CH358154A - Verfahren zur Herstellung von Isolierrohren - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von IsolierrohrenInfo
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Description
Verfahren zur Herstellung von Isolierrohren Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Isolierrohren, insbesondere auf solche, die eine hohe mechanische und dielektrische Festigkeit aufweisen und deshalb mit besonderem Vorteil bei Hochspannungstransformatoren verwend bar sind.
Beim Aufbau von Hochspannungstransformato ren werden Isolierrohre mit ausserordentlich hoher mechanischer und dielektrischer Festigkeit benötigt. Bei solchen Transformatoren werden Spulen um die Isolierrohre gewickelt, von denen die Spulen durch Blöcke oder Klötze aus Porzellan getrennt sind. Die Klötze werden durch Hammerschläge in ihre Stel lungen getrieben, so d'ass das Isolierrohr eine genü gende mechanische Festigkeit haben muss, um eine solche Belastung aushalten zu können. Die Isolier rohre müssen auch imstande sein, die hohen Betriebs temperaturen der Transformatoren auszuhalten.. Sie müssen auch eine hohe dielektrische Festigkeit und geringe dielektrische Verluste besitzen..
Die bisher bei Transformatoren benutzten Iso- lierrohre wurden aus mit Phenol-Formaldehyd-Har- zen getränktem Papier oder aus mit verschiedenen härtbaren Siüikonharzen getränktem Glasgewebe herge stellt. Die erstere Isolierrohrart ist billig, hat aber keine genügende thermische Stabilität und dielektrische Festigkeit, um sie bei Hochspannungstransformato- ren verwenden zu können.
Die letztere Isolierrohrart hat zwar ausgezeichnete thermische Stabilität, aber nur verhältnismässig geringe dielektrische Festigkeit; ausserdem ist sie recht teuer.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel lung von Isolierrohren. Hierzu wird erfindungsgemäss ein biegsames Gewebe mit einer Lösung eines un gesättigten Polyesterharzes, getränkt, darauf erwärmt, bis das Lösungsmittel verdunstet ist, das mit dem Harz versehene Gewebe unter Zug auf einen Dorn gewickelt, wobei während des Wickelns auf das mit Harz versehene Gewebe eine Mischung aus minde stens einem flüssigen, olefinisch ungesättigten,
mit dem zur Tränkung benutzten ungesättigten Polyester harz mischbaren Monomeren und mindestens einem Polymerisationskatalysator aufgebracht wird, und das auf dem Dorn befindliche Material durch Erwärmen ausgehärtet. Bei der Aushärtung bilden sich keine Hohlräume. Die nach der Erfindung hergestellten Isolierrohre zeichnen sich insbesondere durch hohe mechanische und dielektrische Festigkeit aus.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren können Rohre beliebiger Grösse und Gestalt hergestellt wer den. Der besondere Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens liegt darin, dass sich beim Aushärten durch Erwärmen keine Hohlräume bilden.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Ver fahrens ist, d'ass die Isolierrohre beispielsweise unter Verwendung von Rohrwalzmaschinen angefertigt werden können. Die so erzeugten Isolierrohre be sitzen die gewünschten hohen mechanischen und dielektrischen Festigkeiten und eine ausgezeichnete Wärmestabilität bei Temperaturen, die sogar höher liegen als die Betriebstemperaturen von Hochspan nungstransformatoren.
Für Hochspannungstransformatoren besonders geeignete Isolierrohre können nach dem erfindungs gemässen Verfahren durch Tränken eines biegsamen Gewebes, beispielsweise einer Gewebebahn, mit einer Lösung eines ungesättigten Polyesterharzes erhalten werden. Das Harz wird vorzugsweise in einem or ganischen Lösungsmittel mit einem Siedepunkt un terhalb 175 C gelöst. Das getränkte Gewebe wird dann vorzugsweise durch eine Reihe von Quetsch- walzen geschickt, um eine vollständige Tränkung und die Beseitigung von eingeschlossener Luft sicherzustellen.
Das Gewebe mit der aufgebrachten Harzlösung wird dann so lange erwärmt, bis das Lösungsmittel daraus verdunstet ist. Dies erfolgt zweckmässigerweise dadurch, dass man das getränkte Gewebe durch einen geheizten Turm schickt, der auf einer zum Verdunsten des Lösungsmittels ausrei chenden Temperatur gehalten wird. Die Temperatur und die Trockenzeit sind mit Vorteil sorgfältig zu beobachten, um ein Überhitzen des Harzes zu ver meiden.
Nach der Entfernung aus dem Turm sieht das Gewebe vollständig trocken aus, es fühlt sich auch so an und kann beispielsweise 'zu einem Wickel ohne Verwendung einer Zellophan -Folie (Cello phan ist eine eingetragene Marke), Polyäthylenfolie oder andern die einzelnen Windungen voneinander trennenden Folien oder Bahnen aufgerollt werden. Das Harz ist noch nicht gehärtet.
Danach kann das mit Harz versehene Gewebe bei spielsweise auf einer Rohrwickelnaschine langsam unter einem Zug von ungefähr 0,35 bis 1,4 kg/cm2 auf einen Dorn gewickelt werden, um ein Rohr von gewünschter Form zu erhalten. Während des Wik- kelns wird auf das mit Harz versehene Gewebe eine Mischung aus mindestens einem flüssigen, olefinisch ungesättigten, mit dem zur Tränkung benutzten un gesättigten Polyesterharz mischbaren Monomeren und mindestens einem Polymerisationskatalysator aufgebracht. Hierbei erweicht das Harz und es ent steht eine reaktionsfähige harzartige Masse.
Das Ganze wird dann durch Erwärmen ausgehärtet.
Das Monomere ist vorzugsweise in einer Menge vorhanden, die zur vollständigen Mischung mit dem Harz ausreicht, die aber nicht so gross ist, dass das Harz sich beim Wickeln des Isolierrohres durch den Wickelzug herausdrücken lässt. Das Gewichtsverhält nis des durch die Mischung aufgebrachten Monome- ren zu dem auf dem Gewebe vorhandenen ungesät tigten Harz kann z. B. 1 : 1 bis 1,5 : 8,5 betragen.
Das ungesättigte Polyesterharz, das als Lösung auf das biegsame Gewebe aufgebracht wird, kann beispielsweise nach bekannten Verfahren durch Ver- estern eines mehrwertigen Alkohols, der keine an deren reaktionsfähigen Gruppen als die Hydroxyl- gruppen hat, mit einem Moläquivalent wenigstens einer ungesättigten a,ss-Dicarbonsäure oder deren Anhydrid hergestellt werden. Die ungesättigten Poly esterharze können z.
B. unter Verwendung von Ma leinsäure, Fumarsäure, Maleinsäureanhydrid, Mono chlormaleinsäure, Itaconsäure, Itaconsäureanhydrid, Citraconsäure und Citraconsäureanhydrid als ungesät tigte a,ss-Dicarbonsäurekomponente hergestellt sein. Bei der Herstellung des ungesättigten Polyesterharzes können z.
B. bis zu 95 Gew.e/o der ungesättigten Säure durch eine oder mehrere gesättigte Dicarbon- säuren mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen je Molekül ersetzt sein, bei denen sich die Carboxylgruppen am Ende der Ketten befinden und keine anderen reak tionsfähigen Gruppen vorhanden sind, wie z. B. Bernsteinsäure, Adipinsäure, Sebacinsäure und Phthal- säureanhydrid.
Zu den genannten geeigneten mehrwertigen Alkoho- len gehören jene aliphatischen Alkohole, die keine an deren reaktionsfähigen Gruppen als Hydroxylgruppen haben, so z. B. Äthylenglykol, Glycerin, Pentaerythrit, Propylenglykol, Diäthylenglykol, 1,5-Pentandiol und Triäthylenglykol. Auch können Mischungen von mehrwertigen Alkoholen und in einigen Fällen auch Epoxyde anstelle von Glykolen verwendet sein,
und zwar besonders bei der Reaktion mit Dicarbonsäu- ren anstelle ihrer Anhydride. Bei Reaktionen mit Maleinsäureanhydrid kann auch Rizinusöl verwendet sein. Der mehrwertige Alkohol wird bevorzugt in molaräquivalenten Mengen 10 /e, bezogen auf die Gesamtmenge der Säureanteile, verwendet.
Die ungesättigten Polyesterharze werden im all gemeinen durch Umsetzung der Säuren mit dem mehrwertigen Alkohol nach den üblichen Vereste- rungsverfahren hergestellt. Zum Beispiel werden die Säure und der mehrwertige Alkohol in Gegenwart eines Veresterungskatalysators, wie Salzsäure, Schwe felsäure, Benzolsulfonsäure oder dergleichen, unter Rückfluss erwärmt. Zur Erhöhung des Veresterungs- grades wird vorteilhaft das bei der Reaktion gebil dete Wasser durch azeotrope Destillation entfernt.
Hierzu führt man die Reaktion in Gegenwart einer flüchtigen organischen Flüssigkeit, wie z. B. Toluol, Xylol oder dergleichen, aus.
Das ungesättigte Polyesterharz wird vorzugsweise in einem organischen Lösungsmittel mit einem Siede punkt unter 175 C aufgelöst verwendet. Höhersie- dende Lösungsmittel werden im allgemeinen nicht verwendet, da das Lösungsmittel während des Er- wärmens verdunsten soll, wobei Nebenreaktionen un erwünscht sind. Geeignete organische Lösungsmittel sind z. B. Aceton, Benzol, Methyläthylketon, Toluol, Äthylacetat und deren Mischungen.
Für die erfindungsgemässe Herstellung der Iso- lierrohre wird ein biegsames Gewebe verwendet, das vorzugsweise hohe mechanische Festigkeit besitzt, wie z. B. Glasgewebe und Glasmatten. Diese können beispielsweise als Bahnen bis 7u 150 cm Breite oder als Band mit einer Breite von ungefähr 3,2 mm oder weniger und bis zu 127 mm oder 152 mm oder mehr verwendet werden. Das Band oder Bahnenmaterial kann z. B. ungefähr 0,025 bis 0,75 mm stark sein.
Wie erwähnt, wird das Aufwickeln unter Zug auf den Dorn vorzugsweise in einem zweiten Arbeitsgang durchgeführt, wobei auf das mit ungesättigtem Poly esterharz versehene, gegebenenfalls aufgerollte Gewebe eine Mischung aus mindestens einem flüssigen, olefi- nisch ungesättigten, mit dem zur Tränkung benutzten Polyester mischbaren Monomeren und mindestens einem Polymerisationskatalysator aufgebracht wird.
Geeignete flüssige, olefinisch ungesättigte Mono mere sind z. B. Monostyrol, Vinyltoluol, a-Methyl- styrol, 2,4-Dichlorstyrol, p-Methylstyrol, Vinylacetat, Methylmetacrylat, Äthylacrylat, Diallylphthalat, Di- allylsuccinat, Diallylmaleinat, Allylalkohol, Methal- lylalkohol,
Acrylnitril, Methylvinylketon, Diallyläther, Vinylidenchlorid, Butylmethacrylat, Allylacrylat, Allylcrotonat, 1,3-Chloropren und Divinylbenzol so- wie Mischungen von zwei oder mehreren solcher Monomeren.
Geeignete Katalysatoren sind Benzoylperoxyd, Lauroylperoxyd, Methyläthylketonperoxyd, tert.- Butylhydroperoxyd, Ascaridol, tert.-Butylperbenzoat, Di-tert.-butylperphthalat, Ozonide und ähnliche be kannte Katalysatoren, vorzugsweise in einer Menge von 0,1 bis 2 Gew.o/o -- bezogen auf das Gesamt gewicht von Harz und flüssigem olefinisch ungesättig tem Monomeren. Falls erwünscht, können aber auch etwas grössere oder kleinere Mengen verwendet wer den.
Auch können z. B. Polymerisationsbeschleuni- ger, wie z. B. Kobaltnaphthenat und Azomethine, bei gemischt werden.
Die Erfindung wird anhand des folgenden Bei spiels veranschaulicht: Herstellung der erfindungsgemäss verwendeten Ausgangsstoffe: A. Eine Mischung von 3910 g (11Mol) 2,2-Bis- (p-oxyäthoxyphenyl)-propan und 1090 g (10 Mol) Maleinsäureanhydrid wurde in einem geschlossenen Gefäss unter Durchleiten von Kohlendioxyd bei 200 C zur Reaktion gebracht, bis die Mischung eine Säure zahl von 25 hatte.
Die Mischung wurde dann ab- gekühlt und 0,008 % Hydrochinon - bezogen auf das Anfangsgewicht der Mischung - bei 160 C hinzugefügt. Das so nach bekannten Verfahren her gestellte ungesättigte Polyesterharz wurde mit so viel Aceton vermischt, dass eine 50prozentige Lösung entstand.
B. Eine Mischung von 44 Molo/o Adipinsäure und 6 Molo/o Fumarsäure wurde mit 50 Molo/o Pro- pylenglykol vermischt und unter Durchleiten von Kohlendioxyd ungefähr vier Stunden lang bei einer Temperatur von 140 C in einem geschlossenen Re aktionsgefäss zur Reaktion gebracht. Die Tempera tur wurde dann innerhalb vier Stunden auf 220 C erhöht und hierauf für weitere acht Stunden gehalten. Man erhielt ein dickflüssiges ungesättigtes Polyester harz, das mit Toluol in einer Menge vermischt wurde, die genügt, um eine 50prozentige Lösung zu erhalten.
C. 10 Molo/o Maleinsäureanhydrid, 40 Molo/o Adipinsäure und 50 Molo/o Diäthylenglykol wurden nach bekannten Verfahren umgesetzt. Das erhaltene ungesättigte Polyesterharz wurde dann mit Methyl- äthylketon vermischt, um eine 50prozentige Lösung zu erhalten.
D. Ein dickflüssiges ungesättigtes Polyesterharz wurde nach bekannten Verfahren aus 30 Moll!o Sebacinsäure, 20 Molo/o Maleinsäureanhydrid und 50 Molo/o Diäthylenglykol bereitet. Dieses Harz wurde mit Benzol zu einer 50prozentigen Lösung vermischt.
Die bei dem erfindungsgemässen Verfahren ver wendeten Stoffe an sich und deren Herstellungsver fahren sind nicht Gegenstand der Erfindung.
<I>Beispiel</I> Eine bestimmte Menge einer gemäss A erhaltenen Acetonlösung eines ungesättigten Polyesters wurde in eine Tränkwanne gegeben. Eine Bahn von dicht gewobenem Glasgewebe, 94 cm breit und 0,178 mm stark, wurde durch die im Behälter befindliche Poly- ester-Aceton-Lösung und darauf durch eine Reihe von Quetschwalzen gezogen, um eine vollständige Durchtränkung des Glasgewebes und die Entfernung irgendwelcher eingeschlossener Luft sicherzustellen.
Das getränkte, feuchte Gewebe wurde dann durch einen 6 m hohen Turm geschickt, der auf eine Tem peratur erwärmt war, die genügte, um das ganze Aceton aus dem Gewebe zu verdunsten. Das mit dem Harz versehene und getrocknete Gewebe wurde dann auf eine Rolle gewickelt. Die Rolle wurde in eine Rohrwalzmaschine getan, in welcher die Gewebe bahn von der Rolle abgezogen und unter Zug um einen zylindrischen Dorn gewickelt, der sich schnell genug drehte, um ein gleichmässiges Aufbringen einer Mi schung von Monostyrol und Benzoylperoxyd zu er möglichen.
Die verschiedenen Bestandteile wurden auf das Gewebe in einer solchen Menge aufgebracht, dass das fertige Isolierrohr 50 Gew:o/o des wärme gehärteten Harzes und 50 Gew.o/o des Glasgewebes enthielt. Das wärmegehärtete Harz war aufgebaut aus 80 Gew:o/a ungesättigtem Polyesterharz und 20 Gew.o/o Monostyrol und 0,5 Gew:o/a Benzoylper- oxyd, bezogen auf das Gewicht des ungesättigten Polyesterharzes.
Eine Decklage Polymethylenterephthalat wurde um das gewickelte Isolierrohr gewickelt, wonach das Isolierrohr samt Dorn in einen Ofen gebracht wurde. Das Isolierrohr wurde achteinhalb Stunden bei etwa 90 C und weitere acht Stunden bei etwa 140 C ge härtet. Der Dorn und das Rohr wurden dann aus dem Ofen herausgenommen, die Decklage von dem Rohr entfernt und das Rohr vom Dorn abgezogen. Das Rohr war 94 cm lang und hatte einen lichten Durch messer von 405 mm und einen äusseren Durchmesser von 413 mm, wobei die Wandstärke im Durchschnitt 4 mm betrug. Das fertige Rohr hatte ein ausgezeich netes Aussehen und besass glatte innere und äussere Oberflächen.
Bei der Prüfung des Rohres auf Durchschlags festigkeit wurden an drei verschiedenen Stellen längs des Rohres nachstehende Ergebnisse erzielt: 1. Stetiges Steigern der Spannung ergab einen Durchschlag bei 107 kV, was eine Durchschlagsfestig keit von 322 V/0,025 mm entspricht. 2.
Halteversuche, die bei 70 kV mit Steigestufen von 5 kV begannen, ergaben:
EMI0003.0085
bei <SEP> 70 <SEP> kV <SEP> - <SEP> 1 <SEP> Minute
<tb> bei <SEP> 75 <SEP> kV <SEP> - <SEP> 1 <SEP> Minute
<tb> bei <SEP> 80 <SEP> kV <SEP> - <SEP> 1 <SEP> Minute
<tb> bei <SEP> 85 <SEP> kV <SEP> - <SEP> 1 <SEP> Minute
<tb> bei <SEP> 90 <SEP> kV <SEP> - <SEP> 1 <SEP> Minute
<tb> bei <SEP> 95 <SEP> kV <SEP> -1 <SEP> Minute <SEP> Dielektrische <SEP> Festigkeit <SEP> bei
<tb> Haltewert <SEP> 302 <SEP> V/0,025 <SEP> mm.
<tb> bei <SEP> 100 <SEP> kV <SEP> trat <SEP> ein <SEP> Durchschlag <SEP> nach <SEP> 30 <SEP> Sekun den <SEP> ein. <SEP> Dielektrische <SEP> Festigkeit <SEP> bei
<tb> Durchschlag <SEP> 317 <SEP> V/0,025 <SEP> mm. 3.
Halteversuche, beginnend bei 70 kV mit Steige stufen von 5 kV:
EMI0004.0003
bei <SEP> 70 <SEP> kV <SEP> -1 <SEP> Minute
<tb> bei <SEP> 75 <SEP> kV <SEP> - <SEP> 1 <SEP> Minute
<tb> bei <SEP> 80 <SEP> kV <SEP> - <SEP> 1 <SEP> Minute
<tb> bei <SEP> 85 <SEP> kV <SEP> - <SEP> 1 <SEP> Minute <SEP> Dielektrische <SEP> Festigkeit <SEP> bei
<tb> Haltewert <SEP> 284 <SEP> V/0,025 <SEP> mm.
<tb> bei <SEP> 90 <SEP> kV <SEP> trat <SEP> ein <SEP> Druchschlag <SEP> nach <SEP> 47 <SEP> Sekun den <SEP> ein. <SEP> Dielektrische <SEP> Festigkeit <SEP> bei
<tb> Durchschlag <SEP> 300 <SEP> V/0,025 <SEP> mm. 4.
Halteversuche, beginnend bei 70 kV mit Steige stufen von 5 kV:
EMI0004.0008
bei <SEP> 70 <SEP> kV <SEP> - <SEP> 1 <SEP> Minute
<tb> bei <SEP> 75 <SEP> kV <SEP> -1 <SEP> Minute
<tb> bei <SEP> 80 <SEP> kV <SEP> -1 <SEP> Minute
<tb> bei <SEP> 85 <SEP> kV <SEP> -1 <SEP> Minute
<tb> bei <SEP> 90 <SEP> kV <SEP> - <SEP> 1 <SEP> Minute <SEP> Dielektrische <SEP> Festigkeit <SEP> bei
<tb> Haltewert <SEP> 286 <SEP> V,'0,025 <SEP> mm.
<tb> bei <SEP> 95 <SEP> kV <SEP> trat <SEP> ein <SEP> Durchschlag <SEP> nach <SEP> 16 <SEP> Sekun den <SEP> ein. <SEP> Dielektrische <SEP> Festigkeit <SEP> bei
<tb> Durchschlag <SEP> 302 <SEP> V/0,025 <SEP> mm.
Die mit diesem Rohr erzielten Leistungsfaktoren sind wie folgt:
EMI0004.0009
Temperatur <SEP> 100 <SEP> X <SEP> tg <SEP> a <SEP> Dielektrizitätskonstante
<tb> C <SEP> 60 <SEP> Hz <SEP> 1 <SEP> kHz <SEP> 100 <SEP> kHz <SEP> 60 <SEP> Hz <SEP> 1 <SEP> kHz <SEP> 100 <SEP> kHz
<tb> 24 <SEP> 0,56 <SEP> 0,39 <SEP> 0,80 <SEP> 4,55 <SEP> 4,53 <SEP> 4,46
<tb> 75 <SEP> 2,15 <SEP> 0,85 <SEP> 0,72 <SEP> 4,85 <SEP> 4,75 <SEP> 4,66
<tb> 125 <SEP> 4,00 <SEP> 1,91 <SEP> 1,06 <SEP> 4,91 <SEP> 4,70 <SEP> 4,52 Isolierrohre, die gemäss der Erfindung hergestellt wurden, besitzen auch ausgezeichnete mechanische Eigenschaften. Sie halten den Stoss von Hammerschlä gen aus, die vorkommen können, wenn z.
B. die Por zellanklötze zwischen die Isolierrohre und die die Iso- lierrohre umgebenden Spulen getrieben werden. Der ausgezeichnete Widerstand der Rohre gegen Schläge ist auch dadurch bewiesen worden, dass keine Brüche entstanden, wenn die Rohre aus dem fünften Stock werk eines Gebäudes auf einen Betonfussboden fal lengelassen wurden.
Werden erfindungsgemäss erhaltene Isolierrohre bei Hochspannungstransformatoren verwendet, so sind sie Isolierrohren überlegen, die durch das Auf bringen einer Mischung aus Harz, Monostyrol und Katalysator auf Glasgewebe in einem Arbeitsgang hergestellt wurden. Im Gegensatz zu solchen Isolier- rohren der früheren Technik sind die Isolierrohre ge mäss der Erfindung frei von Hohlräumen oder Blasen und auf ihrer ganzen Länge gleichmässig. Sie weisen insbesondere verbesserte mechanische und dielek- trische Festigkeiten auf.
Claims (1)
- PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung von Isolierrohren, da durch gekennzeichnet, dass man ein biegsames Ge webe mit einer Lösung eines ungesättigten Polyester harzes tränkt, darauf erwärmt, bis das Lösungsmittel verdunstet ist, das mit dem Harz versehene Gewebe unter Zug auf einen Dorn wickelt, wobei während des Wickelns auf das mit Harz versehene Gewebe eine Mischung aus mindestens einem flüssigen, olefinisch ungesättigten, mit dem zur Tränkung benutzten un gesättigten Polyesterharz mischbaren Monomeren und mindestens einem Polymerisationskatalysator auf gebracht wird, und das auf dem Dorn befindliche Material durch Erwärmen aushärtet.UNTERANSPRüCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis des durch die Mischung aufgebrachten Monomeren zu dem auf dem Gewebe vorhandenen ungesättigten Polyester harz 1,5 : 8,5 bis 1 : 1 beträgt. 2. Verfahren nach Patentanspruch und Unter anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lö sung eines ungesättigten Polyesterharzes in einem or ganischen Lösungsmittel mit einem Siedepunkt unter 175 C verwendet wird. 3. Verfahren nach Patentanspruch und den Unter ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das getränkte Gewebe vor dem Erwärmen durch eine Reihe von Quetschwalzen geschickt wird.
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