DE1694388C3 - Verwendung eines Pfropfcopolymerisates in Form eines Filmes eines thermoplastischen Harzmaterials zusammen mit einem flüssigen Isoliermaterial als Kunststoffisoliermaterial in elektrischen Einrichtungen - Google Patents

Description

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worin X Wasserstoff, Halogen oder eine Alkylgruppe ist und die Reste Y* bis Y⁵ Wasserstoff, Halogen oder Alkyl- oder Methoxyreste bedeuten, aufgepfropft sind, zusammen mit einem flüssigen Isoliermaterial als Kunststoffisoliermaterial in elektrischen Einrichtungen.

2. Verwendung eines Pfropfcopolymerisates nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgepfropften Styrole 2,5-Dichlorstyrol, 4-Chlorstyrol, 2-Methyistyrol, 2,5-Dimethylstyrol, 4-Athylstyrol, 4-Propylstyrol, 3-Methoxystyrol, a-Methylstyrol, (i-Methyl-3-chlorstyrol, u-Methyl-2-methyI-3-chlorstyrol und'oder Styrol sind.

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Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Pfropfcopolymerisates in Form eines Filmes eines thermoplastischen Harzmaterials zusammen mit einem flüssigen Isoliermaterial, wie Isolieröl, wie es üblicherweise in elektrischen Geräten großer Abmessungen, wie in Hochleistungs-Transformatoren, Kabelleitungen od. dgl., vorgesehen wird, als Kunststoffisoliermaterial in elektrischen Einrichtungen.

Ein solches in Verbindung mit einem flüssigen Isoliermaterial, wie Isolieröl, zu verwendendes Kunststoffisoliermaterial muß sowohl eine ausgezeichnete Ölbeständigkeit als auch eine hohe dielektrische Durchschlagsfestigkeit in dem Isoliermaterial haben.

Zur Zeit wird als festes Isoliermaterial in einem öl in elektrischen Geräten, wie Transformatoren, Kabelleitungen usw., hauptsächlich Kraftpapier eingesetzt. Jedoch sind bei Verwendung dieses Isoliermaterials keine Verbesserungen hinsichtlich des Isolierverhaltens mehr zu erwarten. Der Ersatz des Kraftpapiers in derartigen elektrischen Geräten durch einen Kunststoff-Film liefert nun eine erhebliche Verbesserung der dielektrischen Durchschlagsfestigkeit.

Thermoplastische Harze, die bisher als Isoliermaterialien verwendet wurden, sind unter anderem Polyäthylenterephthalat, Polyäthylen, Polypropylen, Polycarbonat, Polystyrol usw.

Diese thermoplastischen Isoliermaterialien besitzen zwar eine hohe dielektrische Durchschlagsfestigkeit, jedoch ist ihre Durchschlagsfestigkeit, insbesondere die Impuls-Durchschlagsfesiigkeit in Isolieröl nicht so hoch und bisweilen niedriger als diejenige des bisher benutzten ölimprägnierten Papiers Em Beispiel Für einen derartigen Kunststoff-Film ist ein ^μ , ιλι~, Ηργ he\ Laboratoriumsversuchen eine

SSS Äh?Äiähc Durchschlagsfestigkeit i ? Kraftoaoier zeigte. Jedoch ist andererseits ein ?o,ys^oSTnfolg^Se seiner schlechten ölbeständigkei in der Praxis nicht verwendbar. Andererseits ,st nun "in Polyethylenterephthalat«^ einem Kraft-SSier in seiner dielektrischen Durchschlagsfest.gken Fn öl etwas unterlegen, hat jedoch wiederum eine ausgezeichnete ölbeständigkeit

⁸In elektrischen Geräten, bei denen Tür die Isolation Kunststoffisoliermaterial zusammen mit einem flussiuen Isoliermaterial verwendet wird nimmt der dielektrische Durchschlag bei Wechselstrom oder Impulsbetrieb oft seinen Ausgang von der Isol.erolschicht. Zur Vermeidung von dielektrischen Durchbrüchen bzw. Durchschlägen an der Oberflache oder im Innern des an das flüssige Isoliermaterial angrenzend-n Kunststoffisoliermatenals ist es daher erforderlich, die Durchschlagsfestigkeit der gesamten Isolierschicht zu verbessern.

Bisher waren nun keine Kunststomsoliermatenalien bekannt, die eine gute dielektrische Durchschlagsfestigkeit und gleichzeitig eine gute Beständigkeit gegen flüssige Isoliermaterialien, wie be.spielswe.se isolieröl, besitzen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand daher darin, ein Kunststoffisoliermater.al fur die \erwendung in elektrischen Einrichtungen zusammen mit einem flüssigen Isoliermaterial anzugeben, das sowohl eine ausgezeichnete dielektrische Durchschlagsfestigkeit als auch eine gute ölbestand.gkeit besitzt und das außerdem durch das flussige Isoliermittel nicht beeinträchtigt wird und seine ausgezeichnete Durchschlagsfestigkeit darin beibehält

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß durch die Verwendung eines Pfropfcopolymerisates in Form eines Filmes eines thermoplastischen Harzmaterials, nämlich Polyäthylenterephthalat, Polycarbonat, Polyäthylen und/oder Polypropylen, auf welches ein oder mehrere Styrole der allgemeinen Formel

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6o worin X Wasserstoff, Halogen oder eine Alkylgruppe ist und die Reste Y¹ bis Y⁵ Wasserstoff, Halogen oder Alkyl- oder Methoxyreste bedeuten, aufgepfropft sind, zusammen mit einem flüssigen Isoliermaterial als Kunststoffisoliermaterial in elektrischen Einrichtungen, gelöst.

I m Rahmen von Entwicklungsarbeiten, die dann zur vorliegenden Erfindung führten, waren zunächst verschiedene Kombinationen von zwei oder mehreren thermoplastischen Harzen, wie Polyäthylen, Polypropylen, Polycarbonat, Polyäthylenterephthalat oder Polystyrol in Form von Filmen oder Schichten verwendet und ihre Durchschlagsfestigkeit in Isolieröl geprüft worden. Dabei wurde festgestellt, daß zwar eine besonders gute Durchschlagsfestigkeit in Isolier-

ölen durch Kombination von Polystyrolfilmen und rilmen aus einem anderen thermoplastischen Harz erhalten wird, eine solche Kombination jedoch in der Praxis in elektrischen Geräten wegen der äußerst geringen ölresistenz von Polystyrolfilmen nicht angewandt werden kann, und sogar auch dann nicht, wenn Polystyrol zusammen mit einem anderen thermo^ plastischen Harz mit ausgezeichneter ölresistenz benutzt wird.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung von Pfropfcopolymerisaten in Form eines Fiimes, wie sie oben näher definiert wurden, zusammen mit flüssigen Isoliermaterialien, wird die Durchschlagsfestigkeit der gesamten Isolierschicht erheblich verbessert. Diese Pfropfcopolymerisate haben nämlich 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. Bei diesen Pfropfcopolymerisaten sorgen die aus dem als Basis verwendeten thermoplastischen Harzmaterial herausragenden Pfropfungen des Polystyrols für die guten dielektrischen Eigenschaften, während das Basispolymerisat als ölfester Bestandteil die Pfropfungen zusammenhalt. Wie aus den in den einzelnen Beispielen angegebenen Meßwerten zu entnehmen ist, ergibt sich gegenüber üblichen Isoliermaterialien eine erhebliche Verbesserung.

Die erfindungsgemäß verwendeten Pfropfcopolymerisate können beispielsweise in Form von Filmen oder 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 auf die thermoplastischen Harzmaterialien aufgepfropften Styrole der oben angegebenen allgemeinen Formel sind bevorzugt 2,5-Dichlorstyrol, 4-Chlorstyrol, 2-Mcthylstyrol, 2,5-Dimethylstyrol, 4-Äthylstyrol, 4-Propylstyrol, 3-Methoxystyrol, «-Methylstyrol, (i-Melhyl-3-chlorstyrol, <i-Methyl-2-mcthyl-3-chloistyrol und/oder Styrol.

Die Pfropfcopolymerisation der Styrole auf das thermoplastische Harzmaterial kann entweder eine Dampfphasen-Polymerisation oder eine Flüssigphasen-Polymerisation sein. Wahlweise können die Styrole auf einen Teil oder das gesamte thermoplastische Harzmaterial aufgebracht und dieses dann aufgeheizt werden. Bei Pfropfcopolymerisation von zwei oder mehreren Styrolen können diese gleichzeitig oder auch stufenweise copolymerisiert werden.

Je stärker die durch Pfropfcopolymerisation von Styrol aufgebrachte Schicht ist, um so höher ist die dielektrische Durchschlagsfestigkeit in Hüssigem lsoliermatcrial.

Das so erhaltene Kunststoffisoliermaterial kann beispielsweise für die Isolation von Spulen oder Wicklungen verwendet werden oder für Kabelisolationen, wie in den Zeichnungen gezeigt wird; es zeigen

Fig. 1 bis Fig. 3 Teile von Quer- und Längsschnitten eines Isolationsaufbaues für eine Wicklung eines Transformators vor. großen Abmessungen und

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

In den F i g. 1 bis F i g. 3 ist I ein Leiter, 2, 3 und 4 sind Isoliermaterialfilmschichtcn und i5 und 6 thcrmo-Harzisoliermaterialschichten mit einer Pfropfcopolymerisatschicht. Die gesamte Anordnung ist mit einem Isolieröl imprägniert. Die 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 thermoplastische Harzisoliermaterialschicht mit einer Pfropfcopolymerisatschicht, 3 eine Schicht eines anderen Isoliermaterials und 4 eine Aluminiumhülle. Die Isoliermaterialschichten sind auch in diesem Falle innen mit einem Isolieröl imprägniert. Das Harzisoliermaterial 2 kann auch bei diesem isolierten Kabel in Form von zwei oder mehr getrennten Schichten aufgebracht sein.

Es folgen Beispiele zur Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1

Als thermoplastisches Harzmaterial wurde ein PoIyäthylenterephthalatfilm verwendet, der 1 bis 2 Stunden lang einer Atmosphäre mit einem Gehalt von 2% Ozon ausgesetzt wurde. Als Styrol wurde ein Material verwendet, das durch wiederholtes Einfrieren, Absaugen und Aufschmelzen in drei Gängen bei einem vermindertem Druck von 10"³ bis ICT⁴ mm Hg genügend entgast worden war. Diese Materialien wurden in einem evakuierten Gefäß bei 90° C 14 Stunden lang einer Dampfphasen-Pfropfcopolymerisation unterworfen. Das Gewicht des erhaltenen Pfropfcopolymerisates hatte um 48% und seine Dicke um 79% zugenommen. Die Gesamtstärke des Produktes betrug G,09 mm.

Isolierschichten wurden auf einem Leiter gemäß dem in den Fig. 1 bis Fig. 3 gezeigten Aufbau aufgebracht unter Verwendung einer Kombination des vorstehend angegebenen Harzisolicrmaterials mit einem Polyäthylenterephthalatfilm einer Dicke von 0,05 mm. Bei den vorerwähnten Isolierschichten wurde das Material jeweils durch halbabdeckendes Umwickeln aufgebracht. Auf diese Weise wurde zunächst eine Polyäthylenterephthalatfilmschicht 2 auf den Leiter aufgebracht und auf diese eine »Pfropffilm«- Schicht 5 und danach fünf Schichten Polyäthylenterephthalatfilm 3, eine »Pfropffilm«-Schicht 6 und eine Polyäthylentercphthalatfilmschicht 4, in der angegebenen Reihenfolge. Die vorstehenden Isolierschichten wurden ebenfalls mit einem Isolieröl (JIS. Nr. 2-Grad) imprägniert.

Beispiel 2

Als Styrol wurde Methylstyrol verwendet, und es wurde ein Styrol-Pfropfharzisoliermaterial in der im Beispiel 1 angegebenen Art und Weise erhalten. Das Gewicht des resultierenden Harzisoliermaterials hatte um 41% und seine Dicke um 62% zugenommen. Die Gesamtdickc des Produktes betrug 0,081 mm.

Mit gleichem Aufbau wie im Beispiel 1 wurden Isolierschichten auf einen Leiter unter Verwendung einer Kombination des vorstehend angegebenen Harzisoliermaterials und eines Polyäthylenterephthalatfilms aufgebracht.

Beispiel 3

Es wurde ein Polyäthylenterephthalatfilm mit einer Dicke von 0,05 mm und der Styrol-» Pfropffilm« gemäß Beispiel 1 verwendet. Das Material wurde jeweils auf einen Kabelleiter durch Umwickeln mit

aneinanderstoßenden Kanten aufgebracht. Auf diese Weise wurde eine Polyäthylenterephthalatfilmschicht, eine Styrol-»Pfropffilm«-Schicht, fünfzehn Polyäthylenterephthalatfilmschichten, eine Styrol-»Pfropfnlm«- Schicht und eine Polyäthylenterephthalatfilmschicht in der angegebenen Reihenfolge aufgebracht. Schließlich wurde außen eine AJuminiumhülle vorgesehen.

Beispiel 4

Es wurde ein Polyäthylenterephthalatfilm mit einer Dicke von 0,05 mm und der Methylstyrol-»Pfropffilm« gemäß Beispiel 2 verwendet. Auf einen Kabelleiter wurden Isolierschichten in der gleichen Art wie im Beispiel 3 angegeben, aufgebracht und mit einer Aluminiumhülle umgeben.

Tabelle I

Vcrgleichsbeispiel 1

Auf einen Leiter (einer Spule) wie im Beispiel wurden neun Schichten eines Polyäthylenterephthalal films durch halbüberdeckendes Umwickeln aufgc bracht und das Ganze dann mit einem Isolierö imprägniert.

Vergleichsbcispicl 2

Auf einen Kabelleiter, wie im Beispiel 3. wurdei zwanzig Polyäthylenterephthalatschichten durch Um wickeln mit aneinanderstoßenden Kanten aufgebracht über den Schichten wurde eine Aluminiumhülli vorgesehen und das Ganze dann mit einem Isolierö imprägniert.

Probe gemäß	Gesamt-	Dicke der	Wechselstrom- Durchbruc	(kV)	hsspannung	Impuls-Durchbruch	Max.	sspannunji
	dicke der	Styrol-	Scheitelwert			(kV)	273
	Isolier	pfropf-					241
	schicht	schicht		Max.			201
	(mml	(mm 1 Seite)	Mitlei	201	Min.	Mittel	197	Mm
Beispiel 1	1,9*)	0,019	184	195	177	256	183	242
Beispiel 2	1,9*)	0,015	177	177	168	219	128	187
Vergleichsbeispiel 1	1,8*)	—	169	155	153	180	170
Beispiel 3	1.0	0.019	138	149	121	170	149
Beispiel 4	1,0	0,015	128	119	109	145	1 11
Vergleichsbeispiel 2	1,0	-■■	110	104	115	103

*) Dicke der Isolierschicht /wischen zwei Spulenleitern (1).

Die bei den isolierten Spulen und isolierten Kabeln gemäß den vorstehenden Beispielen und Vergleichsbeispielen beobachteten Durchschlagsfestigkeiten sind in der vorstehenden Tabelle I angegeben.

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

Darüber hinaus kann eine so hervorragende ölresistenz wie bei früher verwendeten ölresistenten thermoplastischen Harzisoliermaterialien erzielt werden, wie die nachfolgende Tabelle II zeigt.

Tabelle Il

Probe	Dimensions- Olabsorption änderung	Löslichkeit	Zugfestigkeits- änderung	keine keine keine	Längenänderung
Polystyrolfilm	Die Messungen konnten nicht ausgeführt werden	wegen vollständiger Auslösung	der Probe
Polyäthylenterephthalatfilm »Pfropffilm« nach Beispiel 1 »Pfropffilm« nach Beispiel 2	keine keine keine leicht keine leicht	keine Lösung keine Lösung keine	keine keine keine

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

Aus der vorstehenden Beschreibung dürfte klar hervorgehen, daß sowohl Durchschlagsfestigkeit als auch ölresistenz der erfindungsgemäß verwendeten Pfropfcopolymerisate ausgezeichnet sind.

Wie gefunden wurde, kann nun die Durchschlagsfestigkeit in öl noch verbessert werden, wenn man das erhaltene Pfropfcopolymerisat aufheizt und preßt, was mittels einer Walze durchgeführt werden kann. Lösung

Als Grund dafür kann angenommen werden, daß di thermoplastischen Harzmaterialien, auf die die Styrol pfropfcopolymerisiert wurden, an ihrem polymer sierten Teil viele winzige Löcher aufweisen, und £ bildet sich wahrscheinlich eine Corona-Entladung au welche die dielektrische Durchbruchsfestigkeit hei absetzen kann: durch Aufheizen und Pressen werde diese Filmlöcher zusammengequetscht und dadurc beseitigt.

Temperatur und Druck für das Aufheizen und Zi sammenpressen liegen nicht innerhalb eines spezielle

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Bereiches, sondern sind je nach Art des Harzes veränderlich. Sie müssen lediglich zum Zusammenquetichen sehr kleiner Löcher am pfropfcopolymerisierten Teil des Harzes ausreichen.

Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung dieser Arbeitsweise.

Beispiel 5

Ein »Pfropffilm« gemäß Beispiel 1 wurde fünfmal bei einer Temperatur von 95 bis 105 C und einem Druck von etwa 100 kg/cm² durch aufgeheizte Walzen geführt. Unter Verwendung des so erhaltenen Harzfilms wurde dann eine Spule bzw. Wicklung mit dem gleichen Aufbau wie im Beispiel 1 hergestellt.

Beispiel 6

Der gemäß Beispiel 2 erhaltene »Pfropffilm« wurde unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 5 aufgeheizt und gepreßt. Es wurde eine isolierte Spuk mit dem gleichen Aufbau wie im Beispiel 1 unter Verwendung des so erhaltenen Hur/films hergestellt.

Beispiel 7

Ein isoliertes Kabel mit gleichem Aufbau wie im Beispiel 3 wurde unter Verwendung des gemäß Beispiel 5 erhaltenen Harzfilms erzeugt.

Beispiel 8

Unter Verwendung des gernäß Beispiel 6 erhaltenen Harzfilms wurde ein isoliertes Kabel mit dem gleichen Aufbau wie im Beispiel 3 hergestellt. Die Durchschlagsfestigkeit der isolierten Spulen und Kabel gemäß Beispielen 5 bis 8 ist in Tabelle 111 angegeben.

Ein Vergleich der Ergebnisse der Tabellen 1 und 111 zeigt, daß die Durchschlagsfestigkeit in öl durch Behandlung mit Wärme und Druck weiter erhöht wird.

Tabelle III	Gesamtdicke	Dicke der	WechseUtrom-Durchbruchsspannung	Max.	Min.	Inipul	s-Durchbruch»	spannung
Probe gemäß	der Isolier	Styrolpfropf-	Scheitelwerl (kV)	237	209	(kV)
	schicht	schicht		230	167
	(mm)	(mm 1 Seitel	Mittel	189	158	Mittel	Max.	Mir
	1.8	0.015	223	167	136	321	341	312
Beispiel 5	1,8	0,011	193		1 Blatt Zeichnungen	274	303	248
Beispiel 6	1.0	0,015	179			250	266	239
Beispiel 7	1.0	0.011	1,51	216	234	202
Beispiel 8			Hierzu

*09 622/70

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verwendung eines Pfropfcopolymerisates in Form eines Filmes eines thermoplastischen Harzmaterials, nämlich Polyethylenterephthalat, PoIycarbonat, Polyäthylen und/oder Polypropylen, auf welches ein oder mehrere Styrole der allgemeinen Formel