CN102055266A - 多胶模压绝缘体系定子线棒高导热绝缘结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多胶模压绝缘体系定子线棒高导热绝缘结构，定子线棒适用于多胶模压绝缘体系。电磁线外表面的绝缘层中含有高导热陶瓷纤维；换位凹坑绝缘、排间绝缘、窄面垫条、主绝缘及防晕材料中的补强材料含有高导热陶瓷纤维。采用本发明制造的定子线棒主要技术性能指标：(1)线棒热导率达0.5W/mK；(2)常态0.2UN下tgδ小于1％；(3)定子线棒在1.5UN下60秒无可见电晕痕迹；(4)成品线棒击穿电压达到5.5UN；(5)线棒耐电老化试验，3.0UN电压下寿命大于10h，2.0UN电压下寿命大于1100h。
Description
技术领域：本发明涉及一种多胶模压绝缘体系定子线棒高导热绝缘结构。
背景技术：
高压电机所用的绝缘材料，主要由树脂胶黏剂、粉云母纸、玻璃纤维布补强材料构成，绝缘材料的导热系数在0.20-0.25W/mK之间，导热系数低不利于线棒散热，不利于开发大容量的空冷或氢冷电机。以往开发的高导热绝缘材料，因为添加的高导热填料降低了粉云母的含量，导致绝缘材料的电气性能较差，无法进行应用。为提高国产高电压绝缘材料的导热性，并保证绝缘材料中的粉云母含量不降低，我公司对提高多胶模压绝缘体系中材料的导热能力进行研究。
发明内容：
本发明的目的是提供一种本发明使定子线棒的冷却效率提高，提高电机的容量，减小电机体积，减小了电机制造成本的多胶模压绝缘体系定子线棒高导热绝缘结构。本发明的技术方案为：一种多胶模压绝缘体系定子线棒高导热绝缘结构，换位绝缘层凹坑为在换位绝缘层和导线窄面绝缘垫条之间填充的绝缘材料，换位绝缘层为线棒直线换位弯处的绝缘，防止此处电磁线的绝缘破损而短路，电磁线表面绝缘层、导线排间绝缘位于两排导线或多排导线之间，避免排间电磁线短路，导线窄面绝缘垫条在线棒窄面上，线棒主绝缘层为线棒外包绕多层的绝缘层，防晕层在主绝缘层外层。定子导线窄面换位凹坑绝缘与换位绝缘层中补强材料含有高导热陶瓷纤维；定子导线采用电磁线，电磁线表面绝缘层中含有高导热陶瓷纤维；定子导线由两排或多排组成，每两排间有绝缘垫条，绝缘垫条中补强材料含有高导热陶瓷纤维；定子导线上下窄面的绝缘垫条中补强材料含有高导热陶瓷纤维；定子导线包扎的主绝缘材料中的补强材料含有高导热陶瓷纤维；防晕层的补强材料中含有高导热陶瓷纤维。
本发明的技术优点是：
在多胶模压绝缘体系中，定子线棒的电磁线3外表绝缘层4添加高导热陶瓷纤维，其厚度不变，绝缘性能不降低；定子线棒主绝缘材料7的补强材料中，添加高导热陶瓷纤维，但是主绝缘材料的粉云母含量不变。
采用本发明制造的高导热绝缘材料主要技术性能指标不降低，但是导热系数提高，其中换位凹坑1、换位绝缘层2、导线排间5、导线窄面垫条6、主绝缘层7的导热系数最小为0.5W/mK；电磁线表面绝缘材料4的导热系数最小为1.0W/mK；防晕层8的导热系数最小为1.0W/mK。本发明制造的定子线棒主要技术性能指标如下：(1)线棒热导率达0.5W/mK。(2)常态0.2Un下tgδ小于1％。(3)定子线棒在1.5Un下60秒无可见电晕痕迹。(4)成品线棒击穿电压达到5.5Un。(5)线棒耐电老化试验，3.0Un电压下寿命大于10h；2.0Un电压下寿命大于1100h。
本发明的各项技术指标均达到国内外先进水平，制备工艺技术适合汽轮发电机组、水轮发电机组、交直流机组使用，本发明具有广泛的应用前景。为超高压大容量机组的绝缘设计和研究奠定了坚实的基础。
发电机及电动机定子线棒所用的绝缘体系，通过在绝缘材料的补强材料中添加高导热陶瓷纤维，提高绝缘材料的导热性，提高了定子线棒的导热性。
使用高导热绝缘材料能减小发电机、电动机的定子线棒绝缘热阻，提高定子线棒和定子铁芯的热传递速度。
附图说明：
图1为未包扎主绝缘的定子线棒导线截面图
图2为包扎主绝缘和防晕层的定子线棒截面图
图3为由高导热陶瓷纤维与玻璃丝混纺制备而成的补强材料--高导热复合纤维布
具体实施方式：
一种多胶模压绝缘体系定子线棒高导热绝缘结构，换位绝缘层凹坑1为在换位绝缘层2和导线窄面绝缘垫条6之间填充的绝缘材料，换位绝缘层2为线棒直线换位弯处的绝缘，防止此处电磁线的绝缘破损而短路，电磁线表面绝缘层4、导线排间绝缘5位于两排导线或多排导线9之间，避免排间电磁线短路，导线窄面绝缘垫条6在线棒窄面上，线棒主绝缘层7为线棒外包绕多层的绝缘层，防晕层8在主绝缘层7外层。定子导线窄面换位凹坑绝缘1与换位绝缘层2中补强材料含有高导热陶瓷纤维11；定子导线采用电磁线3，电磁线3表面绝缘层4中含有高导热陶瓷纤维11；定子导线9由两排或多排组成，每两排间有绝缘垫条5，绝缘垫条5中补强材料含有高导热陶瓷纤维11；定子导线上下窄面的绝缘垫条6中补强材料含有高导热陶瓷纤维11；定子导线包扎的主绝缘材料7中的补强材料含有高导热陶瓷纤维11；防晕层8的补强材料中含有高导热陶瓷纤维11。
图1中的定子线棒导线包扎主绝缘7和防晕层8，在模具中逐步升温，分次加压后固化而成图2中的定子线棒。图1与图2中的序号表明构成定子线棒的组成部分：换位凹坑绝缘1，换位绝缘层2，电磁线3，电磁线绝缘4，排间绝缘5，窄面绝缘垫条6，主绝缘7，防晕层材料8，单排导线9。
电磁线3导体材料是无氧紫铜、紫铜合金或铝等导电性能良好的材料。电磁线绝缘4使电磁线3之间隔开。电磁线绝缘4的材料可以是E-玻璃丝或涤纶玻璃纤维与高导热陶瓷纤维11构成。电磁线组成两排或多排导体9。
线棒由两排或多排导体9构成，每排导体9由排间绝缘5隔开。排间绝缘5由粉云母纸、树脂胶黏剂胶、补强材料构成。其中，补强材料含有高导热陶瓷纤维11。排间绝缘5不但将单排导体粘接在一起，还起到排间电气绝缘的作用，避免排间短路。排间绝缘5的导热能力提高，能提高单排导体9之间的热传输能力。
换位凹坑绝缘1、窄面绝缘垫条6由粉云母纸、树脂胶黏剂、补强材料构成。其中，补强材料是含有高导热陶瓷纤维11。
换位绝缘层2中的补强材料含有高导热陶瓷纤维11。
防晕层材料8中的补强材料含有高导热陶瓷纤维11。
多排导体9外层有对地主绝缘7。主绝缘7由粉云母纸、树脂胶黏剂、补强材料构成。其中，补强材料均含有高导热陶瓷纤维11。主绝缘7是多胶云母带。导热能力好的主绝缘7能将导线的热量传输出去，降低线棒的温度。
定子线棒中换位凹坑绝缘1、换位绝缘层2、电磁线绝缘4、排间绝缘5、窄面绝缘垫条6、主绝缘7及防晕层材料8中均含有高导热陶瓷纤维材料。高导热陶瓷纤维11与玻璃纤维10(或涤纶玻璃纤维)混纺成高导热复合纤维布。高导热复合纤维布不但是换位凹坑绝缘1、换位绝缘层2、电磁线绝缘4、排间绝缘5、窄面绝缘垫条6、主绝缘7及防晕层材料8的补强材料，更是提高它们导热能力的主要材料。
如图3所示，混纺方式有两种：
1)单一高导热材质(BN、AlN、Si3N4、Al2O3、MgO、ZnO、SrTiO3、TiO2、SiO2、C、BeO等)的高导热纤维11与玻璃纤维10(或涤纶玻璃纤维)混合。其中包括横向是高导热纤维11与玻璃纤维(或涤纶玻璃纤维)10混合，纵向是玻璃纤维(或涤纶玻璃纤维)10；横向是高导热纤维11，纵向是玻璃纤维(或涤纶玻璃纤维)10；横向与纵向都是高导热纤维11与玻璃纤维(或涤纶玻璃纤维)10混合；横向与纵向都是高导热纤维11。
2)多种高导热材质(BN、AlN、Si3N4、Al2O3、MgO、ZnO、SrTiO3、TiO2、SiO2、C、BeO等)的纤维混合成高导热纤维11后，再与玻璃纤维(或涤纶玻璃纤维)混合。其中包括横向是高导热纤维11与玻璃纤维(或涤纶玻璃纤维)10混合，纵向是玻璃纤维(或涤纶玻璃纤维)10；横向是高导热纤维11，纵向是玻璃纤维(或涤纶玻璃纤维)10；横向与纵向都是高导热纤维11与玻璃纤维(或涤纶玻璃纤维)10混合；横向与纵向都是高导热纤维11。
高导热复合纤维布中含有高导热陶瓷纤维材料，如BN的导热系数为40～120W/mK，Al2O3的导热系数为25～40W/mK等。添加高导热陶瓷纤维材料，能提高玻璃布的导热能力，相应的提高绝缘材料的导热性能。
电磁线绝缘4中含有高导热材料，能提高电磁线3的导热能力。当线棒中某一部分电磁线3处在磁场中心时，因场强较大，流经这部分电磁线3的电流大，使电磁线3的温度升高，因此距离磁场中心不同距离的电磁线3间形成了温度差。因电磁线绝缘4导热能力较好，能顺利地将热量传导出去，缩小了电磁线3间的温度差。
有的线棒导体含有空心线，空心线中流动的液体能冷却线棒，避免温度升高。在这样的线棒中应用高导热绝缘层的电磁线3，能进一步提高线棒的导热性，在线棒截面尺寸不变的条件下可以增加铜导体的量，增大电流密度。
总的来说上述高导热陶瓷纤维11与玻璃纤维(或涤纶玻璃纤维)10复合混纺，制备出高导热的补强纤维布，应用在定子线圈中不同的部位，提高线圈绝缘导热性。
1)电磁线表面的绝缘层4中补强材料，由玻璃纤维(或涤纶玻璃纤维)10与高导热陶瓷纤维11按一定比例混纺制备，其中高导热陶瓷纤维11占的比例为2％--100％，绝缘层导热系数最小为1W/mK。
2)在换位凹坑绝缘1、换位绝缘层2、导线排间绝缘5、导线窄面绝缘垫条6、线棒主绝缘层7、防晕层8中，补强材料由玻璃纤维10与高导热陶瓷纤维11混纺制备而成。
补强材料是高导热复合纤维布，其有几种结构：横向是高导热纤维11与玻璃纤维10混合，纵向是玻璃纤维10；横向是高导热纤维11，纵向是玻璃纤维10；横向与纵向都是高导热纤维11与玻璃纤维10混合；横向与纵向都是高导热纤维11。高导热复合纤维布中高导热陶瓷纤维11占的比例在2％--100％。高导热复合纤维布的导热系数最小值为5W/mK。
所述的高导热陶瓷纤维11由下面一种材料制备，如氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)、氮化硅(Si3N4)、氧化铝(Al2O3)、氧化镁(MgO)、氧化锌(ZnO)、钛酸锶(SrTiO3)、氧化钛(TiO2)、氧化硅(SiO2)、石英(C)、氧化铍(BeO)。
所述的高导热陶瓷纤维11由下面两种材料的纤维复合制备，如氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)、氮化硅(Si3N4)、氧化铝(Al2O3)、氧化镁(MgO)、氧化锌(ZnO)、钛酸锶(SrTiO3)、氧化钛(TiO2)、氧化硅(SiO2)、石英(C)、氧化铍(BeO)。
本发明适用于发电机或电动机定子线棒的多胶模压绝缘体系。
Claims (1)
1.一种多胶模压绝缘体系定子线棒高导热绝缘结构，其特征是：换位绝缘层凹坑(1)为在换位绝缘层(2)和导线窄面绝缘垫条(6)之间填充的绝缘材料，换位绝缘层(2)为线棒直线换位弯处的绝缘，防止此处电磁线的绝缘破损而短路，电磁线表面绝缘层(4)、导线排间绝缘(5)位于两排导线或多排导线(9)之间，避免排间电磁线短路，导线窄面绝缘垫条(6)在线棒窄面上，线棒主绝缘层(7)为线棒外包绕多层的绝缘层，防晕层(8)在主绝缘层(7)外层。定子导线窄面换位凹坑绝缘(1)与换位绝缘层(2)中补强材料含有高导热陶瓷纤维(11)；定子导线采用电磁线(3)，电磁线(3)的表面绝缘层(4)中含有高导热陶瓷纤维(11)；定子导线(9)由两排或多排组成，每两排间有绝缘垫条(5)，绝缘垫条(5)中补强材料含有高导热陶瓷纤维(11)；定子导线上下窄面的绝缘垫条(6)中补强材料含有高导热陶瓷纤维(11)；定子导线包扎的主绝缘材料(7)中的补强材料含有高导热陶瓷纤维(11)；防晕层(8)的补强材料中含有高导热陶瓷纤维(11)。
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