DE1258490B - Elektrisch isolierendes Bauteil mit Oberflaechenschutz - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIb

Deutsche Kl.: 21c-2/32

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

W37031Vmd/21c
24. Juni 1964
11. Januar 1968

Bei abgeschlossenen elektrischen Geräten, z. B. Leistungsschaltern, wird vielfach Schwefel-Hexafluorid (SF₆) als Dielektrikum verwendet, und zwar sowohl als Gas wie als Flüssigkeit. Die Zersetzungsprodukte von SF₆, wie sie insbesondere durch einen Lichtbogen hoher Energie erzeugt werden, können unter Umständen isolierende Teile nachteilig beeinflussen. Es ist daher erwünscht, die Oberfläche von isolierenden Bauteilen für derartige Zwecke, z. B. Hohlisolatoren mit keramischen Glasuren, mit einem schützenden Überzug zu versehen.

Es ist bekannt, für Epoxydharzprodukte mit erhöhter Kriechstromfestigkeit als Füllstoff Kalziumoxalat zu verwenden bzw. isolierende elektrische Bauteile zur Erhöhung der Kriechstromfestigkeit mit einem Überzug aus einem ungefüllten Epoxydharz zu versehen.

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisch isolierendes Bauteil, das zum Schutz gegen Kriechspurbildung mit einem Überzug aus einer Masse versehen ist, die aus einem thermisch gehärteten Epoxydharz mit Zusatz einer Kalziumverbindung besteht, insbesondere zur Verwendung in Gegenwart von Schwefelhexafluorid. Sie besteht darin, daß als Zusatz feinverteiltes, wasserfreies Kalziumsulfat mit einem Anteil von etwa 30 bis 60 Gewichtsprozent verwendet ist. Ein derartiger Überzug hat einen hohen Oberflächenwiderstand und bleibt insbesondere auch nach Einwirkung von lichtbogenzersetztem SF₈ widerstandsfähig gegen Kriechspurbildung. Gegenüber der bekannten Verwendung von Kalziumoxalat als Füllstoff hat die Erfindung den weiteren Vorteil einer wesentlichen Verbilligung.

Vorzugsweise wird der Überzugsmasse ein thixotropierendes Mittel hinzugesetzt. Dadurch wird es möglich, die Überzugsmasse auf eine vertikal angeordnete Oberfläche aufzubringen; infolge des thixotropierenden Zusatzes geliert die Masse schnell zu einer solchen Konsistenz, daß sie nicht unter ihrem eigenen Gewicht und auch nicht bei der späteren Erwärmung auf die Härtungstemperatur von der überzogenen Oberfläche abfließt. Um das Gelieren bei Raumtemperatur, insbesondere bei flüssigen Diepoxydharzen, zu erleichtern, kann ferner ein Säureanhydrid mit niedrigem Molekulargewicht, wie z. B. Maleinsäureanhydrid oder ein ähnliches Anhydrid mit 4 oder 5 Kohlenstoffatomen pro Molekül, in Mengen bis zu-10% zugegeben sein. Wenn ein derartiges Anhydrid zugesetzt ist, werden außerdem bis zu 5% eines aliphatischen Diols oder Triols mit 2 bis 5 Kohlenstoffatomen pro Molekül zur Aktivierung des Anhydrids zugesetzt. Weiterhin können bis zu 3 % ^emes Kataly-Elektrisch isolierendes Bauteil mit
Oberflächenschutz

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation,

Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. jur. G. Hoepffner, Rechtsanwalt,

8520 Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:
Richard G. Black,
Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 12. Juli 1963 (294 715) —

sators, der die Endhärtung beschleunigt, der Masse zugesetzt werden. Die sich daraus ergebenden Massen können ohne weiteres auf Oberflächen, wie z. B. glasierte Porzellanteile, durch Aufstreichen oder eine andere Überzugstechnik aufgebracht werden; sie bilden sich bei Raumtemperatur in einem kurzen Zeitraum von etwa 1 bis 8 Stunden in einem Zustand um, in dem sie auch bei höherer Temperatur nicht ablaufen. Nach einer Endbehandlung, die z. B. in einer Erwärmung auf eine Temperatur von etwa 120 bis 150° C für einen Zeitraum von 4 bis 20 Stunden bestehen kann, wobei jeweils eine höhere Temperatur einer kürzeren Behandlungsdauer entspricht, ist der Überzug widerstandsfähig gegen den Angriff von lichtbogenzersetztem SF₆; der Überzug behält dabei einen hohen Oberflächenwiderstand, wodurch er das überzogene Teil schützt.

Der Bestandteil, der für den Überzug nach der Erfindung von besonderer Bedeutung ist, ist wasserfreies Kalziumsulfat (CaSO₄), welches in einer Menge von etwa 30 bis 60%; bezogen auf die Gesamtmasse, verwendet wird. Bevorzugt wird eine Masse mit einem Kalziumsulfatgehalt von 40 bis 55 Gewichtsprozent. Mit Vorteil wird das Kalziumsulfat mit einer Korngröße von —100 mesh oder feiner verwendet, z. B. —325 mesh. Es ist wesentlich, daß das Sulfat in wasserfreier Form verwendet wird. Wasserhaltiges Kalziumsulfat würde bei der Härtungsbehandlung eine erheblich höhere Temperatur zur Entfernung des

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Wassers erfordern; die Überzüge könnten dabei Es ist weiterhin erwünscht, der Überzugsmasse einen Blasen oder Schaum bilden bzw. ablaufen oder in Katalysator zuzusetzen, der beim Erwärmen das anderer Form unter solchen Bedingungen nachteilig Härten beschleunigt. Bortrifluorid, an sich ein guter

beeinflußt werden. Katalysator, ist zur Verwendung nicht geeignet, da es Die Epoxydharze, die bei Überzugsmassen nach der 5 in Gasform vorliegt. Man kann jedoch durch Neuvorliegenden Erfindung verwendet werden, sind flüssig tralisierung von Bortrifluorid mit einem niedrig- oder halbflüssig und haben vorzugsweise ein Epoxyd- molekularen Amin einen Bortrifluorid-Amin-Komplex

äquivalent im Bereich von etwa 135 bis 220. Typisch erzeugen, der in befriedigender Weise der vorliegenden

für diese Harze sind vinylsubstituierte, aliphatische Masse zugesetzt werden kann und ein wirksamer

Diepoxyde, die freie Hydroxylgruppen enthalten und 10 Katalysator ist. Typisch hierfür sind Bortrifluorid —

Epoxydgruppen sowohl in Ketten als in Endstellung Methylamin, Bortrifluorid — Äthylamin, Bortrifluoaufweisen. Diese Typen haben ein Epoxydäquivalent rid — Piperidin u. dgl. Andere geeignete Beschleuniger

von 140 bis 170. Flüssige Diepoxydharze, die durch sind Triäthanolaminborat und Triisopropanolamin-

Reaktion von Bisphenol A und Epichlorhydrin er- borat. Diese Stoffe können mit einem Anteil von

halten werden und ein Epoxydäquivalent von 150 bis 15 0,3 Gewichtsprozent der Masse hinzugesetzt werden.

220 und eine Viskosität unter etwa 17 000 cP auf- Die Überzugsmassen nach der Erfindung werden

weisen, können ebenfalls verwendet werden. Andere hergestellt durch Verteilen der festen Bestandteile in

besonders geeignete Epoxydharze sind 3,4-Epoxy-6- den flüssigen Bestandteilen unter Verrühren bei

methylcyclohexyl - methyl -3,4 -epoxy- 6- methylcyclo- Raumtemperatur oder leicht erhöhter Temperatur,

hexan-carboxylat und dessen niedere alkyl-, vinyl- 20 Danach wird die Masse mit dem Pinsel auf glasierte

oder niedere alkyl-vinyl-substituierte Homologe, wobei Porzellanisolatoren oder ein anderes zu schützendes

bis zu 20 Vinyl- und/oder Alkylgruppen mit bis zu Teil aufgestrichen. Es ist erforderlich, die Masse kurze

5 Kohlenstoffatomen auf beiden Cyclohexylringen Zeit nach ihrer Herstellung zu verwenden, da sie bei

oder einem dieser Ringe substituiert werden können. Raumtemperatur geliert. Nachdem die Teile be-

Diese Harze haben Epoxydäquivalente von 135 bis 175. 25 strichen sind und der Überzug geliert ist, können sie

Die meisten der vorstehend genannten Epoxydharze entweder sofort zur Härtung des Überzuges einer

sind im Handel erhältlich; ihre besonderen Eigen- Wärmebehandlung unterworfen werden oder abge-

schaften und die Art ihrer Darstellung sind in der stellt werden, bis sie später mit einem anderen Teil

technischen Literatur veröffentlicht. Die Epoxyd- des elektrischen Gerätes gemeinsam gehärtet werden,

harzekomponente der Masse nach der Erfindung wird 30 Wie schon bemerkt, besteht eine typische An-

in einer Menge von 15 bis 50 Gewichtsprozent der Wendung der Erfindung in dem Schutz keramischer

Gesamtmasse verwendet, vorzugsweise 20 bis 40 Ge- Hohlisolatoren, wie sie z. B. bei einem abgedichteten

wichtsprozent. Schalter mit SF₆ als Dielektrikum verwendet werden.

Der Masse kann ferner ein Glättungsmittel mit Die Zeichnung zeigt einen solchen Hohlisolator, der

einem Anteil von etwa 2 bis 6% zugesetzt werden; 35 mit einer Masse nach der Erfindung überzogen ist.

es dient im wesentlichen dazu, eine glatte Oberfläche Der Hohlisolator ist mit 6 bezeichnet; er besteht

der Überzüge zu erzeugen. Typische Stoffe, die ver- im wesentlichen aus einem keramischen Material, wie

wendet werden können, umfassen Kondensations- z. B. Porzellan, das glasiert sein kann. Der Isolator 6

produkte eines auf Bisphenol basierenden Diepoxyds hat einen zentralen Hohlraum 8, durch welchen ein

mit Melamin-Formaldehyd-Harz, wie auch mit buty- 40 Leiter hindurchgeführt sein kann. Die Stirnflächen,

liertem Harnstoff-Formaldehyd-Harz. die Außenfläche und die Innenfläche des Isolators 6

Als Härter können Säureanhydride verwendet sind gemäß der Erfindung mit einem Überzug 10 ver-

werden, die 7 bis 15 Kohlenstoffatome pro Molekül sehen. Innerhalb der Bohrung 8 schützt der Überzug 10

enthalten. Typisch für geeignete Anhydride sind gegen die Zersetzungsprodukte von SF₆, in dem ein

Nadic-Anhydrid, Methyl-Nadic-Anhydrid, Dodecenyl- 45 Lichtbogen gebrannt hat, während der Überzug an den

bernsteinsäureanhydrid, lineares Polyacelainsäurean- Stirnflächen und an der Außenfläche Schutz gegen

hydrid, Hexahydrophthalsäureanhydrid, Tetrahydroph- Kriechspurbildung bietet. Der Überzug braucht nicht

thalsäureanhydrid, Dimethyl-Butenyl-Tetrahydroph- alle Oberflächen zu bedecken, wenn es der vorgesehene

thalsäure-Anhydrid, Chlorendicanhydrid und Mi- Verwendungszweck nicht erfordert und soweit ein

schungen aus Hexahydrophthalsäureanhydrid, Tetra- 50 Kontakt mit SF₆ nicht in Frage kommt,

hydrophthalsäureanhydrid und Chlorendicanhydrid Die Erfindung wird im folgenden in Verbindung

oder aus zweien dieser Anhydride. Andere Säure- mit Ausführungsbeispielen weiter erläutert,

anhydride mit einer ähnlichen Zahl von Kohlenstoff- . .

atomen können gleichfalls verwendet werden. In der Beispiel 1

Gesamtmasse können diese Anhydride mit einem 55 Etwa 24 g S^-Epoxy-ö-methylcyclohexyl-methyl-

Anteil von 10 bis 25 % vorhanden sein. S^-epoxy-ö-methylcyclohexan-carboxylat, 3 g eines

Damit die Masse bei Raumtemperatur einen nicht flüssigen Harnstoff-Formaldehyd-Harzes mit niedriger ablaufenden Überzug bildet, können 2 bis 6 Gewichts- Viskosität (Gardner-Holdt-Viskosität S-V), 16 g Meprozent eines thixotropierenden Mittels hinzugefügt thylnadicsäureanhydrid, 2 g Äthylenglykol, 4 g Maleinwerden. Diese thixotropierenden Mittel sind ihren 60 säureanhydrid, 0,5 g einer thixotropen Substanz auf Typus nach solche Substanzen, die bei Verstreichen der Basis eines pflanzlichen Öls (Thixcin E, ein Erorganische Stoffe absorbieren und zu einer thixo- Zeugnis der Baker Castor Oil Company) und 0,5 g tropen Gelstruktur aufquellen. Unter den Mitteln, eines Borfluorid-Monoäthylamin-Komplexes wurden die für diesen Zweck verwendet werden können, sind gemeinsam in einem Gefäß verrührt. Dann wurden aliphatische Abkömmlinge von Ammoniumbentoniten, 65 unter fortgesetztem Rühren 50 g wasserfreies Kalziummit langer Kette, die 15 bis 32 Kohlenstoffatome ent- sulfat hinzugefügt. Diese Masse wurde dann zu Testhalten. Ein geeignetes Beispiel hierfür ist Dimethyl- platten geformt, die 5 cm Durchmesser und 6 mm dioctadecyl-Ammoniumbentonit. Dicke hatten. Die Härtung wurde in der Weise durch-

geführt, daß die Platten in einem Ofen, in dem Luftzirkulierte, 8 Stunden auf 135° C erwärmt wurden. Danach wurden die Platten geprüft, indem sie einer SF_e-Atmosphäre in einem Schalter, in dem ein Lichtbogen gebrannt hatte, ausgesetzt wurden, wobei das FS₆ auf 55°C erwärmt und auf einen Druck von 2 bis 3 at gehalten wurde. Die Platten wurden zwischen Metallelektroden gehaltert, und der Widerstand wurde bei 1000 V Gleichspannung gemessen. Nach dieser Behandlung und nach Kühlung auf Raumtemperatur in der SF₆-Atmosphäre war die Oberflächenleitfähigkeit größer als 10 000 Megohm.

Beispiel II

Etwa 20 g des Epoxydharzes aus Beispiel I, 3 g eines flüssigen, als Glättungsmittel wirkenden Harnstorr-Formaldehyd-Harzes mit niedriger Visko sität (Gardner-Holdt-Viskosität S-V), 20 g Dimethyl-Butenyl-Tetrahydrophthalsäure-Anhydrid, 0,5 g thixotropierendes Mittel, 2 g Äthylenglycol, 4 g Maleinsäureanhydrid und 0,5 g eines Borfluorid-Methylamin-Komplexes wurden in einem Gefäß verrührt. Ferner wurden 50 g wasserfreies Kalziumsulfat der Mischung unter fortgesetztem Rühren hinzugefügt. Von dieser Mischung wurden Testplatten hergestellt, gehärtet und geprüft wie im Beispiel I. Der Oberflächenwiderstand dieser Platten betrug mehr als 10 000 Megohm bei 55° C.

In grundsätzlich gleicher Weise wurden viele andere Testplatten hergestellt und untersucht. Sio wurden z. B. andere Anhydride verwendet. Die thixotropierenden Substanzen auf der Basis pflanzlicher Öle wurden mit Erfolg durch Bentonit-Thkotrope ersetzt; ferner wurden Triethanolamin- oder Triisopropylaminborat statt des Borfluoridkomplexes als Katalysator verwendet. Auch andere Komponenten können, wie schon beschrieben, ausgetauscht werden.

Die Massen der vorstehenden Beispiele gelieren bei Raumtemperatur. Die Erfindung ist daher, insbesondere im Hinblick auf die ausgezeichneten Widerstandswerte der Testplatten nach Einwirkung von SF₆, von großem Nutzen zur Erzielung von Widerstandsfähigkeit gegen Kriechspurbildung und gegen chemische und physikalische Zersetzung in Gegenwart von lichtbogenzersetztem SF₆. Teile, die mit dieser Masse überzogen werden, wie z. B. Hohlisolatoren u. dgl., erhalten daher eine hohe Isolationsfestigkeit, die auch nach Brennen eines Lichtbogens noch erhalten ist.

Proben ähnlich denen der Beispiele I und II, jedoch mit Aluminiumoxydtrihydrat statt des wasserfreien Kalziumsulfats, wurden ebenfalls in der geschilderten Weise geprüft; dabei zeigte sich, daß der Oberflächenwiderstand stark verschlechtert wurde, d. h. auf wenige 100 Ohm zurückging. Andere Füllstoffe, insbesondere Silikate, erzeugten ebenfalls eine unbefriedigende Isolation, wenn sie mit Epoxyd- oder Polyesterharzen gemäß den genannten Beispielen vermischt und in der geschilderten Weise in SF₆ getestet wurden; ihr Oberflächenwiderstand wurde ebenfalls auf Werte von einigen 100 Ohm herabgesetzt.

Die Massen nach den Beispielen I bzw. II wurden als Überzüge für Porzellanhohlisolatoren verwendet. Die Überzüge konnten ohne weiteres in Dicken von 0,25 bis 0,75 mm aufgebracht werden; die Überzüge gelierten nach einigen Stunden bei Raumtemperatur und wurden dann thermisch gehärtet. Die mit dem Überzug versehenen Hohlisolatoren wurden einer SF₆-Atmosphäre in einem Schalter ausgesetzt; sie zeigten einen ausgezeichneten Oberflächenwiderstand und Widerstandsfestigkeit gegen Spurbildung auch nach wiederholten Lichtbogenversuchen.

Alle Anteile und Prozentsätze, die in der vorstehenden Beschreibung angegeben sind, beziehen sich auf das Gewicht, wenn es nicht anders gesagt ist.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektrisch isolierendes Bauteil, das zum Schutz gegen Kriechspurbildung mit einem Überzug aus einer Masse versehen ist, die aus einem thermisch gehärteten Epoxydharz mit Zusatz einer Kalziumverbindung besteht, insbesondere zur Verwendung in Gegenwart von Schwefelhexafluorid, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatz fein verteiltes, wasserfreies Kalziumsulfat mit einem Anteil von etwa 30 bis 60 Gewichtsprozent verwendet ist.

2. Überzugsmasse zur Herstellung eines Bauteiles nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein thermisch härtendes Epoxydharz mit Härter, einen Zusatz von wasserfreiem Kalziumsulfat und außerdem ein thioxtropierendes Mittel enthält.

3. Überzugsmasse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem als Glättungsmittel ein Kondensationsprodukt eines Diepoxydes mit einem Formaldehydharz enthält.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1122 596, 1 072 663, 1156 130,1129 694.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 718/318 12.67 © Bundesdruckerei Berlin