CH412057A - Elektrischer Apparat mit einem geschlossenen Behälter - Google Patents

Description

  Elektrischer Apparat mit einem geschlossenen Behälter    Die Erfindung betrifft einen elektrischen Apparat  mit einem geschlossenen Behälter und einem in diesem  vorhandenen gasförmigen     Dielektrikum,    welches aus  mehreren Stoffen zusammengesetzt ist.  



  Bei bekannten Einrichtungen ist als     Dielektrikum          Schwefelhexaflluorid    verwendet worden, das gasförmig  ist und elektronegative Eigenschaften aufweist.     Auch     ein Gemisch aus     Schwefelhexafluorid    und einem nicht  elektronegativen     Inertgas,    beispielsweise Stickstoff, ist  schon vorgeschlagen worden. Als Vorteil gegenüber  dem sonst zumeist verwendeten öl wird vor allem  die     Unbrennbarkeit    angesehen.

   Um aber im Vergleich  zum öl nicht wesentlich grössere Abstände der span  nungsführenden Teile gegeneinander und gegen geerde  te Teile einhalten     und    damit eine wesentliche Verteue  rung des elektrischen Apparates in Kauf nehmen zu  müssen, wendet man bei     Schwefelhexafluorid    einen  Druck von etwa 3     ata    und mehr an. Durchschlags  feldstärke und     Glimmeinsatz-Feldstärke    sind in unter  schiedlicher Weise druckabhängig und erreichen bei  dem genannten Druck günstige Werte.

   Als Nachteil  entsteht hierbei die Notwendigkeit eines sorgfältig ab  gedichteten, entsprechend druckfesten, somit teuren  Behälters, und die Gefahr von allmählichen Gasver  lusten durch kleine, kaum vermeidbare     Undichtigkei-          ten,    wodurch der Druck nachlässt und damit das       Dielektrikum    sich verschlechtert.  



  Es ist auch schon versucht worden, mit einem nicht  elektronegativen Gas allein, beispielsweise einem     Inert-          gas    wie Stickstoff, eine elektrische Festigkeit ähnlich  wie mit öl zu erreichen; aber hierzu musste man das  Gas auf einen dermassen hohen Druck bringen, dass  die genannten Nachteile in noch viel höherem Masse  auftraten.  



  Nach einem anderen Vorschlage werden zusätzlich  zum     Inertgas,    beispielsweise Stickstoff von Atmo  sphärendruck, flüssige Stoffe, insbesondere vollständig    fluorierte     Kohlenwasserstoffe    oder Äther oder     tertiäre     Amine in den elektrischen Apparat gebracht, die nach  Massgabe ihres Dampfdruckes bei der     jeweiligen    Tem  peratur bis zur Sättigung verdampfen, und deren elek  tronegative Dämpfe sich mit dem     Inertgas    mischen.  Dieses Gemisch kann unter bestimmten Voraussetzun  gen eine dem     Schwefelhexafluorid    von 3     ata    ver  gleichbare elektrische Festigkeit schon bei geringerem  Druck erreichen.

   Nachteilig sind aber der starke An  stieg des Druckes bei zunehmender Betriebstempera  tur, bedingt durch Nachverdampfung, und die Ver  minderung der elektrischen Festigkeit bei abnehmen  der Betriebstemperatur,     bedingt    durch Kondensation  und daher verminderte Dichte des elektronegativen  Dampfes. Man muss die Anordnung daher so ausle  gen, dass sie bei niedrigster Temperatur, also niedrig  ster Dampfdichte,     spannungssicher        ist,    andererseits  muss man den Behälter entsprechend dem Druck bei  der höchsten Temperatur bemessen und abdichten.  Insbesondere bei Apparaten mit stark unterschiedli  chen Betriebstemperaturen ergeben sich auf diese  Weise     unwirtschaftliche    Konstruktionen.

      Bei einem elektronegativen Dampf von bestimm  ter chemischer Zusammensetzung wächst die elektri  sche Festigkeit mit seiner Konzentration, und bei be  stimmter Konzentration elektronegativer Dämpfe ist  die elektrische Festigkeit im allgemeinen um so bes  ser, je grösser deren     Molekulargewicht    ist. Stoffe der  genannten Art mit hohem     Molekulargewicht    besitzen  aber selbst     üm    oberen Bereich der in Frage kommen  den Temperaturen einen nur geringen Dampfdruck, so  dass ihre Konzentration im gasförmigen     Dielektrikum     gering bleibt und die elektrische Festigkeit aus diesem  Grunde keine hohen Werte annehmen kann.

   Deshalb,  und zumal mit     Rücksicht    auf     den    unteren Bereich  der Betriebstemperaturen müsste man als Zusatz zum       Inertgas    einen Stoff wählen, der schon im unteren      Bereich der Betriebstemperaturen     eine    hinreichende  Konzentration seines elektronegativen Dampfes und  damit eine Verbesserung der elektrischen Festigkeit  gegenüber dem     Inertgas    allein     gewährleiset,    der also  schon bei diesen Temperaturen einen entsprechend  hohen Dampfdruck aufweist.

   Dann aber handelt es  sich stets um einen Stoff mit niedrigem Molekular  gewicht, dessen Dampf auch bei höherer Konzentra  tion, wie sie dann unter entsprechender Drucksteige  rung bei höheren Betriebstemperaturen auftritt, keine  so grosse elektrische Festigkeit hat, wie sie bei einem  Dampf von gleich hoher Konzentration aber hohem       Molekulargewicht    eintreten würde.  



  Zur Vermeidung dieser Nachteile wird nun erfin  dungsgemäss vorgeschlagen, dass das gasförmige       Dielektrikum    mindestens zum Teil aus einem     Ge-          misrh    von elektronegativen Dämpfen besteht, deren  Dampfzustand im Bereich der Betriebstemperaturen  des elektrischen Apparates ungesättigt ist, und dass  mindestens ein Teil dieser Dämpfe ein Molekular  gewicht von mehr     Aids    200 besitzt.  



  Hierbei ist es möglich, dass die Dampfdichte und  damit auch die elektrische Festigkeit des     Dielektrikums     im gesamten Bereich der Betriebstemperaturen des  elektrischen Apparates konstant bleibt und der Druck  sich im Behälter nur noch ungefähr proportional mit  der absoluten Temperatur ändert, also in wesentlich  geringerem Masse, als wenn zusätzlich der Sättigungs  druck eines Nassdampfes aufträte.

   Zwar ist die Dichte  jedes einzelnen der     elektronegativen    Dämpfe, zumal  in dem erfindungsgemäss vorgeschlagenen ungesättig  ten Zustande und bei     Molekulargewichten    von mehr  als 200, gering und an sich unzureichend für die Er  zielung hoher elektrischer Festigkeit, mehrere Stoffe  der genannten Art aber verdampfen unabhängig von  einander, die     Partialdrücke    und damit die Dichten  ihrer Dämpfe addieren sich.

   So ist es durch Verdamp  fung einer entsprechend grossen Anzahl von Stoffen  der genannten Art, auch wenn sie je ein hohes     Mole-          kulargewicht    und damit einen niedrigeren     Partialdruck     aufweisen, möglich, jeden praktisch interessierenden  Gesamtdruck zu erhalten. Auf diese Weise kann dank  der relativ grossen Dichte der elektronegativen Dämp  fe von hohen     Molekulargewichten    (mehr als 200) eine  grosse elektrische Festigkeit erzielt werden. Eine  gleichzeitige Anwesenheit von Dämpfen niedrigen       Molekulargewichts    würde keinen wesentlichen Bei  trag zur elektrischen Festigkeit liefern, könnte aber  als unschädliche Verunreinigung     geduldet    werden.  



  Um zu vermeiden, dass der Behälter des elektri  schen Apparates für einen ins Gewicht fallenden  Druck bemessen und abgedichtet werden muss, ist es  zweckmässig, dass der Druck im Behälter bei der  niedrigsten Betriebstemperatur ungefähr gleich dem  Atmosphärendruck ist. Man wird vorzugsweise einen  Druck anstreben, der bei der niedrigsten Betriebstem  peratur ein wenig grösser .als der Atmosphärendruck  ist, um den     Behälter    nicht auch gegen Unterdruck ab  dichten zu müssen und um zu verhüten,     dass    durch  kleine     Undichtigkeiten    feuchte Luft in den elektri-    sehen Apparat eindringt.

   Dies kann dadurch erreicht  werden,     dass    das Gemisch elektronegativer Dämpfe  aus so vielen einzelnen Stoffen mit mindestens zum  Teil grösserem     Molekullargewicht    als 200 besteht, dass  die Summe der     Partialdrücke    bei der niedrigsten Be  triebstemperatur ungefähr gleich dem Atmosphären  druck ist.  



  Aus wirtschaftlichen Gründen kann es vorteilhaft  sein, eine geringere Menge oder Anzahl der Stoffe zu  verwenden, welche     d.ie    elektronegativen Dämpfe bil  den, so dass die Summe ihrer     Partialdrücke    kleiner  als der Atmosphärendruck ist. Insbesondere dann  kann dies vorteilhaft sein, wenn Stoffe gewählt wer  den, die bei Verminderung der Konzentration die  elektrische Festigkeit nur wenig vermindern, bei de  nen also eine starke Verminderung der elektrischen  Festigkeit erst bei noch geringeren Konzentrationen  eintritt. Durch den geringeren Preis des     Dampfge-          misches    bei verminderter Konzentration kann die  durch die mässige Verminderung der elektrischen Fe  stigkeit bedingte Verteuerung der Anordnung kom  pensiert werden.

   Es ist dann zweckmässig, dass dem  Gemisch elektronegativer Dämpfe ein     inertes    Gas von  kleinerem     Molekulargewicht    hinzugefügt wird, bei  spielsweise Stickstoff oder     Schwefelhexafluorid,    und  zwar in solcher Menge, dass der Druck im Behälter  bei der niedrigsten Betriebstemperatur ungefähr gleich  dem Atmosphärendruck ist.  



  Als Stoffe zur Bildung der elektronegativen Dämp  fe kommen in erster Linie organische, bei Raumtem  peratur flüssige     Fluorverbindungen    in Frage, insbe  sondere     Kohlenwasserstoffe,    Äther oder tertiäre Ami  ne, bei denen sämtliche     H-Atome    durch F substituiert  sind. Nach einem bekannten Verfahren geht die       Fluorierung    durch Einleiten von     Kohlenwasserstoffen     in einer Zelle vor sich, in der Fluor elektrolytisch ge  wonnen wird. Hierbei entsteht normalerweise ein Ge  misch aus mehreren     Fluorverbindungen,    die zu tren  nen und für den vorliegenden Zweck wiederum zu mi  schen     unzweckmässig    wäre.

   Es entsteht vielmehr der  Vorteil, dass das benötigte Gemisch durch     Fluorierung     von     Kohlenwasserstoffen    unmittelbar hergestellt und  dass dieses Gemisch ohne Trennung der einzelnen       Fluorverbindungen    in den elektrischen Apparat ge  bracht und dort verdampft werden kann. Es ist selbst  verständlich, dass das Gemisch vor seiner Verwendung  der üblichen Reinigung und Trocknung unterzogen  wird. Durch Destillation hat man die Möglichkeit,  einen Überschuss an Stoffen auszuscheiden, welcher zu  deren Kondensation bei sinkender Temperatur im  elektrischen Apparat führen würden, bevor andere im  Dampfgemisch enthaltene Stoffe den Zustand der  Sättigung erreicht haben.

   Hierzu kann man beispiels  weise das Gemisch verdampfen und dann einer Tem  peratur und einem Druck entsprechend den Verhält  nissen bei niedrigster Betriebstemperatur des elektri  schen Apparates aussetzen.  



  Die     Erfindung    wird durch das folgende Anwen  dungsbeispiel erläutert, ohne jedoch hierauf beschränkt  zu sein. Man kann von einem empirisch zu ermitteln-      den Gemisch von Kohlenwasserstoffverbindungen aus  gehen, beispielsweise einem     naphthenbasischen        Spin-          delöl,    das mit niederen     Aromaten    angereichert sein  kann,     Lind    man kann in     geeigneien    Mengen     alipha-          tische,

          zykloaliphatische    und aromatische     Kohlenwas-          serstoffe    mit     Kohlenstoffskeletten    von     C,    an aufwärts,  wie z. B.     Hexan,        Oktan,        Cyclohexan,    Benzol,     Toluol     und dergleichen hinzufügen. Auf diese Weise bleiben  kondensierte     Aromate    im wesentlichen ausgeschlossen,  die wegen ihres geringen Dampfdruckes unerwünscht  wären.

   Dieses Gemisch wird nach einem der an sich  bekannten Verfahren fluoriert, beispielsweise nach  Mischen mit einem     fluorwasserstoffhaltigen    Elektro  lyten in einer elektrolytischen Zelle. Da ein Teil der  Moleküle nicht nur     fluoriert,    sondern auch in der  Struktur verändert wird, ist die Anzahl der Kompo  nenten des Gemisches nach der     Fluorierung    noch  grösser als vor dieser. Das fluorierte Gemisch wird in  bekannter Weise von nicht vollständig fluorierten Ver  bindungen gereinigt, und niedrig siedende Stoffe sowie  Stoffe mit verschwindend kleinem Dampfdruck kön  nen durch Destillation entfernt werden.     Schliesslich     wird das Gemisch getrocknet.

   Von diesem nunmehr  gebrauchsfertigen Gemisch wird eine annähernd vor  berechnete Menge in den evakuierten, auf einer Tem  peratur entsprechend der niedrigsten Betriebstempe  ratur gehaltenen elektrischen Apparat gebracht, in  dem man es verdampfen lässt, bis der gewünschte Ge  samtdruck erreicht ist, beispielsweise 200 mm     Hg.    Ein  gegebenenfalls noch nicht verdampfter Rest des Ge  misches wird am Boden des elektrischen Apparates  abgelassen, und dieser wird mit Stickstoff auf einen  Druck aufgefüllt, der nur wenig grösser als der  Atmosphärendruck ist, beispielsweise 800 mm     H-.  

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE 1. Elektrischer Apparat mit einem geschlossenen Behälter und einem in diesem vorhandenen gasförmi gen Dielektrikum, welches aus mehreren Stoffen zu sammengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Dielektrikum mindestens zum Teil aus einem Gemisch von elektronegativen Dämpfen be steht, deren Dampfzustand im Bereich der Betriebs temperaturen des elektrischen Apparates ungesättigt ist, und dass mindestens ein Teil dieser Dämpfe ein Molekulargewicht von mehr als 200 besitzt.

   1I. Verfahren zur Herstellung des gasförmigen Dielektrikums nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, das sein Gemisch durch Fluorierung von Kohlenwasserstoffen unmittelbar hergestellt wird und ohne Trennung der einzelnen Fluorverbindungen in den elektrischen Apparat gebracht und dort verdampft wird. UNTERANSPRÜCHE 1. Elektrischer Apparat nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass der Druck im Behälter bei der niedrigsten Betriebstemperatur ungefähr gleich dem Atmosphärendruck ist. 2.

   Elektrischer Apparat nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch elektrone gativer Dämpfe aus so vielen einzelnen Stoffen mit mindestens zum Teil grösserem Molekulargewicht als 200 besteht, dass die Summe der Partialdrücke bei der niedrigsten Betriebstemperatur ungefähr gleich dem Atmosphärendruck ist. 3. Elektrischer Apparat nach Patentanspruch I und Unteranspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass dem Gemisch elektronegativer Dämpfe ein inertes Gas von kleinerem Molekulargewicht hinzugefügt ist. 4.

   Elektrischer Apparat nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch aus meh reren organischen Fluorverbindungen besteht, bei de nen sämtliche H-Atome durch F substituiert sind. 5. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch ge kennzeichnet, dass das Gemisch vor seinem Einbrin gen einem Destillationsprozess unterzogen wird, der art, dass ein Überschuss an Stoffen ausgeschieden wird, welcher zu deren Kondensation bei sinkender Temperatur im elektrischen Apparat führen würde, bevor andere, im Dampfgernisch enthaltene Stoffe den Zustand der Sättigung erreicht haben. 6.

   Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch ge kennzeichnet, dass dem Gemisch elektronegativer Dämpfe ein inertes Gas von kleinerem Molekularge- wicht hinzugefügt wird.