DE2137150B2

DE2137150B2 - Unter lichtbogeneinwirkung loeschgasabgebende substanz

Info

Publication number: DE2137150B2
Application number: DE19712137150
Authority: DE
Inventors: Paul W Lafayette Ind. Jones (V.St.A.)
Original assignee: gasabgebende Substanz Rostone Corp, Lafayette, Ind. (V.St.A.)
Priority date: 1970-07-30
Filing date: 1971-07-24
Publication date: 1977-11-03
Also published as: CA969753A; DE2137150A1; DE2107337A1; GB1336165A; JPS5634961B1; BE768856A

Description

wenn de Substanz einen zur Karbonisierung l tdteil aufweist. »" diesem Falle dient

etbessiun? der lichtbogenlöschenden einer Melamin und thermoplastisches Äen Substanz wird jedoch dadurch

Kr3ge« Spannungswerte ist eine andere Gattung von Hchtboger.löschenden Substanzen bekannt STc₈ 37 673), die auf Tonerdehydratbas.s aufgebaut S Diese Substanzen eignen sich dafür aber wiederum nicht für hohe Spannungswerte.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte unter Lichtbogeneinwirkung löschgasabge-K ,Te Substanz in ihrer Löschwirkung zu verbessern. ^b"iindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Tonerdehydrat in einer Menge zwischen 5 und w-% als in Zusammenwirkung mit dem Melamin r Löschwirkung verbesserndes Mittel enthalten

Durch diese Maßnahme wird nicht nur der Spannungsbereich vergrößert, in welchem die Substanz zum Sbogenlöschen angewendet werden kann, sondern e wird zusätzlich auch der Bere.ch der Stromstarken för alle Spannungswerte erhöht. Darüber hinaus wird durch die Beimengung von Tonerdehydrat die mechanische Festigkeit von aus dieser Substanz gefertig en Teilen gegenüber Lichtbogeneinwirkung stark erhöht.

Die erfindungsgemäße Substanz enthält vorzugsweise 10 bis 50 Gew.-% des thermoplastischen Bindemittels und mindestens 10 Gew.-°/o Melamin

Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn mindestens so viel Melamin wie Bindemittel in der

SA i

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Die Erfindung betrifft sine unter Lichtbogeneinwirkung löschgasabgebende Substanz, die Melamin, ein Bindemittel aus thermoplastischem Harz und Tonerdehydrat enthält. Derartige Substanzen finden Verwendung an Wänden und Flächen, die Lichtbögen ausgesetzt sind, beispielsweise in elektrischen Trennschaltern, um die Trenneigenschaften derartiger Vor- bo richtungen zu verbessern.

Eine bekannte Substanz der genannten Art (BE-PS 7 21 444) entfaltet ihre Wirkung dahingehend, daß das aus dem thermoplastischen Harz bestehende Bindemittel sich unter der Einwirkung eines Lichtbogens schnell verflüchtigt, ein großes Gasvolumen bildet und das Melamin explosionsartig in den Kern des Lichtbogens treibt, wodurch die lichtbogenlöschenden Eigenschaften Als Binaemiu« *«... Polyäthylenharz, Polytetrafluoräthylenharz, Acrylharz, Azetalharz, Zellulosepolymer usw. verwendet werden.

Darüber hinaus kann die Substanz einen geringen Prozentsatz eines zusätzlichen Bestandteils enthalten, der im wesentlichen ein stark elektronegatives Element aus der Gruppe: Fluor, Chlor, Brom Jod Schwefel Phosphor und Bor enthält, das in dem Bestandteil vorwiegend in kovalenten Bindungen gebunden ist, wobei der Bestandteil im wesentlichen zu den übrigen Komponenten der Substanz nicht reaktiv und unter den vorherrschenden Bedingungen nicht leitend ist.

Die in den Unteransprüchen als Bindemittel aufgeführten thermoplastischen Harze sowie die beanspruchten zusätzlichen, stark elektronegative Elemente enthaltenden Bestandteile sind durch den nachgewiesenen Stand der Technik bekannt.

Die erfindungsgemäße Substanz wird an Flachen verwendet, die in Stromtrennvorrichtungen Lichtbogen ausgesetzt sind. Es können aus dieser Substanz elektrische Isolierelemente gefertigt werden, die Teile der Vorrichtung bilden, und die Formlinge können Einsätze tragen, die als Kontakte oder sonstige mechanische Teile der Vorrichtung ausgebildet sind. Ferner kann die Substanz als Einsatz für Bauteile ausgebildet sein, die aus anderen Werkstoffen geformt sind so daß sie nur für die lichtbogenlöschenden Zwecke dient, und zwar in Form von Lichtbogenschäch-

oder Wandauskleidungen, wo sie die Lichtbogen

^tf? fließen und diesen direkt ausgesetzt sind. Die

Fnsätze können als getrennte Teile geformt und

hergestellt werden, oder sie können derart gefertigt

daß die Substanz auf oder in einen zuvor schon

^Seif mten Teil geformt oder eingeformt wird. Ferner

Ü-nnen die Substanzen als Oberflächenbeschichtungen

ndet werden, beispielweise dadurch, daß die

~^eC\_anz mit einem Bindemittel flüssig gemacht und

diese Substanz in der Art eines Farbanstriclis aufgetra-

IO

2S

35

Q_Erfindung is« im nachfolgenden anhand von Aiisführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Dehnungen näher erläutert. In den Zeichnungen ist

pig 1 ein Schatibild einer Vorrichtung zur Prüfung unter Lichtbogeneinwirkung Löschgas abgebenden Substanzen der hier in Frage stehenden Art,

pig 2 ein senkrechter Schnitt in schematischer Darstellung durch eine Vorrichtung zur Prüfung von Lichtbogeneinwirkung Löschgas abgebenden Substance i g 3 ein Schnitt an der Linie 5-5 der F i g. 2 und

pig 4 eine grafische Darstellung der Ergebnisse von Prüfungen, die in einer Vorrichtung gemäß Fig. 1 und 2/3 durchgeführt wurden.

Beispiel I

Die in F i g. 2 und 3 gezeigte Prüfvorrichtung wurde verwendet um Versuche durchzuführen, die zu den in Fie 4 gezeigten Ergebnissen führten. Die Prüfvorrichtung weist zwei Kontaktstücke 60 und 62 auf, die in einem kastenartigen Gehäuse 64 untergebracht sind und durch zwei Brückenkontaktstücke 66 geschlossen werden können, welche auf einem Querstück 68 sitzen, das mit einem Stößel 70 verbunden ist Dadurch können die Brückenkontaktstücke 66 in und außer Anlage mit den Kontaktstücken 60 und 62 gehoben und gesenkt werden um dazwischen einen Stromkreis zu schließen. In einem Versuchsaufbau sind die Kontaktstücke 60 und 62 an einen 600-Volt-Stromkreis angeschlossen, und ein Oszillograph 65 ist an die Kontaktstücke 60 und 62 über einen Umformer 67 angeschlossen. Der Oszillograph zeigt keine Spannung an, wenn die Kontaktstücke «schlossen sind, und wenn die Kontaktstücke geöffnet werden nimmt der Spannungsabfall am Lichtbogen zu, bis der Lichtbogen erlischt und die volle Spannung an den Kontaktstücken registriert wird. Die Zeit, während der der Lichtbogen aufrechterhalten bleibt, bildet ein Maß für die Wirkung der unter Lichtbogeneinwirkung löschgasabgebenden Substanz in der Prüfvorrichtung. Die Dauer des Lichtbogens wird in Halbperioden eines 60-Hertz-Stroms gezählt.

Bei dem Gehäuse 64 handelt es sich um einen geformten Körper aus einer normalen Formsubstanz hoher Festigkeit, aus Polyäthylenharz, aus Glasfaser und aus Tonerdehydrat. Seine Endwandpartien 72 sind mit Ausnehmungen 74 versehen, die mit Einsätzen 75 aus verschiedenen unter Lichtbogeneinwirkung löschgasabgebenden Substanzen gefüllt sind. Der Boden des Gehäuses ist durch eine Bodenwand 76 verschlossen. Bei dem Betrieb einer solchen Prüfvorrichtung bewirken magnetische Feldeinflüsse ein Ausbiegen des zwischen den Kontaktstücken gebildeten Lichtbogens nach außen aus dem Bereich zwischen den Kontaktstukken und damit gegen die Einsätze 75 aus der zu prüfenden Substanz.

Beim Versuch werden die Brückenkontaktstucke die Kontaktstücke 60 und 62 geschlossen und dann einmal alle zehn Sekunden geöffnet, und die erforderliche Zeit zum Unterbrechen des Stromkreises beim öffnen der Kontaktstücke wird in Halbperioden von 6U-Hertz-Strom gezählt. Eine solche Versuchsfolge wird 50mal für jeden Versuch wiederholt, und die Zählung von Halbperioden für die 50 Folgen wird gemittelt, um eine einzige Größe für das Versuchsergebnis zu liefern. Für jede geprüfte Substanz wurde ein Versuch mit 50 Folgen bei verschiedenen Stromwerten durchgeführt, und zwar in progressiv größer werdenden Schritten, so daß jede Substanz einer Reihe von solchen Versuchen jeweils mit 50 Schaltfolgen mit progressiv zunehmenden Stromgrößen unterzogen wurde.

Die Versuchsergebnisse für vier Substanzen sind in F i g. 4 gezeigt. Die vier Substanzen, die als Substanz A, B, C und D gekennzeichnet sind, enthielten die Bestandteile und die Anteile, die in der nachfolgenden Tabelle angegeben sind.

Substanz A B

Melamin

Bindemittel
Polyäthylen
Melaminharz

Tonerdehydrat

Kieselerde-Füllstoff

3 3

15
85

3 1

3 4

45

In jedem Fall wurden die Bestandteile der Substanz gründlich miteinander vermengt und dann in die Ausnehmungen 74 zuvor hergestellter Gehäuse 64 heiß eingeformt.

Die Substanz A, bestehend aus Tonerdehydrat und Melaminformaldehydharz, ist repräsentativ für die bereits bekannten Tonerdehydrat-Substanzen.

Das als das Bindemittel in dieser Substanz verwendete Melamin-Formaldehydharz ist nicht das gleiche wie Melamin, die Verbindung in den Substanzen B bis D, vielmehr handelt es sich dabei um ein wärmehärtendes Harzbindemittel, das im großen Maße zur Verkohlung neigt und das nicht die lichtbogenlöschenden Eigenschaften von Melamin selbst hat.

Die Substanz A wurde in einer Reihe von 50-Folge-Versuchen mit progressiv zunehmenden Stromwerten von 100 Ampere bis 410 Ampere geprüft. Die Kontaktstücke 60,62,66 wurde 50mal in Intervallen von zehn Sekunden geöffnet, die für die Lichtbogenlöschung bei jeder öffnung benötigte Zeit wurde in Halbperioden gezählt, und die 50 Zählungen wurden gemittelt. Die entstehenden Durchschnitts-Löschungszeiten für die sukzessiven Versuche sind durch die Kurve A in der grafischen Darstellung der Fig.4 gezeigt. Die durchschnittliche Löschzeit betrug weniger als 1,1 Halbperioden für jeden der Versuche bei 100,160, 210,265 und 320 Ampere, bei anschließenden Versuchen bei 365 Ampere und 410 Ampere nahm jedoch die Lichtbogenlöschzeit abrupt zu, und die Kurve 4 steigt deshalb nach der 320-Ampere-Stelle steil an. Die Lage dieser abrupten Zunahme ist bezeichnend für einen Vergleich mit der Prüfung anderer Substanzen.

Die Substanz B bestand aus drei Teilen jeweils aus Melamin, Polyäthylenharzbindemittel und Kieselerde-Füllstoff. Diese Substanz ist repräsentativ für eine Anzahl von gemäß dem Stand der Technik bekannten Substanzen, die im wesentlichen aus Melamin und einem thermoplastischen Bindemittel bestehen. Mit der Sub-

stanz B wurden wiederum eine Reihe von Versuchen in der in Fig. 2 und 3 gezeigten Prüfvorrichtung durchgeführt, und zwar bei progressiv zunehmenden Stromstärken von 100 bis 410 Ampere. Bei jedem Amperewert wurden die Kontaktstücke einmal alle zehn Sekunden 50mal hintereinander geöffnet, und die für die Stromtrennung erforderliche Zeit bei jeder solchen öffnung wurde festgestellt und in Halbperioden gezählt. Die durchschnittliche Trennzeit für die jeweilige Stromstärke ist in der grafischen Darstellung durch die Kurve B in F i g. 4 wiedergegeben. Bei der Substanz B nahm die Trennzeit progressiv in den sukzessiven Versuchen von 100 Ampere bis 265 Ampere mäßig zu, und dann erhöhte sie sich schnell bei den anschließenden Versuchen bei 320,365 und 410 Ampere, so daß die Kurve B bei diesen Ampere-Werten steil anstieg.

Die Substanzen C und D stellen die Substanzen gemäß der Erfindung dar. Die Substanz C enthielt drei Teile jeweils aus Melamin, Polyäthylenharzbindemittel und Tonerdehydrat, und die Substanz D enthielt ein Teil Melamin, ein Teil Polyäthylenharzbindemittel und vier Teile Tonerdehydrat. Diese Substanzen wurden in der gleichen Weise wie die bekannten Substanzen A und B geprüft. Bei beiden diesen Substanzen betrug die durchschnittliche Lichtbogenlöschzeit bei 50 Kontaktstücköffnungen in jedem Versuch nur etwa 1,1 Halbperioden oder weniger über alle Art sukzessiven Versuche von 100 Ampere bis zu einer Amperehöhe von 460 Ampere hinweg, und die Lichtbogenlöschzeit nahm bis 460 Ampere nicht abrupt zu.

Bei diesen vier Versuchen zeigten also die Substanzen A und B einen scharfen Anstieg in der Lichtbogenlöschzeit in sukzessiven Versuchen nach 320 Ampere, während die Substanzen C und D Lichtbogenlöschzeiten ergaben, die im Mittel nur etwa 1,1 Halbperioden oder weniger über eine viel größere Anzahl von sukzessiven Versuchen und viel höheren Stromstärkewerten ergaben.

Beispiel II

Es wurden Versuche mit verschiedenen Substanzen unter Verwendung der in F i g. 1 gezeigten Prüfvorrichtung durchgeführt. Diese Prüfvorrichtung besteht aus einem hebeiförmigen beweglichen Kontaktstück 80, das um ein festliegendes Gelenk 82 herum in und außer Berührung mit zwei Kontaktbacken 84 geschwungen werden kann. Das Kontaktstück 80 wurde von einem Arm 83 betätigt, der es mit einer Schnappwirkung zwischen die offenen und die geschlossenen Stellungen schwenkte. Zwei Platten 86 aus einer unter Lichtbogeneinwirkung Löschgas abgebenden Substanz wurden nahe neben den Bewegungsweg des beweglichen Kontaktstückes 80 angeordnet. Diese Platten 86 wurden mit Kerben 88 am unteren Ende versehen, um Platz für die Kontaktbacken 84 zu lassen. Die Platten erstreckten sich so ausreichend über die Kontaktbacken hinweg, um den Lichtbogen einzufassen, der sich zwischen dem beweglichen Kontaktstück um den Kontaktbacken bildete, wenn die Prüfvorrichtung geöffnet wurde.

Bei den Versuchen wurde das Kontaktstück 80 aus den Kontaktbacken 84 in einer Reihe von Schaltvorgängen herausgezogen, wobei die Platten 86 aus verschiedenen Prüfsubstanzen bestanden. Es wurde festgestellt, mit welcher Effektivität die Prüfsubstanzen den Lichtbogen löschten, der zwischen dem beweglichen Kontaktstück und den Kontaktbacken entstand.

Ein Versuch wurde mit Platten aus einer Substanz E durchgeführt, die repräsentativ für derartige bekannte Substanzen aus zwei Teilen Melamin und einem Teil Polyäthylenharzbindemittel bestand. Diese Bestandteile wurden im Trockenpulverzustand gemischt und dann in die Form von flachen Tafeln heißgeformt. Die Platten 86 wurden aus solchen Tafeln geschnitten. Für diesen Versuch wurden das Kontaktstück bzw. Kontaktbacken so angeschlossen, daß sie einen Stromkreis bei 50 kV und 200 Ampere trennen.

ίο Obgleich die Substanz E in den Platten 86 zunächst wirksam war, um den Lichtbogen zu löschen, wurden die Platten 86 aus der Substanz E nach drei oder vier öffnungen der Kontaktstücke so weich und verformten sich durch die Wärme des Lichtbogens in einem solchen

Maße, daß sie mechanisch die öffnung des beweglichen Kontaktstücks 80 störten und eine Fortsetzung des Versuchs verhinderten.

Ein weiterer Versuch wurde mit der gleichen Vorrichtung durchgeführt, und zwar unter Verwendung einer Substanz F, die erfindungsgemäß aus zwei Teilen Melamin und einem Teil Polyäthylenharzbindemittel (das gleiche wie bei der Substanz E) sowie aus einem Teil Tonerdehydrat bestand. Erneut wurden die Bestandteile trockengemischt und in Tafeln heißgeformt, aus denen die Platten hergestellt wurden. Bei Platten 86 aus der Substanz F wurde der Lichtbogen effektiv während laufend wiederholter Öffnungen der Kontaktstücke bei mehr als 300 öffnungen gelöscht, ohne daß eine merkliche Erweichung oder Verformung der Platten auftrat. Versuche wurden dann mit den gleichen Platten bei höherer Stromstärke durchgeführt, nämlich bei 300 Ampere und 15 kV, und die Platten aus der Substanz F waren erneut wirksam in der Löschung des Lichtbogens, der sich zwischen dem beweglichen Kontaktstück 80 und den Kontaktbacken 84 bildete, und zwar in einer laufenden Folge von Trennvorgängen, ohne daß die Platten sich erweichten oder verformten, Danach wurden Versuche bei 22 kV und 200 Ampere durchgeführt, und die Platten aus der Zusammensetzung F waren erneut wirksam. Danach erfolgten Versuche bei 15 kV und 400 Ampere, und die Platten aus der Substanz F waren erneut in dem Löschen des Lichtbogens wirksam, und zwar in einer laufenden Folge von Trennvorgängen der Kontaktstücke. Wo alsc die Substanz E durch Erweichen und durch mechanische Verformung innerhalb einiger weniger Schaltvorgänge ausfiel, erbrachte die Substanz F eine effektive Lichtbogenlöschung und hielt ihren mechanischer Zusammenhalt über eine Anzahl von Versuchen hinweg

so mit laufend wiederholten Trennvorgängen aufrecht, unc zwar bei den gleichen und höheren Energiebedingunger und bei insgesamt mehreren 100 Schaltvorgängen.

Beispiel III

Mit der in F i g. 2 und 3 dargestellten Prüfvorrichtuni sind einige Versuche mit weiteren Substanzen G und r gemacht worden. Diese wiesen folgende Zusammenset do zung auf:

Substanz G:

zwei Teile Melamin, ein Teil Polyäthylenbindemit tel und ein Teil Tonerde;
ds Substanz H:

außer den gleichen Bestandteilen wie die Substan; G zusätzlich 5% von Amoniumfluorbora (NH4BF3).

Die Versuche wurden unter den gleichen Bedingungen durchgeführt, wie sie in Beispiel 1 beschrieben sind, und zwar bei einer Spannung von 600 Volt und bei nacheinander ansteigenden Stromwerten, wobei bei jedem Stromwert 50 Öffnungen der Kontaktstücke

durchgeführt wurden. Die Versuche besläti Wirksamkeit der Melamin, Tonerde und Pol; bindemittel enthaltenden Substanz G. Die SuI zeigte im Vergleich zu der Substanz G nocl Ergebnisse.

Hierzu 2 Wall /.

Claims

Patentansprüche: des Melamins Substanz eignet

1. Unter Lichtbogeneinwirkung Löschgas abgebende Substanz, die Melamin, ein Bindemittel aus thermoplastischem Harz und Tonerdehydrat enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Tonerdehydrat in einer Menge zwischen 5 und 72 Gew.-% als in Zusammenwirkung mit dem Melamin dessen Löschwirknng verbesserndes Mittel enthalten ist.

2. Substanz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie 10 bis 50 Gew.-°/o des thermoplastischen Bindemittels und mindestens 10 Gew.-°/o Melamin enthält.

3. Substanz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens so viel Melamin wie Bindemittel enthält.

4. Substanz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel ein Polyäthylenharz ist. 2c

5. Substanz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Bindemittel um ein Polytetrafluoräthylenharz handelt.

6. Substanz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel ein Acrylharz ist.

7. Substanz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel ein Azetalharz verwendet wird.

8. Substanz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel ein Zellulosepolymer ist.

9. Substanz nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen geringen Prozentsatz eines zusätzlichen Bestandteils enthält, der ein stark elektronegatives Element aus der Gruppe: Flour, Chlor, Brom, Jod, Schwefel, Phosphor und Bor enthält, das in dem Bestandteil vorwiegend in kovalenten Bindungen gebunden ist, wobei der Bestandteil im wesentlichen zu den übrigen Komponenten der Substanz nicht reaktiv und unter den vorherrschenden Bedingungen nicht leitend ist.

werden. Diese bekannte . _{Linie nur fur hohe}

^^ _{sind die}

lÄSTJSv Xit. Tonerdehydrat wird dieser Loscnweric Bestandteil nur dann n.nzuge-