CH380201A - Elektrisches Gerät mit gasförmigem Isoliermittel - Google Patents

Description

  Elektrisches Gerät mit gasförmigem Isoliermittel    Die Erfindung betrifft ein elektrisches Gerät mit  einem     gasförmiggen    Isoliermittel.  



  Es ist bekannt, reines     Schwefelhexafluorid   <B>(SF,)</B>  als gasförmiges Isoliermittel für geschlossene elektri  sche Geräte, wie z. B. die     sogenannten    Trockentrans  formatoren, zu verwenden. Die Spannungen, die bei  elektrischen Geräten mit reinem     Schwefelhexafluorid     als Isoliermittel angewendet werden können, sind durch  die     Durchschlagsfeldstärke    von     Schwefelhexafluorid,     insbesondere im     inhomogenen    Feld, begrenzt.  



  Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein  elektrisches Gerät mit einem geschlossenen Gehäuse,  das eine gasförmige Mischung von     Schwefelhexafluorid     und     Trifluormethylschwefelpentalluorid        (CF,SF5)    als  Isoliermittel enthält. Die genannte gasförmige Mi  schung besitzt eine höhere elektrische Festigkeit als  reines     Schwefelhexafluorid    unter vergleichbaren Be  dingungen.  



  Einige Ausführungsformen der Erfindung werden  in der folgenden Beschreibung an Hand der beiliegen  den Zeichnung näher erläutert.  



       Fig.   <B>1</B> zeigt in einem Schaubild die     Überschlags-          spannungen    von reinem     Schwefelhexafluorid,    reinem       Trifluorrnethylschwefelpentafluorid    und Mischungen  der beiden Gase.  



       Fig.    2 zeigt in einem Schaubild die Stossdurch  schlagsfestigkeit von reinem     Schwefelhexafluorid,    rei  nem     Trifluormethylschwefelpentafluorid    und Mischun  gen der beiden Gase.  



       Fig.   <B>3</B> zeigt in einem Schaubild die     Durchschlags-          wechselspannung    bei einer Frequenz von<B>60</B>     Rz    für  reines     Schwefelhexaftuorid,    reines     Trifluormethyl-          schwefelpentafluorid    und Mischungen der beiden Gase.  



       Fig.    4 zeigt in einem Schaubild die Durchschlags  spannung bei positiver Gleichspannung für reines       Schwefelhexafluorid        und.reines    Trifluormethylschw-e-         felpentafluorid    sowie verschiedene Mischungen in<B>Ab-</B>  hängigkeit von der     Durchschlagslänge.     



       Fig.   <B>5</B> ist eine Seitenansicht eines Transformators  mit der zusammengesetzten gasförmigen Isolation  gemäss der vorliegenden Erfindung. Ein Teil des Trans  formators ist herausgebrochen dargestellt.  



  Wie gefunden wurde, ergibt sich eine verbesserte  gasförmige Isolation elektrischer Geräte durch die  Verwendung     gasföriniger    Mischungen, die aus<B>10</B> bis       65VolumenprozentTrifluormethylschwefelpentafluorid     und dem Rest,<B>90</B> bis<B>35</B> Volumenprozent, aus       Schwefelhexafluorid    bestehen. Diese Mischungen be  sitzen eine höhere Durchschlagsfestigkeit als reines       Schwefelhexafluorid    unter vergleichbaren Bedingungen.  Die höhere Durchschlagsfestigkeit der genannten  Mischungen ist völlig unerwartet. Die     Überschlags-          festigkeit    und die Stossfestigkeit der gasförmigen Mi  schungen sind vollauf befriedigend.

   Die Mischungen  können bei Atmosphärendruck ebenso gut wie bei  Drücken von einigen     at    verwendet werden.  



  Obwohl eine Mischung aus<B>10</B> Volumenprozent       Trifluorrnethylschwefelpentafluorid    und<B>90</B> Volumen  prozent     Schwefelhexafluorid    bereits eine beachtliche  Verbesserung der Durchschlagsfestigkeit gegenüber  reinem     Schwefelhexafluorid    ergibt, sind Mischungen  vorzuziehen, die mindestens<B>25</B> Volumenprozent     Tri-          fluormethylschwefelpentafluorid    und den Rest     Schwe-          felhexalluorid    enthalten, um noch günstigere     dielektri-          s.che    Eigenschaften zu erhalten.  



       Schwefelhexafluorid,        SF6,    ist ein Gas, das unter  Atmosphärendruck bei ungefähr -64'<B>C</B> flüssig wird.  Herstellungsmethoden für     Schwefelhexafluorid    sind  bekannt.  



       Trifluormethylschwefelpentaftuorid,        CF,SF"    ist  ein Gas, das unter Atmosphärendruck bei ungefähr  -20,4'<B>C</B> flüssig wird. Dieses     Gas.und    Methoden zu  seiner Herstellung sind in     der,amerikanischen    Patent-           schrift        Nr.    2<B>697 726</B> beschrieben. Die gasförmigen Mi  schungen gemäss der Erfindung weisen einen niedrige  ren     Kondensations-    oder Taupunkt auf als reines     Tri-          fluormethylschwefelpentafluorid.     



  Messungen der Durchschlagsspannung für die ver  schiedenen     Schwefelhexaffuorid-Trifluormethylschwe-          felpentafluorid-Mischungen    wurden in einem Zylinder  mit einem Durchmesser von<B>7,62</B> cm durchgeführt, der  ein Volumen von ungefähr<B>11</B> besass. Die verschiedenen  Mischungen, die in den einzelnen Figuren mit ihren  Volumenanteilen dargestellt sind, wurden durch  Druckmessungen bestimmt. Für eine Mischung von  z. B.<B>75</B> Volumenprozent     CFSF,    und<B>25</B> Volumen  prozent<B>SF,</B> wurde der Zylinder mit     CF,SF,    bis auf  einen Druck von<B>55</B> cm     Hg    gefüllt.

   Dann wurde so viel  <B>SF,</B> zugefügt,     dass    der     Enddruck    der Mischung unge  fähr<B>73</B> cm     Hg    betrug.  



  In der     Fig.   <B>1</B> ist die     Überschlagskennlinie    für ver  schiedene     CF3-SF,SF,-Mischungen    dargestellt. Die     an#     gegebenen     Überschlagsspannungen    wurden mit einer  Anordnung ermittelt, deren eine Elektrode als Stange  aus rostfreiem Stahl mit einem Durchmesser von  <B>0,635</B> cm ausgebildet war. Diese Stange sass stumpf in  der Mitte einer Glasplatte auf, die 2,54 cm Durchmes  ser und eine Stärke von<B>0,635</B> cm besass. Die andere  Elektrode, die ebenfalls an der Glasplatte anlag, war  eine Messingplatte von<B>5,08</B> cm Durchmesser.

   Bemer  kenswert ist,     dass    die Kurve zunächst eine relativ  schnelle Zunahme der     Überschlagsspannungen    zeigt,  wohingegen die     Ufberschlagsspannung    nur noch lang  sam zunimmt, nachdem der Punkt mit der Mischung  zu<B>je 50</B> Volumenprozent erreicht ist. Daher ist für  eine verbesserte     Überschlagsspannung    eine Mischung  aus<B>50</B> Volumenprozent     SF"    und<B>50</B> Volumenprozent       CF,SF,    praktisch ebenso wirksam wie reines     CF,SF,5.     



  In der     Fig.    2 ist die     Durchschlagskennlinie    für posi  tiven Stoss in einem     inhomogenen    Feld bei verschiede  nen     Durchschlagslängen    für unterschiedliche     SF,-          CF,SF,-Mischungen    bei einem Druck von<B>1</B>     at    darge  stellt. Die dargestellten Stossspannungen gelten für  eine     Elektrodenanordnung    mit einer Stange aus rost  freiem Stahl mit einem Durchmesser von<B>0,16</B> cm und  einer Messingplatte von 2,54 cm Durchmesser. Ein  Abstand von<B>0,9</B> cm oder mehr ist üblicherweise zwi  schen Teilen grösster Potentialdifferenz in den meisten  Hochspannungsgeräten vorhanden.

   Es ist festzuhalten,       dass    mit steigendem     Elektrodenabstand    eine Mischung  bis zu<B>50</B> Volumenprozent<B>SF,</B> und<B>50</B> Volumenprozent       CF,SF6    in grösserem Masse Verbesserungen in der  Stossfestigkeit gegenüber reinem     Schwefelhexafluorid     zeigt, während oberhalb dieses Punktes nur noch  mässige Verbesserungen erreicht werden. Die Kurve  für<B>0,9</B> cm     Elektrodenabstand    zeigt,     dass    im wesentli  chen die ganze Vergrösserung der positiven Stossfestig  keit bei einer<B>50-50</B>     prozentigen    Mischung der Gase  erreicht wird.

   Wie die Kurve für einen     Elektroden-          abstand    von<B>0,6</B> cm zeigt, ergibt eine<B>50-50</B>     prozentige     Mischung eine Vergrösserung der Festigkeit gegenüber  reinem     SFe,    um     501111.,    während reines     CFSF,    eine um       70,Y"    grössere Festigkeit besitzt.    Die     Fig.   <B>3</B> zeigt die<B>60</B> Hz     Durchschlagswechsel-          spannung    für unterschiedliche     Elektrodenabstände    bei  Atmosphärendruck in einem     inhomogenen    Feld für  verschiedene Mischungen.

   Die Kurven wurden bei  einer     Elektrodenanordnung    ermittelt, die aus einer  Stange aus rostfreiem Stahl mit einem Durchmesser  von<B>0, 16</B> cm und einer Messingplatte mit einem Durch  messer von 2,54 cm gemessen wurden. Die Kurven für  <B>0,3</B> und<B>0,6</B> cm     Elektrodenabstand    verlaufen im wesent  lichen linear. Die Kurve für einen     Elektrodenabstand     von<B>0,9</B> cm steigt dagegen stärker an bis zu einem  Mischungsverhältnis von<B>50</B> Volumenprozent<B>SF,</B> und  <B>50</B> Volumenprozent     CF"SF,.    Darüber hinaus erfolgt  nur noch eine mässige Zunahme.  



  Die     Fig.    4 zeigt die Durchschlagsspannung für  positive Gleichspannung für verschiedene     SF,-CF,SF,-          Mischungen.    Die Spannungen gelten für eine     Elektro-          denanordnung    mit einer Stange aus rostfreiem Stahl  mit einem Durchmesser von<B>0,16</B> cm und einer Platte  mit einem Durchmesser von<B>5,08</B> cm.

   Bei Atmosphä  rendruck ergibt sich eine wesentliche Verbesserung der  Durchschlagsfestigkeit gegenüber reinem<B>SF,</B> für eine  Mischung aus<B>50</B> Volumenprozent<B>SF,</B> und<B>50</B> Volu  menprozent     CF,SF,.    Eine Mischung aus reinem       CF,SF,    ergibt dagegen nur noch eine kleine Verbesse  rung gegenüber einer Mischung aus<B>75</B> Volumenpro  zent     CF,SF5    und<B>25</B> Volumenprozent<B>SF,</B>  In     Fig.   <B>5</B> ist ein Transformator dargestellt, bei dem  die Erfindung angewendet werden kann. Der Trans  formator besteht aus einem gasdichten Gehäuse<B>10,</B>  in dessen Innerem ein Träger 12 vorgesehen ist.

   Auf  dem Träger ruht der Magnetkern 14 mit der Spule<B>16.</B>  Die Spule<B>16</B> besteht aus einer Hochspannungswick  lung<B>18</B> und einer Niederspannungswicklung 20, die  durch Isolation 22 voneinander getrennt sind. Die  Spule ist aussen mit einer Wicklung 24 aus Stoff und  Papier versehen. Die gasförmige Mischung gemäss der  Erfindung wird in das gasdichte Gehäuse eingefüllt, um  eine Isolation zwischen dem Gehäuse und den beiden  elektrischen Teilen darin zu schaffen.  



  Bekanntlich bilden sich infolge der dieser Art elek  trischer Geräte eigenen Bauweise innerhalb des Ge  häuses verschiedene elektrostatische Felder aus. Einige  Teile dieser Felder können im wesentlichen als homo  gen angesehen werden. Der grössere Teil der Felder  ist jedoch im wesentlichen     inhomogen,    z. B. zwischen  den Kanten oder Enden der Nieder- und der Hoch  spannungswicklung. Elektrostatische Felder bilden  sich ferner zwischen Punkten verschiedener Formen  und unterschiedlichen Potentials, die mit Abstand von  einander angeordnet sind. Insbesondere bei Hoch  spannungsgeräten können diese Stellen als Elektroden  verschiedenen Potentials angesehen werden, die von  einander üblicherweise einen Abstand von mindestens  <B>0,635</B> cm haben. Im allgemeinen beträgt der Abstand  mehr als<B>2,5</B> cm.  



  Die gasförmigen Mischungen gemäss der Erfindung  eignen sich insbesondere für die oben angegebenen  Apparate,<B>d.</B> h. für solche Geräte, in denen     inhomo-          gene    Felder vorliegen und ein verhältnismässig grosser      Abstand zwischen den Elektroden des     inhomogenen     Feldes vorliegt.  



  Aus dem Vorstehenden ergibt sich,     dass    Mischungen  aus     Schwefelhexafluorid    und     Trifluormethylschwefel-          pentafluorid    gemäss der Erfindung unerwartete Vorteile  bei der Verwendung als gasförmiges Isoliermittel für  solche Geräte besitzen. Im besonderen bringen diese  Mischungen, wie in den     Fig.    2 und<B>3</B> dargestellt ist,  eine besonders wünschenswerte und unerwartete Ver  besserung gegenüber reinem     Schwefelhexafluorid    bei       inhomogenen    Feldern mit     Elektrodenabständen    von  <B>0,9 cm.</B>  



  Die erfindungsgemässe Gasmischung ist insbeson  dere für sog. Trockentransformatoren geeignet. Sie  kann jedoch auch in anderen elektrischen Geräten mit  geschlossenen Gehäusen, wie z. B. Kondensatoren,  Schaltern, Drosselspulen, Kabeln und dergleichen, mit  Vorteil verwendet werden. Die gasförmige Mischung  gemäss der Erfindung kann mit Vorteil auch unter  erhöhtem Druck, z. B. unter Drücken bis zu<B>5</B>     at,    ver  wendet werden, wobei ähnliche Verbesserungen der    elektrischen Eigenschaften erreicht werden wie bei  Drücken von<B>1</B>     at.  

Claims (1)

1. <B>PATENTANSPRUCH</B> Elektrisches Gerät mit einem geschlossenen Ge häuse, das ein gasförmiges Isoliermittel enthält, da durch gekennzeichnet, dass das gasförmige Isoliermit tel aus einer Mischung von Schwefelhexafluorid und Trifluormethylschwefelpentalluorid besteht. <B>UNTERANSPRÜCHE</B> <B>1.</B> Elektrisches Gerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung<B>25-65</B> Volumen prozent Trifluormethylschwefelpentafluorid enthält. 2.

   Elektrisches Gerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung aus<B>50</B> Volumen prozent Trifluormethylschwefelpentaftuorid und<B>50</B> Volumenprozent Schwefelhexafluorid besteht.