DE10261846B4

DE10261846B4 - Isolierstoffteil für ein elektrisches Hochspannungsgerät sowie Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE10261846B4
Application number: DE2002161846
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dr. Zielke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2022-12-21
Also published as: EP1573767A1; EP1573767B1; DE50311102D1; JP4405402B2; DE10261846A1; US20060121283A1; JP2006511915A; WO2004061884A1

Abstract

Isolierstoffteil (1) für ein elektrisches Hochspannungs-Gerät, insbesondere für einen Hochspannungs-Leistungsschalter, wobei das Isolierstoffteil (1) erste aus einem Granulat gefertigte Teilvolumina (3) und zweite aus einem Granulat gefertigte Teilvolumina (4) aufweist, und wobei das Granulat für die Fertigung der ersten Teilvolumina (3) durch eine Behandlung eine erhöhte elektrische Leitfähigkeit gegenüber dem Granulat für die Fertigung der zweiten Teilvolumina (4) aufweist, wobei das Isolierstoffteil zumindest teilweise aus einem Gemisch des behandelten und des unbehandelten Granulats besteht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Isolierstoffteil für ein elektrisches Hochspannungs-Gerät, insbesondere für einen Hochspannungs-Leistungsschalter.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 26 36 197 geht hervor, ein Isolierstoffteil aus einem Gemisch von fein gemahlenem reinen Harz und flüssigem Harz zu fertigen. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 44 26 695 A1 ist außerdem bekannt, einen Isolierkörper mit einem Imprägniermaterial zu imprägnieren, wobei eine Aushärtung des Imprägniermaterials durch Strahlungspolymerisation oder durch die Zufuhr von Wärme bewirkt wird. Weiterhin ist auf dem Gebiet der Halbleitertechnik bekannt, dünne Widerstandsschichten durch ein Vernebeln einer Lösung zu erzeugen.

Weiter geht aus der deutschen Patentschrift DE 41 42 971 C2 eine Vakuumschaltkammer hervor. Die Vakuumschaltkammer weist einen aus Al₂O₃ gefertigten Keramikzylinder als Teil des Gehäuses auf. Auf der Innenmantelfläche des Keramikzylinders ist ein Zentralschirm in eine Ausnehmung eingebracht. Der Zentralschirm ist aus einer Matrix einer oxidischen Keramik gebildet, in die ZrO₂ eingelagert ist.

Ein weiteres Isolierstoffteil ist beispielsweise aus der Patentschrift DE 198 26 202 C2 bekannt. Zur Verringerung des elektrischen Widerstandes in Oberflächenbereichen, welche einer erhöhten dielektrischen Belastung ausgesetzt sind, werden diese Bereiche des fertigen Isolierstoffteiles mit Beta- oder Gamma-Strahlung bestrahlt. Durch die Behandlung mit hochenergetischer Strahlung erfolgt eine Beeinflussung der Teilchenbindungen des Isolierstoffes. Insbesondere bei Kunststoffen, welche langkettige Verbindungen aufweisen, tritt durch ein Aufbrechen der Teilchenbindungen eine Versprödung des Materials ein. Dadurch ist die mechanische Festigkeit vermindert. Um die für die technische Anwendung geforderte Stabilität zu erzielen, sind die derart behandelten Isolierstoffteile entsprechend großzügig zu dimensionieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Isolierstoffteil der eingangs genannten Art derart zu gestalten, dass das Isolierstoffteil bei einer verbesserten mechanischen Festigkeit ein bestimmtes Isolierverhalten aufweist.

Die Aufgabe wird bei einem Isolierstoffteil der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Isolierstoffteil erste aus einem Granulat gefertigte Teilvolumina und zweite aus einem Granulat gefertigte Teilvolumina aufweist, und wobei das Granulat für die Fertigung der ersten Teilvolumina durch eine Behandlung eine erhöhte elektrische Leitfähigkeit gegenüber dem Granulat für die Fertigung der zweiten Teilvolumina aufweist, wobei das Isolierstoffteil zumindest teilweise aus einem Gemisch des behandelten und des unbehandelten Granulats besteht.

Durch ein Gemisch von behandeltem und unbehandeltem Granulat ist es ermöglicht, je nach Mischungsverhältnis der Granulate zueinander eine erhöhte Stabilität bei einer gegenüber unbehandeltem Material veränderten elektrischen Leitfähigkeit zu erzielen. So ist es beispielsweise möglich, das unbehandelte Granulat vorzusehen, um die mechanische Festigkeit zu gewährleisten und das behandelte Granulat zum Beeinflussen der elektrischen Eigenschaften des Isolierstoffteiles einzusetzen. Eine Behandlung kann nach verschiedenen Methoden erfolgen. So ist es möglich, das Granulat mechanisch, chemisch oder beispielsweise mit hochenergetischer Strahlung wie Alpha-, Beta- oder Gamma-Strahlung, zu behandeln.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass die Granulate zumindest teilweise an der Oberfläche des Isolierstoffteiles liegen.

Unter einem Gemisch wird hier die statistische Verteilung verschiedener Granulate innerhalb eines Gesamtvolumens verstanden. Die Eigenschaften der miteinander in Verbindung tretenden Granulate werden durch die Verbindung nicht verändert.

Eine Anordnung des Gemisches entlang der Oberfläche des Isolierstoffteiles bewirkt eine besonders einfache und direkte Beeinflussung der elektrischen Eigenschaften des Isolierstoffteiles. Es kann auch vorgesehen sein, dass das gesamte Isolierstoffteil aus einem homogenen Gemisch von behandeltem und unbehandeltem Granulat gebildet ist. Eine Anordnung des Gemisches lediglich in bestimmten Oberflächenbereichen des Isolierstoffteils gestattet eine gezielte Steuerung des elektrischen Verhaltens. So sind beispielsweise an dem Isolierstoffteil bestimmte Kriechstrompfade zur Ableitung von Oberflächenladungen gezielt konstruierbar. Die Kriechstrompfade können auch das Innere des Isolierstoffteiles durchsetzen und beispielsweise zu Elektroden hinführen.

Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das behandelte Granulat in dem unbehandelten Granulat eingebettet ist.

Eine Einbettung des behandelten Granulats in das unbehandelte Granulat gestattet es, Isolierstoffteile zu fertigen, welche bei einer hohen mechanischen Festigkeit günstige Eigenschaften hinsichtlich eines veränderten elektrischen Widerstandes, insbesondere an den Oberflächen des Isolierstoffteiles, aufweisen. Das unbehandelte Granulat ist dabei zur Gewährleistung einer ausreichenden Isolationsfestigkeit sowie mechanischen Festigkeit des Isolierstoffteiles vorgesehen. Das behandelte Granulat beeinflusst diese Eigenschaften nur punktuell und führt nicht zu einer substantiellen Schwächung des Isolierstoffteiles hinsichtlich mechanischer sowie dielektrischer Eigenschaften. Durch eine Wahl des Mischungsverhältnisses von unbehandeltem und behandeltem Granulat ist der Grad der Einbettung leicht beeinflussbar. Ein gegenüber unbehandeltem Granulat verringerter Anteil behandelten Granulats bewirkt bei einer Vermischung der Anteile eine ausreichende Einbettung. Bei einem großen Anteil behandelten Granulats ist dieses beispielsweise gut einzumischen, um eine ausreichende Einbettung zu gewährleisten. Der Anteil behandelten Granulats am Gesamtvolumen des Gemisches kann beispielsweise 10, 20, 30, 40 oder 50% betragen.

Es kann vorgesehen sein, dass die Granulate aus PTFE bestehen.

Polytetrafluorethylen (PTFE) weist ein sehr hohes Isoliervermögen auf. Nachteil des sehr hohen Isoliervermögens ist, dass sich auf der Oberfläche eines PTFE-Isolierstoffteiles elektrische Ladungen sammeln, diese jedoch aufgrund des Isoliervermögens nicht in ausreichendem Maße abfließen können. Es entstehen so gefährdete Bereiche mit einer erhöhten elektrischen Feldstärke, die ein Auftreten von elektrischen Überschlägen oder Teilentladungen verursachen kann. Durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung von Isolierstoffteilen, welche aus PTFE gebildet sind und die aus behandeltem sowie unbehandeltem Granulat bestehen, ist die Gefahr des Auftretens von gefährdeten Bereichen gemindert.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung eines oben genannten Isolierstoffteiles für ein elektrisches Hochspannungs-Gerät anzugeben.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass bei einem Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Isolierstoffteils für ein elektrisches Hochspannungs-Gerät, insbesondere einen Hochspannungs-Leistungsschalter, behandeltes Granulat mit unbehandeltem Granulat vermischt wird und zur Fertigung eines Isolierstoffteiles eine Formgebung des Gemisches erfolgt.

Durch ein Vermischen behandelten und unbehandelten Granulats ist es möglich, das Mischungsverhältnis je nach den gewünschten Eigenschaften des Isolierstoffteiles in verschiedenen Zusammenstellungen zu erzeugen. Dabei ist es möglich, zur Behandlung des Granulats verschiedene Methoden zum Einsatz zu bringen.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Gemisch gesintert wird.

Die Vielzahl der einzelnen Granulatkörnchen sind durch das Sinterverfahren in geeigneter Weise zu verbinden.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in einer Zeichnung schematisch gezeigt und nachfolgend näher beschrieben.
Dabei zeigt die
1 einen Schnitt durch eine Isolierstoffdüse und die
2 eine Prinzipdarstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer Isolierstoffdüse.
Eine in der 1 dargestellte Isolierstoffdüse 1 wird in Hochspannungs-Leistungsschaltern eingesetzt, um das Brennen und Löschen eines Schaltlichtbogens zu beeinflussen sowie das Abströmen von Schaltgasen zu lenken. Die Isolierstoffdüse 1 weist einen Grundkörper auf, welcher einen durchgehenden Kanal 2 aufweist. Der Grundkörper ist aus einem Isolierstoff, beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE), gebildet. Der Kanal 2 ist an einem seiner Enden im Wesentlichen zylinderförmig gestaltet. An dem anderen Ende erweitert sich der Kanal 2 trichterförmig. An dem trichterförmig ausgestalteten Ende des Kanals 2 ist die Oberfläche der Isolierstoffdüse 1 teilweise aus einem Gemisch eines ersten Granulats 3 (⊗) und eines zweiten Granulats 4 (O) gebildet. Das erste Granulat 3 wurde hochenergetischer Strahlung, beispielsweise Alpha-, Beta- oder Gamma-Strahlung, ausgesetzt. Das zweite Granulat 4 ist unbehandelt. Das behandelte Granulat 3 ist in das zweite Granulat 4 eingebettet. Das heißt, das zweite Granulat 4 ist ist in einer größeren Menge vorhanden als das erste Granulat 3. Neben der in der 1 gezeigten Ausgestaltungsvariante sind auch weitere Oberflächenbereiche der Isolierstoffdüse 1 mit einem Gemisch aus behandeltem Granulat und unbehandeltem Granulat ausbildbar. Die weiteren Oberflächenbereiche können beispielsweise stirnseitig oder mantelseitig an der Isolierstoffdüse angeordnet sein. Daneben kann weiterhin vorgesehen sein, die gesamte Isolierstoffdüse 1 aus einem Gemisch behandelten und unbehandelten Granulats herzustellen.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Isolierstoffdüse, welche in Gänze aus einem Gemisch behandelten und unbehandelten Granulats besteht, ist in der 2 schematisch dargestellt. Das erste Granulat 3 wird aus einem ersten Sammelbehälter 5a kommend an einer Strahlenkanone 6 vorbeigeführt und mit Gamma-Strahlung bestrahlt. Durch Variation der Zeitdauer bzw. der Intensität der Strahlung können die elektrischen Eigenschaften in verändertem Umfang beeinflusst werden. Das zweite Granulat 4 wird aus einem zweiten Sammelbehälter 5b kommend ebenso wie das behandelte erste Granulat 3 einer Mischvorrichtung 7 zugeführt. In der Mischvorrichtung 7 werden die erforderlichen Mengen von behandeltem und unbehandeltem Granulat miteinander vermischt. Das so gebildete Gemisch wird in einer Form 8 beispielsweise durch ein Pressverfahren zu einem Formkörper verbunden. Anschließend kann der feste Formkörper zu einem festen Formkörper versintert werden. Am Ende des Prozesses ist eine aus einem ersten Granulat 3 und einem zweiten Granulat 4 gebildete Isolierstoffdüse gefertigt. Die Isolierstoffdüse kann nunmehr verbaut oder weiteren Bearbeitungsschritten unterzogen werden.
Nach diesem Verfahren sind auch Isolierstoffkörper herstellbar, die lediglich partiell ein Gemisch von behandelten und unbehandelten Granulaten aufweisen.

Claims

Isolierstoffteil (1) für ein elektrisches Hochspannungs-Gerät, insbesondere für einen Hochspannungs-Leistungsschalter, wobei das Isolierstoffteil (1) erste aus einem Granulat gefertigte Teilvolumina (3) und zweite aus einem Granulat gefertigte Teilvolumina (4) aufweist, und wobei das Granulat für die Fertigung der ersten Teilvolumina (3) durch eine Behandlung eine erhöhte elektrische Leitfähigkeit gegenüber dem Granulat für die Fertigung der zweiten Teilvolumina (4) aufweist, wobei das Isolierstoffteil zumindest teilweise aus einem Gemisch des behandelten und des unbehandelten Granulats besteht.
Isolierstoffteil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Granulate (3,4) zumindest teilweise an der Oberfläche des Isolierstoffteiles (1) liegen.
Isolierstoffteil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das behandelte Granulat (3) in dem unbehandelten Granulat (4) eingebettet sind.
Isolierstoffteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Granulate (3,4) aus PTFE bestehen.
Verfahren zur Herstellung eines Isolierstoffteils (1) für ein elektrisches Hochspannungs-Gerät, insbesondere einen Hochspannungs-Leistungsschalter, gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass behandeltes Granulat (3) mit unbehandeltem Granulat (4) vermischt wird und zur Fertigung eines Isolierstoffteiles (1) eine Formgebung des Gemisches (3,4) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch (3,4) gesintert wird.