Isolierter elektrischer Hochspannungsleiter, insbesondere Hochspannungsspule, und Verfahren zu dessen Herstellung Es ist sehr schwierig, glimmfreie, mechanisch ,starke Isolierungen für elektrische Leiter unter Ver wendung von band- oder bogenförmigem Isolier material, das um die Leiter in mehreren Schichten gewickelt wird, herzustellen. Dabei auftretende Pro bleme sollen im Anschluss an die folgende Beschrei bung der Herstellung einer als Beispiel gewählten Gruppe von Produkten, Hochspannungsspulen, näher behandelt werden.
Die Herstellung von Hochspannungsspulen er folgt oft in der Weise, dass aus einzelnen Leitern zusammengesetzte Leiterbündel in mehreren Schich ten mit Glimmerband oder Glimmerbogen umwickelt werden, die aus Glimmerschuppen bestehen, die an einem band- bzw. bogenförmigen Trägermaterial aus z. B. Papier, Seidengewebe oder Glasgewebe befestigt sind, wonach die umwickelten Leiterbündel einer weiteren Behandlung unterworfen werden, die ge wöhnlich in einer Imprägnierung mit einem Impräg- nierungsmittel und einer darauf folgenden Formung der Isolierung besteht.
Vor der Imprägnierung wer den gewöhnlich soweit wie möglich Feuchtigkeit und andere flüchtige Bestandteile durch eine Vakuum behandlung entfernt. Der Zweck der Imprägnierung ist, in der Isolierung vorkommende Hohlräume aus zufüllen und dadurch der Isolierung gute elektrische und mechanische Eigenschaften zu verleihen. Damit dies Ausfüllen zufriedenstellend wird, geschieht die Imprägnierung oft durch ein Vakuum-Druckverfah- ren und unter Verwendung von Asphalt oder einem flüssigen Plastmaterial ohne Lösungsmittel als Im prägnierungsmittel.
Ein unvollständiges Ausfüllen hat zur Folge, dass Glimmen, d. h. elektrische Gasent ladungen, in den übriggebliebenen Hohlräumen der Isolierung entstehen, wenn die Isolierung elektrischen Beanspruchungen ausgesetzt wird. Dieses Glimmen zerstört das Isoliermaterial und die Isolierung bei Beanspruchungen, die wesentlich niedriger als die sind, die die Isolierung aushalten würde, wenn keine Hohlräume vorhanden wären. Durchschlag und an dere elektrische Fehler treten somit nach bedeutend kürzerer Zeit und bei niedrigeren Beanspruchungen in einer unvollständig ausgefüllten Isolierung auf als in einer vollständig ausgefüllten.
Ein Faktor, der bei Isolierung von Spulen in der beschriebenen Weise von grösster Bedeutung ist, ist, dass die Isolierbänder leicht an den Leitern an gebracht werden können und dass sie an sich eine gute Festigkeit haben, so dass sie unter Anziehen aufgewickelt werden können. Es ist dann möglich, dicht gewickelte Isolierungen zu erreichen.
Als Bindemittel für die beschriebenen Bänder hat man seit langem Schellack, Asphalt oder synthe tische Harze verwendet, wie Alkydharze. Das Binde mittel ist bei seinem Anbringen auf Glimmerschuppen oder Trägermaterial in einem Lösungsmittel auf gelöst. Nach Zusammenfügen von Glimmer und Trägermaterial mit der dazwischenliegenden Binde mittelschicht wird das zusammengesetzte Isoliermate rial gewöhnlich einer Wärmebehandlung unterwor fen, um so viel Lösungsmittel wie möglich zu ent fernen.
Seit man entdeckt hat, dass die genannten Bindemittel in den Glimmerbändern bei Imprägnie rung von Isolierungen, die in der vorhin beschriebe nen Weise aufgebaut sind, das Eindringen des Im prägnierungsmittels beträchtlich verschlechtern, hat man versucht, in verschiedener Weise ihre Ver wendung zu vermeiden.
Man hat vorgeschlagen, in den Bändern ein leichtflüchtiges Bindemittel anzuwenden, das nach dem Aufwickeln des Bandes verflüchtigt, bevor die Isolierung imprägniert wird. Diese Verwendung eines leichtflüchtigen Bindemittels in den Bändern hat je doch zur Folge, dass die Herstellung der Isolierung durch den für das Entfernen des Bindemittels er forderlichen Prozess kompliziert und verteuert wird, und ausserdem müssen wegen der Flüchtigkeit des Bindemittels besondere Massnahmen bei der Lage rung der Bänder getroffen werden.
Aus einem Trägermaterial, z. B. Glasgewebe, und an diesem punktweise festgeleimten oder fest genähten Glimmerschuppen bestehende Glimmerbän- der sind auch bekannt. Derartige Glimmerbänder enthalten kein oder praktisch kein Bindemittel, das das Eindringen des Imprägnierungsmittels verhindert.
Ein punktweises Anleimen des Glimmers an die Unterlage gibt jedoch den Bändern keinen zufrieden stellenden Zusammenhalt, so dass die Glimmerschup- pen bei Umwickeln eines Leiters sich leicht vorn Trägermaterial lösen,- und ein mechanisches An nähen der Glimmerschuppen bringt eine elektrische und mechanische Schwächung des Glimmers mit sich.
Ausserdem ist das Handhaben der Bänder schwierig, da die Glimmerschuppen leicht dadurch beschädigt werden können, dass die ausserhalb der Be festigungspunkte liegenden Teile der Glimmerschup- pen abgebrochen werden können. Ferner haben die Bänder eine durch das punktweise Befestigen ver ursachte unerwünschte Steifheit. Um die mit dem punktweisen Befestigen zusammenhängenden Un- gelegenheiten bei den Glimmerbändern zu vermeiden, hat man dieselben durch ein Umspinnen mit Fäden in der Querrichtung des Bandes an dem Träger material befestigt.
Dies letztgenannte Band hat je doch ausser der umständlichen Herstellung den Nach teil, dass die Fäden auf der Oberfläche des Bandes beim Umwickeln eines Leiters ein effektives An ziehen desselben erschweren, wodurch eine aus meh reren Schichten des Bandes aufgebaute Isolierung nicht dicht genug ist.
Es sind auch Glimmerbänder bekannt, bei denen das Bindemittel so gewählt worden ist, dass es im Imprägnierungsmittel löslich ist, wodurch das Binde mittel nur ein temporäres Hindernis für das Ein dringen des Imprägnierungsmittels ist. Als solche Bindemittel sind flüssige Polymere, z. B. lineare flüssige Polyesterharze, Arylalkenpolymere, wie flüs siges Polymethylmethakrylat, weiter u. a. flüssige Kumaron- und Indenpolymere verwendet worden.
Bei Anwendung dieser Produkte als Bindemittel werden sie aufgelöst in Lösungsmitteln auf das Trä germaterial oder die Glimmerschuppen appliziert, wonach soviel wie möglich vom Lösungsmittel aus dem erhaltenen zusammengesetzten Isoliermaterial entfernt wird. Einer der grössten Nachteile dieser Glimmerbänder ist, dass die Bindemittel als solche flüchtige Komponenten enthalten, oder dass sie bei der Behandlung, der sie unterworfen werden, wenn ;sie zur Herstellung von Hochspannungsspulen ver wendet werden, solche abgeben.
Ferner kommen Lösungsmittelreste vor, die nicht ganz vom Band entfernt werden können. Die genannten flüchtigen Bestandteile des Polymers selbst und die genannten Lösungsmittelreste kommen nicht nur in der Binde mittelschicht, sondern auch zwischen den Glimmer schuppen und in den Poren des Trägermaterials vor, wo es besonders schwer ist, sie zu entfernen, und wo sie, wenn sie nicht entfernt werden, Hohlräume ver ursachen können, in denen Glimmen vorkommen kann. Ein weiterer Nachteil dieser Bänder ist, dass sie wegen des Aggregatzustands des Bindemittels klebrig sein können und dann schwer zu handhaben sind.
Die erstgenannten Isoliermaterialien mit festen und nicht löslichen Bindemitteln für die Bänder, wie Schellack und Alkydlacke, haben teils den Nach teil, dass sie steif sind, weshalb es schwer ist, mit ihnen dichte Wicklungen zu erhalten, und teils die Nachteile, die im vorstehenden Teil behandelt worden sind und die damit zusammenhängen, dass sie in einem Lösungsmittel aufgelöst appliziert werden.
In diesem Fall ist das Vorkommen von Bindemitteln in der Glimmerschicht und im Trägermaterial be denklicher, da es auf Grund seiner Unlöslichkeit im Imprägnierungsmittel das Eindringen des letzteren erschwert und nicht verhindert, dass Hohlräume zwischen den Isolierbandschichten, sondern auch in der Glimmerschicht oder im Trägermaterial vor kommende, vom Bindemittel verstopfte Poren aus gefüllt werden.
Um das Eindringen des Imprägnierungsmittels in eine Isolierung aus Glimmerband zu erleichtern, ist es weiter bekannt, nicht nur ein flüssiges Binde mittel anzuwenden, das im Imprägnierungsmittel löslich ist, sondern auch gleichzeitig mit diesem Bindemittel ein im Imprägnierungsmittel lösliches Trägermaterial in der Form einer in zwei Richtungen gestreckten Polystyrenfolie zu verwenden.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, einen iso lierten Hochspannungsleiter zu schaffen, dessen Ban dage einerseits nicht die genannten Nachteile der beschriebenen Bänder mit einem Harzbindemittel hat, die damit zusammenhängen, dass die Binde mittel flüchtige Bestandteile enthalten - ob nun diese Komponenten des Bindemittels selbst sind oder Lösungsmittelreste - oder damit, dass die Bindemittel an sich steif nach ihrer Applizierung sind, und ander seits nicht die ebenfalls genannten Nachteile der bindemittelfreien Bänder hat, die darin bestehen,
dass die Bänder auf Grund ihres konstruktiven Auf baus und ihrer schlechten mechanischen Eigenschaf ten schwer zu applizieren sind. Das Ziel der Er findung ist eine Isolierung, die kein Bindemittel mit flüchtigen Komponenten oder Lösungsmittelresten und kein Bindemittel, das in die Glimmerschuppen- schicht oder in das Trägermaterial eingedrungen ist, enthält. Es soll ferner ausserordentlich geschmeidig, mechanisch stark und trocken und deshalb leicht auf einen Leiter aufzutragen sein.
Die Erfindung betrifft somit einen isolierten elektrischen Hochspannungsleiter, insbesondere eine Hochspannungsspule, dessen Isolierung eine mit einem vollständig polymerisierten Harz imprägnierte Bandage aus einem in mehrere Schichten um den Leiter gewickeltem Isoliermaterial aufweist, welches Isoliermaterial eine zusammenhängende, selbsttra gende Schicht aus einander überlappenden Glimmer- schüppchen, eine zusammenhängende Schicht eines Trägermaterials für die Glimmerschüppchenschicht und eine dazwischenliegende Schicht eines Binde mittels umfasst, das die Glimmerschüppchenschicht an das Trägermaterial bindet,
und welches Harz nach der Imprägnierung, bei der es flüssig ist, ein in festen Zustand übergeführtes Produkt ist. Der isolierte Hochspannungsleiter ist dadurch gekenn zeichnet, dass das Bindemittel eine weichmacherfreie Thermoplastfolie ist, an der einerseits die angren zende Fläche der Glimmerschüppchenschicht und anderseits die angrenzende Fläche des Trägermate rials befestigt ist.
Die Glimmerschüppchenschicht besteht zweck mässig aus einem bekannten bindemittelfreien, selbst tragenden Band oder Bogen von einander über lappenden Glimmerschüppchen, die nach bekannten Methoden hergestellt sind, z.
B. durch Spalten von gewöhnlichen Glimmerschuppen, wobei die Glim- merschuppen erst erwärmt und dann nacheinander der Einwirkung von zwei Lösungen ausgesetzt wer den, die unter Gasentwicklung mit einander reagie ren, wonach die dabei gespaltenen Glimmerschuppen mit Wasser zu einem Brei gerührt und schliesslich zu einem bogenförmigen Material geformt wird nach einer Methode, die der bei der Herstellung von Papier angewandten ähnlich ist.
Das Trägermaterial kann aus als Trägermaterial für Glimmerschuppen gewöhnlich verwendetem Material, wie Glasgewebe, Glasgewebeband, Bändern oder Geweben am ande rem Fasermaterial, wie Asbest, Baumwolle, Seide; Papier, bestehen. Glasfaserprodukte sind besonders geeignet, teils wegen ihrer guten mechanischen Eigen schaften, teils wegen ihrer guten thermischen Wider standskraft.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemässen Hochspan nungsleiters, insbesondere einer Hochspannungsspule. Dieses Verfahren, bei dem ein Isoliermaterial um den Leiter in mehreren Schichten zu einer Bandage gewickelt wird, welches Isoliermaterial eine zusam menhängende, selbsttragende Schicht aus einander überlappenden Glimmerschüppchen, eine zusammen- hängende Schicht eines Trägermaterials für die Glim- merschüppchenschicht und eine dazwischenliegende Schicht eines Bindemittels umfasst,
das die Glimmer schüppchenschicht an das Trägermaterial bindet, und bei dem der mit der Isolierung versehene Leiter mit einem vollständig polymerisierbaren Harz impräg niert und das Harz danach in festen Zustand über geführt wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass als Bindemittel eine weichmacherfreie Thermoplastfolie verwendet wird, an der durch eine Wärmebehandlung einerseits die angrenzende Fläche der Glimmer schüppchenschicht und anderseits die angrenzende ' Fläche des Trägermaterials befestigt wird.
Unter als Bindemittelmaterial besonders geeigne ten Folien können solche aus Polyäthylenglykolter- phtalat oder Polykarbonat genannt werden. Auf dem Markt vorkommende Folietypen aus diesen Thermo plasten enthalten keine Weichmacher oder Lösungs mittel. Sie haben die in diesem Zusammenhang wichtige Eigenschaft, dass sie keine Komponenten enthalten, die bei den Verhältnissen, die während der verschiedenen Schritte der Herstellung einer iso lierten Spule herrschen, flüchtig sind. Sie werden bei den genannten Bedingungen auch nicht unter Bildung derartiger Komponenten zerteilt.
Ferner haben die Folien die Eigenschaft, dass sie durch Erwärmen dazu gebracht werden, an der Glimmerschicht und an dem Trägermaterial zu haften, nur je auf der Oberfläche dieser Schichten, ohne in die Poren dieser Materialien einzudringen. Sie bilden dadurch kein Hindernis für das Eindringen des Imprägnie- rungsmittels in die Glimmerschicht und das Träger material.
Dass die Bindemittelfolien nur an den Oberflächen der umgebenden Schichten haften, so dass die Glimmerschüppchenschicht und das Träger material vollständig mit dem verwendeten Impräg- nierungsharz ausgefüllt werden können, ohne vom Bindemittel gehindert zu werden, ist eine 'besonders wichtige Eigenschaft der Erfindung.
Auch Folien aus anderem Thermoplastmaterial, wie Polyamid, Polystyren, Polyäthylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid und Polyvinylidenchlorid, können in gewissen Fällen verwendet werden, nämlich wenn die Herstellung der isolierenden Leiter unter solchen Bedingungen stattfindet, dass die Thermoplaste wäh rend der verschiedenen Herstellungsschritte - keine flüchtigen Bestandteile abgeben, z. B. bei solchen Temperaturen, dass keine Gefahr für thermische Spaltteig des Thermoplasts entsteht.
Die Thermo- plastfolie ist vorzugsweise dünner als die Glimmer- schicht und das Trägermaterial.
Um das Eindringen eines Imprägnierungsmittels in eine Isolierung zu erleichtern, die aus mehreren Schichten um einen Leiter gewickelten Isoliermate rials besteht, kann es zweckmässig sein, das Isolier material mit über dasselbe verteilten Perforierungen zu versehen. Die Summe der Flächen der Perforie- rungen innerhalb des verwendeten Stücks des Iso liermaterials beträgt dabei zweckmässig 0,2 bis 10, vorzugsweise 0;5 bis 5 Prozent desselben Stücks inf unperforiertem Zustand.
Durch Perforieren innerhalb der angegebenen Grenzen schliesst man das Risiko aus, dass die Löcher in den verschiedenen Schichten der Bandage aufeinander fallen und durchgehende Löcher in der Isolierung bilden.
Die Erfindung soll an Hand von Ausführungs beispielen näher beschrieben werden, unter Hinweis auf -die beigefügte Zeichnung, in der Fig. 1 ein iso lierter Leiter zeigt. Fig.2 zeigt schematisch eine Anordnung zur Herstellung des Isoliermaterials, Fig. 3 einen elektrischen Leiter, der mit einer Ban dage aus einem unperforierten Isoliermaterial ver sehen ist, und Fig. 4 auch einen elektrischen Leiter, der mit einer Bandage aus einem perforierten Iso liermaterial versehen ist.
In Fig. 3 und 4 sind gewisse Partien der Isolierung entfernt, um ihren Aufbau deutlicher zu zeigen.
Das Isolierband 10 nach Fig.l enthält eine bindemittelfreie Folie 11 aus einander überlappenden kleinen Glimmerschüppchen. Die Folie 11 ist an einem Trägermaterial 12 befestigt, das aus einem Glasgewebeband mit einem Bindemittel- in der Form einer Polyäthylenglykolterephtalatfohe 13 besteht, z. B. aus Mylar (eingetragenes Warenzeichen).
Die Breite des Isolierbandes 10 kann z. B. 25 mm sein, die Dicke der Glimmerfolie 11 z. B. 0,09 mm, des Glasgewebes 12 z. B. 0,04 mm und der Poly- äthylenglykolterephtalatfolie 13 z. B. 0,006 mm.
Das Isolierband 10 kann gemäss Fig.2 in der Weise hergestellt werden, dass die Glimmerfolie 11, das Glasgewebeband 12 und die Thermoplastfolie 13 von Vorratsrollen 14, 15 und 16 zusammenge führt werden und zwischen zwei erwärmten Walzen 17 und 18 passieren können.
Beim Passieren der Walzen 17 und 18, die eine Temperatur von etwa 300 C haben können, wird die Thermoplastfolie 13 mehr oder weniger flüssig mit dem Ergebnis, dass sie sowohl an der Glimmerfolie 11 wie am Glasband 12 haftet. Die Thermoplastfolie haftet an der Fläche der umgebenden Materialien, ohne in sie einzudringen. Nachdem die Folie abgekühlt ist, erhält man ein zusammengesetztes Isolierband 10 mit gutem Zusammenhalt zwischen den einzelnen Komponenten.
Das Isolierband kann gemäss Fig. 3 zur Isolierung eines Leiterbündels 19 verwendet werden, das einen Teil einer Hochspannungsspule ausmacht. In dem dargestellten Beispiel besteht die Spule 19 aus meh reren separaten Leitern 20. Die Zahl der Leiter 20 kann beispielsweise 10 sein und der Querschnitt eines jeden 2,5 mm X 10 mm. Die Leiter 20 sind dadurch voneinander isoliert, dass sie mit Glasgarn 21 umsponnen und mit einem Bindemittel, z. B.
einem Epoxiharz, einem Alkydplast, einem Phenol plast, das danach gehärtet wird, imprägniert sind. Bei der Isolierung des Leiterbündels 19 wird dieses schichtweise mit z. B. halber überlappung mit dem oben beschriebenen Isolierband 10 umwickelt. Nach dem das ganze Bündel mit einer Isolierung versehen ist, die aus z.
B. dreissig übereinander gelegenen Isoherbandschichten und einer schützenden Umwick lung mit ohne überlappung appliziertem Glasband 22 besteht, wird die Wicklung erst bei einem Druck, der niedriger ist als 1 mm Hg, und bei einer Tem peratur von 40 C getrocknet, wonach das Impräg- nierungsmittel bei dem genannten Druck zugeführt und das umwickelte Bündel einem Druck von z. B. 10 kpjcm2 ausgesetzt wird. Das Imprägnierungs- mittel kann z.
B. aus einem ungesättigten Polyester- harz bestehen, das aus Adipinsäure (11 Molprozent), Phtalsäureanhydrid (11 Molprozent), Maleinsäure- anhydrid (23 Molprozent) und Äthylenglykol (55 Molprozent) besteht und teils mit Diallylphtalat in solchen Mengen versetzt ist,
dass das Diallylphtalat 40 % der Gesamtmenge des Esterharzes und Diallyl- phtalats ausmacht, und teils mit Benzoylperoxid in einer Menge, die 1 % des Gewichts der Mischung entspricht.
Das Esterharz selbst wird durch Reaktion einer Mischung der genannten Säuren und Alkoholien in einer inerten Atmosphäre hergestellt durch Er höhung der Temperatur auf 220 C und Beibehalten dieser Temperatur, bis die Säurezahl des Reaktions produkts etwa 30 ist. Damit das Imprägnierungs- mittel während der darauffolgenden Härtung nicht aus der Isolierung herausdringt, kann das impräg nierte Leiterbündel mit seiner Isolierung mit einem Dichtungsband 23 aus Teflon, Nylon oder derglei chen umgeben werden.
Das Leiterbündel kann dann in ein Formwerkzeug zum Härten des Imprägnie- rungsmittels placiert werden. Bei Verwenden des genannten Polyesterharzes kann die Härtung bei einer Temperatur von 130 C während einer Zeit von einer Stunde stattfinden.
Fig.4 zeigt ein Leiterbündel, das in derselben Weise und unter Verwendung desselben Materials wie das Leiterbündel nach Fig. 3 isoliert worden ist, mit der Ausnahme, dass das Isolierband 10 mit Perforierungen 24 versehen ist. Die Perforierung des Bandes kann z. B. dadurch erhalten werden, dass das Band eine Walze mit Spikernägeln passiert, die einen Durchmesser von 1 mm haben, wobei jeder cm2 der Folienfläche z. B. drei Perforierungen er hält. Das Eindringen des Imprägnierungsmittels wird durch die Perforierungen im Isoliermaterial in hohem Grade erleichtert.
Für die vollständige Ausfüllung der Isolierung ist nur ungefähr ein Sechstel der Zeit aufzuwenden, die für die vollständige Ausfüllung einer entsprechenden Isolierung mit einem Isolier band ohne Perforierungen erforderlich ist.
Anstelle des angegebenen Polyesterharzes kann zur Herstellung der Wicklungen nach Fig. 3 und 4 ein Epoxiharz benutzt werden, das z. B. aus 85 Gewichtsteilen des Epoxiharzes Araldit F , 100 Gewichtsteilen des Härters 905 und 15 Gewichts teilen Phenylglycidyläther besteht, verwendet wer den.
Die Trocknung und Imprägnierung der Wick lung erfolgt bei einem Druck von etwa 0,1 mm Hg. Nach Zufuhr des Imprägnierungsmittels wird ein Druck von etwa 25 kp/cm2 appliziert. Die Här tung findet in diesem Fall bei einer Temperatur von ungefähr 160 C während einer Zeit von vier bis sechs Stunden statt. Im übrigen erfolgt die Her stellung mit Verwendung desselben Materials und unter denselben Bedingungen wie den in Zusammen hang mit der Herstellung der Spulen mit dem ge nannten ungesättigten Polyesterharz als Imprägnie- rungsmittel angegebenen.
Anstelle der angegebenen Polyäthylenglykoltere- phthalatfolie kann eine ähnliche Polykarbonatfolie verwendet werden. Die Herstellung des Isoliermate rials nach Fig. 1 und 2 erfolgt dabei unter denselben Bedingungen wie für die Polyäthylenglykolterephta- latfolie. Auch die Herstellung -der isolierten Leiter nach Fig. 3 und 4 geschieht in derselben Weise wie bei Verwendung einer Polyäthylenglykolterephtalat- folie,
sowohl bei Verwendung von Polyesterharz als auch- bei Verwendung von Epoxiharz als Impräg- ni.erungsmittel.
Es ist offensichtlich, dass man Bänder gemäss Fig. 1 auch mit einer anderen Thermoplastfolie als einer Polyäthylenglykolterephtalatfolie oder einer Polykarbonatfolie herstellen kann, z. B. mit einer Folie aus irgendeinem anderen der früher genannten Thermoplaste, z. B. nach einer Methode gemäss Fig. 2.
Es ist klar, dass die Temperatur der Walzen 17 und 18 in jedem einzelnen Fall der Temperatur angepasst werden muss, bei der das in Frage stehende Folienmaterial solche Eigenschaften bekommt, dass es an der Glimmerfolie und dem Glasgewebeband haftet. Es ist auch offensichtlich, dass andere Träger materialien als Glasgewebeband im Isolierband zur Anwendung kommen können, u. a. Bänder oder Gewebe aus anderem Fasermaterial, wie Asbest, Baumwolle, Seide, Papier.
Die Dicke des Isolierbandes sowie die Dicken seiner Komponenten können variiert werden. Die Anzahl der Schichten des Isolierbandes in der Iso lierung eines Leiters kann natürlich auch je nach dem Aufbau des Isolierbandes und der erforder lichen elektrischen Festigkeit der Isolierung variiert werden.
Selbstverständlich kann auch die Breite des Iso liermaterials variiert werden. Es kann z. B. so breit sein, dass es als Bogen angesprochen werden müsste. Isoliermaterial mit einer Breite, die der Länge der geraden Nutenteile von Hochspannungsspulen ent spricht, kann somit mit Vorteil zur Isolierung dieser Nutenteile verwendet werden, indem das Isolier material um die Nutenteile in mehreren aufeinander liegenden Schichten gewickelt wird.
Ausser dem beschriebenen vollständig polymeri- sierbaren Imprägnierungsmittel können u. a. mehrere andere im Handel zugängliche ungesättigte Poly esterharze und Epoxiharze sowie andere vollständig polymerisierbare Harze verwendet werden. Obwohl viele für die Imprägnierung elektrischer Isolierungen geeignete ungesättigte Polyesterharze und Epoxiharze bekannt sind, sollen noch einige Beispiele ,solcher Harze genannt werden. So kann z.
B. ein Impräg- nierungsmittel, das aus 60 Gewichtsteilen eines Reak tionsproduktes von 3 Mol Maleinsäureanhydrid, 1 Mol Adipinsäure, 4,4 Mol Äthylenglykol, das ge mäss dem früher beschriebenen Prozess mit einer Säurezahl von 30 hergestellt worden ist, 40 Ge wichtsteilen Diallylphtalat und 0,75 Gewichtsteilen Benzolperoxyd besteht, verwendet werden, sowie z.
B. ein Imprägnierungsmittel, das aus 70 Gewichts teilen eines Reaktionsproduktes von 1 Mol Fumar- säure, 1. Mol Phtalsäure und 2,2 Mol Propylenglykol, die zu einer Säurezahl von 25 reagiert haben, und aus 30 Gewichtsteilen Monostyren und 0,5 Gewichts teilen Benzoylperoxyd besteht.
Unter den geeigne ten Epoxyharzen kann ein Produkt genannt werden, das aus 100 Gewichtsteilen Egon 820 und aus 65 Gewichtsteilen Hexahydrophtalanhydrid besteht, weiter ein Produkt, das aus 100 Gewichtsteilen Dow 331 und 65 Gewichtsteilen Tetrahydrophtalanhydrid besteht.
Der Leiter, der isoliert werden soll, braucht natürlich nicht, wie in Fig. 3 und 4 der Fall ist, aus einem Bündel von mehreren einzelnen Leitern zu bestehen, sondern er kann genau so gut ein Einzelleiter sein.
Insulated high-voltage electrical conductor, in particular high-voltage coil, and method for its production It is very difficult to produce non-corrosive, mechanically strong insulation for electrical conductors using strip or arched insulation material that is wrapped around the conductor in several layers. Problems occurring in this context will be dealt with in more detail after the following description of the manufacture of a group of products, high-voltage coils, chosen as an example.
The production of high-voltage coils he often follows in such a way that bundles of conductors composed of individual conductors are wrapped in several layers th with mica tape or mica sheets, which consist of mica flakes that are attached to a tape or sheet-like carrier material from z. B. paper, silk fabric or glass fabric are attached, after which the wrapped conductor bundles are subjected to a further treatment, which usually consists in an impregnation with an impregnating agent and a subsequent shaping of the insulation.
Before the impregnation, moisture and other volatile components are usually removed as far as possible by vacuum treatment. The purpose of impregnation is to fill voids that occur in the insulation and thereby give the insulation good electrical and mechanical properties. In order for this filling to be satisfactory, the impregnation is often done by a vacuum pressure process and using asphalt or a liquid plastic material without solvents as the impregnation agent.
Incomplete filling in results in glowing, i.e. H. electrical gas discharges that arise in the remaining voids in the insulation when the insulation is exposed to electrical stresses. This smoldering destroys the insulating material and the insulation at stresses which are significantly lower than what the insulation would withstand if there were no voids. Breakdown and other electrical faults occur after a significantly shorter time and with lower loads in an incompletely filled insulation than in a completely filled one.
One factor which is of the greatest importance in insulating coils in the manner described is that the insulating tapes can be easily attached to the conductors and that they have good strength in themselves so that they can be wound up with tightening. It is then possible to achieve tightly wrapped insulation.
Shellac, asphalt or synthetic resins such as alkyd resins have long been used as binders for the tapes described. The binding agent is dissolved in a solvent when it is applied to mica flakes or carrier material. After the mica and the carrier material have been joined together with the intermediate layer of binder, the composite insulating material is usually subjected to a heat treatment in order to remove as much solvent as possible.
Since it has been discovered that the said binders in the mica tapes when impregnation of insulation, which are constructed in the manner described above, considerably impair the penetration of the impregnation agent, attempts have been made to avoid their use in various ways.
It has been proposed to use a volatile binder in the tapes, which volatilizes after the tape has been wound up before the insulation is impregnated. However, this use of a volatile binder in the tapes has the consequence that the production of the insulation is complicated and expensive due to the process required to remove the binder, and, in addition, because of the volatility of the binder, special measures must be taken when storing the tapes to be hit.
From a carrier material, e.g. B. glass fabric, and existing mica strips on this glued or firmly sewn mica flakes are also known. Such mica tapes contain no or practically no binding agent which prevents the penetration of the impregnating agent.
Point-wise gluing the mica to the base does not give the tapes a satisfactory cohesion, however, so that the mica flakes are easily detached from the carrier material when a conductor is wrapped, and mechanical sewing of the mica flakes brings about an electrical and mechanical weakening of the mica themselves.
In addition, the tapes are difficult to handle, since the mica flakes can easily be damaged in that the parts of the mica flakes lying outside the attachment points can be broken off. Furthermore, the bands have an undesirable stiffness caused by the point-wise fastening. In order to avoid the inconveniences associated with the point-wise fastening of the mica tapes, they have been fastened to the carrier material by spinning them with threads in the transverse direction of the tape.
This last-mentioned tape has, however, in addition to the cumbersome production, the disadvantage that the threads on the surface of the tape when wrapping a conductor make it difficult to pull it effectively, whereby an insulation composed of several layers of the tape is not tight enough.
There are also known mica tapes in which the binder has been chosen so that it is soluble in the impregnation agent, whereby the binding agent is only a temporary obstacle to the penetration of the impregnation agent. Liquid polymers, e.g. B. linear liquid polyester resins, arylalkene polymers, such as flüs termed polymethyl methacrylate, further u. a. liquid coumarone and indene polymers have been used.
When using these products as binders, they are dissolved in solvents on the carrier material or applied to the mica flakes, after which as much as possible of the solvent is removed from the composite insulating material obtained. One of the major disadvantages of these mica tapes is that the binders as such contain volatile components or that they give off volatile components during the treatment to which they are subjected when they are used for the manufacture of high-voltage coils.
There are also solvent residues that cannot be completely removed from the tape. The above-mentioned volatile constituents of the polymer itself and the above-mentioned solvent residues occur not only in the binding middle layer, but also between the mica scales and in the pores of the carrier material, where it is particularly difficult to remove them, and where they are when they are not can be removed, cavities can cause ver, in which glow can occur. Another disadvantage of these tapes is that, because of the aggregate state of the binder, they can be sticky and difficult to handle.
The first-mentioned insulating materials with solid and insoluble binders for the tapes, such as shellac and alkyd varnishes, partly have the disadvantage that they are stiff, which is why it is difficult to obtain tight windings with them, and partly the disadvantages mentioned in the previous part have been treated and which are related to the fact that they are applied dissolved in a solvent.
In this case, the presence of binders in the mica layer and in the carrier material is more problematic, as it makes it difficult for the latter to penetrate due to its insolubility in the impregnation agent and does not prevent voids between the layers of insulating tape, but also in the mica layer or in the carrier material , pores blocked by the binder are filled.
In order to facilitate the penetration of the impregnation agent into an insulation made of mica tape, it is also known not only to use a liquid binding agent that is soluble in the impregnation agent, but also simultaneously with this binding agent a carrier material soluble in the impregnation agent in the form of one in two directions Use stretched polystyrene film.
The aim of the present invention is to create an insulated high-voltage conductor whose band on the one hand does not have the disadvantages of the described tapes with a resin binder, which are related to the fact that the binder contains volatile constituents - whether these are components of the binder itself or solvent residues - Or with the fact that the binding agents are inherently stiff after their application and, on the other hand, do not have the disadvantages of the binding agent-free tapes, which are also mentioned, which consist in
that the tapes are difficult to apply due to their construction and their poor mechanical properties. The aim of the invention is an insulation which does not contain any binding agent with volatile components or solvent residues and no binding agent which has penetrated into the mica flake layer or into the carrier material. It should also be extraordinarily supple, mechanically strong and dry and therefore easy to apply to a conductor.
The invention thus relates to an insulated electrical high-voltage conductor, in particular a high-voltage coil, the insulation of which comprises a bandage impregnated with a fully polymerized resin made of an insulating material wrapped around the conductor in several layers, which insulating material is a cohesive, self-supporting layer of overlapping mica flakes, a continuous layer of a carrier material for the mica flake layer and an intermediate layer of a binding agent that binds the mica flake layer to the carrier material,
and which resin after impregnation in which it is liquid is a solidified product. The insulated high-voltage conductor is characterized in that the binder is a plasticizer-free thermoplastic film to which the adjoining surface of the mica flake layer on the one hand and the adjoining surface of the carrier material on the other hand is attached.
The mica flakes are conveniently made of a known binder-free, self-supporting tape or sheet of mutually overlapping mica flakes, which are made by known methods, for.
B. by splitting ordinary mica flakes, whereby the mica flakes are first heated and then successively exposed to the action of two solutions that react with each other with evolution of gas, after which the split mica flakes are stirred with water to a paste and finally to one Sheet material is formed using a method similar to that used in the manufacture of paper.
The carrier material can consist of material commonly used as a carrier material for mica flakes, such as glass fabric, glass fabric tape, ribbons or fabrics on other fiber material such as asbestos, cotton, silk; Paper, consist. Glass fiber products are particularly suitable, partly because of their good mechanical properties, partly because of their good thermal resistance.
The invention also relates to a method for producing a high-voltage conductor according to the invention, in particular a high-voltage coil. This method, in which an insulating material is wrapped around the conductor in several layers to form a bandage, the insulating material being a contiguous, self-supporting layer of overlapping mica flakes, a contiguous layer of a carrier material for the mica flake layer and an intermediate layer of a binder includes,
that binds the mica flake layer to the carrier material, and in which the conductor provided with the insulation is impregnated with a completely polymerizable resin and the resin is then transferred to the solid state, is characterized in that a plasticizer-free thermoplastic film is used as the binder which is attached by a heat treatment on the one hand the adjoining surface of the mica flake layer and on the other hand the adjoining surface of the carrier material.
Films made of polyethylene glycol ter- phthalate or polycarbonate may be mentioned as particularly suitable binder material. The types of film made from these thermoplastics on the market do not contain any plasticizers or solvents. In this context, they have the property that is important that they do not contain any components which are volatile under the conditions prevailing during the various steps in the manufacture of an insulated coil. Under the conditions mentioned, they are not broken down with the formation of such components.
Furthermore, the films have the property that they are caused by heating to adhere to the mica layer and to the carrier material, only on the surface of these layers, without penetrating into the pores of these materials. As a result, they do not constitute an obstacle to the penetration of the impregnation agent into the mica layer and the carrier material.
The fact that the binder films only adhere to the surfaces of the surrounding layers so that the mica flake layer and the carrier material can be completely filled with the impregnation resin used without being hindered by the binder is a particularly important property of the invention.
Films made of other thermoplastic materials, such as polyamide, polystyrene, polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride and polyvinylidene chloride, can also be used in certain cases, namely when the production of the insulating conductor takes place under such conditions that the thermoplastics do not contain volatile components during the various production steps submit, e.g. B. at such temperatures that there is no risk of thermal crevice of the thermoplastic.
The thermoplastic film is preferably thinner than the mica layer and the carrier material.
In order to facilitate the penetration of an impregnating agent into an insulation, which consists of several layers of insulating mate rials wound around a conductor, it may be useful to provide the insulating material with perforations distributed over the same. The sum of the areas of the perforations within the piece of insulating material used is expediently 0.2 to 10, preferably 0.5 to 5 percent of the same piece in the unperforated state.
Perforating within the specified limits eliminates the risk of the holes in the different layers of the bandage colliding and forming through holes in the insulation.
The invention will be described in more detail with reference to execution examples, with reference to the accompanying drawing, in which Fig. 1 shows an iso lated conductor. Fig.2 shows schematically an arrangement for the production of the insulating material, Fig. 3 shows an electrical conductor which is seen ver with a Ban dage made of an imperforate insulating material, and Fig. 4 also shows an electrical conductor which is liermaterial with a bandage made of a perforated Iso is provided.
In Figures 3 and 4, certain portions of the insulation have been removed to show its structure more clearly.
The insulating tape 10 according to Fig.l contains a binder-free film 11 of overlapping small mica flakes. The film 11 is attached to a carrier material 12, which consists of a glass fabric tape with a binder in the form of a polyethylene glycol terephthalate film 13, for. B. Mylar (registered trademark).
The width of the insulating tape 10 can, for. B. 25 mm, the thickness of the mica film 11 z. B. 0.09 mm, the glass fabric 12 z. B. 0.04 mm and the polyethylene glycol terephthalate film 13 z. B. 0.006 mm.
The insulating tape 10 can be produced according to FIG. 2 in such a way that the mica film 11, the glass fabric tape 12 and the thermoplastic film 13 are brought together from supply rolls 14, 15 and 16 and can pass between two heated rollers 17 and 18.
When passing the rollers 17 and 18, which can have a temperature of about 300 ° C., the thermoplastic film 13 becomes more or less liquid with the result that it adheres both to the mica film 11 and to the glass ribbon 12. The thermoplastic film adheres to the surface of the surrounding materials without penetrating them. After the film has cooled down, a composite insulating tape 10 with good cohesion between the individual components is obtained.
According to FIG. 3, the insulating tape can be used to insulate a conductor bundle 19 which forms part of a high-voltage coil. In the example shown, the coil 19 consists of several separate conductors 20. The number of conductors 20 can for example be 10 and the cross section of each 2.5 mm X 10 mm. The conductors 20 are insulated from one another in that they are wound with glass yarn 21 and coated with a binder, e.g. B.
an epoxy resin, an alkyd plastic, a phenolic plastic, which is then hardened, are impregnated. When isolating the conductor bundle 19, this is layered with z. B. half overlap with the insulating tape 10 described above. After the whole bundle is provided with an insulation made of z.
B. thirty layers of insulating tape on top of one another and a protective wrapping with glass tape 22 applied without overlapping, the winding is only dried at a pressure lower than 1 mm Hg and at a temperature of 40 C, after which the impregnation agent fed at said pressure and the wrapped bundle a pressure of e.g. B. 10 kpjcm2 is exposed. The impregnation agent can, for.
B. consist of an unsaturated polyester resin, which consists of adipic acid (11 mol percent), phthalic anhydride (11 mol percent), maleic anhydride (23 mol percent) and ethylene glycol (55 mol percent) and is partly mixed with diallyl phthalate in such amounts,
that the diallyl phthalate makes up 40% of the total amount of the ester resin and diallyl phthalate, and partly with benzoyl peroxide in an amount which corresponds to 1% of the weight of the mixture.
The ester resin itself is prepared by reacting a mixture of the acids and alcohols mentioned in an inert atmosphere by raising the temperature to 220 ° C. and maintaining this temperature until the acid number of the reaction product is about 30. So that the impregnating agent does not penetrate out of the insulation during the subsequent hardening, the impregnated conductor bundle can be surrounded with its insulation with a sealing tape 23 made of Teflon, nylon or the like.
The conductor bundle can then be placed in a mold for curing the impregnating agent. When using the above-mentioned polyester resin, curing can take place at a temperature of 130 ° C. for a period of one hour.
FIG. 4 shows a conductor bundle which has been insulated in the same way and using the same material as the conductor bundle according to FIG. 3, with the exception that the insulating tape 10 is provided with perforations 24. The perforation of the tape can e.g. B. obtained in that the tape passes a roller with spiked nails, which have a diameter of 1 mm, each cm2 of the film surface z. B. three perforations he holds. The penetration of the impregnating agent is made easier by the perforations in the insulating material.
For the complete filling of the insulation only about one sixth of the time is required, which is required for the complete filling of a corresponding insulation with an insulating tape without perforations.
Instead of the specified polyester resin, an epoxy resin can be used to produce the windings according to FIGS. 3 and 4, which z. B. from 85 parts by weight of the epoxy resin Araldit F, 100 parts by weight of the hardener 905 and 15 parts by weight of phenylglycidyl ether, who used the.
The winding is dried and impregnated at a pressure of around 0.1 mm Hg. After the impregnation agent has been supplied, a pressure of around 25 kp / cm2 is applied. The hardening takes place in this case at a temperature of about 160 C for a time of four to six hours. Otherwise, the production is carried out using the same material and under the same conditions as those specified in connection with the production of the coils with the unsaturated polyester resin mentioned as the impregnation agent.
Instead of the specified polyethylene glycol terephthalate film, a similar polycarbonate film can be used. The production of the insulating mate rials according to FIGS. 1 and 2 takes place under the same conditions as for the polyethylene glycol terephthalate film. The production of the insulated conductors according to FIGS. 3 and 4 is done in the same way as when using a polyethylene glycol terephthalate film,
both when using polyester resin and when using epoxy resin as an impregnating agent.
It is obvious that tapes according to FIG. 1 can also be produced with a thermoplastic film other than a polyethylene glycol terephthalate film or a polycarbonate film, e.g. B. with a film of any other of the thermoplastics mentioned earlier, e.g. B. by a method according to FIG. 2.
It is clear that the temperature of the rollers 17 and 18 must be adapted in each individual case to the temperature at which the film material in question acquires properties such that it adheres to the mica film and the glass fabric tape. It is also obvious that other carrier materials than glass fabric tape in the insulating tape can be used, u. a. Ribbons or fabrics made of other fiber material, such as asbestos, cotton, silk, paper.
The thickness of the insulating tape as well as the thicknesses of its components can be varied. The number of layers of insulating tape in the insulation of a conductor can of course also be varied depending on the structure of the insulating tape and the required electrical strength of the insulation.
Of course, the width of the insulating material can also be varied. It can e.g. B. be so wide that it would have to be addressed as a bow. Insulating material with a width that corresponds to the length of the straight slot parts of high-voltage coils can thus be used with advantage to isolate these slot parts by wrapping the insulating material around the slot parts in several superimposed layers.
In addition to the fully polymerizable impregnation agent described, u. a. several other commercially available unsaturated polyester resins and epoxy resins as well as other fully polymerizable resins can be used. Although many unsaturated polyester resins and epoxy resins suitable for impregnating electrical insulation are known, a few examples of such resins should be mentioned. So z.
B. an impregnating agent which is made from 60 parts by weight of a reaction product of 3 moles of maleic anhydride, 1 mole of adipic acid, 4.4 moles of ethylene glycol, which has been prepared according to the process described earlier with an acid number of 30, 40 parts by weight of diallyl phthalate and 0.75 parts by weight of benzene peroxide is used, as well as z.
B. an impregnation agent, the 70 parts by weight of a reaction product of 1 mole of fumaric acid, 1 mole of phthalic acid and 2.2 moles of propylene glycol, which have reacted to an acid number of 25, and 30 parts by weight of monostyrene and 0.5 parts by weight Benzoyl peroxide consists.
Among the appro priate epoxy resins there may be mentioned a product consisting of 100 parts by weight of Egon 820 and 65 parts by weight of hexahydrophthalic anhydride, and a product consisting of 100 parts by weight of Dow 331 and 65 parts by weight of tetrahydrophthalic anhydride.
The conductor that is to be insulated does not, of course, need to consist of a bundle of several individual conductors, as is the case in FIGS. 3 and 4, but it can just as well be a single conductor.