EP0028281B1 - Mechanisch beanspruchtes Kunststoff-Isolierteil mit Glasfaserverstärkung ohne Bor und Borverbindungen für Schwefelhexafluorid-Gas enthaltende Hochspannungs-Schaltanlagen - Google Patents

Mechanisch beanspruchtes Kunststoff-Isolierteil mit Glasfaserverstärkung ohne Bor und Borverbindungen für Schwefelhexafluorid-Gas enthaltende Hochspannungs-Schaltanlagen Download PDF

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    • Y10T428/31616—Next to polyester [e.g., alkyd]

Definitions

  • the invention relates to a mechanically stressed plastic insulating part according to the preamble of claim 1.
  • Such insulating parts such as shift rods, must be able to transmit high, often jerky, forces over longer periods of time without breaking or damage occurring.
  • the known glass fiber reinforced plastic insulating bodies also lose so much strength due to the decomposition products mentioned that they are no longer able to perform the reinforcement function intended for them.
  • the invention has for its object to provide mechanically stressed plastic insulating parts for high-voltage switchgear containing sulfur hexafluoride gas, in which electrical discharges and / or arcs occur at least temporarily, these insulating parts having a high mechanical strength against the decomposition products of SF6 should be sufficiently stable and should be economically advantageous.
  • Such glass fibers are commercially available inexpensively.
  • plastics known per se can be used, for example epoxy resins, polyester resins, silicone resins, polyurethane resins, phenolic resins and melamine resins.
  • Resin compositions are naturally preferred in the production of the insulating parts according to the invention, which have a pot life sufficient for mixing and the best possible shaping at a relatively low viscosity.
  • Known cycloaliphatic epoxy resins are advantageous in this regard when using suitable hardeners.
  • size-free glass fibers are contained in the insulating part according to the invention.
  • Such fibers can e.g. obtained from sized fibers by heat treatment.
  • the initial strength of the insulating parts can be lower than for those with the same but sized glass fibers. This could be due to fiber breakage and thus shorter fiber length.
  • a fragmentary, longitudinally sectioned section of an encapsulation tube 1 is shown, the cavity 2 of which is filled with SF 6 gas, and in which a tubular, hollow shift rod 3 is arranged lengthwise. Detects at the partially cut point of the shift rod 3 one that their wall 4 is a laminate of a glass fiber reinforcement 5 and a plastic 6.
  • two shift rods are provided with a glass fiber reinforcement made of commercially available glass free of boron and boron compounds and low in alkali according to FR-A-1 435073.
  • the fibers of the first shift rod are sized, those of the second shift rod are unsized.
  • a third shift rod is made as a comparison test with a glass fiber reinforcement made of commercially available E-glass, which contains boron and has a normal alkali content.
  • a plastic mixture was prepared for the casting, which contained 100 parts by weight of cycloaliphatic epoxy resin and 80 parts by weight of hexahydrophthalic anhydride.
  • Laminating was carried out by first venting at 100 ° C. under vacuum, then gelling at excess pressure and finally curing at normal pressure and 140 ° C.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein mechanisch beanspruchtes Kunststoff-Isolierteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Derartige Isolierteile, wie Schaltstangen, müssen hohe, oft auch ruckartig auftretende Kräfte über längere Zeitabschnitte übertragen können, ohne dass Bruch oder Beschädigung auftritt.
  • Nun ist es aber bekannt, dass Silizium und Bor enthaltende Materialien, wie Porzellan, Quarzsand-Kunststoffteile und glasfaserverstärkte Kunststoffe, durch die Zersetzungsprodukte von SF6 so beeinflusst werden, dass ihr elektrischer Widerstand oft schon nach kurzer Betriebszeit unzulässig abnimmt.
  • Nach der CH-A-466391 wurde deshalb der Verzicht auf Silizium und Borverbindungen in den lsolierteilen postuliert, wodurch sich der gefürchtete Widerstandsabbau vermeiden lassen soll.
  • Ohne Faserstoffe, die zwar eine hohe Festigkeit und Elastizität, aber eine geringe elastische Dehnung aufweisen, lassen sich aber z.B. Schaltstangen kaum herstellen. Wollte man auf Glasfasern verzichten, weil sie Silizium und Bor enthalten, müsste auf Produkte ausgewichen werden, die aus Preisgründen wieder ausscheiden.
  • Es ist denn auch nach der DE-A1-2429475 vorgeschlagen worden, die Glasfaser-Kunststoffschicht einer Schaltstange durch eine Schutzschicht aus Kunstoff und organischen Faserstoffen, wie Polyesterfasern, zu schützen. Es hat sich aber gezeigt, dass die gefürchteten Zersetzungsprodukte des Schwefelhexafluorids auch durch solche Schutzschichten diffundieren und die Glasfasern angreifen.
  • Die bekannten glasfaserverstärkten Kunststoff-Isolierkörper verlieren ausserdem durch die genannten Zersetzungsprodukte so erheblich an Festigkeit, dass sie nicht mehr in der Lage sind, die ihnen zugedachte Armierungsfunktion zu erfüllen.
  • Bei dem in der DE-A1-25 38 400 beschriebenen, mit einer mechanischen Verstärkung versehenen Kunststoff-Isolierkörper wird eine Glasfaserverstärkung aus Kalziumaluminatglas ohne Silizium-, Bor- und Alkaligehalt vorgeschlagen. Dieses Glas ist gegenüber den Zersetzungsprodukten des Schwefelhexafluorids widerstandsfähig und weist in Verbindung mit dem Kunststoff-Bindemittel eine ausreichende mechanische Festigkeit auf. Diese Lösung ist jedoch wirtschaftlich nachteilig, weil Kalziumaluminatglasfasern relativ teuer sind.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mechanisch beanspruchte Kunststoff-Isolierteile für Schwefelhexafluorid-Gas enthaltende Hochspannungs-Schaltanlagen, in denen mindestens zeitweise elektrische Entladungen und/oder Lichtbögen auftreten, zu schaffen, wobei diese Isotierteile eine hohe mechanische Festigkeit aufweisen, gegen die Zersetzungsprodukte des SF6 ausreichend beständig sein und wirtschaftlich vorteilhaft sein sollen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Kunststoff-Isolierteil nach dem Anspruch 1 vorgeschlagen.
  • Es hat sich nämtich entgegen der Lehre der CH-A-466 391 gezeigt, dass bei Abwesenheit von Bor und dessen Verbindungen ein alkaliarmes Siliziumglas als Material der Verstärkungs-Glasfasern gut geeignet ist, ohne dass der bislang befürchtete starke Abbau des elektrischen Widerstandes und der mechanischen 'Festigkeit durch die Zersetzungsprodukte des SF6 auftritt. Ein gewisser Abbau der genannten Eigenschaften ist zwar nicht ganz auszuschliessen, er wird aber bei erfindungsgemässen Isofierteilen so bescheiden sein, dass deren Betriebstauglichkeit erhalten bleibt.
  • Als besonders geeignet haben sich Glasfasern nach der FR-A-1 4'35 073 erwiesen, die aus einem Glas bestehen, das aus 50 bis 65 Gew.-% Si02, 20 bis 30 Gew.-% Al2O3, 5 bis 20 Gew.-% MgO und 2 bis 10 Gew.-% CaO besteht, wobei die Gewichtsprozentsumme von CaO und MgO mindestens 15 und höchstens 25, der Quotient der Gewichtsprozente von SiO2 und Al2O3 mindestens 2 und höchstens 2, 8 sowie der Quotient der Gewichtsprozente von IMg O und Si02 höchstens 0,3 beträgt. Derartige Glasfasern sind im Handel preiswert erhältlich.
  • Als Kunststoff für erfindungsgemässe Isolierteile können an sich bekannte Kunststoffe verwendet werden, beispielsweise Epoxydharze, Polyesterharze, Silikonharze, Polyurethanharze, Phenolharze und Melaminharze. Man wird naturgemäss Harzzusammensetzungen bei der Herstellung der erfindungsgemässen Isolierteile bevorzugen, die eine zum Mischen und möglichst guten Formen ausreichende Topfzeit bei relativ niedriger Viskosität haben. Bekannte cycloaliphatische Epoxydharze sind diesbezüglich bei Verwendung geeigneter Härter vorteilhaft.
  • Es kann vorteilhaft sein, wenn schlichtefreie Glasfasern im erfindungsgemässen Isolierteil enthalten sind. Solche Fasern kann man z.B. durch Hitzebehandlung auch aus geschlichteten Fasern erhalten. Allerdings kann beim Verarbeiten schlichtefreier Fasern die Anfangsfestigkeit der Isolierteile niedriger ausfallen als bei solchen mit gleichen aber geschlichteten Glasfasern. Dies könnte auf Brechen von Fasern und somit auf kürzere Faserlänge zurückzuführen sein.
  • Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise unter Hinweis auf die rein schematische Zeichnung besprochen.
  • Dargestellt ist ein fragmentarer längs geschnittener Abschnitt eines Kapselungsrohres 1, dessen Hohlraum 2 mit SF6-Gas gefüllt ist, und in welchem eine rohrförmige hohle Schaltstange 3 längs angeordnet ist. An der teilweise geschnittenen Stelle der Schaltstange 3 erkennt man, dass ihre Wandung 4 ein Laminat aus einer Glasfaserverstärkung 5 und einem Kunststoff 6 ist.
  • Die Herstellung von drei derartigen Schaltstangen soll nachstehend beispielsweise beschrieben werden.
  • Zwei Schaltstangen werden dabei erfindungsgemäss mit einer Glasfaserverstärkung aus von Bor und Borverbindungen freiem und alkaliarmem handelsüblichen Glas nach der FR-A-1 435073 versehen. Die Fasern der ersten Schaltstange sind geschlichtet, die der zweiten Schaltstange sind ungeschlichtet.
  • Eine dritte Schaltstange ist als Vergleichsversuch mit einer Glasfaserverstärkung aus handelsüblichem E-Glas gefertigt, das borhaltig ist und normalen Alkaligehalt hat.
  • Für den Guss wurde eine Kunststoffmischung vorbereitet, welche 100 Gewichtsteile cycloaliphatisches Epoxydharz und 80 Gewichtsteile Hexahydrophthalsäureanhydrid enthielt.
  • Man laminierte, indem man vorerst bei 100°C unter Vakuum entlüftete, dann bei Überdruck gelierte und schliesslich bei Normaldruck und 140°C aushärtete.
  • Von allen drei Schaltstangen wurden Proben abgetrennt und in einer SF6-Gas-Atmosphäre während hunderten von Stunden bei elektrischen Entladungen behandelt.
  • Eine Prüfung der drei Schaltstangen ergab:
    • Die zwei Schaltstangen (erfindungsgemäss) hatten ein gutes Aussehen. Sie waren mechanisch und elektrisch für den normalen Betriebseinsatz geeignet. Dabei hatte die zweite Schaltstange zwar eine geringere Anfangsfestigkeit, aber einen geringeren Festigkeitsverlust.
    • Die dritte Schaltstange mit E-Glas-Faserverstärkung zeigte schon ein zerrüttetes Aussehen und war vollkommen unbrauchbar.
    • Dies zeigt deutlich, dass entgegen den Erwartungen, ein Siliziumglas, welches von Bor und Borverbindungen frei und alkaliarm ist, sich als Glasfaserverstärkung der geschilderten Art für Anlagen der genannten Art eignet. Dies heisst, dass die der früheren Lehre entsprechende Zersetzung nicht im anzunehmenden Masse auftritt. Dabei ist zu beachten, dass die erfindungsgemässen Schaltstangen ihre Betriebstauglichkeit noch behielten, wenn übliche glasfaserverstärkte Kunststoffprodukte vollständig ausgeschieden waren.

Claims (4)

1. Mechanisch beanspruchtes Kunststoff-Isolierteil mit Glasfaserverstärkung ohne Bor und Borverbindungen für das Innere von gekapselten, Schwefelhexafluorid-Gas enthaltenden Hochspannungs-Schaltanlagen, in denen mindestens zeitweise elektrische Entladungen und/ oder Lichtbögen auftreten, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfaserverstärkung aus einem alkaliarmen und siliziumhaltigen Glas besteht.
2. Isolierteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfaserverstärkung aus einem Glas besteht, das gewichtsmässig
50 bis 65°/o Si02
20 bis 30% Al2O3
5 bis 20% MgO
2 bis 10% CaO

enthält, wobei
die Summe der Gewichtsprozente von CaO und MgO mindestens 1'5 und höchstens 25 beträgt,
der Quotient der Gewichtsprozente von Si02 und Al2O3 mindestens '2 und höchstens 2,8 beträgt und
der Quotient der Gewichtsprozente von MgO und SiO2 höchstens 0,3 ergibt.
3. Isolierteil nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine schlichtefreie Glasfaserverstärkung vorgesehen ist.
4. Isolierteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolierteil als Schaltstange ausgebildet ist.
EP80101036A 1979-11-05 1980-03-03 Mechanisch beanspruchtes Kunststoff-Isolierteil mit Glasfaserverstärkung ohne Bor und Borverbindungen für Schwefelhexafluorid-Gas enthaltende Hochspannungs-Schaltanlagen Expired EP0028281B1 (de)

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EP0028281A1 EP0028281A1 (de) 1981-05-13
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DE (1) DE3063238D1 (de)

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