CH332527A - Kombinierte Hochspannungs-umhüllungs-Isolation und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

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 Kombinierte    Hochspannungs-Umhüllungs-Isolation   und Verfahren    zu   ihrer Herstellung Die    (-riessharzeinbettungsisolation   bereitet bei sehr hohen Spannungen der zu isolierenden    li#lektr,oden   erhebliche Schwierigkeiten aus folgenden Gründen:

   Das Giessen sehr grosser Stücke ist schwierig wegen der    Ilarzkontraktion   bei der Härtung und darauffolgenden Abkühlung und wegen den Wärmedehnungen durch    Betriebs-      teniperatursehwankungen.   Die    Wärmedeh-      nun#,-      des   Harzes ist eben grösser als diejenige der    Elektrodenmet.alle,   weshalb    Rissgefahr   besteht.    Ferner   ist    tgb   der bis heute bekannten    Einbettungsgiessliarze   für die ganz hohen Betriebsspannungen so hoch, dass die Gefahr des     ärniedurehschlages   schwerlich vermeidbar ist. 



  Die Isolationen aus    aufgewiekelter   Isolierstof.'fbahn haben ihrerseits grosse Nachteile: sie sind leicht verletzbar. Wenn sie mit einer    Flii,sifl:eit,   z. B. öl,    imprägniert.   sind, müssen sie in einem Behälter vor Verlust der Flüssigkeit. geschützt werden. Sie können aus der    Flüssigkeit   nach und nach Feuchtigkeit    auf-      nelinien.   Anderseits besitzen sie, wenn geeignet    gewählt,   grosse Vorzüge wie extrem hohe elektrische Durchschlagsfestigkeit, niedriges    tgb,   hohe Elastizität, Eignung zur Einbettung von    Feldsteueringsbelägen   und von    Draht-      wiekl      ungen.   



  Durch    Serieselialtung   der beiden    Dielek-      trika      derart,   dass das    Einbettungsharz   wenigstens die äusserste Schicht und damit ein Gefäss    für   das    aufgewiekelte      Dielektrikum   bildet, lassen sich die Vorteile der beiden    Dielektrika   grösstenteils verbinden, ohne deren Nachteile voll in Kauf nehmen zu müssen. Natürlich darf das Giessharz nicht porös sein, und da es selbst einen Teil des gesamten Spannungsgefälles aufzunehmen hat, muss es von    guter      dielektriseher   Qualität sein.

   Dies trifft zu für gewisse bekannte Giessharze, die ausgezeichnet sind durch die Eigenschaft, aus bei    Raum-      oder   erhöhter    Temperatur   flüssigen, insbesondere giessbaren Ausgangsstoffen durch eine Polyreaktion, wie z. B.    Polymerisation   oder Polyaddition, zu entstehen, wobei die    Aus-      gangsstoffe   durch ihr besonderes Verhalten gekennzeichnet sind, ohne Abspaltung flüchtiger Bestandteile zu härten. 



  An aufgewickelten    Isolierstoffbahnen,   vorzugsweise Bändern, sind im Sinne der Erfindung besonders solche aus porösem    Dielekt.ri-      kum,   wie z. B. Papier, geeignet, welche mit einem flüssigen Isolierstoff imprägniert sind. Damit die hohe Durchschlagsfestigkeit solcher Wickel gut ausgenützt werden kann, soll ihr spezifischer    dielektriseher   Widerstand tunlichst klein sein, was erreicht wird mittels Imprägnierflüssigkeiten mit kleiner    Dielek-      trizitätskonstante      e,   vorzugsweise für    ±      <    3, wie z. B. Mineralöle mit    a      ---   2,3 ... 2,5 oder flüssigen    Fluorkohlenwasserstoffen,   wie z.

   B.    Tr      i-perfluorobutyl-tert.-amin   mit a = 1,86. 



     Gegenstand   der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung einer Isolation. Als erste Arbeitsstufe wird    darnaeh   die Bandagie- 

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    rtmg      ausgeführt.   Dann wird der    Gegenstand   vorzugsweise in einer Giessform, mit der    Kimstharzisolation   umgossen. Nach erfolgter    Härtiuig   des    Harzhüllkörpers   wird vorzugsweise die Vakuumtrocknung der bandagierten Isolation vorgenommen. Hierauf folgt die    Im-      prägnierung   der bandagierten Isolation, wozu wenn nötig passende    Öffnungen   in der Harzhülle gemacht werden. 



  'Der Nachteil der Brandgefahr, die flüssige Isolierstoffe, mit welchen die aufgewickelte    Isolierstoffbahn   vorteilhaft imprägniert werden kann, unter sonst gleichen Umständen weit eher bedingen    als   feste, ist einesteils zwar weitgehend behoben durch die Umschliessung mit dem festen    Kunstharzkörper,   andernteils aber doch nicht vollständig vermieden im Falle einer    Sprengung   der    Kunstharzumhül-      lung.   Auch diese Gefahr besteht jedoch nicht mehr, wenn der flüssige Isolierstoff    umbrenn-      bar   ist und mindestens so hitzebeständig wie das Giessharz selbst. Dies trifft z.

   B. zu für einige    Fluoroäther,      Fluoroamine   und    Fluor-      silikone.   Um auch bei betriebsmässiger    Über-      hitzung   Sprengungen der    Giessharzhülle.   zu vermeiden, wird vorgeschlagen, falls flüssige Stoffe zur Imprägnierung verwendet werden, solche mit möglichst hohem Siedepunkt, vorteilhafterweise von über 150  C, zu wählen, wie z. B.    Tri-perfhiorohexyl-tert.-amin   oder    Tri-perfluorobutyl-tert.-amin.   



  Wenn für besonders hitzebeständige Isolierungen Giessharze hoher Hitzebeständigkeit verwendet werden, ist es zweckmässig, dass auch die aufgewickelte Isolation aus hitzebeständigem Stoff besteht, wie z. B.    Asbestband   oder    C-lasfaserband.   Dies ganz besonders dann, wenn solche Isolation Drahtwindungen enthält, welche durch den Betriebsstrom heiss werden können.    Als   Wickelisolation eignen sich in manchen Fällen, z. B. für hohe Stromfrequenz, auch die nicht porösen thermoplastischen Stoffe, wie z. B.

   Polystyrol, meist in Band- oder Blattform genannt.     Styroflex ,   ferner Polyäthylen,    Polyv      inylchlorid,      Polyvinylidenchlorid,      feiner   die unter den Namen     Teflon       und       Kel-F>>   bekannten Stoffe usw. Die niedrige Hitzebeständigkeit einzelner dieser Stoffe schliesst sie nicht aus, da es auch    Einbettimgs-      giessharze   mit niedriger    Härtungstemperatur   gibt. Solche    unporöse   Folien können, damit sie nicht nach dem Aufwickeln zwischen den Windungen eingeschlossene Luft bergen, mit.    flüssigen      Dielektrika   benetzt angewandt sein, z. B.

   Polystyrol benetzt mit Mineralöl. 



  Es ist auch in gewissen Fällen vorteilhaft, die Windungen der thermoplastischen Isolation untereinander    zii   verschweissen, damit ein quasi    isotroper      Körper   entsteht. 



  Ein weiterer, in    gewissen   Fällen vorteilhafter    aufwickelbarer   Isolierstoff ist eine    glimmerreiehe   flexible Bahn, wie z. B. flexibles     Micanit    oder     Micafolium .   



  Die vorgeschlagene Kombination lässt sich vorteilhaft auch dann verwenden, wenn eine Feldsteuerung durch leitende Einlagen oder das Unterbringen von Drahtwindungen, wie sie z. B. als Primärwicklungen von Spannungswandlern vorkommen, wünschbar ist. Denn leitende Einlagen, etwa in Form von Metallfolien, lassen sich beim Aufwickeln in an sich    -bekannter   Weise leicht    einwickeln.   



  Geschichtete Isolationen haben    einerseits   den Vorteil, dass ihre    elektrisehe   Festigkeit zwar senkrecht zur Schichtung sehr hoch ist, anderseits den Nachteil, dass sie in Schichtrichtung sehr viel kleiner ist. Am Rande von solchen    kapazitiven   Steuerungseinlagen bestehen starke Feldgradienten, besonders auch in Schichtrichtung. Dieser Nachteil kann durch Einbettung der Enden der Steuerungseinlagen in die umhüllende    Giessharzsehicht   behoben werden. Man hat so zudem die Möglichkeit, die Enden mit einem Wulst zu versehen, der den Feldgradienten verkleinert.. Dieser Wulst wird zweckmässig im Giessharz eingebettet. 



  Es sind ferner    Kondensatordurchführun-      gen   für Verwendung des einen Endes unter Öl bekannt, deren Steuerungseinlagen bis an die    konisehe,      unter   Öl liegende    Aussenfläehe      rei-      ehen   und die radial so dicht    aufeinanderfol-      gen,      da.ss   ein sehr hoher    Überschlagsgradient   ertragen wird.

   Eine solche feine Steuerung 

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 lässt sieh mit dem Erfindungsgedanken realisieren, indem die Steuerungseinlagen zwar durch das gewickelte    Dielektrikum   ihre richtige gegenseitige Lage erhalten, dass sie jedoch durch die umhüllende    Giessharzseliicht   bis an die Oberfläche    geführt   sind. 



  Da für die Imprägnierung des geschichteten    Dielektrikums   unter anderem auch teure flüssige    Dielektrika   vorgeschlagen sind, ist es    @-orteilhaft,   bei Durchführungen das geschichtete    Dielektrikum   nur so weit in axialer Richtung reichen zu    lassen,   wie dies die Feldstärke erfordert. 



  Es können    zweckmässigerweise   gegen einen plötzlich auftretenden    CTasüberdruek   Schutzvorrichtungen, z. B. Ausdehnungskörper, vorgesehen werden. 



  Wenn es sieh darum handelt, wie z. B. bei    Spannungs-   oder Stromwandlern, die Drahtwindungen unterzubringen, kann eventuell ein frei belassener Raum zwischen aufgewickelter Isolation und umhüllender Giessharzisolation vorteilhaft zur Aufnahme von solchen Drahtwindungen dienen. 



  Lange Körper, insbesondere lange Durchführungen, bieten die Schwierigkeit, dass die Harzhülle wegen der Schrumpfung beim    härten   und Abkühlen reissen kann. Es ist bei solchen langen Körpern vorteilhaft, an einer Stelle, vorzugsweise da, wo die Harzhülle    elek-      ti#isch   wenig beansprucht wird, eine schwächere Stelle, vorzugsweise eine Rille, v    orzu-      sehen,   die dann beim Abkühlen unter dem Einfluss der    Kontraktionsspannungen   zur Trennung an der gewünschten Stelle führt. Darnach kann die Trennfuge an einem besonderen    Arbeitsprozess   wieder zugegossen werden. 



  Beispiele von Isolationen nach der    Erfin-      clung   sind in den    Fig.   1 bis 3 dargestellt.    Fig.   1 stellt einen Stromwandler für hohe    "'paniinngen   dar. 1 ist der    iriagnetisehe   Ringkern. 2 ist das Rohr, fortan kurz     Stiel    genannt, das die    Stromzu-   und    -ableitung   führt, 3 das    Rolir,   das die primäre    Wicklung   enthält,    .I   die sekundäre Wicklung.

   Die primäre    Wicklung   ist zunächst umhüllt mit der    Pa-      pierbandisolation   5, die sieh auch über den Stiel    erstreckt.   Der letztere Teil der Papierbandisolation enthält koaxial zum Stiel    Poten-      tialsteuereinlagen   6, deren    Begrenzung   nach unten in der Zeichnung durch 7 angedeutet ist. Die    Papierbandisolation   befindet sich im Innern der    Giessharzisolation   B. 9 sind Witterungssehutzschirme, z. B. aus Porzellan, mit dem    Abschlussdeckel   10. 11 ist ein leitender Erdbelag. 



     Fig.   2 stellt einen Stromwandler ähnlicher Bauart dar. Unterschiedlich ist nur die Isolation des Stiels 2, indem die Papierisolation zu Schirmen 12 ausgebildet ist. Der Raum zwischen dem keramischen Isoliermantel 9 und der Papierisolation ist mit flüssigem Isolierstoff gefüllt. Die Bedeutung der Bezugszahlen ist im übrigen dieselbe wie in    Fig.   1. 



     Fig.   3 stellt einen    Stabstromwandler   dar mit dem Eisenkern 1, dem Primärleiter 2 und der Sekundärwicklung 4 mit, ihrer Klemmableitung 13. 5 ist die Papierisolation, 8 ist der    Kunstharzhüllkörper.   Er ist in diesem Falle nur in den beiden konischen Endteilen elektrisch    beansprucht.   Die    Sekundärwicklung   um den magnetischen Kern berührt hier direkt den Papierkörper. 14 deutet einen Ausdehnungskörper an. Tritt anstelle des magnetischen Kernes ein blosser Erdflansch, so ist der beschriebene Apparat eine Hochspannungsdurchführung.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Kombinierte Hoehspannungs - Umhül- lungs-Isolation an elektrischen Apparaten, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer di- elektrischen Serieschaltung von mindestens einer Schicht aus aufgewickelter Isolierstoffbahn und einer diese umhüllenden Giessharz- . ehieht besteht, wobei die Giessharzhülle mindestens teilweise elektrisch beansprucht ist.

   II. Verfahren zur Herstellung einer kombinierten Hochspannungsisolation nach Pa- tentanspi-ueh I an elektrischen Apparaten, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst die bandagierte Isolation hergestellt wird, darnach die Kunstharzisolation gegossen und ausgehärtet wird und schliesslich die Imprägnation der bandagierten Isolation erfolgt. <Desc/Clms Page number 4> UNTERANSPRÜCHE 1. Hochspannungs - Umhüllungs - Isolation nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgewickelte Isolierbahn porös und mit einem flüssigen Isolierstoff imprägniert ist. 2.

   Hochspannungs-Umhüllungs-Isolation nach Patentanspruch I und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der flüssige Isolierstoff urentflammbar und mindestens so hitzebeständig ist wie das Giessharz. 3. Hochspannungs - Umhüllungs - Isolation nach Patent.ansprueh I und Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der flüssige Isolierstoff einen Siedepunkt von mindestens 150 C besitzt. 4. Hochspannungs - Umhüllungs- Isolation nach Patentanspruch I und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgewickelte Isolierstoffbahn aus Papier, z. B.

   Papierband, besteht. 5. Hochspannungs - Umhüllungs - Isolation nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgewickelte Isolierstoffbalin aus mineralischem Werkstoff, z. B. Asbestfasern oder Glasfasern, besteht. 6. Hochspannungs - Umhülllmgs -Isolation nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, da.ss die aufgewickelte Isolierstoffbahn aus einem thermoplastischen Stoff besteht, wie z. B.

   Polystyrol, Polyäthylen, Polyvinyl- chlorid, Polyviny lidenchlorid. 7. Hochspannungs - Umhüllungs -Isolation nach Patentanspruch I und Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die thermoplastische Isolierstoffbahn durch einen flüssigen Isolierstoff benetzt ist, z. B.

   Polystyrol mit Mäneralöl. B. Hochspannungs - Umhüllungs -Isolation nach Patentanspruch I und Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die )NTicklungs- lagen des thermoplastischen Isolierstoffes untereinander verschweisst sind. 9. Hochspannungs-Umhüllungs-Isolation nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeich- net, dass die aufgewickelte Isolierstoffbahn aus einem glimmerreichen Werkstoff besteht. 10.

   Hochspannungs-Umhüllungs-Isolation nach Patentansprneh I, dadurch gekennzeichnet, dass die auufgewickelte Isolierstoffbahn elektrisch leitende Steuerungseinlagen enthält.. 11. Hochspannungs-Umhüllungs-Isolation iiaeh Patentanspruch I und Unteranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ränder der Steuerungseinlagen in der CTiesslial#zsehielit eingebettet sind. 12. Hochspannungs-Umhüll-Lings-Isolation nach Patentanspi#iieh I und Unteransprüchen 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinlagen bis an die konische Aussenfläche der Giessharzumhüllung reichen.

   13. IIochspannungs - Umhüllungs- Isolation nach Patentansprueli I, dadurch gekeinmzeich- net, dass die aufgewickelte Isolierstoffbahn Drahtwicklungen enthält. 14. Hochspannungs-U mhüllungs-Isolation nach Patentanspruch I und Unteransplueli 13, dadurch gekennzeichnet, dass Drahtwicklungen zwischen aufgewickelter Isolierstoff- ba.lin und CTiessharzsehieht angebracht sind. 15.

   FIochspannungs-U mhüllungs-Isolation nach Patentansprueli I, dadurch gekennzeichnet, dass an Stellen mit keiner oder niedriger elektrischer Bean spruchung elastische Kissen eingebaut sind. 16. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass das Giessharz aus einem flüssigen, giessbaren Ausgangsstoff durch eine Polyreaktion, wie z. B. Poly meri- sation oder Polyaddition, entsteht, wobei der Ausgangsstoff ohne Abspaltung flüchtiger Bestandteile härtet. 17.

   Verfahren. nach Patentatisprtich Il und Unteransprneh 16, dadurch gekennzeichnet., da.ss in der Giessharzumhüllung eine schwache Stelle, vorzugsweise eine Rille, vorgesehen wird, die unter dem Einfluss der Kontrak- tionsspannungen zur Trennung am gewünschten Ort führt, wonach die Trennfuge in einer späteren Operation wieder zugegossen. wird.