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Isolierung für Hochspannungsleiter
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Isolierung für Hochspannungsleiter, z. B. Spulen für elektrische Maschinen für hohe Spannungen, die aus einem Isolierband besteht, das um den Leiter in mehreren Schichten gewickelt ist und aus einem Imprägnierungsmittel, das Hohlräume und Poren in der Bandisolierung ausfüllt.
Hochspannungsspulen für elektrische Maschinen werden gewöhnlich mit Glimmerband isoliert, das um den Leiter oder das Leiterbündel der Spule in mehreren Schichten gewickelt wird. Oft werden Bänder verwendet, die aus Glimmerschuppen bestehen, die an einem bandförmigen Trägermaterial, wie z. B.
Papier, Seide oder Glasfasergewebe befestigt sind. Nachdem die Bandisolierung auf den Leiter aufgebracht worden ist, wird sie, gewöhnlich in Vakuum, mit einem Imprägniermittel imprägniert, das z. B. aus Asphalt oder aus einem lösungsmittelfreien Harz besteht. Die Imprägnierung bezweckt in möglichst gro- ssem Ausmass Hohlräume in der Bandisolierung auszufüllen und damit der Isolierung gute elektrische und mechanische Eigenschaften zu geben. Eine unvollständige Ausfüllung hat zur Folge, dass ein Glimmen, d. h. elektrische Gasentladungen in den noch verbliebenen Hohlräumen der Isolierung auftreten können, was infolge der schädlichen Wirkung des Glimmens die Verwendung der Isolierung auf niedrigere Spannungen begrenzt als sie aushalten würde, wenn keine Hohlräume vorhanden wären.
Es hat sich beim Imprägnieren von in der obengenannten Weise aufgebauten Isolierungen gezeigt, dass das Bindemittel in denGlimmerbändern das Eindringen des Imprägniermittels erheblich erschwert und dass daher die Hohlräume nur unvollständig ausgefüllt werden. Um die Imprägnierungsmöglichkeiten zu verbessern, ist vorgeschlagen worden, in den Bändern ein leichtflüchtiges Bindemittel zu verwenden, das, nachdem die Bänder aufgewickelt sind, verflüchtigt, ehe die Isolierung imprägniert wird, oder in den Bändern ein Bindemittel zu verwenden, das in dem Imprägniermittel löslich ist.
Die Verwendung eines leichtflüchtigen Bindemittels in den Bändern hat jedoch zur Folge, dass die Herstellung der Isolierung durch den Prozess, der für die Entfernung des Bindemittels erforderlich ist, kompliziert und verteuert wird und ausserdem müssen infolge der Flüchtigkeit des Bindemittels besondere Massnahmen bei der Lagerung der Bänder getroffen werden. Die Verwendung eines Bindemittels, das in dem Imprägniermittel löslich ist, ist mit der Ungelegenheit verbunden, dass der Imprägnierungsprozess sehr zeitraubend wird, weil das Imprägniermittel während des Eindringens das Bindemittel lösen muss.
Glimmerbänder, bestehend aus einem Trägermaterial, z. B. Glasgewebe, und auf diesem durch punktweises Festkleben oder Aufnähen befestigte Glimmerschuppen sind auch bekannt. Solche Glimmerbänder enthalten praktisch kein für das Eindringen des Imprägniermittels hinderliches Bindemittel, oder gar keines.
Bei punktweise Festkleben der Glimmerschuppen erhalten aber die hergestellten Bänder einen unbefriedigenden Zusammenhalt, so dass die Glimmerschuppen bei Umbandelung eines Leiters leicht von dem Trägermaterial abfallen und ein mechanisches Aufnähen der Glimmerschuppen führt zu einer elektrischen und mechanischen Schwächung des Glimmers. Ausserdem sind die Bänder schwer zu handhaben, da die Glimmerschuppen leicht dadurch beschädigt werden können, dass die Teile der Glimmerschuppen, die ausserhalb der Befestigungspunkte liegen, zerbrochen werden können. Ferner haben die Bänder eine durch die punktweise Befestigung verursachte unerwünschte Starrheit.
Um Ungelegenheiten der Bänder mit punktweise befestigten Glimmerschuppen zu vermeiden, hat man die Glimmerschuppen oder ein aus Glimmerschüppchen bestehendes Papier in der Weise befestigt, dass man die Glimmerschuppen und das
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Trägermaterial mit Fäden in der Querrichtung der Bänder umsponnen hat. Diese letztgenannten Bänder haben aber, ausser der umständlichen Herstellung, den Nachteil, dass die Fäden an den Oberflächen der B nder bei Umbandelung eines Leiters ein wirksames Zuziehen verschiedener aufeinanderfolgender Schichten verhindern oder erschweren, wodurch die aus verschiedenen Schichten der umwickelten Bänder bestehende Isolation nicht befriedigend dicht wird.
In einer Isolierung, die, wie die genannten, aus mehreren aufeinanderfolgenden Schichten von einem Material gebildet ist, das aus an einem Trägermaterial befestigten Glimmerschuppen besteht, ist jede Schicht von Glimmerschuppen von einer benachbarten solchenSchicht durch eine Schicht von Trägermaterial getrennt. Für Materialien, die bisher als Trägermaterial verwendet worden sind, ist sowohl die Dielektrizitäts-
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als die elektrische Festigkeitschwächste Komponente die grösste Beanspruchung aufnehmen muss und der Aufbau der Isolierung in verschiedenen Schichten macht es dadurch unmöglich, die ausgezeichnete elektrische Festigkeit des Glimmers auszunützen.
Bei einer Isolierung gemäss der vorliegenden Erfindung werden in grossem Ausmass die Schwierigkeiten bei der Imprägnierung und die ungünstige Verteilung der Dielektrizitätszahlen und der elektrischen Festigkeit in der Isolierung vermieden, die bei früher hergestellten Isolierungen vorgelegen haben. Die Schwierigkeiten bei der Imprägnierung werden beseitigt, ohne dass man Materialien zu verwenden braucht, die schwer zu handhaben oder schwer in einer befriedigenden Weise um die Leiter zu wickeln sind.
Gegenstand der Erfindung ist eine Isolierung für Hochspannungsleiter, bestehend aus einem Isolierband, das um den Leiter oder das Leiterbündel in mehreren Schichten gewickelt ist, und aus einem nach der Aufwicklung des Bandes zugeführten Imprägniermittel, das die Hohlräume und Poren in der Bandisolierung ausfüllt. Die Isolierung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Isolierband aus einer bandförmigen, vor der Imprägnierung bindemittelfreien, selbsttragenden Folie von einander überlappenden Glimmerschüppchen und aus Glasfaserf1 ! den besteht, die parallel mit der Längsrichtung des Bandes an der Folie befestigt sind und nur einen geringen Teil der Oberfläche der Folie bedecken. Die Dicke der Glasfaserfäden wird zweckmässigerweise kleiner als die Dicke der Folie gewählt.
Die Fäden werden in solchem Abstand voneinander angeordnet, dass sie vorzugsweise weniger als ein Zehntel der Oberfläche der Folie bedecken. Mit der genannten bindemittelfreien Glimmerfolie ist eine Folie gemeint aus kleinen Glimmerschuppen, die in bekannter Weise dadurch hergestellt werden kann, dass gewöhnlicher Glimmer durch Erwärmung gespalten und danach in Wasser unter Bildung eines Breies von Glimmerschüppchen fein verteilt wird, der nach einem Verfahren ähnlich dem, das man bei der Papierherstellung verwendet, weiterbehandelt wird. Die Folie, die selbsttragend ist, besteht aus einander überlappenden, beliebig verteilten Glimmerschüppchen, die von wechselweise wirkenden Molekularkräften aneinander gebunden gehalten werden. Die Aufgabe der Glasfaserfäden ist, die Zugfestigkeit des Isolierbandes in der Längsrichtung zu vergrössern.
Die Glasfaserfäden haben einen höheren Elastizitätsmodul als das Glimmerband und deswegen nehmen die Glasfäden die bei einer Beanspruchung vorkommenden Spannungen auf, während das Glimmerband annähernd unbelastet bleibt. Als Bindemittel für das Befestigen der Glasfäden an der Glimmerfolie können z. B. Thermoplastfasem verwendet werden, die parallel mit den Glasfasern des Fadens gelegt werden und zur Befestigung auf die Schmelztemperatur des Thermoplastes erwärmt werden.
Isolierbänder für die Herstellung von Isolierungen gemäss der Erfindung werden näher in den folgenden Beispielen beschrieben und im Anschluss an die Fig. 1 und 2, in welchen das Isolierband mit 1 bezeichnet ist.
Beispiel l : Die bandförmige, bindemittelfreie, selbsttragende Glimmerfolie 2 hat eine Dicke von 0, 09 mm und eine Breite von 25 mm. An einer Seite des Bandes, parallel mit seiner Längsrichtung, sind Glasfaserfäden 3 im Abstand von zirka 2,5 mm befestigt. Jeder Glasfaden besteht aus 102 Glasfasern mit einem Durchmesser von zirka 5 Jl. Als Bindemittel, um die Glasfäden an der bandförmigen Folie zu befestigen, wird für jeden Glasfaden ein 50 Denier Thermoplastfaserfaden verwendet, der aus 24 Fasern aus Polyäthylenglykolterephthalai besteht. Der letztgenannte Faden wird, ehe der Glasfaden an der bandförmigen Folie befestigt wird, auf die Oberfläche des Glasfadens durch Zusammenverzwirnen des Glasfadens und des Thermoplastfadens angebracht.
Die Glasfäden werden in einer Weise befestigt, die aus Fig. 2 hervorgeht. Die bandförmige Folie 2 und die Fäden 3 aus Glasfaser mit aufgebrachten Thermoplastfasern lässt man durch eine Erwärmungsvorrichtung 4 laufen, wo sie während einiger Sekunden einer Temperatur von zirka 3000C ausgesetzt werden, so dass die Thermoplastfasern schmelzen, wobei das geschmolzene Thermoplast wenigstens um einen Teil der Glasfasern herumfliesst, wobei es gleichzeitig die Oberfläche der Folie benetzt.
Wenn das Isolierband nach dem Passieren der Erwärmungsvorrichtung abgekühlt wird, geht das Thermoplast bei zirka 2600C in festen Zustand über, wonach durch das Anhaften des Thermoplastes die Glasfäden an der Oberfläche der Folie fixiert und befestigt liegen.
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Durchmesser von zirka 5 li. Um die Glasfäden an der Folie zu befestigen, wird ein Chloroprenpolymerisat ("Plioboud 20"von Goodyear Tire Rubber Co. ) verwendet. Der Glasfaden wird dabei zuerst mit diesem Polymerisat unter Verwendung einer polymerisat enthaltenden Methyläthylketonlösung überzogen.
Der überzogene Glasfaden wird getrocknet und danach an die Glimmerfolie in der Weise angebracht, die
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Nachdem das Isolierband um den Leiter gewickelt worden ist, wird die Bandisolierung in Vakuum mit einem lösungsmittelfreien, vollständig polymerisierbaren Harz imprägniert, das z. B. aus einem ungesättigten Polyesterharz oder einem Epoxyharz bestehen kann. Weil die Glimmerfolie des Isolierbandes frei von Bindemittel ist, kann das Imprägniermittel die Folie durchdringen und alle Hohlräume in der Isolierung gut ausfüllen. Die imprägnierte Isolierung wird vor und während der Härtung des Imprägniermittels in einer Pressform oder in anderer Weise einem Druck ausgesetzt, so dass aberflüssiges Imprägniermittel aus der Isolierung ausgetrieben wird, u. zw. so, dass die Glimmerfolien in benachbarten Bandschichten der Isolierung in unmittelbarem Kontakt miteinander praktisch längs der ganzen Oberfläche kommen.
Es hat sich erwiesen, dass dies dadurch erreicht werden kann, dass die Glasfäden so angebracht werden, dass sie nur einen geringen Teil der Oberfläche der Glimmerfolie bedecken und dadurch, dass die Glimmerfolie, während das Imprägniermittel sich in flüssigem Zustand befindet, weich und etwas formbar ist, so dass die Glasfäden in die Glimmerfolie hineingepresst werden, wenn der Druck ausgeübt wird. Die fertige Isolierung ist so praktisch homogen und der Glimmergehalt, der bei früher hergestellten Isolierungen mit Glimmerband bei 40-50ci gelegen hat, ist bei einer Isolierung gemäss der vorliegenden Erfindung zirka 75%des totalen Gewichtes der Isolierung.
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Insulation for high voltage conductors
The present invention relates to insulation for high voltage conductors, e.g. B. Coils for electrical machines for high voltages, which consists of an insulating tape wrapped around the conductor in several layers and an impregnation agent that fills voids and pores in the tape insulation.
High-voltage coils for electrical machines are usually insulated with mica tape that is wrapped in several layers around the conductor or bundle of conductors of the coil. Bands are often used which consist of mica flakes attached to a band-shaped carrier material, such as. B.
Paper, silk or fiberglass are attached. After the tape insulation has been applied to the conductor, it is impregnated, usually in vacuum, with an impregnating agent, e.g. B. consists of asphalt or a solvent-free resin. The purpose of the impregnation is to fill up cavities in the tape insulation to the greatest possible extent and thus to give the insulation good electrical and mechanical properties. An incomplete filling in has the consequence that a glow, i.e. H. electrical gas discharges can occur in the remaining cavities of the insulation, which, due to the harmful effect of the glow, limits the use of the insulation to lower voltages than it would withstand if no cavities were present.
During the impregnation of insulation constructed in the above-mentioned manner, it has been shown that the binding agent in the mica tapes makes the penetration of the impregnating agent considerably more difficult and that the cavities are therefore only incompletely filled. In order to improve the impregnation possibilities, it has been proposed to use a highly volatile binder in the tapes which, after the tapes have been wound, evaporates before the insulation is impregnated, or to use a binder in the tapes which is soluble in the impregnating agent .
The use of a volatile binder in the tapes, however, has the consequence that the production of the insulation becomes more complicated and expensive due to the process required to remove the binder and, in addition, due to the volatility of the binder, special measures must be taken when storing the tapes to be hit. The use of a binder which is soluble in the impregnating agent is associated with the inconvenience that the impregnation process becomes very time-consuming because the impregnating agent has to dissolve the binding agent during the penetration.
Mica tapes consisting of a carrier material, e.g. B. glass fabric, and mica flakes attached to this by point-wise gluing or sewing are also known. Such mica tapes contain practically no binding agent, or none at all, to prevent the penetration of the impregnating agent.
If the mica flakes are glued on at certain points, however, the tapes produced have an unsatisfactory cohesion, so that when a conductor is wrapped around a conductor, the mica flakes easily fall off the carrier material and mechanical sewing of the mica flakes leads to an electrical and mechanical weakening of the mica. In addition, the tapes are difficult to handle, since the mica flakes can easily be damaged in that the parts of the mica flakes that lie outside the fastening points can be broken. Furthermore, the bands have an undesirable rigidity caused by the point-wise fastening.
In order to avoid inconvenience of the tapes with point-wise attached mica flakes, the mica flakes or a piece of paper consisting of mica flakes has been attached in such a way that the mica flakes and the
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Has spun the carrier material with threads in the transverse direction of the ribbons. These last-mentioned tapes have the disadvantage, besides the laborious production, that the threads on the surfaces of the tapes prevent or make more difficult an effective closing of different successive layers when a conductor is wrapped, so that the insulation consisting of different layers of the wrapped tapes is not sufficiently tight becomes.
In an insulation which, like those mentioned, is formed from several successive layers of a material which consists of mica flakes attached to a substrate, each layer of mica flakes is separated from an adjacent such layer by a layer of substrate. For materials that have previously been used as a carrier material, both the dielectric
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As the component with the weakest electrical strength has to absorb the greatest stress and the structure of the insulation in different layers makes it impossible to use the excellent electrical strength of the mica.
In the case of insulation according to the present invention, the difficulties in impregnation and the unfavorable distribution of the dielectric constants and the electrical strength in the insulation, which existed in previously produced insulation, are avoided to a large extent. The difficulties of impregnation are eliminated without the need to use materials which are difficult to handle or difficult to wrap around the ladder in a satisfactory manner.
The subject of the invention is an insulation for high-voltage conductors, consisting of an insulating tape that is wrapped around the conductor or the conductor bundle in several layers, and of an impregnating agent which is supplied after the tape has been wound up and which fills the cavities and pores in the tape insulation. The insulation is characterized in that the insulating tape is made from a tape-shaped, self-supporting film, free of binding agents prior to impregnation, made of overlapping mica flakes and glass fiberf1! those which are attached to the film parallel to the longitudinal direction of the tape and cover only a small part of the surface of the film. The thickness of the glass fiber threads is expediently chosen to be smaller than the thickness of the film.
The threads are arranged at such a distance from one another that they preferably cover less than one tenth of the surface of the film. With the mentioned binder-free mica film is meant a film made of small mica flakes, which can be produced in a known manner in that ordinary mica is split by heating and then finely distributed in water to form a paste of mica flakes, which is produced by a process similar to that used in papermaking, is further treated. The film, which is self-supporting, consists of overlapping, randomly distributed mica flakes, which are held together by alternating molecular forces. The task of the fiberglass threads is to increase the tensile strength of the insulating tape in the longitudinal direction.
The glass fiber threads have a higher modulus of elasticity than the mica tape and that is why the glass threads absorb the stresses that occur during stress, while the mica tape remains almost unstressed. As a binder for attaching the glass threads to the mica film, for. B. thermoplastic fibers are used, which are placed parallel to the glass fibers of the thread and are heated to the melting temperature of the thermoplastic for attachment.
Insulating tapes for the production of insulation according to the invention are described in more detail in the following examples and in connection with FIGS. 1 and 2, in which the insulating tape is designated by 1.
Example 1: The tape-shaped, binder-free, self-supporting mica film 2 has a thickness of 0.09 mm and a width of 25 mm. On one side of the tape, parallel with its longitudinal direction, glass fiber threads 3 are attached at a distance of about 2.5 mm. Each glass thread consists of 102 glass fibers with a diameter of approx. 5 Jl. A 50 denier thermoplastic fiber thread, which consists of 24 fibers of polyethylene glycol terephthalai, is used for each glass thread as a binding agent in order to fix the glass threads to the ribbon-shaped film. The latter thread is attached to the surface of the glass thread by twisting the glass thread and the thermoplastic thread together before the glass thread is attached to the strip-shaped film.
The glass threads are attached in a manner shown in FIG. The ribbon-shaped film 2 and the threads 3 made of glass fiber with applied thermoplastic fibers are passed through a heating device 4, where they are exposed to a temperature of about 3000C for a few seconds, so that the thermoplastic fibers melt, with the melted thermoplastic around at least part of the glass fibers flows around, wetting the surface of the film at the same time.
When the insulating tape is cooled down after passing through the heating device, the thermoplastic changes to a solid state at around 2600C, after which the glass threads are fixed and attached to the surface of the film due to the adhesion of the thermoplastic.
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Diameter of about 5 left. A chloroprene polymer ("Plioboud 20" from Goodyear Tire Rubber Co.) is used to attach the glass threads to the film. The glass thread is first coated with this polymer using a polymer-containing methyl ethyl ketone solution.
The coated glass thread is dried and then attached to the mica sheet in the manner that
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After the insulating tape has been wrapped around the conductor, the tape insulation is impregnated in vacuum with a solvent-free, fully polymerizable resin, e.g. B. may consist of an unsaturated polyester resin or an epoxy resin. Because the mica foil of the insulating tape is free of binding agent, the impregnating agent can penetrate the foil and fill all cavities in the insulation. The impregnated insulation is subjected to pressure before and during the curing of the impregnating agent in a press mold or in some other way, so that liquid impregnating agent is expelled from the insulation, and the like. zw. So that the mica foils in adjacent tape layers of the insulation come into direct contact with one another practically along the entire surface.
It has been found that this can be achieved by attaching the glass threads so that they cover only a small part of the surface of the mica foil and by making the mica foil soft and somewhat malleable while the impregnating agent is in the liquid state so that the glass threads are pressed into the mica sheet when the pressure is applied. The finished insulation is practically homogeneous and the mica content, which was 40-50 ci in insulation with mica tape produced earlier, is approximately 75% of the total weight of the insulation in insulation according to the present invention.