HU190976B

HU190976B - Electric bushing insulator, preferably for high-pressure spaces

Info

Publication number: HU190976B
Application number: HU376084A
Authority: HU
Inventors: Lajos Lendvay; Janos Kisvari
Original assignee: Szilikatipari Koezponti Kutato Es Tervezoe Intezet,Hu
Priority date: 1984-10-05
Filing date: 1984-10-05
Publication date: 1986-12-28

Abstract

A találmány villamos átvezetőre vonatkozik, amely főként nagynyomású tereknél alkalmazható. A találmány szerinti villamos átvezetőnek foglalata (hüvelye) (10), üveganyagú szigetelő része (14) és azon keresztülmenő villamos vezető anyagú átvezetője (13) van, ahol a szigetelő rész (14) anyaga megszilárdult nedvesítő olvadékként az átvezető huzal(oka)t körbe fogva kötődik. A szigetelő rész üveganyaga tömeg %-ban kifejezve a következő összetételű: PbO 60-80, ZnO 3-20, B2O3 5-20, SiO2 0-10, CuO 0-2, CdO 0-5, BaO 1-8, Li2O 0-5, A1F3 0-2, V-, Co-, Ni-oxid 0-2, Ag-, Sb-oxid 0-3 és adott esetben az üveganyag tömegére számított legfeljebb 25% Ti-, Zr-, Cr-, Al-oxid legalább egyike kísérőként van jelen. A találmány szerinti villamos átvezető jól tűri a _50-+120°C közötti üzemelési hőmérséklettartományt, átütési szilárdsága legalább 1000 Veff, így villamos jelek továbbítására nagynyomású tereknél, pl. 40 MPa-nál jól alkalmazható. — 6 —14 —10 ------/2 -1-The invention relates to an electric conductor, which can be used mainly in high pressure spaces. The electric conductor according to the invention has a housing (sleeve) (10), a glass-like insulating part (14), and an electrically conductive conductor (13) passing therethrough, wherein the material of the insulating part (14), as a solidified wetting melt, circumscribes the through wire (s). bonded. The glass material of the insulating part is in% by weight PbO 60-80, ZnO 3-20, B2O3 5-20, SiO2 0-10, CuO 0-2, CdO 0-5, BaO 1-8, Li2O 0 -5, A1F3 0-2, V-, Co-, Ni-oxide 0-2, Ag-, Sb-oxide 0-3 and optionally up to 25% by weight of glass material Ti, Zr, Cr, Al at least one of the oxides is present as an accompaniment. The electric conductor according to the invention tolerates the operating temperature range of between -50 ° C and + 120 ° C and has a penetration strength of at least 1000 Veff to transmit electrical signals at high pressure spaces, e.g. Suitable for 40 MPa. - 6 - 14 —10 ------ / 2 -1-

Description

A találmány villamos átvezetőre vonatkozik, amely főként nagynyomású tereknél alkalmazható.The present invention relates to an electrical conductor, which is particularly applicable in high pressure spaces.

A találmány szerinti villamos átvezető foglalatból, szigetelő része üveganyagból és azon keresztülmenő villamos vezető anyagból készült átvezetőbői áll.The electrical conductive receptacle of the present invention comprises an insulating part made of glass material and an electrically conductive material passing through it.

A villamos átvezetők szigetelőanyaga nagymértékben befolyásolja azok megbízhatóságát és élettartamát, ezért a megfelelő szigetelés megválasztása rendkívül fontos, különösen nagynyomású tereknél történő alkalmazáskor.The insulation material of electrical conductors greatly affects their reliability and service life, so choosing the right insulation is extremely important, especially when used in high-pressure spaces.

Ismeretes volt már olyan üveg, amely magas hőmérsékleten elég nagy ellenállással rendelkezik ahhoz, hogy szigetelőként szóba jöhessen, így az NSZK-beli 1 953 891 ljsz. közzétételi iratból ismeretessé vált egy ún. rövid üveg A1-, B-, Si-, Zn- és adott esetben Cd-oxid bázisra építve és hálózatmódosító ionokkal kiegészítve, melynek mól %-os öszszetétele a következő: SiO₂ = 9-26, B₂O₃ = 9-36, A1₂O₃ = 0-16, CaO + SrO + BaO + MgO = 9-56, ZnO + CdO = 9-56, azzal a kikötéssel, hogy a CaO + SrO + BaO + MgO + ZnO + CdO összege azonos, vagy nagyobb, mint 50 mól%. Ezzel az üveggel 1200-1450 °C közt lehet dolgozni, és fém-kerámia vagy kerámia-kerámia közti kötés létrehozására alkalmas. Az üveg 300-700 °C közt megfelelően igénybe vehető.It has already been known that glass at high temperatures has a high enough resistance to qualify as an insulator, so that the amount of 1,953,891 lys in the Federal Republic of Germany. from a disclosure document, a so-called. based on a base of A1, B, Si, Zn and optionally Cd oxides and supplemented with network modifying ions of the following formula: SiO ₂ = 9-26, B ₂ O ₃ = 9-36 , A1 ₂ O ₃ = 0-16, CaO + SrO + BaO + MgO = 9-56, ZnO + CdO = 9-56, with the proviso that the sum of CaO + SrO + BaO + MgO + ZnO + CdO is the same, or greater than 50 mol%. This glass can be used at temperatures between 1200 ° C and 1450 ° C and is capable of forming a metal-ceramic or ceramic-ceramic bond. The glass is suitably used between 300-700 ° C.

Egy másik megoldást ír le az US. 3 113 878 ljsz. szabadalmi leírás, amely ugyancsak rövid típusú üvegre vonatkozik, ebben az Si-tartalom alacsony, a Zn + B₂O₃ + SiO₂ összege pedig legfeljebb egyenlő 90%-kai. Ez magas ZnO-tartalmat jelent, a hőtágulási együtthatója szűk intervallumba esik.Another solution is described in the US. No. 3,113,878. The patent also relates to a short type of glass in which the Si content is low and the sum of Zn + B ₂ O ₃ + SiO ₂ is not more than 90%. This means a high ZnO content and a coefficient of thermal expansion within a narrow range.

Fenti üvegek felhasználási lehetőségei korlátozottak, olvasztási hőmérsékletük is magas, 1200-1450 °C köztiek, így a velük való munka nehézkes.The use of the above glasses is limited and their melting temperature is high, between 1200-1450 ° C, which makes working with them difficult.

Célul tűztük ki alacsonyabb hőmérsékleten üveggé olvasztható és csökkent földalkáli-oxid, így CaO és MgO-tartalmú olyan üveg előállítását, melynek hőtágulási együtthatója szélesebb tartományba esik, s ugyanakkor magas hőmérsékleti ellenállása lehetővé tegye átvezető szigetelőként való kialakítását, és ezáltal nagynyomású tereknél is villamos átvezető-szigetelőkénti alkalmazhatóságát olyan feladat megoldására, mint nagynyomású terekből villamos áramot biztonsággal lehessen kivezetni; ilyen terek pl. a szilikonolajjal töltött 40 MPa (40 at) nagyságrendű üzemi nyomású terek, így tartályok, kőolaj- és földgázkutak csővezetékei. A tereket fémköpeny határolja, mely fémköpenyen keresztül kell megvalósítani a villamos áram vagy jel kivezetését, úgy, hogy pl. az acélköpeny furatán vékony, célszerűen 0,3-4),8 mm átmérőjű egy vagy több vezető huzal beágyazható legyen olyan követelmény kielégítése mellett, hogy a huzal-vezetékek egymáshoz, illetve a köpenyhez, mint házhoz képest legalább 50 Mohm ellenállást mutassanak.We aim to produce lower meltable glass fused and reduced alkaline earth oxides, such as CaO and MgO, which have a broader coefficient of thermal expansion and high temperature resistance to allow them to be transformed into high-pressure passageways. its applicability as insulators for solving the problem of safely removing electricity from high pressure spaces; such spaces eg. 40 MPa (40 at) working pressure spaces filled with silicone oil, including pipelines for tanks, oil and gas wells. The spaces are bounded by a metal sheath, through which the electrical current or signal must be discharged, so that, for example, one or more conductive wires with a diameter of 0.3 mm to 4 inches (8 mm in diameter) may be embedded in the steel jacket bore, subject to the requirement that the wire conductors exhibit a resistance of at least 50 Mohm relative to each other or to the housing.

További követelmény, hogy a beágyazóanyag átütési szilárdsága legalább 1000 V_eff, s az átvezető egység a -50-+120°C üzemelési hőfoktartományban alkalmazható legyen. Ebben a hőmérséklet-tartományban az átvezető egységnek 40 MPa nagyságrendű tartós üzemi és 100 MPa rövid idejű próbanyomást (meghibásodás nélkül), teljes tö2 mörséggel állnia kell; itt a tartós üzemi igénybevétel mintegy 5 éves ciklusidőt, a rövid idő pedig mintegy 10 percet jelent.A further requirement is that the penetration strength of the embedding material is at least 1000 V _eff and that the penetration unit can be used in the operating temperature range of -50 to + 120 ° C. Within this temperature range, the transfer unit shall be capable of withstanding a continuous operating pressure of 40 MPa and short term test pressure (without failure) of 100 MPa; Here, continuous operating time means a cycle time of about 5 years and short time of about 10 minutes.

A tartós terhelés és üzembiztonság elviselése azért fontos követelmény, mert a villamos átvezetőt - foglalatba, célszerűen hüvelybe foglalva - nagynyomású mérőcellába építik be, amely mérőcellában egy elektronikus mérőegység is kap helyet, amely a térben lévő nyomással, illetve a nyomás változásával arányos elektromos jelet továbbít az átvezető hüvelyen keresztül.The durability of load and operational reliability is an important requirement because the electrical bushing is mounted in a socket, preferably in a socket, in a high-pressure measuring cell which also houses an electronic measuring unit which transmits an electrical signal proportional to the pressure in space and through the sleeve.

Ez a jel pl. az olaj-, illetve gázkúttól több ezer kilométer távolságban lévő diszpécser központba továbbítva regisztrálható, figyelemmel kísérhető.This signal is e.g. it can be registered and monitored by transferring it to a dispatch center thousands of kilometers away from the oil or gas well.

Fenti feladatot, célkitűzést szigetelőként olyan üveganyag előállításával és az átvezető(k)höz szigetelőként! beépítésével sikerült megoldanunk, amelyek összetételéből az alkáliák vagy hiányzanak, vagy jelenlétük minimális, másrészt az általánosan ismert üvegekben lévő oxidok nagy része nem is szerepel.Above task, goal as an insulator by making glass material and insulating to the passage (s)! incorporation of alkali is either absent or minimal in its composition and most of the oxides in commonly known glasses are not present.

A találmány szerint az üveganyagunk tömeg %bán megadott összetétele a következő;According to the invention, the composition by weight of our glass material is as follows;

PbO 60-80, ZnO 3-20, B₂O₃ 5-20, SiO₂ 0-10, CuO 0-2, CdO 0-5, BaO 1-8, Li₂O és Na₂O 0-5, A1F₃ 0-2, V-, Co-, Ni-oxid 0-2, Ag-, Sb-oxid 0-3.PbO 60-80, ZnO 3-20, 5-20 B ₂ O _3, SiO ₂ 0-10, CuO 0-2 CdO 0-5, 1-8 BaO, Li ₂ O and Na ₂ O 0-5; A1F ₃ 0-2, V-, Co-, Ni-oxide 0-2, Ag-, Sb-oxide 0-3.

Előnyösnek találtuk a következő összetételek alkalmazását, ahol a számadatok tömeg %-ot jelentenek;It has been found advantageous to use the following compositions, wherein the figures are by weight;

PbO 66-73, ZnO 6-14, B₂O₃ 7-14, SiO₂ 0-3, CuO 0-1, CdO 0-4, BaO 2-5, Li₂O, Na₂O 0-2, AIF₃ 0-1, V-, Co-, Ni-oxid 0-1,3, Ag-, Sb-oxid 0-2.PbO 66-73, ZnO 6-14, B ₂ O ₃ 7-14, SiO ₂ 0-3, CuO 0-1, CdO 0-4, BaO 2-5, Li ₂ O, Na ₂ O 0-2, AIF ₃₀ 0-1, V, Co, Ni oxide 0-1.3, Ag, Sb oxide 0-2.

Különösen előnyösek a következő összetételek tömeg %-ban kifejezve - az előnyös fenti összetételek mellett azok, amikor a BaO 3,5-4,1; Li₂O, Na₂O legfeljebb 1, az Ag-, Sb-oxid legfeljebb 0,15.Particularly preferred are the following compositions, expressed as a weight / weight ratio - in addition to the preferred compositions above, when BaO is 3.5-4.1; Li ₂ O, Na ₂ O up to 1, Ag, Sb oxide up to 0.15.

Hasonlóan jól alkalmazható szigetelőt kapunk akkor is, ha adott esetben az üveganyag tömegére számított legfeljebb 25% Ti-, Zr-, Cr-, Al-oxid legalább egyikét kísérőként alkalmazzuk.A similarly useful insulator is obtained when optionally used with at least one of up to 25% Ti, Zr, Cr, Al oxide up to 25% by weight of the glass material.

A találmány értelmében a villamos átvezető főként nagynyomású tereknél való alkalmazásra a következőkből áll: 10 foglalatból, üveganyagú 14 szigetelő részből és a szigetelő részen keresztülmenő villamos vezető anyagú 13 átvezetőbői, ahol a 10 foglalat 12 nyílással kiképzett felületéhez a 14 szigetelő rész anyaga megszilárdult nedvesítő olvadékként a 13 átvezetőt körbefogva kötődik, s a 14 szigetelő egyik adott komponense fémanyagával lényegében azonos anyagú hordozó 10 foglalat 12 nyílásába szilárdult. Célszerű emellett, ha a 13 átvezető az adott komponens fémanyagával, vagy egy másik fémösszetevőt tartalmazó komponens fémanyagával egyező anyagú.According to the invention, the electrical conduit for use mainly in high pressure spaces comprises: a socket 10, a glass insulating part 14 and an electrically conductive conduit 13 passing through the insulating part, where the material of the insulating part 14 is solidified as a wetting melt. It is bound around a passageway 13, and a particular component of the insulator 14 is solidified into the opening 12 of a carrier 10 of material substantially identical to the metal. It is also desirable that the passage 13 is of the same material as that of the component or the metal of another component containing the metal component.

A villamos 13 átvezetőanyaga lehet réz, alumínium, ezüst vagy bármely jólvezető fém, előnyös a réz alkalmazása.The electrical conductive material 13 may be copper, aluminum, silver, or any conductive metal, preferably copper.

Ά hordozó 10 foglalat anyaga vas, acél, ötvözött acél, ahol az ötvözök lehetnek pl. Cr, Ni, Cd, Cu, Co, V, Mn, gyakori a rozsdamentes acél alkalmazása.Ά carrier 10 socket material is iron, steel, alloy steel, where the alloys can be eg. Cr, Ni, Cd, Cu, Co, V, Mn, are frequently used in stainless steel.

A 14 szigetelő szerepét betöltő üveganyag komponensei adott esetben mind a hordozó foglalat, mind az átvezető fém anyagának megfelelő fémek oxidjait tartalmazza.The components of the glass material serving as the insulator 14 optionally contain oxides of metals corresponding to both the substrate and the metal of the transfer metal.

190 976190,976

A 10 foglalat célszerűen hüvely, amely 12 nyílás- i sál van ellátva, s a 12 nyílás keresztirányú mérete a nyílás hossza mentén változik. A 12 nyílás célszerűen furatként, előnyösen kúpos furatként van kialakítva. ⁵ Preferably, the socket 10 is a sleeve provided with an opening scarf 12, the transverse dimension of the opening 12 varying along the length of the opening. The opening 12 is preferably formed as a bore, preferably a tapered bore. ⁵

A találmány részleteit az alábbiakban ismertetjük:DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Az 1. ábra a villamos átvezetőnek egy hengeresen kiképzett hüvely formájú hordozó 10 foglalatát mutatja, ahol 10’ fal határolja a 12 nyílást. ¹⁰ Fig. 1 shows a socket 10 of a cylindrical sleeve-shaped carrier for the electric conductor, with a wall 10 'bordering the opening 12. ¹⁰

Ezen az ábrán a hüvely kialakítása olyan, hogy a 10’ fal tagolt és peremrésszé szélesedik, pl. egy tartályfedélen elhelyezett furatba való csatlakoztatás és rögzítés egyszerű kiviteleként.In this figure, the sleeve is formed such that the wall 10 'is articulated and widens to a flange, e.g. as an easy way of attaching and securing to a hole in a tank cap.

A 2. ábra egy készreszerelt, azaz szigetelt villamos átvezetőt szemléltet hosszmetszetben, a hordozó 10 foglalat tagolt hengeres fémhüvelyként kialakítva, benne a 12 nyíláson átmenő 13 átvezetőkkelFigure 2 illustrates a longitudinal section through a ready-assembled, i.e. insulated, electrical conductor, the carrier socket 10 being an articulated cylindrical metal sleeve with conductors 13 through the opening 12

1. tábt huzalként kialakítva, amelyeket a 14 szigetelő anyaga megszilárdult üvegolvadékként, forraszként körbefog és kötődik hozzájuk, valamint a 10 foglalat belső falához. Itt az elhelyezkedő 13 átvezetők egymáshoz és a hüvely belső falához mért távolsága azonos.A board 1 formed as a wire wrapped around and bonded to the insulating material 14 as solidified glass melt, solder and to the inner wall of the socket 10. Here, the distance of the located passageways 13 to each other and to the inner wall of the sleeve is the same.

A 3. számú ábra a 2. sz. ábra szerinti készreszerelt, szigetelt villamos átvezetőt felülnézetben mutatja be.FIG. 4A shows a top view of a ready insulated electrical bushing according to FIG.

A hordozófoglalat és az abban elrendezett átvezetők és szigetelő anyag elrendezése nem kötött azThe arrangement of the substrate and of the passageways and insulating material therein is not fixed

1., illetve a 2. és 3. ábrán bemutatottakhoz, ezek csupán példák, ezektől eltérő változatok, kialakítások és elrendezések képezhetők.1 and 2 and 3, these are merely exemplary, other variants, configurations, and arrangements.

A találmány szerinti villamos átvezető szigetelő anyagaként előállított üvegeink összetételét az 1. táblázat tünteti fel.The composition of our glass insulating material according to the invention is shown in Table 1.

Alkotók creators Példa száma Example number 1. First 2. Second 3. Third 4. 4th 5. 5th 6. 6th 7. 7th PbO PbO 65 65 66 66 73 73 60 60 60 60 80 80 77 77 B₂O₃ B ₂ O ₃ 7 7 7 7 14 14 7 7 17 17 5 5 5 5 ZnO ZnO 14 14 12 12 6 6 10 10 3 3 3 3 10 10 SiO₂ SiO ₂ 1 1 3 3 - - - - 10 10 - - - - CuO CuO 1 1 1 1 - - 1 1 - - - - 2 2 CdO CdO 4 4 4 4 - - 2 2 0,5 0.5 - - - - BaO BaO 4 4 4 4 4 4 8 8 2,5 2.5 8 8 2 2 Li₂O, Na₂OLi ₂ O, Na ₂ O 1 1 - - 1 1 5 5 5 5 Li= 1 Li = 1 Li= 1 Li = 1 A1F₃ A1F ₃ 1 1 1 1 - - 2 2 1 1 - - 2 2 V-, Co-, Ni-oxid V-, Co-, Ni-oxide V=l,2 V = l, 2 V=1 V = 1 - - Co = 2 Co = 2 - - Co = 2 Co = 2 Ni=l Ni = l Sb-, Ag-oxid Sb-, Ag-oxide Ag = 0,8 Ag = 0.8 1 1 2 2 3 3 1 1 1 1 - -

Fenti üvegeink 480.. .520 ’C közt beolvaszthatok szigetelőanyagként, vizsgálat során jól elviselik a 100 MPa (1000 kp/cm²) terhelést átszivárgás nélkül, ugyanekkor rövid időn át az extrém nagy, így a 160 MPa (1600 kp/cm²) nyomást is tűrik.Our above glass can be melted between 480 ... 520 'C as an insulating material and withstands 100 MPa (1000 kp / cm ² ) load without leakage during testing, but is extremely high for a short time, so 160 MPa (1600 kp / cm ² ) they also tolerate pressure.

Hőterhelési vizsgálatnak a következőkben vetettük alá a készreszerelt villamos átvezetőket: izolált kamrába helyeztük a mintákat, majd -50’C... + 120 °C hőmérséklet-tartományban, változtatva a negatív és pozitív hőmérsékletet, s ezzel egy időben mértük a nyomásállóságot. Átszivárgás nélkül bírta valamennyi átvezető a próbát. Gyártásközi ellenőrzéshez az ellenállás és átütési feszültség mérése alkalmazható.The heat load test was carried out on the finished electrical conductors as follows: The samples were placed in an isolated chamber and then in the temperature range -50 ° C to + 120 ° C, changing the negative and positive temperatures, and simultaneously measuring the pressure resistance. All passers could pass the test without a leak. For in-process inspection, resistance and breakdown voltage measurements can be used.

Az üvegek lineáris hőtágulását a 4. és 5. ábra mutatja, ahol az 1-7 jelek a példa szerinti üveg összetételeket jelentik azzal, hogy az 1. sz. görbe azThe linear thermal expansion of the glasses is shown in Figures 4 and 5, where marks 1-7 represent exemplary glass compositions, with curve is

1. példának felel meg, a 2. sz. görbe a 3. példának, az 5. sz. görbe a 7. példának, míg a 3. sz. görbe a Ti-dioxid adalékolás, a 4. sz. görbe a Cr-oxid adalékolás, a 6. és 7. jelű görbék pedig a Zr-, illetve Al-oxid adalékolás képét mutatják, míg a 8. görbe a rozsdamentes acél foglalat %-os hőtágulását ábrázolja a hőmérséklet függvényében, 600, illetve 700 ’C-ig mérve.Corresponds to Example 1, Example 2. curve for example 3, no. curve for example 7, and curve for example 3. curve is Ti-dioxide addition, no. curve shows the Cr-oxide addition, and curves 6 and 7 show the Zr and Al-oxide additions, respectively, while curve 8 shows the% expansion of the stainless steel socket as a function of temperature, 600 and 700, respectively. Measured to 'C'.

Az ábrából kitűnik, hogy az üvegek jól követik a foglalat fémanyagának lineáris hőtágulását.The figure shows that the glass well follows the linear thermal expansion of the metal of the socket.

Claims

An electrical conduit for use mainly in high pressure spaces having a socket, a glass insulating part and an electrically conductive conduit passing therethrough, wherein the material of the insulating part is solidified as a wetting melt, characterized in that the insulating part is made of glass material by weight. expressed as:

PbO 60 ... 80, ZnO 3 ... 20, B ₂ O ₃ 5 ... 20, SiO ₂ 0 ... 10, CuO 0 ... .2, CdO 0 ... .5, BaO 1 ... .8, Li ₂ O 0-5, A'Fj 0-2, V-, Co-, Ni-oxide 0-2, Ag-, Sb-oxide 0-3, and desired up to 25% by weight of the glass material, accompanied by at least one of Ti, Zr, Cr, Al, and the insulator (14) is a melt which solidifies into the opening (12) of the socket (10) and 13) the metal material is preferably the metal material of one of the components of the glass.

Electrical insulator according to claim 1, characterized in that the socket (10) is a sleeve.

3. Electrical conductor insulator according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the transverse dimension of the opening (12) varies along the length of the opening.

4. Electrical insulator according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the opening (12) is a bore, preferably a tapered bore.