Mechanisch beanspruchtes Kunststoff-Isolierteil mit Glasfaserverstärkung ohne Bor und Borverbindungen für Schwefelhexafluorid-Gas enthaltende Hochspannungs-Schaltanlagen

Abstract

 Die Widerstandsfähigkeit von glasfaserarmierten Kunststoffisolierkörpern (5,6) gegen die Abbauprodukte des SF₆, wie sie in gekapselten Hochspannungs-Schaltanlagen auftreten, wird unerwartet gesteigert, wenn Verstärkungsglasfasern aus einem von Bor und Borverbindungen freien und alkaliarmensiliziumhaltigen Glasvorgesehen sind.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein mechanisch beanspruchtes Isolierteil nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.

[0002] Derartige Isolierteile, wie Schaltstangen, müssen hohe, oft auch ruckartig auftretende Kräfte über längere Zeitabschnitte übertragen können, ohne dass Bruch oder Beschädigung auftritt.

[0003] Nun ist es aber bkannt, dass Silizium und Bor enthaltende Materialien, wie Porzellan, Quarzsand-Kunststoffteile und glasfaserverstärkte Kunststoffe, durch die Zersetzungsprodukte von SF₆ so beeinflusst werden, dass ihr elektrischer Widerstand oft schon nach kurzer Betriebszeit unzulässig abnimmt.

[0004] Nach der CH-Patentschrift 466 391 wurde deshalb der Verzicht auf Silizium- und Borverbindungen in den Isolierteilen postuliert, wodurch sich der gefürchtete Widerstandsabbau vermeiden lassen soll.

[0005] Ohne Faserstoffe, die zwar eine hohe Festigkeit und Elastizität, aber eine geringe elastische Dehnung aufweisen, lassen sich aber z.B. Schaltstangen kaum herstellen. Wollte man auf Glasfasern verzichten, weil sie Silizium und Bor enthalten, müsste auf Produkte ausgewichen werden, die aus Preisgründen wieder ausscheiden.

[0006] Es ist denn auch nach der DE-Offenlegungsschrift 24 29 475 vorgeschlagen worden, die Glasfaser-Kunststoffschicht einer Schaltstange durch eine Schutzschicht aus Kunststoff und organischen Faserstoffen, wie Polyesterfasern,zu schützen. Es hat sich aber gezeigt, dass die gefürchteten Zersetzungsprodukte des Schwefelhexafluorids auch durch solche Schutzschichten diffundieren und die Glasfasern angreifen.

[0007] Die bekannten glasfaserverstärkten Kunststoff-Isolierkörper verlieren ausserdem durch die genannten Zersetzungsprodukte so erheblich an Festigkeit, dass sie nicht mehr in der Lage sind, die ihnen zugedachte Armierungsfunktion zu erfüllen.

[0008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mechanisch beanspruchte Isolierteile für Schwefelhexafluorid-Gas enthaltende Hochspannungs-Schaltanlagen, in denen mindestens zeitweise elektrische Entladungen und/oder Lichtbögen auftreten, zu schaffen, wobei diese Isolierteile eine hohe mechanische Festigkeit aufweisen, gegen die Zersetzungsprodukte des SF₆ ausreichend beständig sein und wirtschaftlich vorteilhaft herstellbar sein sollen.

[0009] Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Isolierteil nach Anspruch 1 vorgeschlagen.

[0010] Es hat sich nämlich entgegen der Lehre der CH-Patentschrift 466 391 gezeigt, dass bei Abwesenheit von Bor und dessen Verbindungen ein alkaliarmes Siliziumglas, insbesondere ein handelsübliches R-Glas als Material der Verstärkungs-Glasfasern gut geeignet ist, ohne dass der bislang befürchtete starke Abbau des elektrischen Widerstandes und der mechanischen Festigkeit durch die Zersetzungsprodukte des St₆ auftritt. Ein gewisser Abbau der genannten Eigenschaften ist zwar nicht ganz auszuschliessen, erwird aber bei erfindungsgemässen Isolierteilen so bescheiden sein, dass deren Betriebstauglichkeit erhalten bleibt.

[0011] Als besonders geeignet haben sich Glasfasern erwiesen, die aus einem Glas bestehen, das aus 50 bis 65 Gew.% Si0₂, 20 bis ³⁰ Gew.% Al₂O₃, 5 bis 20 Gew.% Mg0 und 2 bis 10 Gew.% Ca0 besteht, wobei die Gewichtsprozentsumme von Ca0 und Mg0 mindestens 15 und höchstens 25, der Quotient der Division der Gewichtsprozente von SiO₂ durch jene von Al203 mindestens 2 und höchstens 2,8 sowie der Quotient der Division der Gewichtsprozente von Mg0 durch jene von SiO₂ höchstens 0,3 beträgt. Derartige Glasfasern sind im Handel preiswert erhältlich.

[0012] Als Kunststoff für erfindungsgemässe Isolierteile können an sich bekannte Kunststoffe verwendet werden, beispielsweise Epoxydharze, Polyesterharze, Silikonharze, Polyurethanharze, Phenolharze und Melaminharze. Man wird naturgemäss Harzzusammensetzungen bei der Herstellung der erfindungsgemässen Isolierteile bevorzugen, die eine zum Mischen und möglichst guten Formen ausreichendeTopfzeit bei relativ niedriger Viskosität haben. Bekannte cycloaliphatische Epoxydharze sind diesbezüglich bei Verwendung geeigneter Härter vorteilhaft.

[0013] Es kann vorteilhaft sein, wenn schlichtefreie Glasfasern im erfindungsgemässen Isolierteil enthalten sind. Solche Fasern kann man z.B. durch Hitzebehandlung auch aus geschlichteten Fasern erhalten. Allerdings kann beim Verarbeiten schlichtefreier Fasern die Anfangsfestigkeit der Isolierteile niedriger ausfallen als bei solchen mit gleichen aber geschlichteten Glasfasern. Dies könnte auf Brechen von Fasern und somit auf kürzere Faserlänge zurückzuführen sein.

[0014] Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise unter Hinweis auf die rein schematische Zeichnung besprochen.

[0015] Dargestellt ist ein fragmentarer längs geschnittener Abschnitt eines Kapselungsrohres 1, dessen Hohlraum 2 mit SF₆ -Gas gefüllt ist, und in welchem eine rohrförmige hohle Schaltstange 3 längs angeordnet ist. An der teilweise geschnittenen Stelle der Schaltstange 3 erkennt man, dass ihre Wandung 4 ein Laminat aus einer Glasfaserverstärkung 5 und einem Kunststoff 6 ist.

[0016] Die Herstellung von drei derartigen Schaltstangen soll nachstehend beispielsweise beschrieben werden.

[0017] Die Schaltstangen 1 und 2 werden dabei erfindungsgemäss mit einer Glasfaserverstärkung aus von Bor und Borverbindungen freien und alkaliarmen handelsüblichen R-Glas versehen. Die Fasern der Schaltstange 1 sind geschlichtet, die der Schaltstange 2 sind ungeschlichtet.

[0018] Die Schaltstange 3 ist als Vergleichsversuch mit einer Glasfaserverstärkung aus handelsüblichem E-Glas gefertigt, das borhaltig ist und normalen Alkaligehalt hat.

[0019] Für den Guss wurde eine Kunststoffmischung vorbereitet, welche 100 Gewichtsteile cycloaliphatisches Epoxydharz und 80 Gewichtsteile Hexahydrophthalsäureanhydrid enthielt.

[0020] Man laminierte, indem man vorerst bei 100 C unter Vakuum entlüftete, dann bei Ueberdruck gelierte und schliesslich bei Normaldruck und 140° C aushärtete.

[0021] Von allen drei-Schaltstangen wurden Proben abgetrennt und in einer SF₆-Gas-Atmospäre während hunderten von Stunden bei elektrischen Entladungen behandelt.

[0022] Eine Prüfung der drei Schaltstangen ergab:

Die Schaltstangen 1 und 2 (erfindungsgemäss) hatten ein gutes Aussehen. Sie waren mechanisch und elektrisch für den normalen Betriebseinsatz geeignet. Dabei hatte die Schaltstange 2 zwar eine geringere Anfangsfestigkeit, aber einen geringeren Festigkeitsverlust.

[0023] Die dritte Schaltstange mit E-Glas-Faserverstärkung zeigte schon ein zerrüttetes Aussehen und war vollkommen unbrauchbar.

[0024] Dies zeigt deutlich, dass entgegen den Erwartungen, ein Siliziumglas, welches von Bor und Borverbindungen frei und alkaliarm ist, sich als Glasfaserverstärkung der geschilderten Art für Anlagen der genannten Art eignet. Dies heisst, dass die der früheren Lehre entsprechende Zersetzung nicht im anzunehmenden Masse auftritt. Dabei ist zu beachten, dass die erfindungsgemässen Schaltstangen ihre Betriebstauglichkeit noch behielten, wenn übliche glasfaserverstärkte Kunststoffprodukte vollständig ausgeschieden waren.

Ansprüche

1. Mechanisch beanspruchtes glasfaserverstärktes Kunststoff-Isolierteil für das Innere von gekapselten, Schwefelhexafluorid -Gas enthaltenden Hochspannungs-Schaltanlagen, in denen mindestens zeitweise elektrische Entladungen und/oder Lichtbögen auftreten, dadurch gekennzeichnet, dass eine aus von Bor und Borverbindungen freien und alkaliarmen Glas bestehende Glasfaserverstärkung vorgesehen ist.

2. Isolierteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine aus handelsüblichen R-Glas bestehende Glasfaserverstärkung vorgesehen ist.

3. Isolierteil nach einem der Ansprüche.1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine schlichtefreie Glasfaserverstärkung vorgesehen ist.

4. Isolierteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Glasfaserverstärkung vorgesehen ist, welche aus einem Glas besteht, das gewichtsmässig

enthält, wobei

die Summe der Gewichtsprozente von Ca0 und Mg0 mindestens 15 und höchstens 25 beträgt,

der Quotient der Division der Gewichtsprozente von SiO₂ durch jene von Al₂0₃ mindestens 2 und höchstens 2,8 beträgt,und

der Quotient der Division der Gewichtsprozente von Mg0 durch jene von SiO₂ höchstens 0,3 ergibt.

5. Isolierteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es als Schaltstange ausgebildet ist.

Zeichnung