CH146675A - Verfahren zur Herstellung von Isolierkörpern, beispielsweise von Isolierschichten für Hochspannungskondensatoren. - Google Patents

Description

      Verfahren    zur Herstellung von     Isolierhörper    n, beispielsweise von Isolierschichten  für     Hochspannungskondensatoren.       Die bisherigen Untersuchungen über die  Durchschlagsfestigkeit von Isolierstoffen  haben gezeigt, dass die Durchschlagsfestigkeit  mit abnehmender Schichtstärke des     Dielek-          trikums    von einem gewissen Wert an stark  ansteigt. Im allgemeinen tritt die Steigerung  der Durchschlagsfestigkeit bei Schichtstär  ken unter 0,01 mm ein.  



  Die Steigerung der Durchschlagsfestig  keit lässt sich in folgender Weise erklären:  In einem     Dielektrikum    kommt der Durch  schlag meist dadurch zustande, dass eine An  zahl von auf irgend eine Weise gebildeten  Ionen oder Elektronen durch das elektrische  Feld so stark beschleunigt werden, dass sie  durch Stoss weitere Ionen erzeugen. Jeder so  entstandene Ion kann durch Stoss weitere  Ionen erzeugen     (Stossionisation).    Eine solche  lawinenartige Vermehrung von Ionen kann  aber nur eintreten,     wenn    die Ionen auf ihrem  Wege die Möglichkeit haben, durch Stoss an-.  fiere Ionen zu erzeugen.

   Diese Möglichkeit  ist besonders gross, wenn der von den Ionen    zurückgelegte Weg     bezw.    die Schichtdicke  des     Dielektrikums    grösser ist als die mittlere  freie Weglänge der Ionen. Wenn man nun  Isolierschichten verwendet, deren Dicke sehr  gering ist und insbesondere weniger als  0,01 mm beträgt, so wird die Ausbildung  von     Ionenlawinen    und damit auch der Durch  schlag gehemmt, weil mit sinkender Schicht  stärke die Wahrscheinlichkeit, dass ein Ion  durch Stoss andere Ionen erzeugen kann,  ebenfalls sinkt.  



  Auf Grund dieser Erkenntnis ist bereits  vorgeschlagen worden, Isolierstoffe aus sehr  dünnen Einzelschichten     aufzubauen,    die  durch eine Zwischenschicht (zum Beispiel  aus Metall) voneinander getrennt sind. Diese  Zwischenschichten haben den Zweck, den     un-          inittelbaren    Übertritt von Ionen aus der einen  Schicht in die andere Schicht und damit die  Ausbildung von     Ionenlawinen    zu verhindern.  



  Die Herstellung derartiger     Zwisehen-          schichten    ist ziemlich schwierig. Die Erfin  dung betrifft ein einfacheres Verfahren zur      Herstellung hoch     durchschlagsfester    Isolier  stoffe, bei welchen die Ausbildung von       Ionenlawinen    in ähnlicher Weise verhindert  wird wie oben beschrieben.  



  Gemäss der Erfindung werden mindestens  zwei Materialien, von welchen das eine     gut     isoliert und das ändere besser leitet, ineinan  der derart fein verteilt, dass eine Mehrzahl  von dünnen Wänden aus besser isolierendem  Material entstehen, die elektrisch     hinterein-          andergeschaltet    sind, während die durch sie  gebildeten Räume durch besser leitendes Ma  terial ausgefüllt werden.  



  In der Figur ist zur beispielsweisen Er  läuterung der Erfindung ein schematischer  Schnitt durch eine nach dem Verfahren ge  mäss der Erfindung hergestellte Isolierschicht  dargestellt. 1 und 2 veranschaulichen zwei  Elektroden oder Leiter, während mit 3 die  dünnen Isolierwände und mit 4 das Material  mit verhältnismässig hoher Leitfähigkeit be  zeichnet ist, welches sich zwischen den Wän  den 3 befindet. Man wird im allgemeinen,  um die angestrebte Verteilung zu bewerkstel  ligen, mindestens das Material 3 in flüssigem       Anfangszustand    wählen und das Material  darin in     Suspensions-        bezw.        Emulsionsform     verteilen.

   Das Material 4 wird in 3 unlös  lich, jedoch vom Material 3     benetzbar    ge  wählt werden. Damit kein wesentliches Po  tentialgefälle in den einzelnen Teilchen des  Materials 4 eintritt, welches zu Feldkompo  nenten parallel zu den Trennungsflächen An  lass geben könnte, soll es eine genügend hohe  Leitfähigkeit besitzen. Man wird Materia  lien vermeiden, die bei Erstarrung Gas ab  geben.  



  Unter Umständen kann das Material 4  auch flüssig sein; so können Elektrolyte, bei  spielsweise Salzlösungen, dessen Rolle erfül  len. Derartige flüssige Stoffe kann man in  Harzen, Kunstharzen, zum Beispiel Konden  sationsprodukten von Phenol und Formalde  hyd, verteilen. Man kann auch Materialien  benutzen, wie niedrig schmelzende Zinnlegie  rungen, zum Beispiel     Woodsches    Metall, die  bei einer Temperatur schmelzen, bei welchen  die erwähnten Harze noch kein Gas abgeben    oder sich zersetzen (65 bis<B>70'</B>     C).    Als Stoff  für den besser leitenden Körper kann man  auch Firnis, zum Beispiel     Leinölfirnis,    ver  wenden, dessen Leitfähigkeit durch geeignete  Zusätze, zum Beispiel Graphit, erhöht wird.  



  Man erhält insbesondere günstige Resul  tate, indem man Kondensationsprodukte von  Phenol und Formaldehyd für die Wände 3  und     einen        zelluloseartigen    Stoff, zum Bei  spiel     Zelluloseazetat,    als Baustoff 4 benutzt.  Durch Verteilen von     Zelluloseazetat    in Form  eines Pulvers in den aus den erwähnten Kon  densationsprodukten     bestehenden,    noch flüs  sigen Kunstharzen, erhält man einen Stoff,  bei dem das Material mit besserer Leitfähig  keit     (Zelluloseazetat)    zwischen Wänden aus  Kunstharz mit geringer Leitfähigkeit und  hohem     Isoliervermögen    verteilt ist, deren  Dicke ungefähr 0;005 mm beträgt.

   Nach  dem das pulverförmige     Zelluloseazetat    darin  fein verteilt ist, wird das Kunstharz zum  Erstarren gebracht, zum Beispiel durch Er  hitzen auf die     Umwandlungstemperatur    des  Harzes. Nachdem das Material gehärtet ist,  kann es als Isolierstoff     verwendet    werden;  es besitzt eine hohe Durchschlagsfestigkeit,  da sich     Elektronenlawinen    in den dünnen       Isolierwänden    nicht ausbilden können.  



  Man kann die Wände 3 in gleichmässiger  Stärke und sehr dünn erhalten, indem man  einen geringen Prozentsatz des Materials 3  verwendet. Wenn das Material 4 eine relativ  hohe Leitfähigkeit gegenüber dem Material 3  besitzt, so werden die elektrischen Kraft  linien in den aus dem Material 3 gebildeten  Wänden zur Oberfläche normal stehen. Die  gestrichelt gezeichnete Linie 5 zeigt den  Verlauf einer Kraftlinie. Jede der Wände 3  ist fähig, 3000 bis 5000 Volt Spannung auf  zunehmen. Das Material ist daher ein her  vorragender Isolator, in dem die elektrische  Beanspruchung gleichmässig verteilt ist.  



  Die Leitfähigkeit des Materials 4 wird       zweckmässigerweise,    wie schon erwähnt, so  hoch gewählt, dass praktisch der ganze Span  nungsabfall von dem Material 3 getragen  wird. Dies ist der Fall, wenn bei der ge-           gebenen        Frequenz    und Gesamtspannung der  Spannungsabfall im Material 4 klein ist  gegenüber dem Spannungsabfall in den  Wänden 3. Bei Gleichstrom kommen für  die Spannungsverteilung nur die Leitfähig  keiten in Betracht. Der Spannungsabfall im  Material 4 wird, wenigstens im allgemeinen,  so klein gehalten, dass dadurch keine Ioni  sation zustande kommt; er     wird    auch des  wegen klein gehalten werden, damit die  Verluste klein bleiben.

   Wenn das Span  nungsgefälle im Material 4 klein genug ist,  stehen die Kraftlinien praktisch gesprochen  senkrecht zu den Wänden des Materials 3.  Die Wirksamkeit der Kombination ist, wie  man wohl versteht, daran geknüpft, dass  Ionen oder Elektronen nicht, oder nur schwer  aus dem einen Material in das andere über  gehen können. Die mechanische Festigkeit  der Materialien muss selbstverständlich so  gross sein, dass sie durch die wirkenden elek  trostatischen Kräfte nicht schädlich beein  flusst oder zerstört werden.  



  Von einem Material wie dem vorstehend  beschriebenen kann erwartet werden, dass es  bei geeigneter Wahl der Komponenten sehr  hohe Spannungsgefälle, beispielsweise solche  von über 10,000,000 Volt je Zentimeter und  noch höher standhält. Man kann es daher  vorteilhaft als     Dielektrikum    in Kondensato  ren verwenden.  



  Die bereits bekannten, aus Schichten ver  schiedener Beschaffenheit bestehenden Stoffe,  zum Beispiel Isolierschichten, die abwech  selnd aus Glimmer und Schellack bestehen,  entsprechen nicht den obenerwähnten Bedin  gungen, sei es weil die Leitfähigkeiten bei  diesen Stoffen nicht im Sinne der Erfindung  einander angepasst sind, sei es, weil die räum  lichen Bedingungen nicht erfüllt werden, da  Kraftlinien in demselben Masse durch grössere  Entfernungen, beispielsweise solchen von  mehr als 0,005 mm, ohne Unterbrechung  durch andere     Isoliermaterialien    führen.  



  Bei der praktischen Durchführung des  Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung  kann man beispielsweise als Stoff grösserer    Leitfähigkeit Glas benutzen. Als Stoffe ge  ringerer Leitfähigkeit kann man Harze, wie  Kolophonium, oder auch Kunstharze, zum  Beispiel Kondensationsprodukte von Phenol  und Formaldehyd, verwenden. Der Stoff  grösserer Leitfähigkeit, zum Beispiel Blei  glas, wird mit Hilfe bekannter Mittel, zum  Beispiel mit Hilfe von     Kugelmtihlen,    so fein  zermahlen, dass die Teilchengrösse in der Grö  ssenordnung von 0,001 mm liegt. Dieser  Staub wird dann auf irgend eine Weise mit  dem verflüssigten andern Stoff, zum Beispiel  geschmolzenen Kolophonium, vermengt. Da  bei werden die Staubteilchen mit einer  Schicht des andern     Dielektrikums    überzogen  und dadurch voneinander getrennt.

   Bei der  Verwendung von Kunstharzen, beispielsweise  dem reinen Kondensationsprodukt von Phe  nol und Formaldehyd, wird nach der Ver  mengung mit dem Pulver das Harz durch  Erhitzen     in    den unlöslichen Zustand überge  führt. Die Mengenverhältnisse der zu mi  schenden Stoffe sind von der Art dieser  Stoffe abhängig. Im allgemeinen wird es       notwendig    sein, dem Isoliermittel geringerer  Leitfähigkeit 30 bis 60     Volumensprozente     des Stoffes höherer Leitfähigkeit beizumen  gen. In ähnlicher Weise wie Harze und  Kunstharze kann man auch Gummilösungen,  zum Beispiel eine Lösung von Gummi in  Benzol, oder gelatineartige Stoffe, wie     Zellu-          loseazetat,    verwenden.

   In diesem Falle emp  fiehlt es sich, diese Stoffe mit Pulver zu ver  mengen, deren Leitfähigkeit grösser ist. als  die von Glas,     zweckmässigerweise    zum Bei  spiel mit Graphit.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I: Verfahren zur Herstellung von Isolier- körpern, beispielsweise von Isolierschichten für Hochspannungskondensatoren, dadurcb gekennzeichnet, dass mindestens zwei Mate rialien, von welchen das eine gut isoliert, und das andere besser leitet, ineinander derart fein verteilt werden, dass eine Mehrzahl von dünnen Wänden aus besser isolierendem 1VIa- terial entstehen, die elektrisch hintereinander geschaltet sind, während die durch sie gebil- deten Räume durch besser leitendes Material ausgefüllt werden. , UNTERANSPRUCH:

   Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass wenigstens das besser isolierende Material ursprünglich flüs sig ist und nach dem Verteilungsvorgang zum Erstarren gebracht wird. PATENTANSPRUCH II: Nach dem Verfahren gemäss Patentan spruch I hergestellter Isolierkörper, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke der Wände des Isolierkörpers mit Zellenstruktur nur einige ,u beträgt.