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Isolierung für Hochspannungswicklungen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine aus mehreren Schichten eines Isoliermaterials hergestellte
Isolierung, z. B. für Leiter in Hochspannungswicklungen für elektrische Maschinen.
Die für die Herstellung der Isolierungen fUr Hochspannungsspulen verwendeten Isoliermaterialien sind meistens aus Glimmerschuppen, einem Trägermaterial und einer dünnen Schicht eines Bindemittels aufgebaut, welches die Schuppen an das Trägermaterial bindet. Das Trägermaterial besteht gewöhnlich aus einem porösen Material. wie Papier, Baumwollgewebe, Glasfasergewebe, Asbestgewebe u. dgl. Bei Verwendung der Isoliermaterialien für das Isolieren von elektrischen Leitern wickelt man die Isoliermaterialien in Form eines Bogens oder Bandes gemäss einem allgemein bekannten Verfahren um die Leiter, wonach die umwickelten Leiter einer weiteren Behandlung, ebenfalls gemäss einem allgemein bekannten Verfahren, unterworfen werden. Dadurch werden die Leiter mit einer Isolierhülse umgeben.
Wenn die elektrische Feldstärke in einer Isolierung, welche kleine Hohlraume enthalt, wie z. B. in einer Isolierung, die aus Glimmerschuppen und einem porösen Trägermaterial besteht, einen gewissen Wert überschreitet, tritt in den Hohlräumen Glimmen, d. h. elektrische Gasentladung auf. Durch das Glimmen werden die Isoliermaterialien angefressen und damit auch die Isolierung zerstört. Hohlräume, in denen bei hohen angelegten Spannungen Glimmen auftritt, liegen auch zwischen der äusseren Oberflache der Isolierhülse und der Statornut sowie zwischen der inneren Oberfläche der IsolierhUlse und dem Leiter vor.
In diesen letztgenannten Fällen ist es bekannt, das Glimmen zu verhindern, indem man die äussere bzw. die innere oder beide Oberflächen durch Metallisierung oder in anderer Weise leitend macht . und dadurch Hohlräume an den Grenzen der Isolation kurzschliesst. In einer Isolierung, die aus aufeinanderfolgenden Schichten von Glimmer und einem porösen Trägermaterial, z. B. Papier, aufgebaut ist und somit Hohlräume in dem Inneren enthält, wird bei allmählicher Erhöhung einer angelegten Spannung Glimmen in den Poren des letztgenannten Materials auftreten, noch bevor die elektrische Festigkeit des Glimmers erreicht worden ist.
Das auftretende Glimmen zerstört erst das Papier und nach und nach auch den Glimmer, wodurch die ganze Isolierung bei einer elektrischen Beanspruchung zerstört wird, die bedeutend niedriger ist als diejenige, die der Glimmer selbst aushalten kann. Die gute elektrische Festigkeit des Glimmers wird dadurch nur in geringem Masse ausgenützt.
Gemäss der vorliegenden Erfindung wird vermieden, dass Glimmen in dem porösen Trägermaterial im Inneren einer Isolierung auftritt, und damit werden auch die Nachteile vermieden, die mit solchem Glimmen zusammenhängen.
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wobei das Trägermaterial derart elektrisch leitend gemacht ist, dass die Feldstärke in diesem, wenn das Isoliermaterial seiner normalen elektrischen Beanspruchung ausgesetzt wird, kein Glimmen in den Poren verursachen kann. Nach der Erfindung hat das Trägermaterial eine Leitfähigkeit, die einem spezifischen Oberflächenwiderstand zwischen den Grenzen 10 und 1010 ohm entspricht.
Hiedurchwird, wenn das Isoller- material der Isolierung elektrisch beansprucht wird, nur eine sehr geringe Feldstärke auf das Trägermaterial entfallen, was zur Folge hat, dass praktisch die ganze Beanspruchung auf das porenfreie Material entfallen wird. Eine Zerstörung des zusammengesetzten Isoliermaterials wird dann erst eintreten, wenn
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die Durchschlagsfeldstärke des porenfreien Materials überschritten wird. Offenbar darf die Leitfähigkeit des Trägermaterials nicht so gross sein, dass elektrische Leitungsverluste der aus mehreren zusammenhän-
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sen Material diese zweckmässige Leitfähigkeit in der Weise gegeben, dass seine Porenwändeu'Td Ober- flächen mit einer elektrisch leitenden Schicht belegt werden.
Ein solcher Belag kann dadurch hervorgebracht werden, dass das Material mit der Lösung eines Metallsalzes imprägniert wird, wonach das Metall auf chemischem, photolytischem oder thermischem Wege ausgeschieden wird. Um unerwünschte Elektrolytreste zu entfernen, ist es zweckmässig, das Material einem nachfolgenden Waschen mit einem Lösungsmittel zu unterwerfen. Auf solche Weise kann ein Trägermaterial mit erwünschter Leitfähigkeit z. B. dadurch hergestellt werden, dass ein Papier mit einer Alkohollösung von Silbernitrat imprägniert wird, wonach das Papier mit ultraviolettem Licht bestrahlt wird, so dass in dem Material befindliche Silberionen zu metallischem Silber reduziert werden. Das Papier wird danach mit Alkohol gewaschen,
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bracht werden.
Ein anderes Verfahren, um einen leitenden Belag hervorzubringen, besteht darin, das Trägermaterial mit Suspensionen oder kolloidalen Lösungen von Metallen, Graphit, Halbleitern oder ähnlichen Stoffen zu imprägnieren. Ein zweckmässiges Trägermaterial kann demnach z. B. dadurch hergestellt werden, dass ein Glasfasergewebe mit einer Alkoholsuspension von Graphit imprägniert und danach getrocknet wird. Glimmerschuppen können darauf auf das behandelte Gewebe aufgebracht werden, wodurch ein zusammengesetztes Isoliermaterial erhalten wird. Auch andere als die oben erwähnten Methoden dem Trägermaterial eine erwünschte Leitfähigkeit zu geben, sind naturlich denkbar.
Das poröse Trägermaterial in dem zusammengesetzten Isoliermaterial der Isolierung gemäss der Erfindung kann aus Papier oder einem Gewebe oder einem Filz von verschiedenen Faserstoffen, wie Glasfaser, Asbestfaser, Baumwollfaser, Polyamidfaser usw., und ferner unter anderem aus Kunststoffolien bestehen, die in der einen oder andern Weise porös gemacht worden sind. Als porenfreies Material neben Glimmer können auch z. B. Kunststoffolien mit guter elektrischer Festigkeit in Frage kommen.
In gemäss obenerwähntem Verfahren hergestellten Isolierungen mit zusammengesetzten Isoliermaterialien, in welchen die Trägermaterialien eine erwünschte Leitfähigkeit und wohl ausgebildete leitende Schichten in Porenwänden und auf Oberflächen hatten, entstand kein Glimmen, selbst wenn die Isolierungen erheblich höheren Beanspruchungen ausgesetzt wurden, als denen, die kräftiges Glimmen in entsprechenden Isolierungen mit unbehandeltem Trägermaterial verursachten.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Isolierung für elektrische Leiter, die mehrere aufeinanderfolgende Schichten eines umwickelten Isoliermaterials enthält, das im wesentlichen aus einem porenfreien Material mit guter elektrischer Festigkeit, vorzugsweise Glimmer, und einem porösen Trägermaterial für dasselbe besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Trägermaterial eine elektrische Leitfähigkeit hat, die einem spezifischen Oberflächenwiderstand zwischen den Grenzen 10 und 1010 Ohm entspricht.
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Insulation for high voltage windings
The present invention relates to one made from multiple layers of insulating material
Insulation, e.g. B. for conductors in high-voltage windings for electrical machines.
The insulating materials used for the production of the insulation for high-voltage coils are mostly made up of mica flakes, a carrier material and a thin layer of a binding agent which binds the flakes to the carrier material. The carrier material usually consists of a porous material. such as paper, cotton fabric, glass fiber fabric, asbestos fabric, etc. When using the insulating materials for insulating electrical conductors, the insulating materials are wound around the conductors in the form of a sheet or tape according to a well-known method, after which the wrapped conductors are subjected to a further treatment, also according to a well-known method. This surrounds the conductors with an insulating sleeve.
If the electric field strength in an insulation, which contains small voids, such. B. in an insulation, which consists of mica flakes and a porous carrier material, exceeds a certain value, glow occurs in the cavities, d. H. electric gas discharge. The smoldering corrodes the insulation materials and thus also destroys the insulation. Cavities in which glowing occurs when high voltages are applied are also present between the outer surface of the insulating sleeve and the stator slot and between the inner surface of the insulating sleeve and the conductor.
In these last-mentioned cases, it is known to prevent the glowing by making the outer or the inner or both surfaces conductive by metallization or in some other way. and thereby short-circuiting cavities at the limits of the insulation. In an insulation consisting of successive layers of mica and a porous support material, e.g. B. paper, is built up and thus contains voids in the interior, with a gradual increase in an applied voltage, glowing will occur in the pores of the latter material before the electrical strength of the mica has been reached.
The glowing that occurs first destroys the paper and gradually also the mica, whereby the entire insulation is destroyed when an electrical load is significantly lower than that which the mica itself can withstand. The good electrical strength of mica is only used to a limited extent.
According to the present invention, it is avoided that glowing occurs in the porous carrier material in the interior of an insulation, and the disadvantages associated with such glowing are thus also avoided.
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wherein the carrier material is made electrically conductive in such a way that the field strength in this, when the insulating material is exposed to its normal electrical stress, cannot cause any smoldering in the pores. According to the invention, the carrier material has a conductivity which corresponds to a specific surface resistance between the limits 10 and 1010 ohm.
As a result, if the Isoller material of the insulation is electrically stressed, only a very low field strength will be applied to the carrier material, with the result that practically all the stress will be applied to the pore-free material. The composite insulating material will only be destroyed if
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the breakdown field strength of the pore-free material is exceeded. Obviously, the conductivity of the carrier material must not be so great that electrical conduction losses of the several
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This useful conductivity is given to sen material in such a way that its pore walls are covered with an electrically conductive layer.
Such a coating can be produced by impregnating the material with a solution of a metal salt, after which the metal is precipitated out chemically, photolytically or thermally. In order to remove unwanted electrolyte residues, it is advisable to subject the material to a subsequent washing with a solvent. In such a way, a carrier material with a desired conductivity, e.g. B. be produced in that a paper is impregnated with an alcohol solution of silver nitrate, after which the paper is irradiated with ultraviolet light, so that silver ions present in the material are reduced to metallic silver. The paper is then washed with alcohol,
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be brought.
Another method of producing a conductive coating is to impregnate the carrier material with suspensions or colloidal solutions of metals, graphite, semiconductors or similar substances. An appropriate carrier material can therefore, for. B. can be produced by impregnating a glass fiber fabric with an alcohol suspension of graphite and then drying it. Mica flakes can then be applied to the treated fabric, thereby providing a composite insulating material. Methods other than those mentioned above to give the carrier material a desired conductivity are of course also conceivable.
The porous carrier material in the composite insulating material of the insulation according to the invention can consist of paper or a fabric or a felt of various fiber materials, such as glass fiber, asbestos fiber, cotton fiber, polyamide fiber, etc., and further, among other things, of plastic films, which in one or the other Way have been made porous. As a pore-free material in addition to mica, z. B. plastic films with good electrical strength come into question.
In insulations produced according to the above-mentioned process with composite insulating materials, in which the carrier materials had a desired conductivity and well-formed conductive layers in pore walls and on surfaces, no glow was produced, even if the insulations were exposed to considerably higher stresses than those with strong glow in caused corresponding insulation with untreated carrier material.
PATENT CLAIMS:
1. Insulation for electrical conductors, which contains several successive layers of a wrapped insulating material, which consists essentially of a pore-free material with good electrical strength, preferably mica, and a porous carrier material for the same, characterized in that the porous carrier material has an electrical conductivity , which corresponds to a specific surface resistance between the limits 10 and 1010 Ohm.