CH634438A5 - Stress relief material and use of the same - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Spannungsentlastungs- Koronaeffektes am Anschlussteil eines derart abgeschirmten material für die Oberfläche eines isolierten, elektrischen Lei- Kabels unwirksam ist. Die US-Patente 2 090 510 und 3 749 817 ters und Verwendung des Materials zur Unterdrückung von offenbaren geeignete Einrichtungen und Zusammensetzungen durch Korona verursachten Störungen am Anschlussteil eines für eine Halbleiterschicht, die zwischen dem Leiter und dem isolierten und abgeschirmten, elektrischen Leiters. so Isolator angeordnet ist.
Es ist bekannt, dass bei elektrischen, mit einem Isolator Ziel der Erfindung ist es ein Spannungsentlastungsmaterial abgeschirmten Leitern eine Ungleichmässigkeit oder Deforma- der eingangs genannten Art zu schaffen, das leicht anzuwenden tion im elektrischen Feld auftritt, und zwar an allen Punkten, ist, einen flexiblen, dauerhaften Schutz der abgeschirmten Lei-wo die Abschirmung angeschlossen wird. Übersteigt die ter ergibt, sich selbst ausgleicht und sehr widerstandsfähig
Ungleichmässigkeit oder der Gradient der elektrostatischen 55 gegen durch Belastung verursachte Unterbrüche ist.
Spannung auf der Oberfläche eines durch luftenthaltenden Dieses Ziel wird erfindungsgemäss mit den kennzeichnen-
Gases umschlossenen elektrischen Isolators einen bestimmten den Merkmalen des Patentanspruches 1 erreicht.
Wert treten Gasentladungen, d. h. Koronaentladungen, auf, um Eine Verwendung des Materials zur Unterdrückung von Ozon oder andere Gase zu erzeugen, welche die Oberfläche durch Korona verursachten Störungen am Anschlussteil eines der elektrischen Isolation abbauen und die Isolation durchbre- 60 isolierten und abgeschirmten, elektrischen Leiters ist erfin-chen oder Risse bilden. Dieser Vorgang ist besonders bei Hoch- dungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass das Material mit spannungsgeneratorwicklungen lästig z. B. an der Stelle, wo die einer Seite eines Abschnittes eines Hochspannungsisolierban-Wicklungen aus dem geerdeten Stator heraustreten, an den des verbunden ist.
Folienkanten der mit Folien bewickelten Kollektorbürsten'und Im folgenden werden Ausführungsformen des Erfindungsspeziell in Hochspannungskabeln. Letztlich bewirkt die Span- 6? gegenständes anhand der beiliegenden Zeichnungen näher nung1verursachende Korona Durchbrüche in der Abschirmung, erläutert.
Der Koronaeffekt kann durch Ausgleichen des Potentialgra- Es zeigen :
dienten auf der Oberfläche eines isolierten Leiters unterdrückt Fig. 1 eine räumliche Darstellung einer Einlage aus einem werden. Bei der im US-Patent Nr. 3 066 180 offenbarten Aus- elastischen, zur Spannungsentlastung dienenden Material, führung wird ein Halbleiter oder Material mit einem von der Fig. 2 einen Schnitt durch einen Anschluss eines abge-
3 634438
schirmten Kabels mit der Einlage, um die durch die Korona auf- gen, d. h. von 350 bis 600 Teilen pro 100 Elastomerteilen, tretende Störung zu eliminieren, Das zur Herstellung der Einlagen geeignete Material aus
Fig. 3 eine räumliche Darstellung einer geschichteten, zur Polyisobutylen sind unter den Bezeichnungen «Indopol H Spannnungsentlastung dienenden Einlage zur Anwendung für 1500», hergestellt von der Amoco Chemical Co., und «Oronite das Anschlussteil eines abgeschirmten Kabels und 5 32E», hergestellt von der Chevron Chemical Co., erhältlich.
Fig. 4 einen Schnitt durch einen Anschluss eines abge- Diese Materialien haben ein Zahlenmittel des Molekularge schirmten Kabels, bei dem die geschichtete Einlage verwendet wichts von etwa 1500-2000. Ein Polyisobutylen mit diesem worden ist. Molekulargewichtsbereich wird gelegentlich mit einem der
In Fig. 1 ist eine aus einem flachen Teil bestehende Ein- vorstehend genannten Polymere kombiniert, um den Halt und läge 11 dargestellt, deren Dicke bis zu 2,5 mm betragen kann io das Haftvermögen der sich ergebenden Mischung zu verbes-und die aus einem kaltfliessbaren, koronabeständigem Elasto- sera.
mer, bestehend aus einem halbleitenden Material und einem Eine bevorzugte Mischung enthält ein Isobutylen-Isopren-
Stabilisator, hergestellt ist. Copolymer mit mindestens 99% Isobutylen-Monomeranteilen
In Fig. 2 ist die Anwendung der Einlage dargestellt, um eine und einem Zahlenmittel des Molekulargewichts von etwa durch eine Korona verursachte Störung am Anschlussteil eines 15 300 000 und ein Polyisobutylen mit einem Zahlenmittel des abgeschirmten elektrischen Kabels zu verhindern. Die Ein- Molekulargewichts zwischen 1000 und 2000. Das Isobutylen-lage 11 ist dabei um die Aussenfläche der Isolation 12 des Isopren-Polymer und das Polyisobutylen werden in einem abschirmten Leiters gewickelt und mit einem Isolierorgan 13, Gewichtsverhältnis, das von 1:08 bis 1:1 variiert, angewendet, wie Hochspannungsisolierband, umwickelt. Das Kabel weist Das Halbleitermaterial enthält Silikonkarbid und andere ferner eine Isolationsschicht 14, die Kupferbandschicht 15, die 20 n-Typ-Halbleitermaterialien, die einen von der Spannung auch aus einem anderen elektrisch leitenden Material bestehen abhängigen spezifischen Widerstand haben. Der von der Spankann, und den Kabelmantel 16 auf. Es wird darauf hingewiesen, nung abhängige spezifische Widerstand von Silikonkarbidpul-dass Fig. 2 auch einen abgeschirmten elektrischen Leiter, der ver oder anderem Halbleiterpulvern wird durch Messung der koronabeständig ist, mit einer auf dem Leiter angeordneten Spannung bei verschiedenen Strömen in einer zylindrischen Isolation 12 und mit dem durch den Druck eines Hochspan- 25 Säule mit 25,4 mm Durchmesser bestimmt. Das Pulver in der nungsisolierbandes 13 über den Isolator kaltverformten zur Säule wird zwischen einem Elektrodenpaar mit einem Druck Spannungsentlastung dienenden Material 11 darstellt. von 28,1 kg/cm2 (400 lbs per sq. in.) zusammengedrückt. Der
In Fig. 3 zeigt eine geschichtete zur Spannungsentlastung Strom wird dann I = kVn sein. Der Wert von n sollte dabei 2 dienende Einlage mit einem Hochspannungsisolierband 21, das nicht übersteigen, um ein einwandfreies, der Spannungsentla-auf einem Abschnitt an einer Seite eines zur Spannungsentla- 30 stung dienendes Material zu erhalten. Es wird darauf hingewie-stung dienenden Materials 22 aufgeklebt ist. Bei der dargestell- sen, dass Materialien mit einem Wert von n bis 7 im Handel ten Ausführungsform ist das zur Spannnungsentlastung die- erhältlich sind.
nende Material auf der ganzen Oberfläche des Abschnitts des Mit anderen Worten der spezifische Widerstand des n-Typ
Hochspannungsisolierbandes aufgeklebt. Halbleitermaterials, wie es für die beschriebene Einlage ver-
Die Anwendung der Einlage nach Fig. 3 ist in Fig. 4 darge- 35 wendet wird, kann von einigen bis zu mehreren Millionen Ohm stellt. Die Einlage wird mit der zur Spannungsentlastung die- pro Zentimeter variieren.
nenden Schicht am Umfang des Isolators 31 anliegend aufge- Obwohl der Wert von n auf die Partikelgrösse bezogen ist,
wickelt, bis die Schicht verbraucht ist. Danach kann das Isolier- wird darauf hingewiesen, dàss Material mit jeder Partikelband 35 abgewickelt werden. In Fig. 4 sind auch eine Kabeliso- grosse von 100 bis 1000 Maschen pro 2,54 cm zur Herstellung lation 36, eine Kupferbandabschirmung 37 und ein Kabelman- 40 der Einlage verwendet werden kann, jedoch wird Material mit tel 38 dargestellt. Ferner zeigt Fig. 4 den abgeschirmten elektri- einer Partikelgrösse im Bereich zwischen 400 bis 600 Maschen sehen Leiter, der gegen durch Korona verursachte Störung pro 2,54 cm bevorzugt.
geschützt ist, mit einer auf dem Leiter angeordneten elektri- Ein für die Herstellung geeignetes Silikonkarbid wird unter sehen Isolation 31 und mit dem durch den Druck eines Hoch- der Bezeichnung «Crystalon» von Norton & Co. hergestellt, spannungsisolierbandes 35 über die Isolation kaltverformten 45 Es wurde festgestellt, dass Silikonkarbid mit Kohlenstoff zur Spannungsentlastung dienenden Material 33. sowie Phosphor- oder Aluminiumverunreinigungen ein geeig-
Kaltfliessbares, koronabeständiges Elastomer, das für die netes Halbleitermaterial ist und dass reines Silikonkarbid sich Einlage verwendet wird, enthält Elastomere aus der Gruppe nicht als Halbleitermaterial für die Einlage eignet. Ethylen-Propylen-Copolymere, Isobutylen-Isopren-Copoly- Der in der Einlage verwendete Halbleitermaterialanteil mere (Gummi auf Butylbasis), Polyisobutylen, chlorsulfoniertes 50 variiert zwischen etwa 350 bis 600 Teilen pro 100 Elastormer-Polyäthylen, Äthylen-Propylen-Dien-Terpolymere und teilen. Es werden jedoch Beimischungen von 400 bis 500 Halb-
Mischungen davon. leitermaterialteilen pro 100 Elastomerteilen bevorzugt.
Ein geeignetes Ethylen-Propylen-Copolymer wird unter der Als Stabilisator wird Isopropyl-Trie-isostearisches Titanat Bezeichung «Vitalon 404» von der Exxon Corporation herge- in einem Umfang bis zu 10 Teilen pro 100-Elastomerteilen stellt und hat ein spezifisches Gewicht von 0,86 und eine Visko- 5s bevorzugt verwendet. Dieses Material kann unter der Bezeich-sität MLI8 (212 °F) nach Mooney von 35 bis 45. nung «Ken-React TTS» von der Kenrich Petrochemical, Inc.,
Isobutylen-Isopren-Copolymere, die unter der Bezeichnung Bayonne, New Jersey, bezogen werden.
«Butyl 065» von Exxon hergestellt werden, sind besonders ge- Das Hochspannungsisolierband besteht aus elektrisch iso eignet. Dieses Material enthält approximative 99% Isobutylen- lierenden Materialien, welche eine ausreichende Festigkeit Monomeranteile und 1 % Isoprenanteile und hat ein Zahlenmit- 60 haben, um die erforderliche Druckkraft auf das um einen abge-tel des Molekulargewichts im Bereich von 350 000. schirmten Leiter aufgewickelte, zur Spannungsentlastung die-
Ein geeignetes Äthylen-Propylen-dien-Terpolymer wird nende Material auszuüben. Ein für diese Anwendung typisches unter der Bezeichnung «Nordel 1320» von E. I. Du Pont de Material ist ein 0,75 mm dickes Band, das aus «Vistalon 3708»,
Nemours & Co. hergestellt. Dieses Material hat ein spezifisches einem Äthylen-Propylen-Dien-Terpolymer mit einem spezifi-Gewicht von 0,85. Andere geeignete Äthylen-Propylen-Dien- 65 sehen Gewicht von 0,86, der Exxon Corp. hergestellt ist. Die Terpolymere werden unter der Bezeichnung «Nordel 2722» Bandzusammensetzung enthält Tonsilikatfüllung und Russ. und «Nordel 2522» ebenfalls von der E. I. Du Pont de Nemours Das in den Figuren 1,2,3 und 4 dargestellte Produkt weist & Co. hergestellt. Äthylen-Propylen-Dien-Terpolymere sind das einen guten Schutz gegen Koronaeffekte im Anschlussbereich bevorzugte Elastomer bei hohen Halbleitermaterialeinlagerun- eines abgeschirmten elektrischen Kabels auf.
G
1 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
- 634438 2PATENTANSPRÜCHE Spannung abhängigen spezifischen Widerstand, z. B. Silikon-1. Spannungsentlastungsmaterial für die Oberfläche eines karbid in einem festen, harzhaltigen, wärmehärtbaren oder luftisolierten, elektrischen Leiters, gekennzeichnet durch kaltfliess- trocknenden Bindemittel, wie etwa ein Epoxyharz oder ein fähiges, koronabeständiges Elastomer aus der Gruppe Äthylen- ölmodifizierter Alkydharz, verwendet. Diese Zusammenset-Propylen-Copolymere, Isobutylen-Isopren-Copolymere, Poly- s zung erfordert jedoch lange Aushärtezeiten und der resultie-isobutylen, chlorsulfoniertes Polyäthylen, Äthylen-Propylen- rende Überzug ist im wesentlichen ein wärmehärtbares Mate-Dien-Terpolymere und deren Mischungen, welchem Elastomer rial, das relativ steif und einmal ausgehärtet nicht mehr ver-pro 100 Gewichtsteile desselben 350 bis 600 Gewichtsteile formbar ist, um irgendwelche Ungleichmässigkeiten im isolier-eines Halbleitermaterials und bis zu 10 Gewichtsteile eines Sta- ten Kabel nach der Behandlung noch ausgleichen zu können, bilisators beigemischt sind. io Die US-PS Nr. 3 210 460 offenbart die Anwendung eines halb-
- 2. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass leitenden Überzuges oder Farbe, um in einem Versuch eine das Halbleitermaterial ein Siliciumkarbid mit von der Span- geerdete Abschirmung abzuschliessen und die durch Luftta-nung abhängigem spezifischem Widerstand ist, dessen Partikel- sehen und die bei der Anwendung von Anpassungskegel grosse zwischen 100 bis 1000 Maschen pro 2,54 cm variiert. anfangs auftretende rauhe Oberfläche verursachten Probleme
- 3. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass is Zu lösen. Die Farbe ist ein Lack, wie mit Epoxy modifizierte das kaltfliessfähige Elastomer aus Isobutylen-Isopren-Copoly- Harnstoffe oder Melamin-Formaldehyden oder modifizierte mer, das zu mindestens 99 Gew.-% aus Isobutylen-Monomer-Ein- Phenol-Formaldehyd-Harze, die mit partikelförmigen Silikon-heiten besteht und ein Zahlenmittel des Molekulargewichts karbid mit von der Spannung abhängigem spezifischen Wider-über 300 000 hat, besteht und mit Polyisobutylen mit einem stand aufgefüllt sind. Der Lack wird mit einem Lösungsmittel, Zahlenmittel des Molekulargewichts zwischen 1000 und 2000 20 z. B. Toluen, aufgetragen, so dass zurückbleibendes Lösungs-im Gewichtsverhältnis von 1:0,8 bis 1:1 vermischt ist, und dass mittel Ermüdungsstellen bilden können, vorausgesetzt, dass das das Halbleitermaterial ein Siliciumkarbid mit von der Span- Lösungsmittel nicht durch eine Trocknung entfernt worden ist. nung abhängigem spezifischem Widerstand ist. Durch die Verwendung eines Lackes als Überzug ist die Dicke
- 4. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass des Überzuges begrenzt. Die Harze erfordern auch eine lange das kaltfliessfähige Elastomer aus Isobutylen-Isopren-Copoly- 25 Aushärtungszeit und sind nicht in der Lage sich selbst auszu-mer, dessen Zahlenmittel des Molekulargewichts über 300 000 gleichen, wenn eine Ungleichmässigkeit im Überzug auftritt, liegt, besteht und mit Polyisobutylen, dessen Zahlenmittel des Das US-Patent Nr. 3 210 461 offenbart die Anwendung Molekulargewichts zwischen 1000 und 2000 liegt, vermischt ist. einer Mischung aus Silikonkarbid und Kohle in einem harzarti-
- 5. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gen Überzug, z. B. Chlorfluorcarbonat-Harz, und stellt fest, dass es klebrig ist. 30 falls Silikonkarbid mit von der Spannung abhängigem spezifi-
- 6. Verwendung des Materials nach Anspruch 1 zur Unter- sehen Widerstand als einziges Halbleitermaterial im Harz verdrückung von durch Korona verursachten Störungen am wendet wird, sich eine schnelle Erosion während der Ablage-Anschlussteil eines isolierten und abgeschirmten, elektrischen rung und der Koronabeeinflussung ergab.Leiters, dadurch gekennzeichnet, dass das Material mit einer Das US-Patent Nr. 3 317 655 offenbart die Anwendung Seite eines Abschnittes eines Hochspannungsisolierbandes ver- 35 eines harzartigen Überzuges, der Halbleitermaterial, insbeson-bunden ist. dere Graphit, Acethylenruss und metallisches Pulver, enthält,
- 7. Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, auf der Oberfläche eines isolierten Leiters, wobei aber die harz-dass das Material auf der ganzen Oberfläche eines Endab- artigen Überzüge in Form einer Dispersion oder eines Lackes schnittes des Hochspannungsisolierbandes aufgeklebt ist. aufgetragen sind, so dass das Vorhandensein eines restlichen
- 8. Verwendung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn- 40 Lösungsmittelanteils ein Problem ergeben kann, welches aus zeichnet, dass das Hochspannungsisolierband aus Ethylen-Pro- der begrenzten Dicke der Überzüge entsteht. pylen-Dien-Terpolymer besteht. Bei vielen der vorstehend genannten Offenbarungen ist eine zusätzliche Halbleiter- oder Harzschicht zwischen dem Leiter und Kabel vorhanden. Es ist aber offensichtlich, dass 45 diese Schicht für die Aufhebung der Beanspruchungen und des
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