DE1765566A1

DE1765566A1 - Elektrischer Isolator,insbesondere Durchfuehrung

Info

Publication number: DE1765566A1
Application number: DE19681765566
Authority: DE
Inventors: Hofmann Charles F; Keto August I
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1967-06-12
Filing date: 1968-06-11
Publication date: 1971-07-29
Also published as: US3433893A

Description

Weetinghouse
Electric Corporation Pittsburgh, Pa.

^ _, ^ fj ,ι ^ ^ j / 6 5 5 6 6

Erlangen, 1 " JUNI 1968 Werner-von-Siemens-Str.50

PLA 68/8205

Elektrischer Isolator, insbesondere Durchführung

für die Anmeldung wird die Priorität der entsprechenden
U3~Anmeldung Serial No. 645 319 vom 12. Juni 1967 beansprucht.

Bine Gießhare-Durchführung für elektrische Geräte, beispielsweise transformatoren, enthält einen Isolierkörper aus einen gefüllten Ipoxydharz, welcher direkt mit dem Leitergewindlbolaen dicht

verbunden ist. Das Epoxydharzsystem enthält sowohl geschmolzenen

alt auch Aiuminiumoxydtrihydrat als ^üUiloff. Die <eil-

röÖe.'Vertiilung und Konzentration de« gelineolienen Oüarzee

■ ϊ -■* ■'■ ■;■. •o eein» dat eine gleSbare Mischung entiteftt, welch· nach den

Td/W

• i

■■»■*!>

PLA 68/8205

Härten eine äußerst feste rissefreie Isolierung ergibt mit hervorragender Witterungsbeständigkeit und einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der im wesentlichen dem des Leitergewindebolzens entspricht. Diese physikalischen Eigenschaften können durch Verwendung von 20 bis 25 H Aluminiumoxydtrihydrat, bezogen auf das Gesamtgewicht, erreicht werden. Dieser Anteil iat notwendig, um die wichtige hohe Lichtbogenbeständigkeit und Kriechstromfeatigkeit zu erreichen.

Die Erfindung betrifft im allgemeinen Durchführungen für elektrisehe Geräte, wie z.B. Transformatoren. Im besonderen bezieht sie sich auf gegossene elektrische Durchführungen.

Bekannte Porzellandurchführungen, wie z.B. Niederspannungsdurchführungen von Verteilungstransformatoren, haben bei angemessener Leistung den Nachteil, daß sie relativ kostspielig herzustellen sind. Z.B. wird bei früheren Niederspannungadurchführungen von Verteilungstransformatoren zusätzlich zu einem Porzellanisolator·* gehäuse ein teurer Kupferbolzen verwendet, der so groß bemessen! sein muß, daß er durch die relativ kleinen axialen öffnungen J in den Porzellanisolator eingeführt werden kann, und beide Enden des Bolzens müssen Gewinde haben, um ein Befestigungemittel für die elektrischen Leiter an jedem Ende des Leiterbolaens aufzunehmen. Hit anderen Worten, das eingebettete Ende des Bolzene ist mit einem Gewinde versehen sur Aufnahme einer Dichtung und

einer Kutter zur Halterung des Leiters, der Bit den einfe- ^ , achloasenen elektrischen Gerät verbunden ist. Das der f fttefungi ι ausgesetzte Ende des Bolzens wird mit eines Gewinde vtfflhtnt U* '

• 2 ·-

108831/07*6 '' ·»««#·■

PLA 68/8205

einen Anschlußteil aus einer Kupferlegierung aufzunehmen, welche zusammen mit einer Dichtung einen Plansch erzeugt, der die axiaie Öffnung in dem Porzellanisolatorgehäuse dicht verschließt und weiches auch zusammen mit einer zusätzlichen Vorrichtung einen Netzleiter aufnimmt und befestigt.

Deshalb ist man bestrebt, harzartige Isolierstoffe zum Einbetten von elektrischen Geräten, insbesondere Gießharze zur Herstellung von elektrischen Durchführungen,au verwenden. Es sollen hierdurch vor allem die Herstellungskosten gesenkt werden. Die physikalischen und eleKtrischen Anforderungen an elektrische Durch- # führungen jedoch zeigen sehr deutlich, daß es sich bei dem Übergang von Porzellan zu Gießharzdurchführungen nicht einfach darum handelt, Gießharz um einen Gewindebolzen zu gießen.

Die Viskosität des Gießhari;systems muß klein genug sein, um es leicht in Formen gießen zu können. Dies gilt nicht nur im Hinblick auf die leichte Herstellung von Durchführungen. Eine gieüfühige Viskosität ist auch notwendig, um alle Luft aus dem Harz während des -Vergießens im Vakuum entfernen zu können. Die Entfernung der Luft ist sogar bei Niederspannungsdurchführungen A notwendig, wo die Luftionisation nicht kritisch ist, weil Lufteinschlüsse im Endaufbau stören. Wenn Hohlräume auf dem Vorsprung erscheinen, der mit dem Dichtungsring zusammenwirkt, dann können eich undichte Stellen bilden. Wenn die Hohlräume auftreten an den Gewinden, welche in den Isolatorkörpern gegossen sind, können die Gewinde stumpf werden. Die Durchführung zeigt Verluste im Einsatz.

- 3 - · Td/De

BAD ORiGfNAL

109831/0785

PLA 68/8205

Der thermische Ausdehnungskoeffizient des Gießharzsyatems muß mit dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des eingesetzten Metalls, da3 ist der Gewindebolzen, möglichst übereinstimmen. Andererseits können Schrumpfungshohlräume zwischen Harz und Bolzen auftreten, und Hohlräume und Risse können entstehen bei der normalen thermischen Belastung durch Temperaturunterschiede der Durchführung und des Bolzens. Beides ist bedingt durch die Umgebungs- und Belastungsbedingungen im elektrischen Gerät.

Das Harz muß hart, aber nicht spröde sein. Es muß seine Festigkeit bei erhöhter Temperatur, beispielsweise 135⁰C, beibehalten. Die Durchführung muß fest sein während des Einsatzes im heißen Transformatorenöl, welches 100⁰C heiß sein kann.

Das Harz muß witterungsbeständig sein. Es sollte eine glatte glasähnliche äußere Oberfläche erzeugen, welche während des Einsatzes nicht schuppig oder narbig wird. Ferner ist es wichtig, daß die Durchfuhrung selbstreinigend wirkt. Fehlstellen an der Oberfläche, welche sich während der Bewitterung bilden, nehmen Schmutz und Feuchtigkeit auf, wodurch die Lichtbogen- und Kriechstromfestigkeit der Oberfläche soweit vermindert wird, daß Überschläge erfolgen können. Weiter muß das Harz besonders hohe Lichtbogen- und Kriechstromfestigkeit aufweisen.

Zahlreiche Versuche sind schon durchgeführt worden« us die gewünschten physikalischen und elektrischen Eigenschaften, die Beständigkeit gegen schädliche Einflüsse und die eine oder andere der geforderten physikalischen Eigenschaften 2U erreionen. Ss kann z.B. physikalische Festigkeit erreioht werden durch Zugabe

109831 /Q748S ^Td/I)e

BAD ORIGINAL

PLA 68/8205

gewisser mineralischer Füllstoffe. Nach dem bekannten Verfahren wurde aber durch die Konzentration an Füllstoff, die notwendig . ■ war, um die gewünschte Festigkeit zu erreichen, das resultierende Isolationasystea so viskos, daß es schwer zu vergießen war. Ein rissefreies System kann gemacht werden durch Verwendung sehr flexibler Harzsysteme. Flexible Harzsysteme jedoch würden bei erhöhter Temperatur weich und konnten nicht die NetZuleitungen tragen, ohne sich zu verdrehen oder zu verbiegen. Der thermische. Ausdehnungskoeffizient des Harzsystems kann aufgewogen sein durch Verwendung einer hohen Konzentration gewisser Füllstoffe. Hohe Füllstoffkonzentrationen beeinträchtigen aber die Gießfähigkeit. Die Witterungsbeständigkeit von Gießharzsystemen war bisher nur schwierig zu erreichen. Dae Harz wurde von dem Füllstoff an der Oberfläche der Durchführung weggeätzt unter Bildung einer Oberfläche, welche Schmutz und Feuchtigkeit-einfängt. Hohe Lichtbogen* und Kriechstrombeständigkeit konnte früher durch Verwendung von Aluminiumoxydtrihydrat als Füllstoff erreicht werden. Aluminluaoxytrihydrat erhöht aber den thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Harzsystems. Der thermische Auedehnungskoeffizient kann nur schwer dem des Leiterbolzene angeglichen werden. Bs erhöhte ferner die Viskosität des flüssigen Harz* systeme, und es nohwUohte außerdem den physikalischen Aufbau. 2,B. offenbart 41« US-Patentschrift 3 318 995 vom 9. Hai 1967 tom gleichen Erfinder, wie Aluniniuraoxydtrihydrat in elektrischen

njgin verwendet werden kann, durch gesielte Lokalider! Hohlräume, die erzeugt werden aufgrund dtr geringen

! ι

Anpeeeungefähigkeit dta thermischen Ausdehnungskoeffizienten to» Harzteil und Leiter.

Oa rs

OAD 0R/G/N4k - 5 - Td/De

101831/0785

' PLA 6Θ/8205

Die erwähnte Anmeldung offenbart ein gefülltes Harzaystem, welches Aluminiumoxydtrihydrat verwendet. Der thermische Ausdehnungskoeffizient paßt sich an den des metallischen Einsatzes an. Es hat aber den wirtschaftlichen Nachteil, dafl die Verteilung und Konzentration der Teilchengröße genaueetens kontrolliert werden muß. Dies gilt für den Füllstoff Aluminiuaoxydtrlhydrat und andere Füllstoffe. Weiterhin sollen solche bekannte Füllstoffe ein feinverteiltes thixotropes Mittel enthalten, wie z.B. feinverteiltes Siliziumdioxyd, um ein Absetzen zu verhüten. Wenn das Harzteil nicht der Witterung ausgesetzt wird, ist ein leichtes Absetzen ohne Einfluß. In elektrischen^Durchführungen jedoch kann ein leichtes Absetzen von Füllstoff die Witterungsbeständigkeit beeinträchtigen.

Ferner ist ein gefülltes Harzsystem bekannt, welches für das Einkapseln von elektrischen Geräten, wie z.B. Transforaatorenspulen, geeignet ist. Die Lichtbogen- und Kriechetrombeständigkeit ist aber relativ gering.

Gegenstand der Erfindung ist ein neuer und verbesserter elektrischer Isolator, insbesondere eine Durchführung bestehend aus einem elektrischen Leiterbolzen aus einem Metall und tines Gießharzkörper aus mit geschmolzenem Quarz und Alueiniumoxydtrihydrat gefüllten Epoxydharz. Brfindungegemäfl wird sun Her· ; stellen des Gießharzkörpera eine leicht gießbare HarSMfts· νerwendet enthaltend 25 bis 30 Gew.-* Epoxydharz, Härtungsmittel und Beschleuniger, ca. 50 Gew.-* feinverteilten geschmolzenen

Quarz und ca. 20 bis 25 Gew.-* feinverteiltes Alueiniufoxyd-

'i · trihydrat bezogen auf das Harzaystem. Die Größenverteilung der

- 6 -109831/0788 bad original

PLA 68/8205

Teilchen und die Konzentration des gescnmolzenen Quarzes werden überwacht. Die Teilchengröße liegt erfindungs3^emäß zwischen 0,4 und 30 Mikron. Erfindungsgemäi hat das verwendete Aluminiumoxydtrihydrat eine durchschnittliche Teilchengröße von 6,5 bis 8,5 Mikron. Hiermit werden gießbare Harzsysteme mit einer Viskosität von ca. 6000 cp erzeugt, die nach dem Härten einen harten, äußerst beständigen Aufbau haben und einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der sich in hohem Maße an den des Aluminiumbolzens anpaßt.

Besonders bewährt haben sich Gießharzkörper gebildet aus Epoxydharz, 20 bis 25 Gew.-# Al₀O.,'5HpO und geschmolzenem Quarz, wobei der geschmolzene Quarz 50 Gew.-^ der festen Isolation ausmacht und von den geschmolzenen Quirzteilchen,bis zu 18 Gew.-1»

> 30 Mikron, bis zu 35 Gew.-# > 20 Mikron, ungefähr 20 bis 60 Gew.-# ,\ 10 Mikron, ungefähr 40 bis 80 Gew.-io > 4 Mikron, ungefähr 60 bis 90 Gew.-i» > 2 Mikron, ungefähr 76 bis 95 Gew.-^ y \ Mikron und ungefähr 86 bis 100 Gew.-^ > 0,4 Mikron sind.

Pur andere Anwendungszwecke haben sich Gießha.rzkörper hergestellt unter Verwendung von ungefähr 12 Gew.-^ geschmolzenem Quarz mit einer Teilchengröße y 12 Mikron, ungefähr 34 Gew.~# mit einer Teilchengröße > 10 Mikron, ungefähr 56 Gew.-# > 4 Mikron und ungefähr 70 Gew.-# > 2 Mikron oder Gießharzkörper gebildet aus ungefähr 100 Gewichtsteilen Epoxydharz, ungefähr 80 Gewichtsteilen Härtungsmittel, ungefähr 0,18 Gewichtsteilen Beschleuniger, ungefähr 360 Gewichtateilen geschmolzenem Quarz und ungefähr

- 7 - Td/De

109831/0786

* PLA 68/8205

145 bis 180 Gewichtsteilen Alurainiumoxydtrihydrat besonders vorteilhaft erwiesen, wobei von dem geschmolzenen Quarz bis zu 18 Gew.-# >30 Mikron, bis zu 35 Gew.-# >'2O Mikron, ungefähr 20 bis 60 Gew. -$> >10 Mikron, ungefähr 40 bis 80 Gew.-?C >4 Mikron, ungefähr 60 bis 90 Gew. -i» > 2 Mikron, ungefähr 76 bis 95 Gew.-^ > 1 Mikron und ungefähr 86 bis 100 Gew«-# > 0,4 Mikron sind. Aluminiumoxydtrihydrat macht ungefähr 25 # der festen Gießharzisolation aus.

Die Kombination von geschmolzenem Quarz und Aluminiumoxydtrihydrai als Füllstoff und die im einzelnen angegebene Verteilung der Teilchengrößen und Konzentration erzeugen ein Isoliersystem, welches äußerst lichtbogen- und kriechstromfest ist. Ein Absetzen der Füllstoffteilchen erfolgt selbst ohne Verwendung thixotroper Mittel nicht.' Weiterhin verursachen Verteilung und Konzentration der Partikelgröße und das Nichtabsetzen der Teilchen eine glänzende glatte glasähnliche Oberfläche auf dem Gießkörperteil des Isolators unmittelbar beim Austritt aus der Preßform. Es ist keine weitere Behandlung erforderlich. Sie widersteht den Witterungseinflüssen ohne irgendein sichtbares Abblättern oder Narbigwerden.

Gemäß der Erfindung können elektrische Isolatoren, insbesondere Durchführungen, mit im Vergleich zur Poir^ellandurchführungen geringeren Herstellungskosten hergestellt werden. Sie enthalten

. ~ 8 - . Td/De

109831/078$

BAD ORIGINAL

PLA 68/8205

nur einen Leiterbolzen und einen Gießharzisolierkörper, der mit dem Bolzen dicht verbunden ist. Nach dem Härten ergibt sich ein - · hartes äußerst beständiges Teil, welches die Festigkeit bei erhöhter Temperatur behält und dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient dem des Leiterbolzens gleichkommt. Eine Gießharz-Durchführung gemäß der Erfindung ist witterungsbeständig und äußerst lichtbogen- und kriechstromfest. ■+■

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand ,der

Zeichnung näher erläutert} '

Es zeigt

Fig. 1 eine Vorderansicht einer elektrischen Durchführung gemäß der Erfindung und einen vertikalen Schnitt durch das

Gehäuse, .

Fig. 2 einen vertikalen Längsschnitt durch den Gegenstand der

Fig. 1 entlang der Linie H-II in der Fig. 1, Fig.5 einen zweiten Isolator, in Vorderansicht, Fig. 4 eine Vorderansicht einer Durchführung mit zwei getrennten

Anschlußleitungen,
Fig. 5 eine Draufsicht des Gegenstandes der Fig. 4.

In der Zeichnung, insbesondere in den Figuren 1 und 2, sind Vorderansicht und Längsschnitt einer elektrischen Durchfuhrung gemäß der Erfindung geneigt. Die Durchführung W enthält einen Leiterbolzen 12 aus einem guten elektrischen Leiter, beispielsweise Kupfer oder Aluminium und einen gegossenen festen Isolatorteil 14. Weil Aluminium leichter und.billiger als Kupfer ist und leichter bearbeitet werden kann, wird es für den Leiterbolzen 12

- 9 - _, Td/De

. ^Bad

109831/0785

PLA 68/8205

bevorzugt. Das Teil 14 wird direkt an den Bolzen 12 angegossen. Es haftet fest. Deshalb ist ein Dichtungsring für den Bolzen • nicht erforderlich, wie dies bei Durchführungen aus Porzellan der Pail ist.

Weil der Bolzen 12 nicht durch eine kleine axiale Öffnung zu führen ist, wie dies bei der früheren Porzellandurchführung der Fall war,kann das Befestigen der äußeren Leiter am Bolzen radikal im Interesse einer Senkung der Heratellungskoaten der

ρ Durchführung geändert werden. Anstelle eines runden Gewindebolzens kann der Bolzen angeformte Enden haben mit wesentlich größeren Dimensionen als die größe Dimension des zentralen Teiles der Bolzen, um äußere Leiter durch Schraubenmuttern und Bolzenteile zu verbinden. Besonders geformte Legierungsverbindungemuffen und Vorrichtungen sind vollkommen entbehrlich. Der Bolzen 12 kann aus einem einzigen Stück oder Barren Aluminium gebildet sein, welches in bestimmter Länge abgeschnitten und an den Enden kalt umgebogen oder abgeflacht und durchbohrt werden

^ kann, um abgeflachte Enden 16 und 18 mit den Öffnungen 20 und 22 zu erhalten, um Bolzen aufzunehmen (nicht gezeichnet).

Der Leiterbolzen kann dann z.B. durch eine oäureätzung gereinigt werden und dann wenigstens auf seinem der Witterung ausgesetzten Ende 16 mit Zinn plattiert werden, um die Bildung von Aluminiumoxyd zu verhindern. Die gleiche Säureätzung kann auch zur Rein gung des Bolzens ausgeführt werden, damit der Gießharzkörperte

14 fest darauf haftet. Es kann auch nachfolgend alt Säure geätfst werden, oder es kann der Teil des Leiterbolzens, der mit dem

- 10. - Td/De

109831/0785 _{BAD 0R16INA}u

PLA 68/820b

isolierenden Körperteil zu verbinden ist, sandgestrahlt werden, um eine Oberfläche zu erzeugen, auf welcher das Gießharzsystem gut haftet.

Äachdem der Leiterbolzen 12 hergestellt worden ist, kann er in eine geeignete Form eingesetzt werden. Die Form kann in eine erhitzte Vakuumkammer gegeben werden, welche auf unter ungefähr 5 mm Hg evakuiert wird. Das Harzsystem, welches später im einzelnen beschrieben wird, wird dann in die evakuierte Form gegossen. Gießen im Vakuum ist erforderlich, um Lufteinschlüsse zu vermeiden,

. die die Gußetruktur schwächen und um Hohlräume an den Dichtungsetellen zu vermeiden. lach dem Gießen des flüssigen Gießharzayatems, das bei ca. tOO°C vergossen wird, wird die Form aus der Vakuumkammer entfernt und in einen Ofen 1 bis 4 Stunden auf 100 bis 120°C erhitzt, wobei die Zeitdauer von der gewählten Temperatur abhängig ist. Sach dem Vorwärmen, bei welchem das

. Qießharz geliert, kann die Form entfernt werden. Die Durchführung wird dann einer Nachhärtung bei ca. 150⁰C während 4 bis 8 Stunden unterworfen. Die Durchführung ist dann vollständig fertig und für den Einbau in ein Gerät geeignet.

Die Figuren 1 und 2 zeigen geeignete Formen für den Körperteil :. der Durchführung 10. Br kann zylindrisch und langgestreckt sein.

$as der Witterung ausgesetzte Ende kann einen größeren Durchmesser ./- feaben als das umhüllte Ende, um ein geflanschtes Teil 24 zu -;-. frhalten und ein Teil 26 mit einem kleineren Durchmesser. Das

26 ragt in eine passend geformte Öffnung im Gehäuse 28 des elektrischen Gerätes. Bei einem Verteilungstransformator beispiels-

- 11 -

109831/0785

Td/De

BAD ORIGINAL

68/82o! 765566

weise ist zum Dichten der öffnung eine Dichtung 30 zwischen dem Plansch bei 24 und dem Gehäuse 28 angebracht. Beliebige Mittel können verwendet werden, um die Durchführung 10 in dem Gehäuse sicher zu haltern. So kann, wie z.B. in den Figuren 1 und 2 gezeigt, der Teil 26 der Durchführung 10 eingeformte Gewindegänge 32 haben, welche in den federnden Teil 34 eingreifen. Das umhüllte Ende 18 der Durchführung 10 kann mit der elektrischen Wicklung des umhüllten Gerätes durch Mutter und Bolzen (nicht gezeichnet) vereinigt werden, und das dem Wetter ausgesetzte Ende kann mit eijaem ^ äußeren Leiter verbunden werden, ebenso mit Mutter und Bolzen (nicht gezeichnet). Eine Nut 36 kann in Teil 26 der Durchführung parallel zur Richtung des Leiterbolzens gelegt werden, um Mittel vorzusehen, die zusammenarbeiten mit einem entsprechend vorspringenden Teil des Gehäuses, um die Durchführung 10 abzufluchten und eine Drehung in der öffnung des Gehäuses 28 zu verhindern.

An eine elektrische Durchführung 10, wie sie in Verteilungstransformatoren angewendet wird, werden im Einsatz harte Forderungen gestellt. Diese verlangen insbesondere verbesserte Ver- ^ bindung von Leiterbolzen und festem Isoliermittel. Z.B. muß die Durchführung 10 mehrere thermische Belastungsteste mit Temperaturunterschieden von -40 bis 135⁰C passieren, ohne Riese zu bilden. Ferner muß das Harzsystem fest auf dem Leiterbolzen haften, damit keine Dichtungen erforderlich, sind. Die thermische Belastung mit Temperaturunterschieden kann nur erreicht werden, wenn der thermi sche Ausdehnungskoeffizient des festen Isolationaeyetems dem dee Leiterbolzens angepaßt 1st.

- 12 - " Td/D·

PLA 68/8205

Das feste Isolationssystem muß in flüssiger Form gut gießbar sein, um eine Durchführung gemäß der Erfindung herstellen zu können - · und um die Luft aus der Durchführung während des Vakuumgießens entfernen zu können.

Die elektrische Durchführung muß wetterbeständig sein,.rissefest, hochlichtbogenbeständig und kriechstromfest. Sie muß der Einwirkung von heißem Transformatorenöl bis zu 100⁰C widerstehen können. Außerdem muß sie hart sein und die Härte und Festigkeit bis au 1'35⁰C beibehalten. Diese Forderungen hinsichtlich der physikalischen und elektrischen Eigenschaften haben die bekannten | Durchführungen nicht erfüllt. Es konnten nur gewisse Eigenschaften hiervon erreicht werden. Andere Hachteile mußten dafür in Kauf genommen werden. Um z.B. die Härte, Festigkeit, Wetterbeständigkeit und den erforderlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zu erhalten, waren Füllstoffkonzentrationen erforderlich, welche die Viskosität des flüssigen Systems soweit erhöhen, daß es nicht »ehr gut vergießbar ist. Es ist zwar aus den eingangs erwähnten Patentschriften bekannt, wie die Füllstoffkonzentration erhöht werden kann unter Beibehaltung der Gießfähigkeit. Hiernach ist μ die Teilchengrößenverteilung von zwei verschiedenen Füllstoffen und das Harzsystea zu kontrollieren. Auch in Gegenwart von Mitteln, welche zusammen mit der besonderen Teilchengröße gefordert werden, •rfolgt ein gewisses Absetzen, das auf die Bewitterungseigeneohaften nachteilig wirkt.

Aluminiumoxydtrihydrat wird als Füllstoff verlangt, um die hohe notwendige Lichtbogen- und Kriochstromfestigkeit zu erreichen. Aluminiumoxydtrihydrat erh'öht normalerweise die Viskosität des

- 13 - BAD ORIGINAL Td/De

109831/0785

PIA 68/8205

flüssigen Systems. Es schwächt das erhaltene Bauteil und es erhöht seinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte elektrische Gießharz-Durchführung mit allen obengenannten gewünschten Eigenschaften. Der Leiterbolzen besteht vorzugsweise aus Aluminium. Die feste Isolation besteht aus einem Epoxydharz und geschmolzenem Quarz und Aluminiumoxydtrihydrat als Füllstoff. Die Teilchengrößenverteilung des geschmolzenen Quarzes ist zu beachten. Bei einer durchschnittlichen Aluminiumoxydtrihydrat-TeilchengröiJe

P entsteht bei einer Füllstoffkonzentration von 70 bis 75 ^t bezogen auf das Gesamtgewicht des Harzsystems, eine Viskosität des flüssigen Systems von 6000 cp (sehr flüssig). Mit den Partikelgrößen für geschmolzenen Quarz und Aluminiumoxydtrihydrat wird sogar ohne Hinzufügen von thixotropen Mitteln ein flüssiges gießbares System erreicht, das keinen Bodensatz zeigt. Ss wird eine glatte glasähnliche Appretur erhalten. Bei schärfsten Witterungseinflüssen werden nur geringe Flächenteile des Harzes geätzt oder entfernt. Die Oberfläche der Durchführung bleibt

tk glatt und glasähnlich, und sie nimmt weder Schmutz noch Feuchtigkeit auf. Weiterhin wird durch die besondere Kombination der Teilchengrößen des Füllstoffes bestehend aus geschmolzenem

Quarz und Aluminiumoxydtrihydrat ein Material erzeugt, welches äußerst lichtbogenbeständig und kriechstromfest ist. Darüber ,

hinaus ist auch der thermische Ausdehnungskoeffizient des Gußteils im wesentlichen der gleiche wie der der Aluminiumeinlage. Das Gießharzbauteil ist hart. Es widersteht den thermischen Belastungen durch Temperaturunterschiede. Es kann eingesetzt werden

-H- Td/De ·

109831/0785

in heißem Öl bei Temperaturen von 10O⁰C. Es bleibt hart und behält die hohe Festigkeit bei 1"55⁰C bei. Die Serreißfestigkeit des Gießharabauteils ist hoch, so daß sich die Durchführung auch nicht krümmt oder verdrillt bei .erhöhten Temperaturen durch den Druck, der auf die Durchführung durch den äußeren Netzleiter ausgeübt wird.

Der feste Teil der Isolation der Durchführung 10 enthält vorzugsweise ein Epoxydharz mit einem Epoxydäquivalentgewicht von ungefähr 125 bis 450, einen Härter und einen Beschleuniger betragend ungefähr 25 bis 30 Gew.-^ des Endharzes. Geeignete Epoxydharze sind z.B. aromatische Epoxyde, cycloaliphatische Epoxyde, novolakmodifizierte Epoxyde oder Mischungen hiervon. Sie sind im einseinen in den beiden oben angeführten Patenten beschrieben. Sie werden zusammen mit geeigneten Härtern und Beschleunigern eingesetzt.

Der Anteil an verwendeten mineralischen Füllstoffen beträgt ungefähr 70 bis 75 Gew.-$ des Gesamtsystems, wobei der geschmolzene Quarz ungefähr 50 i» des Gesamtgewichts ausmacht und Aluminiumoxydtrihydrat (Al₂O,*3HpO) die verbleibenden 20 bis M 25 Gew.-i» des Gesamtsystems beträgt. Die Größenverteilung der Teilchen und die des geschmolzenen Quarzes ist von Bedeutung. In Tabelle I sind die unteren und oberen Grenzen der erfindungsgemäßen Größenverteilung und besonders geeignete Gemische angegeben.

- 15 - Td/De

109831/0785 BAD original

Jl

Tabelle I

PLA 68/8205

Teilchengröße und Größenverteilung Füllstoffgrenzen (geschmolzener Quarz)

Teilchengröße	Bereich	in	bevorzugte Mischung	Gew.-96	94'
(Mikron)	86 bis 100		82
0,4	76 bis 95		70
1,0	60 bis 90		56
2,0	40 bi3 80		34
4,0	20 bis 60		12
10,0	0 bis 35		0
20,0	0 bis 18
30,0

Der Füllstoff Aluminiumoxydtrihydrat' hat eine durchschnittliche Teilchengröße von 6,5 bis 8,5 Mikron.

Elektrische Durchführungen den Figuren 1 und 2 entsprechend wurden in Übereinstimmung mit der Erfindung hergestellt unter Verwendung des folgendes Ansatzes:

Gewi	entstelle	,18
	100
	80	180
	0,
	360
145	bis

Aromatisches Epoxydharz
HexahydrophthalGäureanhydrid
Dimethylaminomethylphenol
geschmolzener Quarz
Aluminiumoxydtrihydrat

Die Viskosität des obigen Ansatzes beträgt bei 100 C 6000 cp. Er ist sehr gut gießfähig, und die Luft ist während dee Vakuumgießens leicht zu entfernen.

Der thermische Ausdehnungskoeffizient der gehärteten festen Isolation beträgt 25,2· 10~⁶/°C bei 25 und 125⁰C. Da der thtmtech«

- 16 109831/0785

Jd/Ö· BAD ORlOlNAL

PLA 68/8205

Ausdehnungskoeffizient des Aluminiumleiterbolzen3 23,86·10 /⁰C ist sind die thermischen Ausdehnungskoeffizienten im wesentlichen . gleich. Der unbedeutend höhere thermische Ausdehnungskoeffizient dee Harzsystems bewirkt, daß es sich während des Abkühlens fester an den Bolzen anlegt.

Die physikalischen Eigenschaften des Gießharzsystems sind hervorragend. Festigkeit und Härte werden bei erhöhten Temperaturen beibehalten. In Tabelle II sind Zerreißfestigkeit, Dehnung und der Elastizitätsmodul der Gießharzisolation bei Temperaturen von -40⁰C, 25⁰G, 100⁰C und 135⁰C angegeben.

Tabelle II

Physikalische Eigenschaften des festen Isolationssystems

Temperatur

Zerreißfestigkeit
k.g/cm²

•Dehnung

Elastizitätsmodul
kg/cm^

-40⁰C	25⁰C	ΙΟ⁶	10O⁰C	135⁰C
640	668	525	278
0,45	0,51	0,68	2,59
Ο,15·1Ο⁶	0,12·	0,1-10^b	J₁OS-I-'⁶

Die elektrischen Eigenschaften des Gießharzisoliertoiie sind ebenfalls hervor;ragend. Bei 5,5 Watt tritt keine Verminderung der Krieohstromfeetigkeit ein (bestimmt nach AIEE Seite 62-15/ von Kattdeloorn 4 Dakin, 1961). Die Isolation passierte auch 160 Einschaltungen ohne Verlust im Lichtbogen.

Bi# Äiederspannungsdurchführung von Verteilungstransformatoren kann auch andere Formen haben. Die Figuren 3_f 4 und 5 zeigen

- 17 -

Td/De

109831/0785

- PLA 68/8205

andere Auaführungsformen der Erfindung. So kann z.B. jede zweite Durchführung mit zwei oder mehreren Zweitstrorakreisen verbunden sein. Pig. 3 zeigt eine elektrische Durchführung 40, die erfindungsgemäß aus einem Aluminiumleiterbolzen 42 und einem Gießharzkörperteil 44 hergestellt sein kann. Das umhüllte Ende 46 des Bolzens kann in der gleichen Weise geformt sein wie der Bolzen 12 der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Durchführung 10. Es kann ein flach gedrucktes Teil sein, welches im Bolzen eine öffnung 48 enthält. Das den Einflüssen der Witterung ausgesetzte Ende 50 des Bolzens 42 kann als größeres ebenes Bauteil geformt sein. Es kann viele öffnungen haben, beispielsweise die öffnungen 52. Die Anzahl der öffnungen richtet sich nach den Erfordernissen der Anwendung.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch eine einzelne Durchführung hergestellt werden, welche alle Niederspannungsausgangsstromkreise eines Transformators enthält. Z.B. zeigen die Figuren und 5 eine Vorderansicht und eine Draufsicht einer DurchführungB-anordnung _60, welches gemäß der Erfindung hergestellt sein kann. Das Durchführungsbauteil 60 enthält einen GieSharateil 62 mit ^ zwei getrennten elektrischen Stromkreisen. Der Gieflharzteil 62 enthält einen Teil 64, welcher in das Gehäuse des elektrischen Gerätes hineinragt, und einen Teil 66, welcher außerhalb des Gehäuses ist und welcher einen größeren Durchmesser ale das Teilt hat, um einen Flansch 68 zu bilden, der zusammen mit einer Dichtung die öffnung in dem Gehäuse des Gerätes (nicht gezeigt) bewirkt.

Teil 64 der Durchführung 60 kann vollständig eingegossene Gewinde

- 18 - ' W/De

109831/0785

BAD ORIGINAL ,

PLA 68/3205

haben ähnlieh den in den Figuren 1 und 2 dargestellten, um ein federndes Ineinandergreifen zu erhalten, oder es kann, wie in Fig. 4 gezeigt, der Teil 64 ringsherum eine Rinne 65 haben, die zusammenwirkt mit einer herkömmlichen Anordnung aus einer ringförmigen Schraubenfeder und einem Flansch..

Jede elektrische Stromdurchführungsanordnung j50 enthält einen stabfcrmigen festen Leiter, beispielsweise die Leiter 70 und 72, welche aus dem Teil 64 der Durchführung nach außen reichen. Sie haben am äui3eren Teil eine Öffnung, beispielsweise die Öffnung in dem Leiter 7J, um einen Bolzen :vx erhalten. Die anderen Enden (| des Leiters 70 und 12 werden in Teil 66 des Isolierkorperteils 6."¹ •eingebettet. Sie sind mit biegsamen "Kabeiloitern 76 und 73 verbunden. Die Kabelleitungen 76 und 'ö haben eine feste Isolation auf einem flexiblen Leiterteil. So ist beispielsweise eine feste Isolation 30 auf dem Leiter 82 des Kabeln 78. Ein kurzes Stück der festen Isolation wird vom Ende der Kabel 76 und 78 entfernt. Der Leiterteil· wird hartgelötet oder in anderer ge-. eigneter Weise mit den Leitern 70 und ⁿ2 verbunden. Die feste Isolation bettet so die Anschlüsse zwischen den Kabeln 76 und und den Leiterstäben 70 und 72 in Teil 66 ein, wobei die feste Isolation der Kabel in Teil 66 hineinragt, um den Leiterteil der Kabel 76 und 78 vollständig zu isolieren.

Elektrische Gießharz-Durchführungen gemäß der Erfindung können in beliebigen elektrischen Geräten, beispielsweise Transformatoren, eingesetzt werden. Sie haben kleinere Herstellungskosten als die früher angewandten Porzellandurchführungen und bessere physika-

- 19 - Td/De

BAD OFt,_GlNAL

I 109831/0785

er-' '·■■-■

ft * PLA 68/8205

lische und elektrische Eigenschaften als die früheren gegossenen elektrischen Durchführungen. Die Gießharzisolation wird direkt aufgebracht. Sie haftet fest auf dem Leiterbolzen. Muffen oder andere Hilfsmittel, um ein Springen während einer thermischen Belastung durch Temperaturunterschiede zu verhindern, sind nicht erforderlich, da der thermische Ausdehnungskoeffizient der Gießharzisolation im wesentlichen der gleiche ist wie der des Leiterbolzens. Pernerhin erzeugen gemäß der Erfindung angewandte Füllstoffgehalte ein hartes äußerst beständiges Gefüge,

™ welches sehr hohe Festigkeit bei erhöhten Temperaturen aufweist» wobei trotz des hohen Füllstoffgehaltes das Harz nicht zu viskos zum Gießen ist. Es war besonders überraschend, daß durch die erfindungsgemäße Füllstoffkombination von geschmolzenem Quarz und Aluminiumoxydtrihydrat, wobei das letztere notwendig ist, um die erforderliche hohe Lichtbogenbeständigkeit und Kriechstromfestigkeit zu erzeugen, die Größenverteilung des Aluminiumoxydtrihydrats nicht zu kontrollieren ist. Die im einzelnen angegebene Verteilung der Größe des geschmolzenen Quarzes und die im einzel-

fe nen angegebene durchschnittliche Größe des Aluminiumoxydtrihydrats wirken zusammen, um ein Harzsystem zu erzeugen, in welchem kein wahrnehmbares Absetzen von Füllstoffen eintritt. So hergestellte Durchführungen zeigten sich gegen die Einflüsse der Witterung ganz resistent.

4 Patentansprüche

5 Figuren

- 20 - Td/De

109831/0785

Claims

J. ±in. v»^·/ Ö2Q5 Patentansprüche

1. Elektrischer Isolator, insbesondere Durchführung aus einem metallischen Leiterbolzen und einem Gießharzkörper aus mit geschmolzenem Quarz und Aluminiumoxydtrihydrat gefülltem Epoxydharz, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des Gießharzkörpers eine leicht gießbare Harzmasse mit einem Gehalt von 25 bis 30 Gew.-^ Epoxydharz, Härtungsmittel und Beschleuniger, ca. 50 Gew.-fi geschmolzenem Quarz mit zunehmender Größenverteilung und einer Teilchengröße von 0,4 bis 30 Mikron und 20 bis 25 Gew.-# Aluminiumoxydtrihydrat einer Teilchengröße von 6,5 bis 8,5 Mikron verwendet ist.

2. Elektrischer Isolator nach "Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Leiterbolzen ein Aluminiumbolzen verwendet ist.

3. Elektrischer Isolator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß von den geschmolzenen Quarzteilchen bis zu 18 Gew.-# > 30 Mikron, bis zu 35 Gew.-# > 20 Mikron, ungefähr 20 bis 60 Gew.-^ > 10 Mikron, ungefähr 40 bis

80 Gew.-# ), 4 Mikron, ungefähr 60 bis 90 Gew.-# > 2 Mikron, % ungefähr 76 bis 95 Gew.-# > 1 Mikron und ungefähr 86 bis 100 Gew.-$> > 0,4 Mikron sind.

4. Elektrischer Isolator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gießharzkörper gebildet ist aus ungefähr

- 21 - Td/De

109831/0785

10 Gewichtsteilen Epoxydharz, ungefähr 80 Gewichtateilen Härtungsmittel, ungefähr 0,28 Gewichtsteilen Beschleuniger, ungefähr 360 Gewichtsteilen geschmolzenem Quarz und ungefähr 145 bis 180 Gewichtsteilen Aluminiumoxydtrihydrat, wobei yon dem geschmolzenen Quarz bis zu 18 Gew.-# / 30 Mikron, bis zu 35 Gew.-# > 20 Mikron, ungefähr 20 bis 60 Gew.-^

> 10 Mikron, ungefähr 40 bis 80 Gew.-# > 4 Mikron, ungefähr 60 bis 90 Gew.-% > 2 Mikron, ungefähr 76 bis 95 Gew.-^ s> 1 Mikron und ungefähr 86 bis 100 Gew.-i* > 0,4 Mikron sind.

- 22 - Td/De

BAD ORIGINAL