AT504247B1 - Isolierter statorstab mit einem innenglimmschutz für eine dynamoelektrische maschine - Google Patents

Description

ijitirriiWiSF'fiS pätsmamt AT 504 247 B1 2009-09-15

Beschreibung

GEBIET DER ERFINDUNG

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die innere Abstufung (d.h. die stufenweise Veränderung vom Leiter zum Isolator) von Hochspannungsstatorstäben, um konsistent niedrige Verlustfaktor-Anstiegswerte zu erzielen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen isolierten Statorstab für eine dynamoelektrische Maschine, der mit einem Innenglimmschutz versehen ist.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

[0002] Niedrige Verlustfaktor-Anstiegswerte und eine hohe Spannungsdurchschlagsfestigkeit sind wünschenswerte Eigenschaften für isolierte Statorstäbe, die in dynamoelektrischen Maschinen verwendet werden, wie in elektrischen Leistungsgeneratoren. Der Anstiegswert ist ein Anzeichen des Leerraumgehaltes in einem isolierten Statorstab. Niedrige Verlustfaktor-Anstiegswerte sind wünschenswert, weil sie einen verhältnismäßig kleinen Unterschied zwischen den Verlustfaktoren bei verschiedenen elektrischen Beanspruchungen angeben und dadurch ein indirektes Maß für die Wirksamkeit der Isolation liefern. Hohe Spannungsdurchschlagsfestigkeiten sind hingegen wünschenswert, weil der Stator dann in extremen Hochspannungsumgebungen widerstandsfähiger sein wird.

[0003] Bisherige Versuche zur Erzielung niedriger Anstiegswerte in isolierten Statorstäben haben die Anwendung von leitfähigen Farben oder Anstrichen, üblicherweise auf der Basis von Kohlenstoff-gefüllten Epoxybindemitteln, zum Bedecken der Kopf-und Bodenkanten von nackten Statorstäben umfasst, bevor die Grundisolierung auf Glimmerbasis aufgetragen wird. Während leitfähige Farben die Anstiegswerte in gewissem Ausmaß vermindern, verglichen mit den Anstiegswerten, die bei Statorstäben ohne Farbauftrag auftreten, hat ihre Anwendung nicht dazu geführt, dass ausreichend niedrige Anstiegswerte erzielt werden.

[0004] Darüber hinaus sind leitfähige Anstriche für die innere Abstufung in einer Herstellungsanlage schwierig anzuwenden, weil eine spezielle Arbeitsstation vorgesehen werden muss, in welcher die Farbe vorsichtig auf die besonderen Stellen der Statorstäbe aufgebracht werden kann. Die als Farblösungsmittel und Verdünner verwendeten flüchtigen organischen Verbindungen können auch ein Sicherheitsrisiko im Arbeitsbereich darstellen. Die Anwendung von Kohlenstoff-gefüllten leitfähigen Farben ist ein unvermeidbar schmutzendes Verfahren, unabhängig von der von den Arbeitern angewandten Sorgfalt, um die Farbe vorsichtig aufzutragen. Schließlich ist das Aufträgen von leitfähigen Farben auf Statorstäbe ein zeitaufwendiger Vorgang, weil die mit dem Anstrich versehenen Stäbe trocknen gelassen werden müssen, bevor sie angegriffen oder zu einer anderen Arbeitsstation bewegt werden können.

[0005] Es ergibt sich somit, dass der bisherige Versuch zur inneren Abstufung isolierter Hochspannungsstatorstäbe durch die Anwendung von leitfähigen, mit Kohlenstoffteilchen gefüllten Farben keine befriedigende Lösung für die Probleme darstellt, die mit der Erzielung niedriger Anstiegswerte des Verlustfaktors und hoher Spannungsdurchschlagsfestigkeiten einhergehen. Was daher benötigt wird, ist ein Mittel, durch das isolierte Hochspannungsstatorstäbe in einfacher Weise innerlich abgestuft werden könnten, um sowohl niedrige Anstiegswerte des Verlustfaktors, als auch eine erhöhte Hochspannungsdurchschlagsfestigkeit zu erzielen.

[0006] Als Ergänzung werden folgende Dokumente aus dem Stand der Technik erwähnt: [0007] Die CH 656 752 A5 beschreibt eine Anordnung zur Innenpotentialisierung bei einem verdrillten Generatorstab mit Hilfe eines halbleitenden Flächenstoffes, welcher das aus isolier- 1 /14 pätöBmt AT 504 247B1 2009-09-15 ten Teilleitern aufgebaute Leiterpaket umschließt. Zur Erzielung eines gleichmäßigen Potentials wird ein Kontaktleiter verwendet, was zu einer Kostensteigerung führt. Darüber hinaus sieht die Anordnung einen isolierenden Grundwickel rund um die Leiter vor. Dies benötigt Platz, welcher von den Leitern eingenommen werden könnte und führt somit zu einer verminderten Effizienz.

[0008] Mit dem gleichen Problem, nämlich der Erzielung eines gleichförmigen Potentials, befasst sich auch die CH 656 751 A5. Auch hier wird ein isolierender Grundwickel auf ein Leiterpaket aus Teilleitern aufgewickelt. Diese Art der Anordnung verringert ebenfalls die Effizienz.

[0009] Die DE 26 41 406 A betrifft das Problem der Korona-Entladung. Auch hier wird zur Beseitigung dieses Problems ein elektrisch isolierendes Band angewandt, wodurch ein direktes Anliegen des leitfähigen Bandes am Statorstab vermieden wird.

[0010] In der DE 27 55 050 A1 ist ein Innenglimmschutz für verdrillte Statorstäbe beschrieben. Dabei wird u.a. ein leitfähiges Band gezeigt, welches einen graduellen ohmschen Übergang der Leiterstäbe zu ihrer Umgebung bilden soll. In der DE 25 06 790 A1 ist eine Kern- und Spulenstruktur für Dynamomaschinen beschrieben, worin eine halbleitende Schicht vorgesehen ist, welche entlang der isolierten Statorstäbe zum graduellen ohmschen Übergang gegenüber einem angrenzenden elektrischen Leiters dient.

[0011] Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, einen isolierten Statorstab zu schaffen, der sowohl niedrige Anstiegswerte des Verlustfaktors, als auch eine erhöhte Hochspannungsdurchschlagsfestigkeit aufweist.

[0012] Der erfindungsgemäße isolierte Statorstab der einleitend angegebenen Art zeichnet sich dadurch aus, dass ein leitfähiges Band, das aus einem Gewebeträgerblatt gebildet ist, welches ein polymeres Bindemittelsystem enthält und ferner dieses Gewebeträgerblatt aus dispergierten Kohlenstoffteilchen in einer Polymermatrix besteht, und dieses leitfähige Band unmittelbar auf den Statorstab aufgewickelt ist.

[0013] Diese erfinderische Lösung, welche insbesondere ein unmittelbar auf den Statorstab aufgewickeltes Band erfordert, ist dem vorstehend erörterten Stand der Technik nicht zu entnehmen und wird durch diesen auch in keiner Weise nahe gelegt.

[0014] Erfindungsgemäß umfasst das leitfähige Band ein Gewebeträgerblatt, das ein polymeres Bindemittelsystem trägt. Das Gewebeträgerblatt ist in seiner am meisten bevorzugten Ausführungsform ein aus Glasfasern gebildetes Gewebe, doch könnten auch andere synthetische Fasermaterialien, die mit den am Statorstab verwendeten Grundisoliermaterialien verträglich sind, eingesetzt werden. Das elektrisch leitfähige polymere Bindemittelsystem ist anderseits ein Gemisch aus Kohlenstoffteilchen, dispergiert in einer polymeren Matrix. Das leitfähige Band wird am meisten bevorzugt um die Statorstäbe derart herumgewickelt, dass es aneinandersto-ßend-überlappend ist, das heißt, dass die Kanten aufeinanderfolgender benachbarter Windungen des um den Statorstab gewundenen Bandes aneinander stoßen, im wesentlichen ohne Überlappung.

[0015] Der Bereich des elektrischen Widerstandes des leitfähigen Bandes gemäß der vorliegenden Erfindung kann auf der Basis der Kohlenstoffteilchendichte in der polymeren Matrix und/oder dem Ausmaß der Aufnahme des leitfähigen polymeren Bindemittels auf den Gewebeträger "maßgeschneidert" werden. In dieser Hinsicht können die Bänder der vorliegenden Erfindung mit elektrischen Widerstandswerten im Bereich von 1x103 bis 1x109 Ohm und stärker bevorzugt von 2xl04 bis 1x106 Ohm ausgestattet werden, so-daß die gewünschte innere Abstufung der Statorstäbe erreicht werden kann.

[0016] Weitere Gesichtspunkte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nach genauem Studium der anschließenden eingehenden Beschreibung der nachfolgenden bevorzugten beispielhaften Ausführungsformen ersichtlich werden. 2/14 AT 504 247B1 2009-09-15

BESCHREIBUNG DER BEIGESCHLOSSENEN ZEICHNUNG

[0017] Nachstehend wird auf die angeschlossene Zeichnungsfigur 1 Bezug genommen, die eine End-Seitenansicht eines Statorstabes ist, der die vorliegende Erfindung verkörpert.

EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

[0018] Wie hier und in den angeschlossenen Ansprüchen verwendet, sollen der Ausdruck "Anstiegswert" (tip-up value, in der Folge manchmal als "TUV" abgekürzt) sowie ähnliche Ausdrücke sich auf den Unterschied im prozentuellen Verlustfaktor für Generatorstatorstäbe, gemessen bei 393,7 und bei 3937,0 V/mm beziehen. In dieser Hinsicht werden die Statorstäbe, die mit dem leitfähigen Band der vorliegenden Erfindung bedeckt sind, TUV-Werte von kleiner als 0,250% aufweisen, und üblicherweise wird der TUV-Wert in einem Bereich zwischen etwa -0,250% bis etwa 0,150% liegen. Weiterhin werden die isolierten Statorstäbe, bei denen das leitfähige Band gemäß der vorliegenden Erfindung zum Einsatz gelangt, gleichfalls Durchschlagsfestigkeiten von über etwa 27559,0 V/mm aufweisen.

[0019] Das in den leitfähigen Bändern der vorliegenden Erfindung verwendete Gewebeträgerblatt kann aus praktisch jedem faserigen Material gebildet werden, das mit den in den Statorstäben von dynamoelektrischen Maschinen verwendeten Grundisoliermaterialien verträglich ist, wie in Stromerzeugungsanlagen. Beispiele für derartige Materialien schließen Glas, Polyester, Polyacrylprodukte, Polyamide und dergleichen ein. Vorzugsweise ist jedoch das Gewebeträgerblatt ein aus Glasfasern (beispielsweise Glasfasern vom E-Typ) gebildetes Gewebe. Am meisten bevorzugt ist das in der vorliegenden Erfindung verwendete Gewebeträgerblatt eine einfache Webkonstruktion mit zwischen etwa 15,75 und etwa 23,62 Kettenenden je cm, zwischen etwa 9,84 bis etwa 13,78 Schüssen je cm und mit einem Gewicht zwischen etwa 33,90 g/m2 und etwa 101,72 g/m2.

[0020] Die physikalischen Abmessungen des Gewebeträgerblattes sind nicht kritisch. Wenn das Gewebeträgerblatt ein Glasfasergewebe ist, kann das Blatt eine Dickendimension zwischen etwa 0,051 mm und etwa 0,11 mm aufweisen. Gewebeträgerblätter mit Stärken außerhalb dieses beispielhaften Bereiches können jedoch ebenfalls verwendet werden.

[0021] Wie kurz zuvor angegeben, weist das Gewebeträgerblatt ein elektrisch leitfähiges Polymerbindemittelsystem auf, bestehend aus in einer Polymermatrix dispergierten Kohlenstoffteilchen. Praktisch jedes geeignete teilchenförmige Kohlenstoffmaterial kann für die Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Bevorzugt werden jedoch Kohlenstoffruße und Graphite mit einer mittleren Teilchengröße zwischen etwa 0,1 pm und etwa 40 pm, vorzugsweise zwischen etwa 15 pm bis 30 pm und mit einer Schüttdichte von weniger als etwa 400,46 kg/m3. Diese Materialien sind im Handel von mehreren unterschiedlichen Produzenten erhältlich, beispielsweise die Vulkan™-Kohlenstoffruße, erhältlich von Cabot Corp., sowie die Natur- oder Synthesegraphitpulver, erhältlich von UCAR Carbon Co., Lonza Inc. Superior Graphite Co., Asbury Graphite Mills und dergleichen.

[0022] Die Polymermatrix kann praktisch jedes polymere Material sein, das zur Anwendung im Hochspannungsbereich geeignet ist, wie lineare Copolymere von Epichlorhydrin und Bisphenol A, Epoxide, ungesättigte Polyester, Bismaleimide, Polyimide, Silikon-und Cyanatesterharze, Acrylonitril-Butadien-Styrol (ABS) Harze, Neopren, Polyamidimide, Polybutylenterephthalat (PBT), Polycarbonate, Polydimethylsiloxane, Polyetherketone, Polyetherimide, Polyethersulfo-ne, Polyethylene, Polyethylenterephthalat (PET), Polymethylmethacrylate, Polypropylen, Polystyrol, Polysulfone und Polyurethane.

[0023] Speziell bevorzugt werden hingegen lineare Copolymere, die von Epichlorhydrin und Bisphenol A-Comonomeren abgeleitet sind. Diese bevorzugten Copolymere werden am meisten bevorzugt mit Methylethylketon, Glycolether oder Glycoletherester als Lösungsmittel ver- 3/14 teiÄses patcBiamt AT 504 247 B1 2009-09-15 wendet. Die bevorzugten linearen Copolymere aus Epichlorhydrin und Bisphenol A werden im Allgemeinen ein gewichtsmittleres Molekulargewicht von über etwa 15.000 g/mol (stärker bevorzugt zwischen etwa 40.000 und 200.000 g/mol) einen Hydroxylgehalt von weniger als etwa 0,40 Äquiv./100 g und einen Epoxidgehalt von weniger als etwa 0,025 Äquiv./100 g aufweisen. Solche bevorzugten linearen Copolymere aus Epichlorhydrin und Bisphenol A sind im Handel von mehreren Produzenten erhältlich, beispielsweise das EPOTUF® 38-525-Harz von Reichhold Chemical, Inc., die EPONOL® Harze 53 und 55 von Shell Chemical Co., und die GZ-488 Harze von Ciba Geigy Co.

[0024] Die Kohlenstoffteilchen sind im Bindemittelmaterial so zugegen, dass sie wenigstens etwa 5% Kohlenstoff, bezogen auf die Feststoffe des polymeren Bindemittelsystems, stärker bevorzugt zwischen etwa 8,0% und etwa 30% Kohlenstoff, bezogen auf die Feststoffe des polymeren Bindemittelsystems, und am stärksten bevorzugt zwischen 10,0% und etwa 15,0% Kohlenstoff, bezogen auf die Feststoffe des polymeren Bindemittelsystems, ausmachen. In dieser Hinsicht kann bei Anwendung eines Lösungsmittels ein polymeres Bindemittelmaterial mit einem Gehalt von wenigstens etwa 5,0% Feststoffen (vorzugsweise etwa 25% Feststoffe) auf das Gewebeträgerblatt aufgebracht werden. Wenn jedoch ein lösungsmittelfreies polymeres Bindemittelsystem eingesetzt wird, so beträgt der Feststoffgehalt 100%. Der Kohlenstoffgehalt und/oder der Feststoffgehalt kann eingestellt werden um die gewünschte Aufnahme der polymeren Matrix auf das Gewebeträgerblatt zu erreichen, sowie zur Regelung der Widerstandseigenschaften des resultierenden Bandes.

[0025] Das polymere Bindemittelsystem kann auf das Gewebeträgerblatt in jeder förderlichen Weise aufgebracht werden. Beispielsweise kann das polymere Bindemittel verflüssigt werden (beispielsweise durch das Vorliegen eines Lösungsmittels oder unter Hitzebedingungen) und auf die Trägerblattoberflächen nach konventionellen Methoden aufgebracht werden, wie klotzen, tauchen, sprühen oder dergleichen. Das polymere Bindemittel wird dann verfestigen gelassen (beispielsweise durch Lösungsmittelverdampfung, Trocken oder Kühlen, in Abhängigkeit vom verwendeten Matrixharz, oder durch Aushärten bei Verwendung von Harz und Härter) um eine verfestigte Kohlenstoffteilchen enthaltende polymere Matrix zurückzulassen, die das Gewebeträgerblatt bedeckt und/oder innerhalb der Hohlräume des Gewebeträgerblattes vorliegt. Das mit dem elektrisch leitfähigen polymeren Material bedeckte Gewebe wird zu einem Band geschlitzt, das vorzugsweise eine Breite von 1,59 cm bis 3,18 cm aufweist.

[0026] Eine Lage eines solcherart behandelten Bandes kann dann um den Statorstab derart herumgewickelt werden, dass zwischen aneinanderliegenden Windungen des behandelten Bandes praktisch keine Kantenüberlappung vorliegt. Dies bedeutet, dass das behandelte Band in der am meisten bevorzugten Weise derart um den Statorstab herumgewickelt wird, dass die aneinanderliegenden Kanten des Bandes aneinander stoßen. Über das elektrisch leitfähige Band werden mehrfach Lagen eines Glimmerbandes aufgebracht, um den gewünschten Isolationsaufbau auf dem Statorstab zu erzielen. Das Glimmerband kann ein harzreiches Band sein, das anschließend in einem Autoklaven bearbeitet wird, oder ein bindemittelarmes Band, das anschließend mit einem Harz unter Vakuum und Druck imprägniert und dann gehärtet wird. Der solcherart gebildete isolierte Statorstab kann dann in eine dynamoelektrische Maschine nach üblichen Einbaumethoden eingebaut werden.

[0027] Das Glimmerband besteht aus Glimmerpapier, einem Glasgewebe-Bandrücken für die Bandfestigkeit, einem nicht gewebten Polyestermattenrücken und einem Epoxybindemittel. Der nicht gewebten Polyestermattenrücken kann durch eine Polymerfolie wie Mylar-Polyester, Kapton-Polymid oder Ultem-Polyethermid ersetzt werden.

[0028] In diesem Zusammenhang zeigt die beigeschlossene Figur 1 eine perspektivische End-Seitenansicht eines Statorstabes 1, der die vorliegende Erfindung verkörpert. Der Statorstab 1 schließt eine Anzahl von leitenden Statorstablitzen 2, beispielsweise aus Kupfer bestehend, ein, die voneinander durch eine Litzenisolierung 3 in üblicher Weise isoliert sind. Der Statorstab umfaßt auch Litzenseparatoren 4. Die Grundisolierung 5 wird vorzugsweise aus mehreren Schichten Glimmerpapier 6 gebildet, das um die Außenseite des Statorstabes 1 gewickelt ist. 4/14 öits'rsKä sches (ötsmäftrt AT 504 247 B1 2009-09-15

Zwischen den Statorstablitzen 2 und der Grundisolierung 5 befindet sich eine Lage aus dem leitfähigen Band 7 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das leitfähige Band 7 schafft somit eine innere Abstufung zwischen den Statorstablitzen 2 und der Grundisolierung 5.

[0029] Die nachfolgenden, nicht beschränkenden Beispiele werden für das weitere Verständnis der vorliegenden Erfindung gegeben.

BEISPIELE

[0030] In den nachfolgenden Beispielen wurden einunddreißig Statorstäbe hergestellt, um die Wirksamkeit der vorliegenden Erfindung zu untersuchen. Die in den Beispielen verwendeten Statorstäbe waren 13,8 kV-Stäbe, bei denen ein Isoliersystem "y" zum Einsatz gelangte, das aus den folgenden Komponenten bestand: Glimmerpapier, Glasgewebebandrücken für Bandfestigkeit ungewebten Polyestermattenrücken und einem Epoxybindemittel.

[0031] In den nachfolgenden Beispielen wurden drei unterschiedliche Arten von Glasfasergewebe verwendet, bei denen es sich um die gewöhnlichen Webkonstruktionen 1070 (ECD 450 1/0 Kettgarn, ECD 900 1/0 Schußgarn, 23,62 Kettenenden/cm, 13,78 Schüsse/cm, 35,94 g/m2, 0,051 mm Stärke), 1610 (ECG 1501/0 Kett- und Schußgarn, 12,59 Ketten/cm, 11,02 Schüsse/cm, 81,37 g/m2 und 0,11 mm Stärke) und 1675 (ECDE 150 1/0 Kett- und Schußgarn, 15,75 Ketten/cm, 12,59 Schüsse/cm, 96,63 g/m2 und 0,11 mm Stärke) handelte.

[0032] An den Stäben wurde der prozentuelle Verlustfaktor bei 393,7 und bei 3937,0 V/mm gemessen. Einige Stäbe wurden an zwei Stellen getestet, um zwei Sätze von Werten zu erhalten. In diesen Fällen wurden die beiden Sätze der Werte, die mit zwei getrennten Elektroden erhalten wurden, mit dem Index "A" und "B" in Verbindung mit der entsprechenden Stabnummer in den nachfolgenden Tabellen bezeichnet. 5/14 ifcftsTisfcistkß AT 504 247B1 2009-09-15 BEISPIEL 1 (VERGLEICH)

Sieben 13,8 kV Stäbe wurden mit Glimmerpapier-Bandsystem Ύ", das ein Epoxybindemittel enthielt, isoliert. Für diese Stäbe wurde keine innere Abstufung vorgesehen. Die Verlustfaktorwerte und Anstiegswerte, die sich ergaben, sind in der nachfolgenden Tabelle 1 zusammengefasst und zeigen einen mittleren Anstiegswert von 1,055 %-Punkten, während der Bereich des Anstiegswertes von 0,706 bis 1,466 %-Punkte beträgt. TABELLE 1

Stab Nr. Verlustfaktor bei 25°C 393,7 V/mm (60Hz) 3937,0 V/mm Anstiegswert (%-Punkte) 1A 0,419 1,364 0, 945 1B 0,490 1,470 0, 980 2A 0,464 1,280 0,816 2B 0,454 1, 920 1,466 3 0,477 1, 625 1,148 4A 0,433 1, 422 0, 989 4B 0,444 1,510 1,066 5 0,441 1, 690 1,249 6A 0,474 1,446 0, 972 6B 0,468 1,740 1,272 7 0,344 1,050 0,706 BEISPIEL 2 (VERGLEICH) [0033] Dreizehn 13,8 kV Stäbe wurden mit dem Glimmerband System "y" isoliert, und für die innere Abstufung wurden sieben verschiedene leitende Farben verwendet. Die Farben unterschieden sich voneinander nur hinsichtlich der warmhärtenden Epoxybindemit-tel und des Gehaltes an Kohlenstoff, der als leitfähiger Füller verwendet wurde. Im speziellen waren die in diesem Beispiel 2 eingesetzten leitfähigen Farben die folgenden:

Stab Nr. Zusammensetzung der leitfähigen Farbe (Prozentsätze bezogen auf Feststoffgewicht) 8-10 & 12 Epoxyfarbe mit einem Gehalt an 9,07% Beschleuniger, 47,5% Graphit (Dixon-Ticonderoga Nr. 057), Feststoffgehalt 60,0% in Methylethylketon 11 & 13 Epoxyfarbe (Epoxy-Novolac und ein flüssiges Bisphenol A-Diglycidylether-Epoxyharz in einem Verhältnis 70:30) mit einem Gehalt an 6,96% Beschleuniger und 47,5% Graphit (Dixon-Ticonderoga Nr. 057), Feststoffgehalt 60,0% in Methylethylketon 14 Epoxyfarbe (Epoxy-Novolac und ein flüssiges Bisphenol A-Diglycidylether-Epoxyharz in einem Verhältnis 50:50) mit einem Gehalt an 6,96% Beschleuniger und 47,5% Graphit (Dixon-Ticonderoga Nr. 057), Feststoffgehalt 60,0% in Methylethylketon 6/14 AT 504 247B1 2009-09-15

i)SiC>'iiCÄS6S ßätefl-äiSt 15 Epoxyfarbe (Epoxy-Novolac und ein flüssiges Bisphenol A-Diglycidylether-Epoxyharz in einem Verhältnis 50:50) mit einem Gehalt an 18,0% Kohlenstoff (Cabot Corp. XC-72R), Feststoffgehalt 50,0% in einem Lösungsmittelgemisch aus Toluol, Xylol und 2-Propanol 16 Epoxyfarbe (Epoxy-Novolac und ein flüssiges Bisphenol A-Diglycidylether-Epoxyharz in einem Verhältnis 70:30) mit einem Gehalt von 18,0% Kohlenstoff (Cabot Corp. XC-72R) Feststoffgehalt 55,0% in einem Lösungsmittelgemisch aus Xylol und Methylethylketon 17 & 18 Epoxyfarbe (Epoxy-Novolac und 2-Ethyl-4-methyl- imidazol-Härter in einem Gewichtsverhältnis von 100,0:3,0) mit einem Gehalt an 18,0% Kohlenstoff (Cabot Corp. XC-72R), Feststoffgehalt 55,0% in einem Lösungsmittelgemisch aus Xylol und Methyl-ethylketon 19 & 20 Epoxyfarbe (Epoxy-Novolac und 2-Ethyl-4-methyl-imidazol-Härter in einem Gewichtsverhältnis von 100,0:6,0) mit einem Gehalt an 18,0% Kohlenstoff (Cabot Corp. XC-72R), Feststoffgehalt 55,0% in einem Lösungsmittelgemisch aus Xylol und Methyl-ethylketon [0034] Die Stäbe in Beispiel 2 waren identisch mit den im obigen Beispiel 1 verwendeten, mit dem Unterschied, dass im Beispiel 2 Farben für die innere Abstufung verwendet wurden. Wie aus den unten in Tabelle 2 angeführten Ergebnissen ersichtlich ist, verursachten zwar die Farben eine Abnahme des mittleren Anstiegswertes von 1,055 %-Punkte auf 0,741 %-Punkte, innerhalb des Bereiches des Anstiegswertes von 0,280 bis 1,243 %-Punk-ten, dennoch blieben die Anstiegswerte noch hoch. TABELLE 2

Stab Nr. % Verlustfaktor bei 25°C (60Hz) 393,7 3937,0 V/mm V/mm Anstiegswert (%-Punkte) 8A 0,727 1,593 0,866 8B 0,865 1, 420 0,555 9A 0,862 1,420 0,558 9B 0, 977 2,220 1,243 10 0,860 1,700 0,840 11 0, 964 1, 677 0,713 12A 1,110 1,380 0,280 12B 0,535 1,563 1,028 13A 0, 624 1,303 0, 679 13B 0, 673 1,208 0,535 14A 0, 617 1,230 0, 613 14B 0,838 1,542 0,704 7/14 teiÄses patcBiamt AT 504 247 B1 2009-09-15 15A 0,395 1,036 0, 641 15B 0,397 1,005 0, 608 16A 0,398 1,195 0,797 16B 0,406 1,099 0, 693 17A 0, 687 1,400 0,713 17B 0,448 1,277 0, 829 18A 0, 670 1,560 0,890 18B 0,484 1,353 0, 869 19A 0,497 1,331 0,834 19B 0,716 1,357 0, 641 20A 0,397 1,261 0,864 20B 0,475 1,267 0,792 BEISPIEL 3 (ERFINDUNGSGEMAß) [0035] Drei Arten Glasfasergewebe wurden mit einem Gemisch überzogen, das durch Dispergieren von 7,06 Gewichtsteilen Kohlenstoffruß (Vulcan™ XC-72R, Cabot Co.) in einer Lösung von 40,00 Gewichtsteilen eines hochmolekularen linearen Copolymers aus Epichlorhydrin und Bisphenol A (EPOTUF™ 38-525, Reichhold Co.) in 141,18 Gewichtsteilen Methylethylketon hergestellt worden war. Dieses Gemisch entsprach 15,0% Kohlenstoff, bezogen auf Bindemittelfeststoffe und 25,0% Feststoffe. Die Arten der Glasfasergewebe waren Nr. 1070 (0,05 mm stark), Nr. 1610 (0,11 mm stark) und Nr. 1675 (0,11 mm stark). Die behandelten Glasfasergewebe wurden getrocknet, um das Lösungsmittel zu entfernen, und dann zu Bändern mit einer Breite von 2,54 oder 3,18 cm geschlitzt. Die behandelten Glasfaserbänder waren biegsam und hatten Oberflächenwiderstandswerte von 2,2 x 104 bis 9 x 104 Ohm je Quadrat, 5 x 104 bis 1 x 105 Ohm je Quadrat und 2 x 104 bis 1 x 106 Ohm je Quadrat. Die Glasgewebebänder wurden stumpf aneinanderstoßend um blanke Stäbe gewickelt und dann mit dem gleichen Glimmerbandsystem Ύ", wie in den Beispielen 1 und 2 eingesetzt, isoliert. Wie durch die in der nachfolgenden Tabelle 3 angegebenen Werte bewiesen wird, führten die fünf Stäbe mit einer inneren Abstufung mit den Glasgewebebändern zu Anstiegswerten, die stets niedrig waren und im Bereich des Anstiegswertes von unter -0,00165 bis 0,00112 %-Punkte lagen. TABELLE 3

Stab Nr. % Verlustfaktor bei 25 °C (60Hz) 393,7 3937,0 V/mm V/mm Anstiegswert (%-Punkte) 21A 0,483 0,550 0,067 21B 0,454 0,547 0,093 22A 0,374 0,479 0,105 22B 0,364 0,476 0,112 23A 0,416 0,506 0,090 8/14 fefcSRKWStfie pateBiamt AT 504 247 B1 2009-09-15 23B 0,455 0,535 0,080 24 0,249 0,300 0,051 25 0,864 0, 699 -0,165 BEISPIEL 4 (ERFINDUNGSGEMÄß) [0036] Ein Glasfasergewebe (Art Nr. 1610) wurde mit einem Gemisch überzogen, das durch Dispergieren von 5,45 Gewichtsteilen Koh-Ienstoffruß (Vulcan™ XC-72R, Cabot Co.) in einer Lösung von 40,00 Gewichtsteilen eines hochmolekularen linearen Copolymers aus Epichlorhydrin und Bisphenol A (EPOTUF™ 38-525, Reichhold Co.) in 136,35 Gewichtsteilen Me-thylethylketon hergestellt worden war. Dieses Gemisch entsprach 12,0% Kohlenstoff, bezogen auf Bindemittelfeststoffe und 25,0% Feststoffe. Das behandelte Glasfasergewebe wurde getrocknet, um das Lösungsmittel abzutrennen, und dann zu Bändern mit Breiten von 1,59 und 3,18 cm geschlitzt. Mehrere Partien von mit dem 12,0% Kohlenstoffgemisch behandelten Glasgewebebändern wiesen einen Oberflächenwiderstand im Bereich von 5 x 104 bis 1 x 106 Ohm je Quadrat auf. Das Glasgewebeband wurde stumpf aneinanderstoßend auf blanke Stäbe aufgewickelt und dann mit dem gleichen Glimmerpapierband System "Y", wie es für die Stäbe der Beispiele 1 und 2 verwendet worden war, isoliert. Drei Stäbe, die innerlich mit den mit 12,0% Kohlenstoffgemisch hergestellten Glasgewebebändern abgestuft worden waren, wiesen Anstiegswerte auf, die von kleiner als -0,043 bis 0,097 %-Punkte variierten, wie in den unten in Tabelle 4 angeführten Anstiegswerten gezeigt wird. TABELLE 4 % Verlustfaktor Anstiegswert bei 25°C 393,7 V/mm (60Hz) 3937,0 V/mm (%-Punkte) 26 0,383 0,340 -0,043 27 1,009 1,078 0,069 28 0,703 0,800 0,097 BEISPIEL 5 (ERFINDUNGSGEMAß) [0037] Ein Glasgewebetuch (Art Nr. 1610) wurde mit einem Gemisch behandelt, das durch Dispergieren von 4,94 Gewichtsteilen Kohlenstoffruß (Vulcan™ XC-72R, Cabot Co.) in einer Lösung von 40,00 Gewichtsteilen eines hochmolekularen linearen Copolymers aus Epichlorhydrin und Bisphenol A (EPOTUF™ 38-525, Reichhold Co.) in 134,82 Gewichtsteilen Me-thylethylketon hergestellt worden war. Dieses Gemisch entsprach 11,0% Kohlenstoff bezogen auf Bindemittelfeststoffe und 25,0% Feststoffe. Der Oberflächenwiderstand nach dem Trocknen zur Abtrennung des Lösungsmittels lag im Bereich von 3 x 104 bis 1 x 105 Ohm je Quadrat. Das behandelte Glasfasergewebe wurde zu einem 2,54 cm breiten Band geschlitzt, das stumpf aneinanderstoßend auf einen blanken Stab aufgewickelt wurde. Der Stab wurde mit dem gleichen Glimmerpapierband System Ύ" isoliert, das für die Stäbe der obigen Beispiele 1 und 2 verwendet wurde. Der Stab Nr. 29, der eine innere Abstufung mit dem Band dieses Beispieles 5 erhalten hatte, zeigte einen Anstiegswert von -0,116 %-Punkte, wie in der nachfolgenden Tabelle 5 dargestellt. 9/14 teiÄses patcBiamt AT 504 247 B1 2009-09-15 TABELLE 5 % Verlustfaktor Stab Nr. bei 25°C (60Hz) Anstiegswert 393,7 3937,0 (%-Punkte) V/mm V/mm 29 0,438 0,322 -0,116 BEISPIEL 6 (ERFINDUNGSGEMAß) [0038] Ein 0,1 mm dickes Band wurde aus einem Glasgewebetuch (Art Nr. 1675) hergestellt, das mit einem Gemisch überzogen war, das durch Dispergieren von 4,44 Gewichtsteilen Kohlenstoffruß (Vulcan™ XC-72R, Cabot Co.) in einer Lösung von 40,00 Gewichtsteilen eines hochmolekularen linearen Copolymers aus Epichlorhydrin und Bisphenol A (EPOTUF™ 38-525, Reichhold Co.) in 133,32 Gewichtsteilen Methylethylketon hergestellt worden war. Dieses Gemisch entsprach 10,0% Kohlenstoff, bezogen auf Bindemittelfeststoffe und 25,0% Feststoffe. Der Oberflächenwiderstand nach dem Trocknen zur Abtrennung des Lösungsmittels lag im Bereich von 9 x 104 bis 1 x 108 Ohm je Quadrat. Das behandelte Glasfasergewebe wurde zu einem 2,54 cm breiten Band geschlitzt, das stumpf aneinanderstoßend auf einen blanken Stab aufgewickelt wurde. Der Stab wurde mit dem gleichen Glimmerpapier-Bandsystem "Y" isoliert, das für die Stäbe der obigen Beispiele 1 und 2 verwendet worden war. Der Stab Nr. 30, der eine innere Abstufung mit dem Band des vorliegenden Beispieles 6 erhalten hatte, zeigte einen Anstiegswert von -0,236 %-Punkte, wie in der nachfolgenden Tabelle 6 angegeben. TABELLE 6 % Verlustfaktor Stab Nr. bei 25 °C (60Hz) Anstiegswert 393,7 3937,0 (%-Punkte) V/mm V/mm 30 0,683 0,447 -0,236 BEISPIEL 7 (ERFINDUNGSGEMAß) [0039] Ein 0,1 mm dickes Band wurde aus einem Glasgewebetuch (Art Nr. 1675) hergestellt, das mit einer Lösung aus 40,00 Gewichtsteilen eines hochmolekularen linearen Copolymers aus Epichlor-hydrin und Bisphenol A (EPOTUF™ 38-525, Reichhold Co.) in 120,00 Gewichtsteilen Methylethylketon behandelt worden war. Diese Behandlung entsprach 25,0% Feststoffen. Der Oberflächenwiderstand nach dem Trocknen zur Abtrennung des Lösungsmittels war unendlich, weil kein Kohlenstoff zugegen war. Das behandelte Glastuch wurde zu einem 2,54 cm breiten Band geschlitzt, das stumpf aneinanderstoßend auf einen blanken Stab aufgewickelt wurde. Der Stab wurde mit dem gleichen Glimmerpapierband System Ύ" isoliert, das für die Stäbe der obigen Beispiele 1 und 2 verwendet worden war. Der Stab Nr. 31, der mit dem Band dieses Beispieles 7 umwunden worden war, zeigte einen Anstiegswert von 0,760 %-Punkte, wie in der nachfolgenden Tabelle 7 gezeigt wird, wodurch demonstriert wird, dass das für die innere Abstufung des Stabes verwendete vorbehandelte Gewebeband einen leitfähigen Füller enthalten muss, wie Kohlenstoffoder Graphitteilchen, um niedrige Anstiegswerte zu erreichen. TABELLE 7 10/14 AT 504 247 B1 2009-09-15 &ic>'?icsisthes ßätefl:äl»t % Verlustfaktor Anstiegswert Stab Nr. bei 25°C (60Hz) (%-Punkte) 393,7 3937,0 V/mm V/mm 31 0,410 1,170 0,760 BEISPIEL 8 [0040] Isolierte Statorstäbe wurden auf ihre Durchschlagsfestigkeit getestet, eingetaucht in Öl, um einen Überschlag während des Testens zu vermeiden. Wie in der nachfolgenden Tabelle 8 gezeigt wird, trat eine deutliche Verbesserung in der Durchschlagsfestigkeit auf, wenn die vorbehandelten Glasgewebebänder gemäß der vorliegenden Erfindung für eine innere Abstufung verwendet wurden, wie in den obigen Beispielen 2 bis 6 veranschaulicht wurde. Der Oberflächenwiderstand der Bänder für die innere Abstufung, die für die Stäbe verwendet wurden, die auf Durchschlagsfestigkeit getestet wurden, lag im Bereich von 2 x 104 bis 1 x 108 Ohm je Quadrat. TABELLE 8

Stab Nr. Beispiel Nr. Anmerkung Durchschlagsfestigkeit (V/mm) 3 Beispiel 1 Keine innere Abstufung 24251,92 (Vergleich) 7 ” 27519,63 10 Beispiel 2 (Vergleich) innere Abstufung mit Farben 23503,89 11 " 24881,84 31 Beispiel 7 (Vergleich) Glasband, kein Kohlenstoff, Widerstand unendlich 23740,11 24 Beispiele 3-6 (erfindungsgemäß) Innere Abstufung mit Glasbändern, mit Kohlenstoff, 2 x 104 bis 1 x 108 Ohm je Quadrat 29251,91 29 ” " 28110,18 30 " " 27873,96 25 ” " 27992,07 27 ” " 32125,92 28 ” ” 30196,79 [0041] Die obigen Beispiele 1-7 zeigen die Ergebnisse der Anstiegswerte für 393, 7 V/mm bis 3937, 0 V/mm für die 31 Statorstäbe, die mit dem gleichen Isoliersystem getestet wurden, die sich aber unterscheiden hinsichtlich der Abwesenheit einer inneren Abstufung (Beispiel 1), Technologie nach dem Stand der Technik (Beispiel 2), innere Abstufung mit Gewebebändern, die mit einem leitfähigen Bindemittel vorbehandelt waren, gemäß der vorliegenden Erfindung (Beispiele 3-6), sowie ein Kontrollstab, worin das Gewebeband mit dem gleichen Bindemittelsystem vorbehandelt war, das in den Beispielen 3 bis 6 verwendet wurde, worin aber kein Kohlenstoff zum Einsatz gelangte (Beispiel 7). Diese Werte demonstrieren die deutliche Verbesserung der Anstiegswerte, die mit der vorliegenden Erfindung erzielt werden. Weiterhin zeigt das Beispiel 8 die überlegene Spannungsdurchschlagsfestigkeit, die mit den leitfähigen Bändern 11/14 öits'rsKäsches AT 504 247B1 2009-09-15 gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht wird, welche Bänder für die innere Abstufung verwendet werden, im Vergleich mit Stäben, die entweder keine interne Abstufung erfuhren, oder die innerlich mit kohlenstofffreien Farben abgestuft wurden.

[0042] Während die Erfindung im Zusammenhang mit demjenigen, was derzeit als die praktischste und bevorzugte Ausführungsform angesehen wird, beschrieben wurde, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die geoffenbarte Ausführungsform beschränkt sein soll, sondern im Gegenteil verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen einschließen soll, die im Rahmen und Geist der anschließenden Ansprüche gelegen sind. 12/14

Claims (10)

1. ÖitiffiiCSiSSiS paföBiämt AT 504 247 B1 2009-09-15 Patentansprüche 1. Isolierter Statorstab für eine dynamoelektrische Maschine, der mit einem Innenglimmschutz versehen ist, gekennzeichnet durch ein leitfähiges Band (7), das aus einem Gewebeträgerblatt gebildet ist, welches ein polymeres Bindemittelsystem enthält und ferner dieses Gewebeträgerblatt aus dispergierten Kohlenstoffteilchen in einer Polymermatrix besteht, und dieses leitfähige Band unmittelbar auf den Statorstab (1) aufgewickelt ist.
2. 2. Isolierter Statorstab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoffteilchen unter Kohlenstoffruß und Graphit ausgewählt sind.
3. 3. Isolierter Statorstab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die polymere Matrix wenigstens ein Polymer ist, ausgewählt aus der aus linearen Copolymeren von Epichlorhydrin und Bisphenol A, Epoxiden, ungesättigten Polyestern, Bismaleimiden, Polyimiden, Silicon- und Cyanat-esterharzen, Acrylnitril-Butadien-Styrolharzen, Neopren, Polyami-dimiden, Polybutylenterephthalat, Polycarbonaten, Polydimethylsiloxanen, Polyetherketonen, Polyetherimiden, Polyethersulfonen, Polyethylenen, Polyethylenterephthalat, Poly-methylmethacrylat, Polypropylen, Polystyrol, Polysulfonen und Polyurethanen bestehenden Gruppe.
4. 4. Isolierter Statorstab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerblatt ein Glasfasergewebe ist und dass die polymere Matrix ein lineares Copolymer aus Epichlorhydrin und Bisphenol A ist.
5. 5. Isolierter Statorstab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoffteilchen in einer Menge von größer als wenigstens etwa 5 Gew.-% vorliegen, bezogen auf das Gewicht des polymeren Bindemittelsystems.
6. 6. Isolierter Statorstab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoffteilchen in einer Menge zwischen etwa 10 und etwa 15 Gew.-% vorliegen, bezogen auf das Gewicht des polymeren Bindemittelsystems.
7. 7. Isolierter Statorstab für Anlagen zur Erzeugung von elektrischem Strom, mit niedrigen Anstiegswerten der Verlustfaktoren von kleiner als 0,250% und erhöhten Hochspannungsdurchschlagsfestigkeiten von über 27559,0 V/mm, nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein elektrisch leitendes Band (7), das die Außenseite des Statorstabes (1) bedeckt, worin das Band ein Glasfaser-Trägergewebe und ein polymeres Bindemittelsystem umfasst, welches Bindemittelsystem von dem Träger gestützt wird und in einer polymeren Bindemittelmatrix dispergierte Kohlenstoffteilchen aufweist, wobei die Bindemittelmatrix im Wesentlichen aus einem linearen Copolymer aus Epichlorhydrin und Bisphenol A besteht.
8. 8. Isolierter Statorstab nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass er niedrige Anstiegswerte der Verlustfaktoren von kleiner als etwa 0,250 %-Punkte aufweist.
9. 9. Isolierter Statorstab nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Hochspannungsdurchschlagsfestigkeit von größer als etwa 27559,0 V/mm aufweist.
10. 10. Statorstab nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoffteilchen in einer Menge von größer als wenigstens etwa 5 Gewichtsteilen, bezogen auf das Gewicht des polymeren Bindemittelsystems, vorliegen. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 13/14