WO2014146802A1 - Widerstandsbelag für ein gleichstromisoliersystem - Google Patents

Widerstandsbelag für ein gleichstromisoliersystem Download PDF

Info

Publication number
WO2014146802A1
WO2014146802A1 PCT/EP2014/050713 EP2014050713W WO2014146802A1 WO 2014146802 A1 WO2014146802 A1 WO 2014146802A1 EP 2014050713 W EP2014050713 W EP 2014050713W WO 2014146802 A1 WO2014146802 A1 WO 2014146802A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
particles
resistance
matrix material
field strength
lining
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/050713
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Steffen Lang
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to US14/772,965 priority Critical patent/US20160027549A1/en
Priority to EP14700861.9A priority patent/EP2907144A1/de
Publication of WO2014146802A1 publication Critical patent/WO2014146802A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/02—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of inorganic substances
    • H01B3/10—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of inorganic substances metallic oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20—Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/34—Silicon-containing compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/002—Inhomogeneous material in general
    • H01B3/004—Inhomogeneous material in general with conductive additives or conductive layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/02—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of inorganic substances
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/02—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of inorganic substances
    • H01B3/04—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of inorganic substances mica
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/18—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
    • H01B3/28—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances natural or synthetic rubbers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/18—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
    • H01B3/30—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes
    • H01B3/46—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes silicones
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/016—Additives defined by their aspect ratio
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/04—Carbon
    • C08K3/041—Carbon nanotubes

Definitions

  • the present invention relates to a resistance cover for a DC insulation system.
  • the invention also relates to a DC insulation system with the resistance coating.
  • Insulating systems for DC applications are usually based on a gaseous or a solid dielectric. If these insulation systems are subjected to direct current and exposed to a stationary electric field, the electric field distribution is determined only by the resistive properties of the insulation system. Decisive for the resistive properties is mainly the surface resistance of the dielectric. If the insulating system is under the influence of a rectified electric field, a charge carrier accumulation forms at the interface between solid dielectric and gaseous dielectric. Here, the charge accumulation can also by
  • a conductive surface of the dielectric for example in the form of a conductive resistance coating, can dissipate these charge carrier accumulations and thus avoid field overshoot.
  • Recent developments call for ever more compact design of electrical systems in low, medium and high voltage engineering. Due to the ever-decreasing distances between the conductors, ever higher field strengths occur. However, from a field strength of 30 V / mm, non-linear effects in the conductive resistance coating can occur, and the current density no longer increases linearly with the field strength. The resistance coating then no longer behaves ohmsch. The excessive current density leads to this Heating and worst case overheating of the resistance coating, which can be damaged.
  • a resistance lining for a DC insulation system which comprises a matrix material with embedded particles having an aspect ratio greater than one.
  • the matrix material is so flexible that the particles align themselves as a function of an electric field strength.
  • the aspect ratio may preferably be greater than 2 and more preferably greater than 15.
  • the aspect ratio here means the ratio of an expansion of a particle in a first spatial direction to an expansion of the particle in a second spatial direction.
  • particles with an aspect ratio greater than 1, preferably greater than 2 and particularly preferably greater than 15 have a preferred direction along which they align. If the particles in the matrix material of the resistive lining can be aligned as a function of the electric field strength, an ohmic behavior of the resistive lining can be achieved at high field strengths of, for example, more than 30 V / mm, preferably more than 100 V / mm and particularly preferably more than 500 V / mm can be guaranteed or maintained.
  • Ohmic behavior means that the current density of the resistive pad increases linearly with the electric field strength. Conductive effects between the particles are responsible for the ohmic behavior of the proposed resistor pad.
  • the grain boundaries in the individual particles as well as the particle transitions form potential barriers below the Breakthrough voltage can not be tunneled through.
  • the conduction mechanism in this region results from a leakage between the particles, which can be described, for example, by the Pool-Frenkel effect or the Richardson Schottky mechanism.
  • the electrons can overcome the potential barrier and the
  • the nonlinearity exponent is defined by the slope of the respectively logarithmically applied current density-field-strength characteristic curve In the case of a linear, ohmic characteristic curve In the case of a non-linear resistance behavior, "alpha" is greater than 1.
  • the resistance coating advantageously an electrical charge at interfaces, for example between a solid and a gaseous dielectric, without having to take constructive measures that take up a lot of space and at the same time ensure that the resistance coating is not unduly hot.
  • resistance coating is meant herein also a resistance layer which may, but does not have to be formed cohesively with an insulator or any other component.
  • the resistance coating can be used in different DC insulation systems with field strengths greater than 30 V / mm, preferably greater than 100 V / mm and particularly preferably greater than 500 V / mm.
  • the resistive lining may be used in high voltage direct current (HVDC) transmission or in high voltage DC isolation systems such as transformers and their feedthroughs.
  • HVDC high voltage direct current
  • the use in electronic components, where high field strengths occur, such as in printed circuit boards, is possible.
  • field strengths greater than 30 V / mm, preferably greater than 100 V / mm and particularly preferably greater than 500 V / mm occur when conductors are arranged by the miniaturization at a small distance from each other.
  • the matrix material is an elastomer.
  • Elastomer has a glass transition temperature which is smaller than a specified operating temperature of the resistive lining.
  • An operating temperature range here refers to the temperatures which can occur in operation in the component equipped with the resistance lining.
  • the operating temperature range thus includes the temperatures to which the resistance coating may be exposed.
  • the matrix material may be elastic in an operating temperature range of -200 to 500 degrees Celsius, preferably -20 to 120 degrees Celsius, and more preferably 40 to 70 degrees Celsius.
  • the glass transition temperature is thus preferably smaller than the lower limit of the operating temperature range.
  • the resistance lining can accordingly be designed for an operating temperature range of -200 to 500 degrees Celsius, preferably -20 to 120 degrees Celsius, and more preferably 40 to 70 degrees Celsius.
  • the matrix material is elastic.
  • the matrix material of the resistor layer is preferably to be chosen such that it is elastic at the intended operating temperatures. The particles can thus move in the matrix material and align depending on the field strength. After removing the electric field, the particles return to their original orientation.
  • the matrix material is a variety of elastomers.
  • examples include rubbers such as natural rubber (NR), acrylonitrile-butadiene rubber (NBR), styrene-butadiene rubber (SBR), chloroprene rubber (CR), butadiene rubber (BR) and ethylene-propylene-diene rubber
  • EPDM poly (organo) siloxane rubber
  • elastomers are har- ze, such as polymethylsiloxane resin, polymethylphenylsiloxane resin, epoxy resin, alkyd resin or polyesterimide resin.
  • the matrix material may also contain a blend with various elastomers.
  • the matrix material has a Shore A hardness of from 10 to 90, preferably from 20 to 80 and particularly preferably from 30 to 50. In this case, the Shore hardness is related to the matrix material without embedded particles.
  • the matrix material can furthermore have a loss modulus G ", which is smaller than a storage modulus G '.
  • Rubbers such as silicone rubber, are more elastic than resins, such as polyesterimide resin.
  • resins such as polyesterimide resin.
  • Shore hardnesses A of silicone rubbers are in the range from 35 to 50.
  • polyesterimide resins have a Shore A hardness greater than 45, in particular between 50 and 80, for example between 60 and 80.
  • the elasticity of the matrix material influences how fast the particles align with changing field strength or how fast the particles relax, i. return to their original position.
  • the particles in a silicone rubber can align themselves directly with the increasing field strength, while particles, for example, in one
  • Polyesterimide resin can be aligned with the increasing field strength with a time delay, or if the matrix is stiff enough, it will not align at all. Similarly, particles relax faster in, for example, the silicone rubber than in, for example, the polyesterimide resin.
  • the particles are
  • the particles can have an aspect ratio of from 10 to 1000, preferably from 10 to 100 and particularly preferably from 15 to 50.
  • the aspect ratio for platelet particles refers to the ratio of each of length and width to thickness.
  • the aspect ratio refers to the ratio of each of width and thickness to length.
  • the aspect ratio and the resulting asymmetry in the particle dimensions influence the tendency of the particles to align.
  • particles with a high aspect ratio have a greater tendency to align than particles with a smaller aspect ratio.
  • the particles in the resistance lining align themselves along the largest surface, ie the largest surface is oriented parallel to an interface between, for example, a solid and a gaseous dielectric.
  • rod-shaped particles can align along the length, ie the largest axis is oriented parallel to an interface between, for example, a solid and a gaseous dielectric.
  • the particles contain mica particles, silicon carbide particles (SiC particles), metal oxide particles, in particular aluminum oxide particles (A1 2 0 3 particles), carbon nanotubes or mixtures thereof.
  • a volume fraction of the particles is between 5 and 55% by volume, preferably between 6.5 and 40% by volume and particularly preferably between 15 and 30% by volume.
  • the volume fraction and data in% by volume refer to the total volume of the matrix material and the particles.
  • platelet-shaped particles with a density of 3.5 g / cm 3 an aspect ratio of 20. If the particle content is too high, the freedom of movement of the individual particles are limited and they can no longer align themselves in the matrix material. Therefore, the particle content is chosen so that the particles can align in the matrix material. If the particle content is too low, the particles can not contact each other, creating no guiding paths be formed and the resistance pad has the resistivity of the matrix.
  • a volume fraction and / or aspect ratio of the particles is selected such that the percolation threshold is exceeded.
  • the percolation threshold denotes the volume fraction of particles, beyond which the particles can contact and form guide paths in the matrix material.
  • the volume fraction at which the percolation threshold is exceeded may depend on the aspect ratio of the particles.
  • the matrix material contains first particles having a first electrical conductivity or a first electrical resistance, and second
  • Particles having a second electrical conductivity or a second electrical resistance wherein the first electrical conductivity or the first electrical resistance of the second electrical conductivity or the second electrical resistance is different.
  • the electrical conductivity or the electrical resistance of the resistance lining can be adjusted by a proportion by weight of the first and second particles.
  • the proportion by weight is based on the total weight of the first and second particles.
  • the electrical conductivity and thus the power loss of the resistor pad can be adjusted. Due to the weight proportions of the first and second particles, the resistance lining can thus be optimally adapted to the desired DC insulation system.
  • the particles not only a particle mixture with first and second particles but also particle mixtures with a plurality of particles can be used.
  • the particles contain at least one dopable semiconductor material whose doping is the electrical conductivity or the determined electrical resistance of the particles. In this case, the particles may be coated with the dopable semiconductor material.
  • the dopable semiconductor material may have an electrical square resistance in the range from 1 ⁇ 10 3 to 1 ⁇ 10 5 ⁇ .
  • indications of square resistances mean that the surface resistance was measured at a field strength of 100 V / mm.
  • the semiconductor material may be a metal oxide such as tin oxide (SnO 2 ), zinc oxide (ZnO), zinc stannate (ZnSnO 3 ), titanium dioxide (TiO 2 ), lead oxide (PbO) or silicon carbide (SiC).
  • Suitable doping elements are antimony (Sb), indium (In) or cadmium (Cd). Tin oxide (SnO 2 ) doped with antimony (Sb) is preferably used.
  • the use of the dopable semiconductor material makes it possible to realize different electrical square resistances in the range from 1 ⁇ 10 3 to 1 ⁇ 10 5 ⁇ , preferably in the range from 1 ⁇ 10 10 to 1 ⁇ 10 5 ⁇ .
  • the particles may additionally be coated with an electrically insulating layer, such as titanium dioxide (TiO 2 ).
  • the resistance coating is set such that it behaves ohmically at field strengths, in particular greater than 30 V / mm, preferably greater than 100 V / mm and particularly preferably greater than 500 V / mm. This means that the current density of the resistive lining increases linearly with the increasing field strength.
  • the resistance coating can be adjusted so that it is in a first field strength range, in particular greater than 30 V / mm, preferably greater than 100 V / mm and especially preferably larger than 500 V / mm ohmic behaves and in a second field strength range, in particular greater than 30 V / mm, preferably greater than 100 V / mm and more preferably greater than 500 V / mm not ohmic behavior.
  • a resistance lining can be provided which, for example, has an ohmic behavior only in the field strength region relevant for the respective DC insulation system.
  • the matrix material and / or the particles can be selected accordingly.
  • the field strength, from which the resistance lining behaves ohmically can be set by the flexibility of the matrix material at different temperatures.
  • a predetermined power dissipation can be set in a predetermined field strength range.
  • the DC insulation system comprises a first conductor and a second conductor, between which, for example, electric field strengths greater than 30 V / mm, preferably greater than 100 V / mm and particularly preferably greater than 500 V / mm can be generated during operation of the DC insulation system.
  • the DC insulation system comprises a first conductor and a second conductor, wherein the resistance lining is arranged between the two conductors.
  • at least one insulator may be provided with the resistance pad, which extends at least partially between the first and the second conductor.
  • the resistance pad preferably extends from the first to the second conductor.
  • the additional space between the first and second conductors may be filled with a gaseous dielectric such as air be.
  • the insulator can thus form a solid dielectric with interfaces to a gaseous dielectric.
  • the resistance coating is arranged at such interfaces of the insulator, which adjoin a gaseous dielectric, such as air.
  • the coating of the insulator with the resistance coating can be done, for example, by spraying, knife coating, brushing, dipping or the like.
  • the resistive coating can be applied as a lacquer on the interfaces of the insulator, which contains the matrix material, the particles and optionally a solvent.
  • Figure 1 is a DC insulation system with two conductors, between which an insulator is arranged;
  • Figure 2 shows the Gleichstromisoliersystem according to Figure 1, in which the insulator has a resistance pad;
  • FIG. 3 shows a printed circuit board as a DC insulation system with the resistance lining
  • Figure 4 shows a course of the square resistance against the
  • FIG. 5 schematically shows a resistance covering with a flexible matrix material and particles embedded in it at field strengths of less than 30 V / mm;
  • FIG. 6 is a schematic view of the resistance lining of FIG. 5
  • FIG. 7 shows the profile of the square resistance versus the field strength for resistance coatings which have different elastomers as the matrix material
  • FIG. 8 shows the profile of the square resistance versus the field strength for resistive linings with elastomers which are tougher than those of the resistive linings of FIG. 7.
  • Identical or functionally identical elements are given the same reference numerals in the figures unless otherwise stated.
  • Figure 1 shows a DC insulation system 1 with a first conductor 2, which carries a direct current, and a second conductor 3, which is at ground potential as neutral. Between the two conductors 2, 3 is an electric field E, which is greater than 30 V / mm, preferably greater than 100 V / mm and more preferably greater than 500 V / mm.
  • An insulator 4 spaces the two conductors 2, 3 from each other.
  • the insulator 4 extends partially in a space 5 between the two conductors 2, 3.
  • the further space 5 is filled with a gaseous dielectric, such as air.
  • a gaseous dielectric such as air.
  • dirt particles 8 can accumulate, which can lead to Feldüberhöhungen and thermal destruction of the insulator 4.
  • the insulator 4 may be coated with a resistance coating 9.
  • FIG. 2 illustrates the use of the resistance lining 9 in the DC insulation system 1 of FIG. 1.
  • the insulator 4 is coated with the resistance coating 9. This is arranged at the interfaces 6, 7 (shown only by way of example for the interface 7) of the insulator 4, which adjoin the gaseous dielectric, such as air. Due to the resistance coating 9 field peaks caused by dirt particles 8 can be avoided.
  • the insulator can be protected against electrical damage caused by (partial) discharges, in particular at field strengths greater than 30 V / mm, preferably greater than 100 V / mm and particularly preferably greater than 500 V / mm.
  • FIG. 3 shows a printed circuit board 10 with the resistance coating 9 as a further example of a DC insulation system 1 with field strengths of, for example, greater than 30 V / mm, preferably greater than 100 V / mm and particularly preferably greater than 500 V / mm.
  • the printed circuit board 10 of FIG. 3 comprises a substrate onto which a printed conductor structure 11 with printed conductors 12, for example, is printed.
  • the printed conductors 12 In order to be able to build such printed circuit boards 10 as minimized as possible, the printed conductors 12 must be provided in a high density on the substrate, without influencing the functionality. However, the closer the printed conductors 12 are arranged to one another, the higher the electric field strengths E between the printed conductors 12. Thus, the electric field strength E between printed conductors 12 can exceed 30 V / mm, preferably more than 100 V / mm and particularly preferably more than 500 V. / mm increase. In order to homogenize such field strengths E over the entire distance of the two conductors, the resistance coating 9 is provided on the insulating substrate in region 13 between the conductor tracks 12 shown by way of example in FIG.
  • FIG. 4 shows a profile of the square resistance R against the electric field strength E for resistive linings 9 with rigid matrix material 22 (see FIGS. 5 and 6) and different mixing ratios of first particles 23 with a first, high resistance (in the present case also "high-coherence filler"). and particles 24 with a second, lower
  • the square resistance R is given in ohms and the field strength E in V / mm
  • the particle content of the high-resistance filler continues to increase, at the same time the particle fraction of the low-resistance Filler in the same ratio (eg. In steps of 25%) is reduced.
  • the course 14 shows the behavior of the square resistance R against the field strength E in the case of a resistance coating 9 which has a matrix material 22 (for example 78% by volume) and a low-resistance particle fraction (for example 22% by volume).
  • This shows at low field strengths E below 10 V / mm a constant square resistance R of about l * 10el0 ⁇ . From a field strength E of about 10 V / mm, the square resistance R decreases.
  • the resistance pad 9 thus shows from about 10 V / mm a non-ohmic behavior, the square resistor R decreases with increasing field strength E and accordingly increases the current density.
  • the course 15 shows the behavior of the square resistance R against the field strength E in the case of a resistance coating 9 in which a particle fraction of the low-resistance filler of 25% by weight has been replaced by a high-resistance filler. Due to the increased particle content, the square resistance R increases up to an electric field strength E, from which the behavior deviates from the ohmic behavior.
  • the courses 16, 17, 18 show an analogous behavior, with the low-resistance particles 24 being replaced step by step (for example in 25% steps) by high-resistance particles 23 in the case of the resistive linings 9 investigated.
  • the current that can be measured in the resistor pad 9 is too low in the range 19 with low field strengths E and high square resistance values R for the measurement.
  • a region 21 with low square resistance values R and high field strengths E heating and thermal destruction of the resistance lining 9 occurs.
  • region 20 with high square resistance values R and high field strengths E on the other hand, discharges or partial discharges occur in air, which can likewise lead to damage to the resistance lining 9.
  • FIG. 5 schematically shows a resistance lining 9 with a flexible matrix material 22 and particles embedded therein
  • the matrix material 22 is in particular an elastic material which has a Shore hardness A of, for example, 10 to 80.
  • elastomers such as silicone rubbers or
  • Platelet-shaped particles 23, 24 are embedded in the matrix material 22.
  • the particles 23, 24 are designed as coated particles 23, 24 with an aspect ratio of 10 to 100.
  • such as carbon nanotubes for example, have a width and thickness of a few nanometers and a length of a few hundred nanometers.
  • the particles 23, 24 are preferably coated with a doped semiconductor material, such as tin oxide.
  • a doped semiconductor material such as tin oxide.
  • antimony is suitable as doping element.
  • the resistance coating 9 can have different particles 23, 24 or a particle mixture, via which the resistance or the conductivity of the resistance coating 9 can simply be adapted to the respective application.
  • the particles 23, 24 are further arranged in a plurality of particle layers 26.
  • the particles 23, 24 are along their larger dimension, ie at platelet-shaped particles 23, 24 along the larger surface and rod-shaped particles 23, 24 along the major axis aligned.
  • the particles 23, 24 of adjacent layers 26 overlap at least partially.
  • the resistance coating 9 is exposed to low field strengths E of, for example, less than 30 V / mm.
  • FIG. 6 schematically shows the resistance coating 9 at field strengths E, for example greater than 30 V / mm, preferably greater than 100 V / mm and particularly preferably greater than 500 V / mm.
  • FIGS. 5 and 6 a particle 24 is shown which aligns at higher field strengths.
  • the particle 24 in FIG. 6 is more strongly polarized, ie. H. the charge shift within the particle 24 is enhanced.
  • E high field intensities E greater than 30 V / mm, preferably greater than 100 V / mm and particularly preferably greater than 500 V / mm and given distance 27 in a non-flexible matrix material 22, the electrons could overcome the potential barrier and the current density of the resistive layer 9 would increase disproportionately ,
  • the matrix material 22 is so flexible that the particle 24 can move, this aligns with the adjacent particles 23 in accordance with its polarization.
  • U 2 For by applying a constant voltage U 2 >> Ui to the resistance coating 9, the particles 23, 24 are polarized.
  • Field strength acts on the torque of the particles 23, 24.
  • the torque of the particles 23, 24 hardly counteracts a force and the particles 23, 24 can align themselves in the field.
  • This flexibility of the matrix material 22 and the resulting mobility of the particles 23, 24 is indicated in FIGS. 5 and 6 with the springs 28 between particles 24 and the adjacent particles 23.
  • the orientation of the particle 24 increases the distance 27 to adjacent particles 23 and the resulting potential barrier. The electrons can no longer tunnel, and a leakage current will flow, which results in an ohmic resistance behavior.
  • the breakdown voltage of the resistor pad 9 thus shifts towards higher field strengths E, and the resistor pad 9 has an ohmic behavior even with field strengths E greater than 30 V / mm, preferably greater than 100 V / mm and particularly preferably greater than 500 V / mm.
  • FIG. 7 shows the course of the square resistance R against the field strength E for resistance coverings 9 which comprise different elastomers as matrix material 22.
  • the tested resistive linings 9 contain a volume fraction of 22% by volume of particles 23, 24 with a square resistance R of 1 * 10 2 ohms.
  • the course 29 represents the behavior of the resistance covering 2, which contains a silicone rubber with Shore hardness A 45, at room temperature.
  • the course 31 represents the behavior of the resistance covering 2, which contains another silicone rubber with Shore hardness A 37, at room temperature
  • the course 32 represents the behavior of the resistance covering 2, which contains a further silicone rubber having a Shore hardness A 45, at room temperature.
  • the different resistance values R result here from the different starting monomers which are contained in the matrix material 22.
  • FIG. 7 shows that resistive linings 9 with a flexible matrix material 22 have an ohmic behavior over a wide field strength range E of 10 to 500 V / mm.
  • the curve 30 shows the behavior of the square resistance R against the field strength E, whereby not only the particles 23, 24 but also non-conductive beads are embedded in the matrix material 22 with a Shore hardness A of 45. As a result, the orientation of the particles 23, 24 in the matrix material 22 is suppressed.
  • the curve 30 therefore shows a non-ohmic behavior even at some 10 V / mm.
  • the ability of the particles 23, 24 to be able to align is thus crucial in order to achieve the desired ohmic behavior even at high field strengths.
  • FIG. 8 shows the course of the square resistance R against the field strength E for resistance coverings 9 with an elastomer that is tougher than the elastomers from FIG. 7.
  • the tested resistive linings 9 contain a volume fraction of 22% by volume of particles 23, 24 with a square resistance R of 1 * 10 2 ohms.
  • the composition of the elastomer is based on a
  • Polyesterimide resin having a Shore hardness between 45 and 80.
  • the courses were recorded at different times for the same resistor pad 9.
  • the measurement of the course 33 of the square resistor R was started by applying the electric field.
  • the ohmic behavior sets only at higher field strengths E in the range of 500 V / mm.
  • the particles 23, 24 thus align themselves only slowly because the elastomer based on polyesterimide resin is tougher than elastomers based on silicone rubber.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Widerstandsbelag für ein Gleichstromisoliersystem mit einem Matrixmaterial mit darin eigebetteten Partikeln, die ein Aspektverhältnis größer 1 aufweisen, wobei das Matrixmaterial derart flexibel beschaffen ist, dass sich die Partikel in Abhängigkeit von einer elektrischen Feldstärke ausrichten. Die Partikel können sich somit im elektrischen Feld ausrichten, wodurch sich eine DurchbruchsSpannung des Widerstandsbelags erhöht wird. Die Erfindung betrifft zudem ein Gleichstromisoliersystem mit dem Widerstandsbelag.

Description

Beschreibung
Widerstandsbelag für ein Gleichstromisoliersystem Die vorliegende Erfindung betrifft einen Widerstandsbelag für ein Gleichstromisoliersystem. Die Erfindung betrifft zudem ein Gleichstromisoliersystem mit dem Widerstandsbelag.
Isoliersysteme für Gleichstromanwendungen basieren meist auf einem gasförmigen bzw. einem festen Dielektrikum. Werden diese Isoliersysteme mit Gleichspannung beaufschlagt und einem stationären elektrischen Feld ausgesetzt, wird die elektrische Feldverteilung lediglich durch die resistiven Eigenschaften des Isoliersystems bestimmt. Entscheidend für die resistiven Eigenschaften ist vornehmlich der Oberflächenwiderstand des Dielektrikums. Befindet sich das Isoliersystem unter dem Einfluss eines gleichgerichteten elektrischen Feldes, bildet sich eine Ladungsträgeranhäufung an der Grenzfläche zwischen festem Dielektrikum und gasförmigen Dielektri- kum. Hierbei kann die Ladungsträgeranhäufung auch durch
Schmutzpartikel auf der Oberfläche des Dielektrikums hervorgerufen werden. Dadurch wird die Feldverteilung an der Oberfläche des Dielektrikums negativ beeinflusst, so dass lokale Feldüberhöhungen auftreten, die zu Überschlägen führen kön- nen. Eine leitfähige Oberfläche des Dielektrikums, beispielsweise in Form eines leitfähigen Widerstandsbelages, kann diese Ladungsträgeranhäufungen ableiten und so eine Feldüberhöhung vermeiden . Neuere Entwicklungen erfordern es, in der Nieder-, Mittel - und Hochspannungstechnik die elektrischen Anlagen immer kompakter zu konstruieren. Hierbei kommt es durch die immer kleiner werdenden Abstände zwischen den Leitern zu immer höheren Feldstärken. Ab einer Feldstärke von 30 V/mm kann es jedoch zu nichtlinearen Effekten im leitfähigen Widerstandsbelag kommen, und die Stromdichte nimmt nicht mehr linear mit der Feldstärke zu. Der Widerstandsbelag verhält sich dann nicht mehr ohmsch. Die überhöhte Stromdichte führt dabei zur Erwärmung und schlimmsten Falles zur Überhitzung des Widerstandsbelages, der dadurch beschädigt werden kann.
Daher ist es Aufgabe der Erfindung einen verbesserten Wider- standsbelag bereitzustellen, der sich auch bei hohen Feldstärken von mehr als 30 V/mm ohmsch verhält und für unterschiedliche Anwendungen einsetzbar ist.
Es wird ein Widerstandsbelag für ein Gleichstromisoliersystem vorgeschlagen, welcher ein Matrixmaterial mit darin eigebet- teten Partikeln umfasst, die ein Aspektverhältnis größer 1 aufweisen. Dabei ist das Matrixmaterial derart flexibel beschaffen, dass sich die Partikel in Abhängigkeit von einer elektrischen Feldstärke ausrichten.
Das Aspektverhältnis kann bevorzugt größer 2 und besonders bevorzugt größer 15 betragen. Das Aspektverhältnis meint hier das Verhältnis einer Ausdehnung eines Partikels in einer ersten Raumrichtung zu einer Ausdehnung des Partikels in einer zweiten Raumrichtung. Insbesondere weisen Partikel mit einem Aspektverhältnis größer 1, bevorzugt größer 2 und besonders bevorzugt größer 15 eine Vorzugsrichtung auf, entlang derer sie sich ausrichten. Können sich die Partikel in dem Matrixmaterial des Widerstandsbelages in Abhängigkeit von der elektrischen Feldstärke ausrichten, kann ein ohmsches Verhalten des Widerstandsbelages bei hohen Feldstärken von beispielsweise mehr als 30 V/mm, bevorzugt von mehr als 100 V/mm und besonders bevorzugt von mehr als 500 V/mm gewährleistet bzw. aufrechterhalten werden. „Ohmsches Verhalten" meint, dass die Stromdichte des Widerstandsbelags linear mit der elektrischen Feldstärke zunimmt. Für das ohmsche Verhalten des vorgeschlagenen Widerstandsbelages verantwortlich sind Leitungseffekte zwischen den Partikeln.
So bilden die Korngrenzen in den einzelnen Partikeln sowie die Partikelübergänge Potentialbarrieren, die unterhalb der DurchbruchsSpannung nicht durchtunnelt werden können. Der Leitungsmechanismus in diesem Bereich resultiert aus einem Leckstrom zwischen den Partikeln, der zum Beispiel mit Hilfe des Pool-Frenkel-Effekts oder dem Richardson-Schottky- Mechanismus beschrieben werden kann.
Bei hohen Spannungen größer der DurchbruchsSpannung können die Elektronen die Potentialbarriere überwinden und die
Stromdichte innerhalb des Widerstandsbelags steigt überpro- portional zur Feldstärke an. Dieses nicht-lineare, insbesondere exponentielle , Verhalten der Stromdichte kann mit Hilfe des Nichtlinearitätsexponenten „alpha" und der Durchbruchsspannung charakterisiert werden. Die DurchbruchsSpannung bezeichnet dabei die Spannung, ab der die Elektronen die Poten- tialbarrieren an den Korngrenzen und Partikelübergängen überwinden können, und eine Leitung zwischen den Partikeln einsetzt. Die DurchbruchsSpannung ist damit proportional zur Anzahl der Partikel, und somit den Potentialbarrieren der Korngrenzen und Partikelübergängen. Steigt die Feldstärke also soweit an, dass die DurchbruchsSpannung überschritten wird, können die Elektronen zwischen den einzelnen Partikeln tun- neln und die Stromdichte des Widerstandsbelags steigt nicht mehr linear und insbesondere exponentiell an. Der Nichtlinea- ritätsexponent ist dabei durch die Steigung der jeweils loga- rithmisch aufgetragenen Stromdichte-Feldstärke-Kennlinie definiert. Im Falle einer linearen, ohmschen Kennlinie besitzt „alpha" den Wert 1. Bei einem nichtlinearen Widerstandsverhalten ist „alpha" größer 1. Bei ansteigender Feldstärke können zusätzlich Ladungen innerhalb der Partikel verschoben werden, und die Partikel werden polarisiert. Ist das Matrixmaterial so flexibel, dass sich die Partikel bewegen können, richten sich diese entsprechend ihrer Polarisation gegeneinander aus. Dabei werden der Ab- stand und infolge dessen auch die Potentialbarriere zwischen einzelnen Partikeln erhöht. Die DurchbruchsSpannung verschiebt sich zu höheren Feldstärken, und der Widerstandsbelag weist auch bei Spannungen größer der ursprünglichen Durch- bruchsSpannung ein ohmsches Verhalten auf. Mit dem Widerstandsbelag kann somit auch bei hohen Spannungen bzw. Feldstärken ein ohmsches Widerstandsverhalten gewährleistet werden und sichergestellt werden, dass auch bei hohen Feldstär- ken die resultierende Stromdichte nicht überproportional ansteigt, sondern nur linear. Dadurch wiederum kann sichergestellt werden, dass die aus der Stromdichte resultierende Verlustleistung ebenfalls nur linear mit steigender Feldstärke ansteigt, wodurch die sich ergebende Joulsche Erwärmung, die proportional zur Verlustleistung ist, ebenfalls nicht überproportional ansteigt. Dadurch wird der Widerstandsbelag nicht einer unzulässig hohen Temperatur ausgesetzt und als Folge dessen nicht thermisch zerstört. Somit kann also durch den Widerstandsbelag vorteilhaft eine elektrische Aufladung an Grenzflächen beispielsweise zwischen einem festen und einem gasförmigen Dielektrikum abgeleitet werden, ohne konstruktive Maßnahmen ergreifen zu müssen, die viel Platz in Anspruch nehmen und gleichzeitig sichergestellt werden, dass der Widerstandsbelag nicht unzulässig heiß wird.
Mit „Widerstandsbelag" ist vorliegend auch eine Widerstandsschicht gemeint. Diese kann, muss aber nicht Stoffschlüssig mit einem Isolator oder einer sonstigen Komponente gebildet sein .
Der Widerstandsbelag kann in unterschiedlichen Gleichstromisoliersystemen mit Feldstärken größer 30 V/mm, bevorzugt größer 100 V/mm und besonders bevorzugt größer 500 V/mm eingesetzt werden. Beispielsweise kann der Widerstandsbelag in der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) oder in Hoch- spannungsgleichstromisoliersystemen, wie Transformatoren und deren Durchführungen, zum Einsatz kommen. Auch die Verwendung in elektronischen Bauteilen, bei denen hohe Feldstärken auftreten, etwa in Leiterplatten, ist möglich. So können insbe- sondere bei Leiterplatten der Halbleitertechnik, beispielsweise in Prozessoren oder Chips, Feldstärken größer 30 V/mm, bevorzugt größer 100 V/mm und besonders bevorzugt größer 500 V/mm auftreten, wenn Leiter durch die Miniaturisierung in geringem Abstand zueinander angeordnet sind.
Für die notwendige Flexibilität des Matrixmaterials, ist das Matrixmaterial in einer Ausführungsform ein Elastomer. Das
Elastomer weist eine Glasübergangstemperatur auf, die kleiner einer bestimmungsgemäßen Einsatztemperatur des Widerstandsbelags ist. Ein Einsatztemperaturbereich bezeichnet hier die Temperaturen, die in der mit dem Widerstandsbelag ausgestat- tete Komponente im Betrieb auftreten können. Der Einsatztemperaturbereich umfasst also die Temperaturen, denen der Widerstandsbelag ausgesetzt sein kann. Beispielsweise kann das Matrixmaterial in einem Einsatztemperaturbereich von -200 bis 500 Grad Celsius, bevorzugt von -20 bis 120 Grad Celsius und besonders bevorzugt von 40 bis 70 Grad Celsius elastisch sein. Die Glasübergangstemperatur ist damit vorzugweise kleiner als die Untergrenze des Einsatztemperaturbereiches. Der Widerstandsbelag kann dementsprechend für einen Einsatztemperaturbereich von -200 bis 500 Grad Celsius, bevorzugt von -20 bis 120 Grad Celsius und besonders bevorzugt von 40 bis 70 Grad Celsius ausgelegt sein.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Matrixmaterial elastisch ausgebildet. Das Matrixmaterial des Widerstandsbe- lages ist vorzugsweise so zu wählen, dass es bei den bestimmungsgemäßen Einsatztemperaturen elastisch ist. Die Partikel können sich somit in dem Matrixmaterial bewegen und in Abhängigkeit von der Feldstärke ausrichten. Nach Wegnahme des elektrischen Felds nehmen die Partikel wieder ihre ursprüng- liehe Orientierung ein.
Als Matrixmaterial eignet sich eine Vielzahl von Elastomeren. Beispielhaft seien hier Kautschuke genannt, wie Naturkautschuk (NR) , Acrylnitril -Butadien-Kautschuk (NBR) , Styrol- Butadien-Kautschuk (SBR) , Chloropren-Kautschuk (CR) , Butadien-Kautschuk (BR) und Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk
(EPDM) oder Poly (organo) siloxanen-Kautschuk (Silikonkautschuk) . Weiterhin beispielhaft genannte Elastomere sind Har- ze, wie Polymethylsiloxan-Harz , Polymethylphenylsiloxan-Harz , Epoxidharz, Alkydharz oder Polyesterimidharz . Das Matrixmaterial kann auch eine Mischung mit verschiedenen Elastomeren enthalten .
In einer weiteren Ausführungsform weist das Matrixmaterial eine Shore-Härte A von 10 bis 90, bevorzugt von 20 bis 80 und besonders bevorzugt von 30 bis 50 auf. Hierbei ist die Shore- Härte auf das Matrixmaterial ohne eingebettete Partikel bezo- gen. Das Matrixmaterial kann weiter einen Verlustmodul G' ' aufweisen, der kleiner einem Speichermodul G' ist.
Kautschuke, wie Silikonkautschuk, sind elastischer als Harze, wie Polyesterimidharz. So liegen die Shore-Härten A von Sili- konkautschuken im Bereich von 35 bis 50. Elastische
Polyesterimidharze weisen dagegen eine Shore-Härte A größer 45, insbesondere zwischen 50 und 80, beispielsweise zwischen 60 und 80, auf. Die Elastizität des Matrixmaterials beein- flusst dabei, wie schnell sich die Partikel bei sich ändern- der Feldstärke ausrichten oder wie schnell die Partikel relaxieren, d.h. in ihre Ausgangsposition zurückkehren. So können sich die Partikel beispielsweise in einem Silikonkautschuk unmittelbar mit der ansteigenden Feldstärke ausrichten, während sich Partikel beispielsweise in einem
Polyesterimidharz zeitverzögert mit der ansteigenden Feldstärke ausrichten, bzw. wenn die Matrix steif genug ist sich gar nicht ausrichten. Analog dazu relaxieren Partikel in zum Beispiel dem Silikonkautschuk schneller als in zum Beispiel dem Polyesterimidharz .
In einer weiteren Ausführungsform sind die Partikel
plättchenförmig oder stäbchenförmig. Auch Partikelmischungen mit einer Mischung aus plättchenförmigen Partikeln und stäbchenförmigen Partikeln sind möglich. Dabei können die Parti - kel ein Aspektverhältnis von 10 bis 1000, bevorzugt 10 bis 100 und besonders bevorzugt von 15 bis 50 aufweisen. Das Aspektverhältnis bezieht sich für plättchenförmige Partikel auf das Verhältnis jeweils von Länge und Breite zu Dicke. Bei stäbchenförmigen Partikeln bezieht sich das Aspektverhältnis auf das Verhältnis jeweils von Breite und Dicke zu Länge. Dabei beeinflusst das Aspektverhältnis und die sich daraus ergebende Asymmetrie in den Partikeldimensionen die Tendenz der Partikel sich auszurichten. So weisen Partikel mit einem großen Aspektverhältnis eine größere Tendenz auf, sich auszurichten als Partikel mit einem kleineren Aspektverhältnis. Bei plättchenförmigen Partikeln beispielsweise richten sich die Partikel im Widerstandsbelag entlang der größten Fläche aus, d.h. die größte Fläche ist parallel zu einer Grenzfläche zwischen zum Beispiel einem festen und einem gasförmigen Dielektrikum orientiert. Analog können sich stäbchenförmige Partikel entlang der Länge ausrichten, d.h. die größte Achse ist parallel zu einer Grenzfläche zwischen zum Beispiel einem festen und einem gasförmigen Dielektrikum orientiert.
In einer weiteren Ausführungsform enthalten die Partikel Glimmerpartikel, Siliziumkarbidpartikel (SiC-Partikel) , Metalloxidpartikel, insbesondere Aluminiumoxidpartikel (A1203- Partikel), Kohlenstoffnanoröhren oder Mischungen hieraus.
Diese Partikel sind insbesondere in dem vorstehend genannten Aspektverhältnis verfügbar.
In einer weiteren Ausführungsform liegt ein Volumenanteil der Partikel zwischen 5 und 55 Vol.%, bevorzugt zwischen 6,5 und 40 Vol.-% und besonders bevorzugt zwischen 15 und 30 Vol.-%. Hierbei beziehen sich der Volumenanteil und Angaben in Vol.-% auf das Gesamtvolumen des Matrixmaterials und der Partikel. Diese Volumenanteile an Partikeln entsprechen bei einem Mat- rixmaterial mit einer Dichte von 1 g/cm3 und
plättchenförmigen Partikeln mit einer Dichte von 3,5 g/cm3 einem Aspektverhältnis von 20. Ist der Partikelanteil zu hoch, sind die Bewegungsfreiräume der einzelnen Partikel eingeschränkt und sie können sich nicht mehr in dem Matrixmate- rial ausrichten. Daher wird der Partikelanteil so gewählt, dass sich die Partikel in dem Matrixmaterial ausrichten können. Ist der Partikelanteil zu gering, können sich die Partikel untereinander nicht kontaktieren, wodurch keine Leitpfade ausgebildet werden und der Widerstandsbelag besitzt den spezifischen Widerstand der Matrix.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein Volumenanteil und/oder Aspektverhältnis der Partikel so gewählt, dass die Perkolationsschwelle überschritten ist. Dabei bezeichnet die Perkolationsschwelle den Volumenanteil von Partikeln, bei dessen Überschreiten sich die Partikel kontaktieren und im Matrixmaterial Leitpfade ausbilden können. Dabei kann der Vo- lumenanteil, bei dem die Perkolationsschwelle überschritten wird, vom Aspektverhältnis der Partikel abhängen.
In einer weiteren Ausführungsform enthält das Matrixmaterial erste Partikel, die eine erste elektrische Leitfähigkeit oder einen ersten elektrischen Widerstand aufweisen, und zweite
Partikel, die eine zweite elektrische Leitfähigkeit oder einen zweiten elektrischen Widerstand aufweisen, wobei sich die erste elektrische Leitfähigkeit oder der erste elektrische Widerstand von der zweiten elektrischen Leitfähigkeit oder dem zweiten elektrischen Widerstand unterscheidet. So kann insbesondere die elektrische Leitfähigkeit oder der elektrische Widerstand des Widerstandsbelages durch einen Gewichtsanteil der ersten und zweiten Partikel eingestellt sein.
Hierbei ist der Gewichtsanteil auf das Gesamtgewicht der ers- ten und zweiten Partikel bezogen. Mit einer Mischung aus ersten und zweiten Partikeln kann die elektrische Leitfähigkeit und damit die Verlustleistung des Widerstandsbelages eingestellt werden. Durch die Gewichtsanteile der ersten und zweiten Partikel kann der Widerstandsbelag somit optimal an das gewünschte Gleichstromisoliersystem angepasst werden. Hierbei können neben einer Partikelmischung mit ersten und zweiten Partikeln auch Partikelmischungen mit mehreren Partikeln zum Einsatz kommen. Um die elektrische Leitfähigkeit oder den elektrischen Widerstand des Widerstandsbelages einfach anzupassen, enthalten die Partikel zumindest ein dotierbares Halbleitermaterial, dessen Dotierung die elektrische Leitfähigkeit oder den elektrischen Widerstand der Partikel bestimmt. Dabei können die Partikel mit dem dotierbaren Halbleitermaterial beschichtet sein. Weiterhin kann das dotierbare Halbleitermaterial je nach Dotierung einen elektrischen Quadratwiderstand im Be- reich von l*10e3 bis l*10el5 Ω aufweisen. Dabei bedeuten Angaben von Quadratwiderständen, dass der Oberflächenwiderstand bei einer Feldstärke von 100 V/mm gemessen wurden. Durch die Dotierung des Halbleitermaterials können Partikel mit unterschiedlichen elektrischen Leitfähigkeiten oder Widerständen bereitgestellt werden. Die elektrische Leitfähigkeit oder der Widerstand des Widerstandsbelags ist entsprechend einfach über die darin enthaltenen Partikel einstellbar und kann einfach an die Anforderungen in unterschiedlichen Gleichstromisoliersystemen angepasst werden.
Beispielsweise kann das Halbleitermaterial ein Metalloxid, wie Zinnoxid (Sn02) , Zinkoxid (ZnO) , Zinkstannat (ZnSn03) , Titandioxid (Ti02) , Bleioxid (PbO) oder Siliziumkarbid (SiC) sein. Als Dotierungselemente eignen sich Antimon (Sb) , Indium (In) oder Cadmium (Cd) . Bevorzugt wird Zinnoxid (Sn02) dotiert mit Antimon (Sb) eingesetzt. Durch die Verwendung des dotierbaren Halbleitermaterials können je nach Dotierung unterschiedliche elektrische Quadratwiderstände im Bereich von l*10e3 bis l*10el5 Ω, bevorzugt im Bereich von l*10ell bis l*10el5 Ω, realisiert werden. Um einen Partikel mit einem hohen Quadratwiderstand im Bereich von l*10ell bis l*10el5 Ω bereitzustellen, können die Partikel zusätzlich mit einer elektrisch isolierenden Schicht, wie Titandioxid (Ti02) , überzogen sein.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Widerstandsbelag so eingestellt, dass er sich bei Feldstärken insbesondere größer 30 V/mm, bevorzugt größer 100 V/mm und besonders bevorzugt größer 500 V/mm ohmsch verhält. D.h. die Stromdichte des Wi- derstandsbelages nimmt linear mit der ansteigenden Feldstärke zu. Weiterhin kann der Widerstandsbelag so eingestellt sein, dass dieser sich in einem ersten Feldstärkenbereich insbesondere größer 30 V/mm, bevorzugt größer 100 V/mm und besonders bevorzugt größer 500 V/mm ohmsch verhält und in einem zweiten Feldstärkenbereich insbesondere größer 30 V/mm, bevorzugt größer 100 V/mm und besonders bevorzugt größer 500 V/mm nicht ohmsch verhält. So kann ein Widerstandsbelag bereitgestellt werden, der zum Beispiel nur im für das jeweilige Gleichstromisoliersystem relevanten Feldstärkenbereich ein ohmsches Verhalten aufweist. Zum Einstellen des Widerstandsbelages können, wie vorstehend beschrieben, das Matrixmaterial und/oder die Partikel entsprechend gewählt werden. Beispiels- weise kann die Feldstärke, ab der sich der Widerstandsbelag ohmsch verhält, durch die Flexibilität des Matrixmaterials bei unterschiedlichen Temperaturen eingestellt werden. Zusätzlich kann durch Einstellen des spezifischen Widerstandes des Widerstandsbelages, etwa über die Wahl des Mischungsver- hältnisses der Partikel, eine vorgegebene Verlustleistung in einem vorgegebenen Feldstärkenbereich eingestellt werden.
Es wird weiterhin ein Gleichstromisoliersystem mit dem vorstehend beschriebenen Widerstandsbelag vorgeschlagen. Dabei können im Bereich des Widerstandsbelages Feldstärken größer 30 V/mm, bevorzugt größer 100 V/mm und besonders bevorzugt größer 500 V/mm auftreten. In einer Ausführungsform umfasst das Gleichstromisoliersystem einen ersten Leiter und einen zweiten Leiter, zwischen denen im Betrieb des Gleichstromiso- liersystems beispielsweise elektrische Feldstärken größer 30 V/mm, bevorzugt größer 100 V/mm und besonders bevorzugt größer 500 V/mm erzeugbar sind.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Gleichstromiso- liersystem einen ersten Leiter und einen zweiten Leiter, wobei der Widerstandsbelag zwischen den beiden Leitern angeordnet ist. Insbesondere kann zwischen dem ersten und dem zweiten Leiter mindestens ein Isolator mit dem Widerstandsbelag vorgesehen sein, der sich zumindest teilweise zwischen dem ersten und dem zweiten Leiter erstreckt. Der Widerstandsbelag erstreckt sich vorzugsweise von dem ersten zum zweiten Leiter. Der weitere Raum zwischen dem ersten und zweiten Leiter kann mit einem gasförmigen Dielektrikum, wie Luft, gefüllt sein. Der Isolator kann somit ein festes Dielektrikum mit Grenzflächen zu einem gasförmigen Dielektrikum bilden. Bevorzugt ist der Widerstandsbelag an solchen Grenzflächen des Isolators angeordnet, die an ein gasförmiges Dielektrikum, wie Luft, angrenzen. Das Beschichten des Isolators mit dem Widerstandsbelag kann zum Beispiel durch Sprühen, Rakeln, Pinseln, Tauchen oder dergleichen erfolgen. So kann der Widerstandsbelag als Lack auf die Grenzflächen des Isolators aufgetragen werden, der das Matrixmaterial, die Partikel und gegebenenfalls ein Lösungsmittel enthält.
Im Folgenden werden anhand der beigefügten schematischen Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 ein Gleichstromisoliersystem mit zwei Leitern, zwischen denen ein Isolator angeordnet ist; Figur 2 das Gleichstromisoliersystem gemäß Figur 1, in dem der Isolator einen Widerstandsbelag aufweist;
Figur 3 eine Leiterplatte als Gleichstromisoliersystem mit dem Widerstandsbelag;
Figur 4 einen Verlauf des Quadratwiderstandes gegen die
Feldstärke für Widerstandsbeläge mit steifem Matrixmaterial und unterschiedlichen Partikelanteilen; Figur 5 schematisch einen Widerstandsbelag mit einem flexiblen Matrixmaterial und darin eigebetteten Partikeln bei Feldstärken kleiner 30 V/mm;
Figur 6 schematisch der Widerstandsbelag der Figur 5 bei
Feldstärken größer 30 V/mm; Figur 7 den Verlauf des Quadratwiderstandes gegen die Feldstärke für Widerstandsbeläge, die unterschiedliche Elastomere als Matrixmaterial aufweisen; und Figur 8 den Verlauf des Quadratwiderstandes gegen die Feldstärke für Widerstandsbeläge mit Elastomeren, die zäher sind als die der Widerstandsbeläge aus Figur 7. Gleiche oder funktionsgleiche Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen soweit es nicht anders angegeben ist.
Figur 1 zeigt ein Gleichstromisoliersystem 1 mit einem ersten Leiter 2, der einen Gleichstrom führt, und einem zweiten Leiter 3, der als Nullleiter auf Erdpotential liegt. Zwischen den beiden Leitern 2, 3 liegt ein elektrisches Feld E an, das größer 30 V/mm, bevorzugt größer 100 V/mm und besonders bevorzugt größer 500 V/mm ist.
Ein Isolator 4 beabstandet die beiden Leiter 2, 3 voneinander. Dabei erstreckt sich der Isolator 4 teilweise in einem Raum 5 zwischen den beiden Leitern 2, 3. Der weitere Raum 5 ist mit einem gasförmigen Dielektrikum, wie Luft, gefüllt. Damit bilden sich an dem Isolator 4 Grenzflächen 6, 7 aus, die einen Übergang zwischen dem Isolator 4 als festes Dielektrikum und dem gasförmigen Dielektrikum bilden. An diesen Grenzflächen 6, 7 können sich Schmutzpartikel 8 ansammeln, die zu Feldüberhöhungen und zum thermischen Zerstören des Isolators 4 führen können. Um derartige Beschädigungen zu vermeiden, kann der Isolator 4 mit einem Widerstandsbelag 9 beschichtet sein.
Die Konfiguration der Figur 2 illustriert den Einsatz des Wi- derstandsbelages 9 in dem Gleichstromisoliersystem 1 der Figur 1. Hierbei ist der Isolator 4 mit dem Widerstandsbelag 9 beschichtet. Dieser ist an den Grenzflächen 6, 7 (nur für die Grenzfläche 7 beispielhaft gezeigt) des Isolators 4 angeordnet, die an das gasförmige Dielektrikum, wie Luft, angrenzen. Durch den Widerstandsbelag 9 können Feldüberhöhungen verursacht durch Schmutzpartikel 8 vermieden werden. So kann der Isolator insbesondere bei Feldstärken größer 30 V/mm, bevorzugt größer 100 V/mm und besonders bevorzugt größer 500 V/mm vor elektrischen Beschädigungen durch (Teil -) Entladungen ge- schützt werden.
Figur 3 zeigt eine Leiterplatte 10 mit dem Widerstandsbelag 9 als weiteres Beispiel eines Gleichstromisoliersystems 1 mit Feldstärken von beispielsweise größer 30 V/mm, bevorzugt grö- ßer 100 V/mm und besonders bevorzugt größer 500 V/mm.
Die Leiterplatte 10 der Figur 3 umfasst ein Substrat, auf das eine Leiterbahnstruktur 11 mit Leiterbahnen 12 beispielsweise aufgedruckt ist. Um solche Leiterplatten 10 möglichst minia- turisiert bauen zu können, sind die Leiterbahnen 12 in einer hohen Dichte auf dem Substrat vorzusehen, ohne die Funktionalität zu beeinflussen. Je näher jedoch die Leiterbahnen 12 zueinander angeordnet sind, desto höher werden die elektrischen Feldstärken E zwischen den Leiterbahnen 12. So kann die elektrische Feldstärke E zwischen Leiterbahnen 12 auf über 30 V/mm, bevorzugt über 100 V/mm und besonders bevorzugt über 500 V/mm ansteigen. Um derartige Feldstärken E über den gesamten Abstand der beiden Leiter zu homogenisieren, ist auf dem isolierenden Substrat im Bereich 13 zwischen den bei- spielhaft in Figur 3 dargestellten Leiterbahnen 12 der Widerstandsbelag 9 vorgesehen.
Figur 4 zeigt einen Verlauf des Quadratwiderstandes R gegen die elektrische Feldstärke E für Widerstandsbeläge 9 mit steifem Matrixmaterial 22 (siehe Figuren 5 und 6) und unterschiedlichen Mischungsverhältnissen von ersten Partikeln 23 mit einem ersten, hohen Widerstand (vorliegend auch „hochoh- miger Füllstoff") und Partikeln 24 mit einem zweiten, niedri- gen Widerstand (vorliegen auch „niederohmiger Füllstoff") . Hierbei ist der Quadratwiderstand R in Ohm und die Feldstärke E in V/mm gegeben. Bei den dargestellten Verläufen 14 bis 18 erhöht sich weiterhin der Partikelanteil des hochohmigen Füllstoffes, wobei gleichzeitig der Partikelanteil des niederohmigeren Füllstoffes im gleichen Verhältnis (bspw. in Schritten von 25%) reduziert wird.
Der Verlauf 14 zeigt das Verhalten des Quadratwiderstandes R gegen die Feldstärke E bei einem Widerstandsbelag 9, der ein Matrixmaterial 22 (bspw. 78 Vol.%) und einen niederohmigeren Partikelanteil (bspw. 22 Vol.%) aufweist. Dieser zeigt bei niedrigen Feldstärken E unter 10 V/mm einen konstanten Quadratwiderstand R von etwa l*10el0 Ω. Ab einer Feldstärke E von etwa 10 V/mm nimmt der Quadratwiderstand R ab. Der Widerstandsbelag 9 zeigt somit ab etwa 10 V/mm ein nicht ohmsches Verhalten, wobei der Quadratwiderstand R mit steigender Feldstärke E abnimmt und dementsprechend die Stromdichte zunimmt. Der Verlauf 15 zeigt das Verhalten des Quadratwiderstandes R gegen die Feldstärke E bei einem Widerstandsbelag 9, bei dem ein Partikelanteil des niederohmigeren Füllstoffes von 25 Gew.-% durch einen hochohmigen Füllstoff ersetzt wurde. Durch den erhöhten Partikelanteil erhöht sich der Quadratwiderstand R bis zu einer elektrischen Feldstärke E, ab der das Verhalten vom ohmschen Verhalten abweicht. Ein analoges Verhalten zeigen die Verläufe 16, 17, 18, wobei bei den untersuchten Widerstandsbelägen 9 die niederohmigen Partikel 24 schrittweise (bspw. in 25 %- Schritten) durch hochohmige Partikel 23 ersetzt wurden.
Weiterhin gezeigt in Figur 4 ist der Arbeitsbereich der untersuchten Widerstandsbeläge 9. So ist der Strom, der im Widerstandsbelag 9 gemessen werden kann, im Bereich 19 mit ge- ringen Feldstärken E und hohen Quadratwiderstandswerten R zu gering zur Messung. In einem Bereich 21 mit geringen Quadratwiderstandswerten R und hohen Feldstärken E kommt es zur Erwärmung und thermischen Zerstörung des Widerstandsbelages 9. In einem Bereich 20 mit hohen Quadratwiderstandswerten R und hohen Feldstärken E dagegen treten Entladungen oder Teilentladungen in Luft auf, die ebenfalls zur Schädigung des Widerstandsbelages 9 führen können.
Figur 5 zeigt schematisch einen Widerstandsbelag 9 mit einem flexiblen Matrixmaterial 22 und darin eigebetteten Partikeln
23, 24 bei Feldstärken E kleiner 30 V/mm. Das Matrixmaterial 22 ist dabei insbesondere ein elastisches Material, das eine Shore-Härte A von beispielsweise 10 bis 80 aufweist. Hierzu eignen sich Elastomere, wie Silikonkautschuke oder
Polyersterimidharze .
In das Matrixmaterial 22 sind plättchenförmige Partikel 23, 24 eingebettet. Die Partikel 23, 24 sind dabei als beschichtete Partikel 23, 24 mit einem Aspektverhältnis von 10 bis 100 ausgeführt. Beispielsweise eignen sich plättchenförmige Partikel 23, 24, wie Glimmerpartikel, die eine Dicke von einigen hundert Nanometern, zum Beispiel 350 nm, und eine Brei- te oder Länge von einigen Mikrometern, beispielsweise 6,5 μπι, aufweisen. Auch geeignet sind stäbchenförmige Partikel 23,
24, wie Kohlenstoffnanoröhren, die zum Beispiel eine Breite und Dicke von einigen Nanometern und eine Länge von einigen hundert Nanometern aufweisen.
Weiterhin sind die Partikel 23, 24 bevorzugt mit einem dotierten Halbleitermaterial, wie Zinnoxid, beschichtet. Als Dotierungselement eignet sich dabei zum Beispiel Antimon. Je nach Dotierung des Halbleitermaterials, mit dem die Partikel 23, 24 beschichtet sind, ergeben sich andere elektrische
Leitfähigkeiten oder Widerstände für die Partikel 23, 24. So kann der Widerstandsbelag 9 unterschiedliche Partikel 23, 24 oder eine Partikelmischung aufweisen, über die einfach der Widerstand oder die Leitfähigkeit des Widerstandsbelags 9 an die jeweilige Anwendung angepasst werden kann.
Die Partikel 23, 24 sind weiterhin in mehreren Partikellagen 26 angeordnet. Dabei sind die Partikel 23, 24 entlang ihrer größeren Dimension, d.h. bei plättchenförmigen Partikeln 23, 24 entlang der größeren Fläche und bei stabförmigen Partikeln 23, 24 entlang der größeren Achse, ausgerichtet. Zusätzlich überlappen die Partikel 23, 24 benachbarter Lagen 26 zumin- dest teilweise.
In Figur 5 ist der Widerstandsbelag 9 geringen Feldstärken E von beispielsweise weniger als 30 V/mm ausgesetzt. Figur 6 zeigt schematisch den Widerstandsbelag 9 bei Feldstärken E beispielsweise größer 30 V/mm, bevorzugt größer 100 V/mm und besonders bevorzugt größer 500 V/mm.
Zu illustrativen Zwecken ist in den Figuren 5 und 6 ein Partikel 24 dargestellt, das sich bei höheren Feldstärken aus- richtet. Im Vergleich zu Figur 5 ist das Partikel 24 in Figur 6 stärker polarisiert, d. h. die Ladungsverschiebung innerhalb des Partikels 24 ist verstärkt. Bei hohen Feldstärken E größer 30 V/mm, bevorzugt größer 100 V/mm und besonders bevorzugt größer 500 V/mm und gegebenem Abstand 27 in einem un- flexiblen Matrixmaterial 22 könnten die Elektronen die Potentialbarriere überwinden und die Stromdichte des Widerstandsbelags 9 würde überproportional ansteigen.
Ist das Matrixmaterial 22 jedoch so flexibel, dass sich das Partikel 24 bewegen kann, richtet sich dieses entsprechend seiner Polarisation gegenüber den benachbarten Partikeln 23 aus. Denn durch das Anlegen einer konstanten Spannung U2 > > Ui an den Widerstandsbelag 9 werden die Partikel 23, 24 polarisiert. Abhängig von dem Aspektverhältnis der Partikel 23, 24, der Leitfähigkeit der Partikel 23, 24 und der anliegenden
Feldstärke wirkt ein Drehmoment auf die Partikel 23, 24. Bei einem flexiblen Matrixmaterial 22 wirkt dem Drehmoment der Partikel 23, 24 kaum eine Kraft entgegen und die Partikel 23, 24 können sich im Feld ausrichten. Diese Flexibilität des Matrixmaterials 22 und die sich daraus ergebende Beweglichkeit der Partikel 23, 24 ist in den Figuren 5 und 6 mit den Federn 28 zwischen Partikel 24 und den benachbarten Partikeln 23 angedeutet. Durch die Ausrichtung des Partikels 24 werden der Abstand 27 zu benachbarten Partikeln 23 und die sich daraus ergebende Potentialbarriere erhöht. Die Elektronen können nicht mehr tunneln, und es wird ein Leckstrom fließen, was sich in einem ohmschen Widerstandsverhalten ausprägt. Die Durchbruchsspannung des Widerstandsbelages 9 verschiebt sich somit hin zu höheren Feldstärken E, und der Widerstandsbelag 9 weist auch bei Feldstärken E größer 30 V/mm, bevorzugt größer 100 V/mm und besonders bevorzugt größer 500 V/mm ein ohmsches Verhalten auf .
Figur 7 zeigt den Verlauf des Quadratwiderstandes R gegen die Feldstärke E für Widerstandsbeläge 9, die unterschiedliche Elastomere als Matrixmaterial 22 umfassen.
Die untersuchten Widerstandsbeläge 9 enthalten bezogen auf das Gesamtvolumen einen Volumenanteil von 22 Vol.-% an Partikeln 23, 24 mit einem Quadratwiderstand R von l*10el2 Ω. Die Zusammensetzung der Elastomere 22, in denen die Partikel 23, 24 eingebettet sind, beruht auf Silikonkautschuk, der eine Shore-Härte A zwischen 37 und 45 aufweist. Der Verlauf 29 stellt das Verhalten des Widerstandsbelags 2, der einen Silikonkautschuk mit Shore-Härte A 45 enthält, bei Raumtemperatur dar. Der Verlauf 31 stellt das Verhalten des Widerstandsbelags 2, der einen weiteren Silikonkautschuk mit Shore-Härte A 37 enthält, bei Raumtemperatur dar. Der Verlauf 32 stellt das Verhalten des Widerstandsbelags 2, der einen weiteren Silikonkautschuk mit Shore-Härte A 45 enthält, bei Raumtemperatur dar. Die unterschiedlichen Widerstandswerte R ergeben sich dabei aus den unterschiedlichen Ausgangsmonomeren, die in dem Matrixmaterial 22 enthalten sind.
Figur 7 zeigt, dass Widerstandsbeläge 9 mit einem flexiblen Matrixmaterial 22 über einen weiten Feldstärkenbereich E von 10 bis 500 V/mm ein ohmsches Verhalten aufweisen. Zusätzlich zeigt der Verlauf 30 das Verhalten des Quadratwiderstandes R gegen die Feldstärke E, wobei neben den Partikeln 23, 24 auch nicht leitfähige Kügelchen in das Matrixmaterial 22 mit einer Shore-Härte A von 45 eingebettet sind. Dadurch wird die Ausrichtung der Partikel 23, 24 in dem Matrixmaterial 22 unterdrückt. Der Verlauf 30 zeigt daher schon bei einigen 10 V/mm ein nicht-ohmsches Verhalten. Die Fähigkeit der Partikel 23, 24, sich ausrichten zu können, ist also entscheidend, um das gewünschte ohmsche Verhalten auch bei hohen Feldstärken zu erzielen.
Figur 8 zeigt den Verlauf des Quadratwiderstandes R gegen die Feldstärke E für Widerstandsbeläge 9 mit einem Elastomer, das zäher ist als die Elastomere aus Figur 7.
Die untersuchten Widerstandsbeläge 9 enthalten bezogen auf das Gesamtvolumen einen Volumenanteil von 22 Vol.-% an Partikeln 23, 24 mit einem Quadratwiderstand R von l*10el2 Ω. Die Zusammensetzung des Elastomers beruht auf einem
Polyesterimidharz , das eine Shore-Härte zwischen 45 und 80 aufweist. In dieser Messung wurden die Verläufe zu unterschiedlichen Zeiten für denselben Widerstandsbelag 9 aufgenommen. So wurde mit Anlegen des elektrischen Feldes die Messung des Verlaufes 33 des Quadratwiderstandes R gestartet. Hier ist zu erkennen, dass sich das ohmsche Verhalten erst bei höheren Feldstärken E im Bereich von 500 V/mm einstellt. Die Partikel 23, 24 richten sich also nur langsam aus, weil das Elastomer auf Basis von Polyesterimidharz zäher ist als Elastomere auf Basis von Silikonkautaschuk .
Nach einer Zeit von 24 h wurde die gleiche Probe nochmals gemessen (Verlauf 34) . Dabei zeigt sich, dass die Ausrichtung der Partikel 23, 24 noch teilweise vorhanden war. Die Relaxation in dem Polyesterimidharz findet somit langsamer statt. Eine erneute Messung nach 5 min mit der gleichen Probe ergab Verlauf 35, der zeigt, dass die Partikel 23, 25 in so kurzer Zeit nicht relaxiert sind und ihre Ausrichtung beibehalten haben. Die Verlaufe 36 und 37 wurden mit einem erhöhten Partikelgehalt aufgenommen und zeigen, dass der Widerstandsbelag 9 sich ab 500 V/mm nicht ohmsch verhält, wenn die Partikel 23, 24 sich nicht ausrichten können.
Obwohl die Erfindung vorliegend anhand verschiedener Ausführungsbeispiel beschreiben wurde, ist sie hierauf nicht beschränkt, sondern vielfältig modifizierbar.

Claims

Patentansprüche
1. Widerstandsbelag (9) für ein Gleichstromisoliersystem (1) , mit einem Matrixmaterial (22) mit darin eigebetteten Parti- kein (23, 24), die ein Aspektverhältnis größer 1 aufweisen, wobei das Matrixmaterial (22) derart flexibel beschaffen ist, dass sich die Partikel (23, 24) in Abhängigkeit von einer elektrischen Feldstärke (E) ausrichten.
2. Widerstandsbelag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Matrixmaterial (22) ein Elastomer ist.
3. Widerstandsbelag nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Matrixmaterial (22) eine Shore-Härte A von 10 bis 90 aufweist.
4. Widerstandsbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (23, 24) plättchenförmig oder stäbchenförmig sind.
5. Widerstandsbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (23, 24) Glimmerpartikel, Siliziumkarbidpartikel, Metalloxidpartikel, Kohlenstoffnano- röhren oder Mischungen hieraus enthalten.
6. Widerstandsbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Volumenanteil und/oder
Aspektverhältnis der Partikeln (23, 24) so gewählt ist, dass eine Perkolationsschwelle überschritten ist.
7. Widerstandsbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Volumenanteil der Partikel (23, 24) zwischen 5 und 55 Vol . % liegt.
8. Widerstandsbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Matrixmaterial (22) erste Partikel (23), die einen ersten elektrischen Widerstand aufweisen, und zweite Partikel (24), die einen zweiten elektrischen Wider- stand aufweisen, enthält, wobei sich der erste elektrische Widerstand von dem zweiten elektrischen Widerstand unterscheidet, und wobei der elektrische Widerstand des Widerstandsbelages (9) durch einen Gewichtsanteil der ersten und zweiten Partikel (23, 24) eingestellt ist.
9. Widerstandsbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (23, 24) zumindest ein dotierbares Halbleitermaterial enthalten, dessen Dotierung den elektrischen Widerstand der Partikel (23, 24) bestimmt.
10. Widerstandsbelag nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das dotierbare Halbleitermaterial je nach Dotierung einen elektrischen Quadratwiderstand im Bereich von l*10e3 bis l*10el5 Ω aufweist.
11. Widerstandsbelag nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das dotierbare Halbleitermaterial ein Metalloxid ist.
12. Widerstandsbelag nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstandsbelag (9) so beschaffen ist, dass dieser sich in einem ersten Feldstärkenbereich ohmsch verhält und in einem zweiten Feldstärkenbereich nicht ohmsch verhält.
13. Gleichstromisoliersystem (1) mit einem Widerstandsbelag (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
14. Gleichstromisoliersystem nach Anspruch 13, zusätzlich umfassend einen ersten Leiter (2, 12) und einen zweiten Leiter (3, 12), wobei der Widerstandsbelag (9) zwischen dem ersten und dem zweiten Leiter (2, 3, 12) angeordnet ist.
15. Gleichstromisoliersystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Leiter (2, 3, 12) mindestens ein Isolator (4) mit dem Widerstandsbe- lag (9) vorgesehen ist, der sich zumindest teilweise zwischen dem ersten und dem zweiten Leiter (2, 3, 12) erstreckt.
PCT/EP2014/050713 2013-03-18 2014-01-15 Widerstandsbelag für ein gleichstromisoliersystem WO2014146802A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/772,965 US20160027549A1 (en) 2013-03-18 2014-01-15 Resistance covering for a dc insulation system
EP14700861.9A EP2907144A1 (de) 2013-03-18 2014-01-15 Widerstandsbelag für ein gleichstromisoliersystem

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013204706.1 2013-03-18
DE102013204706.1A DE102013204706A1 (de) 2013-03-18 2013-03-18 Widerstandsbelag für ein Gleichstromisoliersystem

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014146802A1 true WO2014146802A1 (de) 2014-09-25

Family

ID=49998258

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2014/050713 WO2014146802A1 (de) 2013-03-18 2014-01-15 Widerstandsbelag für ein gleichstromisoliersystem

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20160027549A1 (de)
EP (1) EP2907144A1 (de)
DE (1) DE102013204706A1 (de)
WO (1) WO2014146802A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016188831A1 (de) * 2015-05-26 2016-12-01 Siemens Aktiengesellschaft Widerstandsbelag für einen glimmschutz einer elektrischen maschine
DE102020207986A1 (de) 2020-06-29 2021-12-30 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur Verkapselung elektrischer Bauteile, Verkapselungsmaterial zur Verwendung in diesem Verfahren sowie verkapseltes elektrisches Bauteil

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3607563A4 (de) * 2017-04-05 2020-11-18 ABB Schweiz AG Isoliermaterial für eine elektrische gleichstromkomponente
DE102020205958A1 (de) * 2020-05-12 2021-11-18 Bombardier Transportation Gmbh Schienenfahrzeug und Verfahren zur Herstellung eines Schienenfahrzeugs
CN114318931A (zh) * 2021-12-20 2022-04-12 北京交通大学 一种基于电场定向制备高导热云母纸的方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0708455A1 (de) * 1994-10-20 1996-04-24 Dätwyler AG Flammwidrige Zusammensetzung zur Herstellung von elektrischen Kabeln mit Isolations- und/oder Funktionserhalt
EP1052655A1 (de) * 1999-05-12 2000-11-15 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Silikonkautschukzusammensetzung für Hochspannungsisolatoren

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2103282A1 (en) * 1971-01-25 1972-08-24 Eeck Ph Van Solid state elements - contg two types of conducting particles aligned in dipoles
DE3831479A1 (de) * 1988-09-16 1990-03-29 Wacker Chemie Gmbh Zum beschichten der oberflaeche von elektrischen hochspannungsisolatoren geeignete massen
US6190509B1 (en) * 1997-03-04 2001-02-20 Tessera, Inc. Methods of making anisotropic conductive elements for use in microelectronic packaging
GB0103255D0 (en) * 2001-02-09 2001-03-28 Tyco Electronics Raychem Gmbh Insulator arrangement
WO2003050195A2 (en) * 2001-12-12 2003-06-19 Rhodia Chimie Method for depositing a polymer onto a surface
SE525492C2 (sv) * 2002-10-22 2005-03-01 Abb Research Ltd Fältstyrande polymermatris försedd med fyllning
WO2005036563A2 (en) * 2003-08-21 2005-04-21 Rensselaer Polytechnic Institute Nanocomposites with controlled electrical properties
ATE546818T1 (de) * 2004-03-15 2012-03-15 Abb Research Ltd Hochspannungsdurchführung mit feldsteuermaterial
WO2005124790A2 (en) * 2004-06-15 2005-12-29 Siemens Power Generation, Inc. High thermal conductivity materials aligned within resins
US20050277721A1 (en) * 2004-06-15 2005-12-15 Siemens Westinghouse Power Corporation High thermal conductivity materials aligned within resins
US7776392B2 (en) * 2005-04-15 2010-08-17 Siemens Energy, Inc. Composite insulation tape with loaded HTC materials
US7846853B2 (en) * 2005-04-15 2010-12-07 Siemens Energy, Inc. Multi-layered platelet structure
EP1889265A1 (de) * 2005-06-07 2008-02-20 Abb Research Ltd. Hochspannungs-muffe
US20070026221A1 (en) * 2005-06-14 2007-02-01 Siemens Power Generation, Inc. Morphological forms of fillers for electrical insulation
JP4309872B2 (ja) * 2005-06-17 2009-08-05 株式会社東芝 不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法
JP5129935B2 (ja) * 2006-06-13 2013-01-30 日東電工株式会社 シート状複合材料及びその製造方法
US20090038832A1 (en) * 2007-08-10 2009-02-12 Sterling Chaffins Device and method of forming electrical path with carbon nanotubes
US7898481B2 (en) * 2008-01-08 2011-03-01 Motorola Mobility, Inc. Radio frequency system component with configurable anisotropic element
US10090076B2 (en) * 2009-06-22 2018-10-02 Condalign As Anisotropic conductive polymer material
EP2462477A1 (de) * 2009-08-03 2012-06-13 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Mikrostrukturen für lichtleiterbeleuchtung
CA2807691C (en) * 2010-08-11 2019-02-26 Timcal S.A. Ground expanded graphite agglomerates, methods of making, and applications of the same
US20140001415A1 (en) * 2010-12-29 2014-01-02 University Of Bradford Methods to Improve the Electrical Conductivity for Moulded Plastic Parts
JP5765621B2 (ja) * 2011-05-25 2015-08-19 アロン化成株式会社 熱伝導性エラストマー組成物
DE102011079813A1 (de) * 2011-07-26 2013-01-31 Siemens Aktiengesellschaft Spannungsbegrenzende Zusammensetzung
TWI577418B (zh) * 2015-07-31 2017-04-11 力山工業股份有限公司 可限制操作行程的橢圓機

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0708455A1 (de) * 1994-10-20 1996-04-24 Dätwyler AG Flammwidrige Zusammensetzung zur Herstellung von elektrischen Kabeln mit Isolations- und/oder Funktionserhalt
EP1052655A1 (de) * 1999-05-12 2000-11-15 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Silikonkautschukzusammensetzung für Hochspannungsisolatoren

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CUI W ET AL: "Improving thermal conductivity while retaining high electrical resistivity of epoxy composites by incorporating silica-coated multi-walled carbon nanotubes", CARBON, ELSEVIER, OXFORD, GB, vol. 49, no. 2, 1 February 2011 (2011-02-01), pages 495 - 500, XP027515344, ISSN: 0008-6223, [retrieved on 20100929], DOI: 10.1016/J.CARBON.2010.09.047 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016188831A1 (de) * 2015-05-26 2016-12-01 Siemens Aktiengesellschaft Widerstandsbelag für einen glimmschutz einer elektrischen maschine
CN107646163A (zh) * 2015-05-26 2018-01-30 西门子公司 用于电机的电晕屏蔽的防护覆层
US20180145554A1 (en) * 2015-05-26 2018-05-24 Siemens Aktiengesellschaft Resistance Covering For A Corona Shield Of An Electric Machine
CN107646163B (zh) * 2015-05-26 2020-06-12 西门子公司 用于电机的电晕屏蔽的防护覆层
DE102020207986A1 (de) 2020-06-29 2021-12-30 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur Verkapselung elektrischer Bauteile, Verkapselungsmaterial zur Verwendung in diesem Verfahren sowie verkapseltes elektrisches Bauteil

Also Published As

Publication number Publication date
EP2907144A1 (de) 2015-08-19
DE102013204706A1 (de) 2014-09-18
US20160027549A1 (en) 2016-01-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yang et al. Understanding the percolation characteristics of nonlinear composite dielectrics
WO2014146802A1 (de) Widerstandsbelag für ein gleichstromisoliersystem
EP0640995B1 (de) Elektrisches Widerstandselement und Verwendung dieses Widerstandselementes in einem Strombegrenzer
EP3146551B1 (de) Elektrische schaltvorrichtung für mittel- und/oder hochspannungsanwendungen
DE2235783C2 (de) Metalloxid-Varistorelement
DE102008034508A1 (de) Integrierter Thermistor und Vorrichtung mit metallischem Element und Verfahren
PT85298B (pt) Processo de preparacao de material de proteccao de sobretensao electrica
US20190371485A1 (en) Nonlinear composite compositions, methods of making the same, and articles including the same
EP3080819B1 (de) Glimmschutzsystem, insbesondere aussenglimmschutzsystem für eine elektrische maschine
EP3505943B1 (de) Nachweisen einer elektrischen überspannung
DE2500431A1 (de) Stossueberspannungsableiter mit verbesserter spannungsabstufungsschaltung
DE102018122227A1 (de) PPTC-Material mit einer geringen Perkolationsschwelle für ein leitfähiges Füllmaterial
EP3146536A1 (de) Elektronisches bauelement und verfahren zu dessen herstellung
US11873403B2 (en) Electric field grading composition, methods of making the same, and composite articles including the same
US11875919B2 (en) Multilayer electric field grading article, methods of making the same, and articles including the same
DE102006008644A1 (de) Elektronisches Bauelement mit Überlastungsschutz
DE102018122225A1 (de) PPTC-Material mit einer gemischten, leitfähigen Füllmaterialzusammensetzung
CH710800B1 (de) Vorgefertigter Muffenkörper für die Verbindung zweier Hochspannungspolymerkabel für Gleichstrom.
EP3688774A1 (de) Isolationssystem, isolationsstoff und isolationsmaterial zur herstellung des isolationssystems
DE102021201781A1 (de) Elektrische Schaltvorrichtung für Mittel- und/oder Hochspannungsanwendungen
DE4316032C2 (de) Widerstandsmaterial und daraus hergestellter Widerstand
DE102021209276A1 (de) Glimmschutzsystem, elektrische Maschine und Verwendung des Glimmschutzsystems in einer elektrischen Maschine
EP3819920A1 (de) Vorrichtung zum spannungsausgleich bei rechteckspannungen für ein elektromotor
CH642492A5 (en) Encapsulated over voltage suppressor
Jian et al. The nonlinear voltage-current characteristics of three-phase SiC/CNTs/epoxy composite

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14700861

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2014700861

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14772965

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE