimprägniertem Papier, das bisher benutzt worden ist.

Auf der anderen Seite ist die ölbeständigkeit bzw. -resistenz der thermoplastischen Isoliermaterialien mit hoher Durchschlagsfestigkeit in Isolieröl im allgemeinen gering. Unter anderen thermoplastischen Harzen hat Polyst-yrol die höchste Durchschlagsfestigkeit in öl, seine ölresistenz ist jedoch äußerst gering. Material mit hoher ölresistenz hat dagegen, wie gesagt, im allgemeinen eine geringe Durchschlagsfestigkeit in Isolieröl.

In elektrischen Geräten, bei denen für die Isolation Isolieröl und Kunststoffisoliermaterial verwendet werden, nimmt der dielektrische Durchschlag bei Wechselstrom oder Tmpulsbetrieb oft seinen Ausgang von einv..,.· Isolierölschicht.

Bei Vermeidung von dielektrischen DurchbrUchen bzw. Durchschlägen an der Oberfläche oder im Innern des an das Isolleröl angrenzenden Kunststoffisoliermaterials wird also die Durchschlagsfestigkeit der gesamten Isolierschicht verbessert werden.

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Ziel der Erf inching ist daher ein Kunststoff- bzw. Harzisoliermaterial, ar>s bei Teilsendung zusammen mit einem flüssigen Isoliermittel, wie Isolieröl, eine ausgezeichnete Durchschlagsfestigkeit bat und das durch das flüssige Isoliermittel nicht beeinträchtigt vird und seine ausgezeichnete Durchechlagsfestigkeit darin beibehält«

Im Rahmen der Entwicklungsarbeiten wurden zunächst verschiedene Kombinationen von zwei oder mehr thermoplastischen Harzen, in Form von Filmen oder Schichten verwendet, wie Polyäthylen, Polypropylen, Polycarbonat, Polyathylenterephthalat, Pdyamid oder Polystyrol*und ihre Durchschlagsfestigkeit in Isolieröl geprüft. Dabei wurde festgestellt, daß eine besonders g,ute Durchschlagsfestigkeit in ölen durch eine Kombination von PoIystyrolfi.Lrfl und eInein anderen thermoplastischen Harz erhalten wird. Eine solche Kombination kann jedoch in der Praxis wegen der äußerst gelingen ülresistenz von Polystyrolfilmen in elektrischen Geräten nicht angewandt werden, auch nicht, wenn Polystyrol zusammen mit einen anderen thermoplastischen Har¹". mi*·· ausgezeichneter ölresistens benutzt wird.

Gemäw der Erfindung können nun Kunststoffisoliermaterialien mit ausgezeichneter Durchschlagsfestigkeit und gleichzeitig hervorragtüitfer ölresistenz erhalten werden, die zusammen mit flüssigen Tsoli ermitteln anwendbar sind. Das erfindungsgemäße

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Verfahren zu ihrer Herstellung ist im wesentlichen gekennzeichnet durch eine Pfropf-Copolimerisation eines oder meh rerer Styrole der allgemeinen Formel

in der X Wasserstoff, Halogen oder ein Alkylrest ist und Y₁ bis Yj. Wasserstoff, Halogen oder einen Alkyl- oder Methoxyrest bedeuten, an einem Teil oder der Gesamtheit eines thermoplastischen Harzisoliermaterials.

Kunststoffisolierraaterialien, die gemäß der Erfindung durch Pfropfpolymerisation dieser Styrole an thermoplastischen Isoliermaterialien mit ausgezeichneter ölresistenz erhalten werden, haben eine so ausgezeichnete ölbeständigkeit, wie sie durch Polystyrole nicht erreicht werden kann und gleichzeitig eine ausgezeichnete Durchschlagsfestigkeit in Isolierölen, die ähnlich derjenigen von Polystyrolen ist.

Die thermoplastischen Harzisoliermaterialien, die gemäß der Erfindung verwendet werden können, umfassen z.B. Polyäthylen, Polycarbonate, Polyamide, Polyäthylenterephthalate, Polypropylene usw.

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Diese Kunststoffisol:.ei,aaterialien können in Form von beispielsweise Filmen orter Überzügen, Platten und Rohren verwendet werden, wahlweise können sie jedoch auch in irgendeiner dem elektrischen Gerät angepaßten Form zur Anwendung gelangen. Weiter können sie allgemein geformte Gegenstände sein oder aus Gewebe oder nicht gewebtem Zeug bzw. Stoffen bestehen.

Die Styrole der oben angegebenen allgemeinen Formel, die an die thermoplastischer. Harzisoliermaterialien gemäß der Erfindung pfropf-copolynerisiert werden können, umfassen z.B.:

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Styrol

CH=CH- ,

2,5-Dichlorstyrol

CH=CH

Cl

2 ^f Cl

^-Chlorostyrol

CH=CH₂ ,

Cl 2-Methylstyrol

CH=CH,

Cr"-

2,5-Dlmethylstyrol

*I—Propyl styrol

CH-CFU ,

styrol

3-Methoxystyrol

CH=CH,

^fc2^H5 CH=CH,

OCH,

06 -Kethylstyrol

ot _Methyl-3
chlorstyrol

L -Methyl-JZ-mechyl-3-bhlorostyrol

¹Cl uew.

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BAD ORIGINAL

Die Pfropf-Copolymerisation der Styrole am thermoplastischen Hars-Isoliermaterial kann im Rahmen der Erfindung entweder eine Dampfphasen-Polymerisation oder eine Flüssigphasen-Polymerisation sein. Wahlweise können die Styrole auf einen Teil oder die Gesamtheit des thermoplastischen Harzisoliermat«rials aufgebracht und die Gesamtheit dann aufgeheit^g, werden. Bei Pfropf-Copolymer!sation von zwei oder mehr Styrolen können diese gleichzeitig oder auch stufenweise copolymerisiert werden.

Je stärker die durch Pfropf-Copolymerisation von Styrol aufgebrachte Schicht isc, umso höher ist die Durchschlagsfestigkeit in flüssigem Isoliermaterial.

Das gemäß der Erfindung herstellbare Kunststoffisoliermaterial kann beispielsweise für die Isolation von Spulen oder Wicklurgen verwendet werden oder für Kabelisolationen, wie in den angefügten Zeichnungen gezeigt wirdj es zeigen:

Fig. 1 bis 3 Teile von Quer- und Längsschnitten eines

Tsolationsaufbaues für eine Wicklung ein«s Transformators von großen Abmessungen gemäß der Erfindung und

Fig. 4 Teile eines Schnittes durch eine Isolation für ein isoliertes Hochspannungskabel gemäß der Erfindung.

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BAD OHIGlNAt

In den Pig. 1 bis 3 ist 1 ein Leiter, 2, 3 und 4 sind IsoliermaterialfUmschichten und 5 und 6 sind thermoplastische Harzisoliermaterialschichten mit einer Pfropf-Copolymerschicht gemäß der Erfindung. Die Gesamtheit ist mit einem Isolieröl imprägniert. Die erfindungsgemäßen Harz- bzw. Kunststoffisoliermaterialschichten 5 und 6 können je nach Wunsch mit anderen Isoliermaterialschichten 2, 3 und 4 kombiniert und als zwei oder mehr getrennte Schichten aufgebracht werden.

In Fig. 4 ist 1 ein Leiter eines Kabels, 2 eine Harzisoliermaterialschlcht gemäß der Erfindung, 3 eine Schicht eines anderen Isoliermaterials und 4 eine Aluminiumhülle. Die Isoliermaterialschichten sind auch in diesem Falle innen mit einen Isolieröl imprägniert. Das erfindungsgemäße Harzisoliermaterial 2 kann auch bei diesem isolierten Kabel in Form von zwei oder mehr getrennten Schichten aufgebracht sein.

Es folgen nicht einschränkende Beispiele zur Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1

Als thermoplastisches Harzisoliermaterial wurde ein PoIyäthylentecphthalatfilm verwendet, der ein bis zwei Stunden lang 2 % Ozon ausgesetzt wurde. Als Styrol wurde ein Material verwendet, das durch wiederholtes Einfrieren, Absaugen und Auf-

BAD ORIGINAL

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schmelzen in drei Malen bei vermindertem Druck von 10""' bis

10 mmHg genügend antgast worden war. Diese Materialien wurden in einem evakuierten Gefäß 14 Stunden lang einer Dampfphasen-Pfropfpolymerisation bei 90⁰C unterworfen. Di,s Gewicht des resultierender Harzisoliermaterials hatt^ Ts 48 % und seine Dicke um 79 % zugenommen. Die Gesamtstärke des Produktes betrug O.09 mi.i.

Isolierschichten wurden auf einem Leiter gemäß der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Aufbau aufgebracht unter Ve^Mw idung einer Kombination des vorstehend angegebenen Harziso". .armaterials mit eimern Polyätiylenterephthalatfilm einer 1 .. ike von 0,05 mm. Bei den vorerwähnten Isolierschichten nu^Li :as Material jeweils durch halbaxleckendes Umwiokeln (lit. Ί«' co, er ed wrapping/ atifgebracht. fluf diese ei«e vivi-äe zxmä^nst eine Poly^thylenterephthalatfi.lrrisühicht (2) auf den Leiter aufgebracht und auf diese eine"pfropffilm-öchicht (5) und ianach fünf Schichten Polyäthylenterephthalatfilm (3), eine Pfropffilm" -Schicht (6) und eine Polyäthylenterephthalatfilttschicht (4), in der angegebenen Reihenfolge. Die vorstehenden Isolierschichten wurden ebenfalls mit einem Isolieröl (JlS. 0.2 grade) imprägniert.

Beispiel 2

Al· Styrol wurde Methylstyrol verwendet und es vmr< 9 ein etyrol-Pfropfharzieoliermaterial in der in Beispiel l ange-

009838/2158 bad original

gebenen Art und WeLse erhalten. Das Gewicht des resultierenden Harzisoliermaterie?s hatte um 41 # und seire Dicke yir 62 % zugenommen. Die Gesamtdicke des Produktes betrug 0,08l im.

Mit gleichem Aufbau wie in Beispiel 1 wurden !soll cirsehiehten auf einen Leiter aufgebracht unter Verwendung einrsr Kombination des vorstehend angegebenen HarzisolierrnaterJ.ils und eines Polyäthylenterephthalatfilms.

Beispiel >

Es wurde ein Polyäthylenterephthalatfilra mit einei Dicke von 0,05 mm und der Styrol-^Pfropffilm" gemäß Beispiel 1 verwendet. Das Material wurde jeweils auf einen Kabelleiter dur<^ilpi Umwickeli mit aneinanderstoßenden Kanten (butt wrapping) aufgebracht. A¹If diese Weise wurden eine Polyäthylenterephthalatfilmsclicht, eir« Styrol-"Pfropff ilm"-&chiofct, 15 Polyätfcylenterephtha? atf Umschichten, eine Styrol-"Pfropffilm"-Schicht un1 eire Polyäthjlenterephthalatf ι J.inschicht in der angegebenen Reihcniolge aufgebracht. Sohl* ißlich "^urde ->ußen eine AluminiumhUll< vorgesehen.

Beisjiiel. _4 "

E^ ut de ein Polyäthyl«iiterephthalatfilm mit einei Dicke von 0,05 mm und der Methylstvrol-" Pfropf film" gemäß Deisidel 2 verwendet. Auf einen KabelIelter wurden Iaolieraohiohter in der

009838/2158 ^_{0 0R)GlNAL}

gleichen Art wie in Beispiel 3 angegeben* aufgebracht land mit einer Aluntf.niumhülle umgeben.

Vergieichsbeinpiel 1

Auf einen Leit3r (einer Spule) wie in Beispiel 1 wurden nevn Sahichtosi eines PoLyäthylenterephthalatfilms duroh halbüberdeckendes Umwickeln aufgebracht und das Ganze imrie dann mit einem Isolieröl imprägniert.

Vergleiohsbeispiel 2

Auf einen Kabel! eite-sv. wie in Beispiel 3» wurden 20 PoIyäthylentes'ophthaü atschicht^i durch Umwickeln mit anei.aariderstonendcn Kanten aufg3br:tciit. Über den Schichten wurüi eine Aluiiiiniumliülle vorgesehen und die* Gesamtheit viurd- äauii mit elnfin Isolieröl J!iprägni3r'u.

Djfe bei den isolierten. Spulen und isolierten Kabeln gemäß den vorstehenden Heispielen und Vergleichsbeispielen beobachteten Ijuvchschlagsfcistigkeiten sind in der nachfolgenden Tabelle atif'sgeben.

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8S 13/888600

Tabelle 1

gestimmt
Probev
nach N.

Gesamtdicke der
Isolierschicht
}_mjr₅
*

Dicke der Sty-
rolpfropf«-
schicht

i

1.9⁺

o,oi9

o,oig

Wechselstrom-Dürch-
bruchs spannunp-
Scheitelwert (RV]

Max.

Min.

Impuls-Durchbruchs-
spannim« jTcV]

Max.

MIn.

Beispiel 1

I
1,9 j 0.015
I

o,üi5

Mittel

201

177

Mittel

273

242

" 2

1.8⁺

-

18^

195

168

256

241

187

Verbleichs-
belsplel 1

1,0

17?

177

VJ)

219

201

170

Beispiel 3

l,ü

lf'.p

155

121

180

197

149

Beispiel 4

138

149

109

I70

183

111

Vergleichs
beispiel 2

128

119

104

145

128

103

110

115

+) Dicke der Isolierschicht zwischen zwei Spulenleitern (1).

GO OO OO

Wie die vorstehende Tabelle zeigt, kann bei Verwendung des erfindungsgemäßen Harzisoliermaterials eine ausgezeichnete Durchschlagsfestigkeit erreicht werden.

Darüber hinaus kann eine so hervorragende ölresistenz wie bei früher verwendeten <51resistenten thermoplastischen Harzisoliermaterialien erzielt werden, wie die nachfolgende Tabelle 2 zeigt.

Tabelle 2

Probe	Dirnen- sionsän- derung	81- absorp tion	Löslich keit	Zugfestig keit sände- rung	Längenän derung	keine	keine	keine Lösung	keine	keine
Polystyrol film	Die Messungen konnten wegen vollständiger Auflösung der Probe nicht ausgeführt werden.	M	leicht	η	ti	Il
Polyalkylen terephthalat film	•I	It	It	Il	Il
"Pfropffilm" nach Bei spiel 1
" Pfropf film¹¹ nach Bei spiel 2

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Die vorstehende Tabelle zeigt die ölresistenz der einzelnen Proben nach einwöchigem Stehenlassen in Isolieröl bei 95°C.

Aus der vorstehenden Beschreibung dürfte klar hervorgehen, daß sovjohl Durchschlagsfestigkeit als auch ölresistena der Harzisoliermaterialien gemäß der Erfindung ausgezeichnet sind.

Wie gefunden wurde, kann nun die Durchschlagsfestigkeit in öl noch verbessert werden, wenn man das gemäß der Erfindung erhaltene Harzisoliermaterial aufheizt und preßt, was mit Hilfe einer Vfalze geschieht. Als Grund dafür kann angenommen werden, daß die thermoplastischen Harsisoliermaterialien, an ili« Styrole pfropf copolymer!siert wurden, an ihrem polymerisierton Teil viele winzige Löcher aufweisen und es bildet sich wahrscheinlich eine Corona-Entladung aus, welche die dielektrische Durchbruchsfestigkeit vermindern kann; durch Aufheizen und Prassen werden diese Filmischer zusammengequetscht und schädliche Löcher dadurch beseitigt.

Temperatur und Druck für das Aufheizen und Zusammenpressen liegen nicht Innerhalb eines speziellen Bereiches, sondern sind je nach Art des Harzes veränderlich. Sie müssen lediglich zum Zusammenquetschen sehr kleiner Löcher am pfropf-oopoIymerisierten Teil des Harzes ausreichen.

Die folgenden Beispiele cHonen zur Erläuterung dieser Arbeltswelse.

BAD ORIGINAL

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- 15 Beispiel 5

Ein "Pfropffilm" gemäß Beispiel 1 wurde fünfmal bei einer Temperatur von 95 bis 105 C und einem Druck von etwa 100 kg/cm durch aufgeheizte Walzen geschickt. Unter Verwendung des Harzfilms wurde dann eine Spule bzw. Wicklung mit dem gleichen Aufbau vie in Beispiel 1 hergestellte

Beispiel 6

Der gemäß Beispiel 2 erhaltene "Pfropffilai" wurde unter den Bleichen Bedingungen, wie in Beispiel 5, aufgeheizt und gepreßt. Es wurde eine Isolierte Spule mit dem gleichen Aufbau wie in B%3«jpiel 1 unter Verwendung des Harzfilms hergestellt.

Eixi isoliertes Kabel mit gleichem Aufbau wie in Beispiel j5 wurde unter Verwendung de« gemäß Beispiel 5 erhaltenen Har'Zfilms erzeugt♦

Bfcls-piel 8

Unter Verwandurit? des gemäß Be j spiel 6 erhaltenen Harzfilms wurde ein Isoliertes Kabel mit dem gleichen Aufbau wie in Beispiel "5 hergestellt.

Die DurchFchlap.sfestißfceit der isolierten Spulen und Kabel g-smäß JJeI spiel 5 ti η 8 ist in Tabelle 3 angegeben.

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8S t2/888600

Tabelle 3

co >

33

O >

¹ Nbestlmait if robe	Gesamtdioke der Isollerschicht Jmnfj	Dicke der Sty- rolpfropf- schicht Onm/1 Seite]	Wechselstrom-Dureh- bruchsspannuns:; Scheitelwert [kV]	Mnx.	MIn.	Impuls-Durchbruchs- spannuns IkV]	Max.	Min.
\	1,8	0.015	Mittel	237	209	MIttel	341	312
Beispiel 5	1,6	I 0,011	223	230 j	167	321	303	248
Beispiel 6 ι	1,0	c_foi5	1Q3	189	158	Γ. ?4	266	239
Beispiel 7	1.0	0.011	179	167	136	250	234	202
Beispiel 8	151	216

CD J>CO OO OO

Ein Vergleich der Ergebnisse der Tabellen 1 und 3 zeigt, daß die Durchschlagsfestigkeit in öl durch Behandlung mit Wärme und Druck weiter erhöht wird.

Wie weiter oben im einzelnen erläutert wurde, ist es unmöglich, lediglich durch Kombination bzw. Aneinanderpappen eines bekannten chermordastisehen Harzes mit ausgezeichneter Durchschlagsfestigkeit und eines thermoplastischen Harzes mit hervorragender ölresistenz eine Isolierung mit sowohl ausgezeichneter Durchschlagsfestigkeit als auch hervorragender ölresistenz ?,u erlangen. Dieses Ziel kann jedoch durch Pfropf-Copolymerisatiori Tines Styrols auf ein thermoplastisches Harz mit ausgezeichneter ölresistenz seraäß der Erfindung erreicht werden.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines zusammen mit einem flüssigen Isoliermaterial zu verwendenden Kunststoffisoliermaterials, gekennzeichnet durch Pfropf-Copolymerisation von ein oder mehreren Styrolen der allgemeinen Formel

CX*CH, Y.

in der X Wasserstoff, Halogen oder eine Alkylgruppe ist und Y- bis Y- Wasserstoff, Halogen oder Alkyl- oder Methoxyrestä bedeuten, an einen Teil oder die Gesamtheit eines thermoplastischen Harzisoliermaterials.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein abschließendes Aufheizen und Pressen des pfropf-copolymerisie:rten Materials.

3* Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Styrole 2,5-Dichlorstyrol, 4-Chlorstyrol; 2-Methylstyrol, 2,5-Diraethylstyrol, 4-Äthy!styrol, 4-Propylstyrol, 3-Methoxystyrol, *X -Methylstyrol^cX-Methyl-J-chlorstyrbl, cA -Methyl-^-methyl-J-chlorstyrol und/oder Styrol verwendet werden.

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4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pfropf-Copolymerisation als Dampfphasenoder Flüssigphasen-Polymerisation ausgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Styrole auf zumindest einen Teil des thermoplastischen Harzisoliermaterials aufgebracht und die Gesamtheit dann aufgeheizt wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Styrole gleichzeitig oder stufenweise für die Ffropf-Cc«polymerisation verwendet werden.

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