CN104395068A - 用于在高压范围中电绝缘的绝缘元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种用于在高压范围中电绝缘电子器件的绝缘元件(1)。绝缘元件(1)具有：包含纤维素的第一层(2)；以及包含纤维素的第二层(3)。在第一层(2)和第二层(3)之间设置有中间层(5)，所述中间层包含微米级和/或纳米级的纤维素。

Description

用于在高压范围中电绝缘的绝缘元件
技术领域
本发明涉及一种用于在高压范围中电绝缘电子器件的绝缘元件、一种具有这种绝缘元件的变压器、一种用于制造这种绝缘元件的方法，以及一种用于电绝缘电子器件的绝缘元件的应用。
背景技术
长期以来绝缘元件由在下文中称为纸浆的含纤维素的天然纤维来制造并且用于电绝缘电子器件。这些含纤维素的天然纤维例如能够是纸、棉布、棉带、压缩填料或者木材。特别地，在变压器中通常使用包含纤维素的绝缘元件，所述绝缘元件由纸浆构成，因为纤维素具有极好的介电特性和足够的抗击穿强度并且此外可非常好地作为再生原料来使用从而是成本适宜的。此外，由纸浆制造的绝缘元件通常具有良好的可由变压器油浸渍性，所述变压器油尤其在油绝缘的变压器的变压器壳体中不仅用于绕组的绝缘而且用于冷却。
由纸浆制成的这种绝缘元件的一个实例是长期以来已知的产品“变压器板TIV”，所述产品由Weidmann公司销售。用于在密封式变压器中使用的基于纤维素以及冷却和绝缘液体的绝缘系统在DE 199 11 579中公开。CH 579 812同样描述由纤维素制成的用于在电子工业中使用的绝缘物质。
除了低的介电常数和低的制造成本以外，优选至120℃的良好的热稳定性、吸油的足够的孔隙度、变压器油中小的浸胀、低的热膨胀、高的机械稳定性以及尤其良好的抗部分放电电阻和抗击穿强度属于高压范围的绝缘元件的所期望的特性。绝缘元件的这些特性应尽可能与绝缘元件的运行时间无关。
为了实现从特定的厚度起的基于纸浆的绝缘元件，所述绝缘元件通常多层地制造。为此在现有技术中大多将各两个变压器板层借助于酪素胶或者聚酯树脂或者环氧树脂粘结剂或者酚醛树脂粘结剂彼此连接。
由多层纸带制成的绝缘装置例如在DE 24 43 398中公开。在DE 3000 418中描述了一种绝缘元件的制造，在所述绝缘元件中使用环氧树脂以用于连接各两个纤维素层。其它的多层的和基于纤维素的绝缘元件在WO 2012/003166和EP 1 150 313中公开。
在现有技术的这种多层的绝缘元件中有问题的是：用于连接层的物质、如酪素胶或者酚醛树脂，不可或者几乎不可用变压器油来浸渍并且此外对于油而言形成阻挡。因此，在这种绝缘元件中通常设有浸渍孔和干燥孔，这是耗费的并且导致高的钻头磨损。此外，由于粘结剂的阻挡作用，用于用变压器油浸渍绝缘元件的时间延长，由此整体上延长了变压器的制造从而使其昂贵。如果该变压器在此必须脱油，那么这尤其也对变压器的维修产生影响。此外，酪素胶以及酚醛树脂包括微气泡和空腔，所述微气泡和空腔会导致绝缘元件中所不期望的部分放电。此外，使用不同的材料由于必要的材料分离导致这种绝缘元件的耗费的并且昂贵的清除。
发明内容
因此本发明的目的是：提出一种具有良好的绝缘特性的可简单制造的多层的绝缘元件，所述绝缘元件可尽可能均匀且快速地用能流动的且尤其在高压范围中起电绝缘作用的材料、如尤其是变压器油来浸渍。绝缘元件此外应当可简单地清理。为了实现该目的，提出一种如在权利要求1中所提出的绝缘元件。此外，在权利要求14中提出一种具有这种绝缘元件的变压器以及在权利要求15中提出一种用于制造这种绝缘元件的方法。在权利要求18中还提出这种绝缘元件用于电绝缘电子器件的应用。本发明的有利的设计方案在从属权利要求中提出。
因此，本发明提供一种绝缘元件、尤其是一种面状的绝缘元件，以用于高压范围中的电子器件的电绝缘，所述绝缘元件具有：
包含纤维素的第一层；
包含纤维素的第二层；以及
设置在第一层和第二层之间的中间层，所述中间层包含微米级和/或纳米级的纤维素。
本发明此外提供绝缘元件用于电绝缘电子器件的应用，其中绝缘元件具有：
包含纤维素的第一层；
包含纤维素的第二层；以及
设置在第一层和第二层之间的中间层，所述中间层包含微米级和/或纳米级的纤维素。
通过使用微米级和/或纳米级的纤维素作为中间层，尤其是能够实现第一层和第二层的连接，所述第一层和第二层在浸渍绝缘元件时对于变压器油是可透过的。纳米级的纤维素尤其也能够被称为纳米纤维素。中间层由于微米级和/或纳米级的纤维素的孔隙度如第一和第二层那样同样可用变压器油浸渍，由此能够保证快速且安全地填充变压器或者使其脱油。微米级和/或纳米级的纤维素的使用此外允许借助于环保的、普遍可用的以及成本适宜的原料制造中间层。特别地，在绝缘元件的这样构成的中间层中，不必设置浸渍钻孔和/或干燥钻孔。具有作为中间层的微米级和/或纳米级的纤维素的绝缘元件的中间层此外通常具有非常高的抗部分放电抗性，所述抗部分放电抗性允许变压器设计的最佳的尺寸确定。
优选使用绝缘元件用于高压范围中的电绝缘。但是所述绝缘元件也能够在低于高压范围的电压中用于绝缘。高压范围通常属于具有至少1000伏的有效值的交流电压以及至少1500伏的直流电压。优选绝缘元件甚至构成为，使得所述绝缘元件在任意的直至100kV的且尤其优选直至1200kV的电压中起电绝缘的作用。
微米级或纳米级的纤维素能够由任意的含纤维素的材料制造。微米级或纳米级的纤维素例如能够由木材、甜菜、土豆、麻、亚麻、棉花、小麦桔梗、海草中的纤维素或者细菌中的纤维素制造。但是通常微米级或纳米级的纤维素由木材制造。微米级和纳米级的纤维素的制造对于本领域技术人员而言是已知的。在微米级和纳米级的纤维素中，个体的微纤维部分地或者完整地彼此分离地存在。有利的是，在微米级或纳米级的纤维素中，并且尤其是在中间层中使用的微米级或纳米级的纤维素中，个体的微纤维的至少50％、有利的是至少70％并且最有利的是至少90％，部分地或者完全地彼此分离地存在。纳米级的纤维素的个体的微纤维的大部分通常具有在仅1nm至20nm范围中的直径。微米级的纤维素的个体的微纤维的大部分通常具有仅10nm至100nm范围中的直径。
为了制造微米级或纳米级的纤维素，例如基于含纤维素的材料加工纸浆。纸浆因此例如以先前的或者后续的化学或者酶处理经受机械压力。根据另一个变型形式，通过使含纤维素的材料经受酸水解和随后的超声处理的方式，制造微米级或纳米级的纤维素。根据另一变型形式，借助于细菌合成获得微米级或纳米级的纤维素。
微米级的纤维素的个体的微纤维的长度主要在500nm和1000μm之间的大的范围上分布，并且由于宽的长度分布甚至能够发现直至2000μm的长度。但是优选的是，微米级的纤维素的个体的微纤维的至少80％、尤其优选至少90％、更优选基本上100％，具有500nm和1000μm之间的长度。但是优选的是，微米级的纤维素的个体的微纤维的至少80％、尤其优选至少90％、更优选基本上100％具有在500nm和800μm之间的长度。但是更优选的是，微米级的纤维素的个体的微纤维的至少80％、尤其优选至少90％、更优选基本上100％具有在500nm和600μm之间的长度。但是还更加优选的是，微米级的纤维素的个体的微纤维的至少80％、尤其优选至少90％、更优选基本上100％具有在500nm和400μm之间的长度。但是最优选的是，微米级的纤维素的个体的微纤维的至少80％、尤其优选至少90％、更优选基本上100％具有在500nm和200μm之间的长度。在使用具有这样确定尺寸的个体的微纤维的微米级的纤维素时，绝缘元件尤其是具有最佳的特性，这涉及中间层可用油浸渍的特性并且这涉及中间层的内结合力以及中间层与第一和第二层的结合力。
纳米级的纤维素的个体的微纤维的长度主要在5nm和500nm之间的大的范围上分布。但是优选的是，纳米级的纤维素的个体的微纤维的至少80％、尤其优选至少90％、更优选基本上100％具有5nm至500nm的长度。在使用具有这样确定尺寸的个体的微纤维的纳米级的纤维素时，绝缘元件尤其是具有最佳的特性，这涉及中间层可用油浸渍的特性并且这涉及中间层的内结合力以及中间层与第一和第二层的结合力。
在使用具有如在上文中所描述那样确定尺寸的个体的微纤维的微米级和纳米级的纤维素的混合物时，绝缘元件尤其具有最佳的特性，这涉及中间层可用油浸渍的特性并且这涉及中间层的内结合力以及中间层与第一和第二层的结合力。
有利的是，纳米级的和/或纳米级的纤维素的个体的微纤维的至少50％、优选至少80％、尤其优选至少90％、更优选基本上100％具有从50nm至80μm范围中的长度。个体的微纤维的厚度通常在微纤维的大部分中位于15nm至25nm的范围中、尤其是大约20nm。在使用具有这样确定尺寸的个体的微纤维的微米级和/或纳米级的纤维素时，绝缘元件尤其具有最佳的特性，这涉及中间层可用油浸渍的特性并且这涉及中间层的内结合力以及中间层与第一和第二层的结合力。
基本上不仅对于微米级的而且对于纳米级的纤维素能够表明的是：个体的微纤维的长度越短，个体的微纤维的表面就越大。因此具有较短的个体的微纤维的中间层由于个体的微纤维的较大的表面，与下述中间层相比，能够使第一和第二层更强地结合在一起，所述中间层包含个体的微纤维，所述中间层包含相对较长的个体的微纤维。
在一个尤其优选的实施方式中，中间层包含纳米级的纤维素。纳米级的纤维素与如下纤维素相比具有更大的表面，所述纤维素相对于纳米级的纤维素具有更长的个体的微纤维，例如是微米级的纤维素。包含纳米级的纤维素的中间层由于更大的表面与如下纤维素相比例如能够使第一和第二层相对更强地结合，所述纤维素与纳米级的纤维素相比具有更长的个体的微纤维，例如是微米级的纤维素。
第一和第二层除了纤维素外还能够包含纤维素衍生物、例如甲基纤维素、醋酸纤维素或者硝酸纤维素。第一和第二层此外也能够包含微米级和/或纳米级的纤维素。在第一和第二层中，但是也可以在中间层中，显然除了纤维素外还能够包含任意份额的其它材料。因此第一和/或第二层除了纤维素外尤其还例如能够包含聚烯烃(尤其是聚乙烯)、聚砜、聚酯树脂、陶瓷、芳族聚酰胺、聚四氟乙烯、直链淀粉、支链淀粉、生粉、褐藻胶、果胶、角叉菜胶、刺槐豆胶、黄原胶、瓜尔胶、琼脂、红藻胶、羧甲基纤维素(CMC)和/或罗望子提取物。
绝缘元件能够具有大量的其它层，所述其它层分别包含纤维素，并且在所述其它层之间分别设置有中间层，所述中间层包含微米级和/或纳米级的纤维素。
包含在中间层中的微米级和/或纳米级的纤维素能够用于不同的目的。所述纤维素例如能够用于容纳下述物质，例如树脂，所述树脂在制造绝缘元件时分别在包含两种纤维素的层之间出现，以便尤其防止构成纯树脂层。但是优选地，包含在中间层中的微米级和/或纳米级的纤维素用于使第一层和第二层结合。尤其优选的是，层的结合在此主要基于氢键和/或范德华力，所述氢键和/或范德华力在中间层和第一或第二层之间的连接区域中构成。但是层的结合也能够主要基于层彼此间的机械联结(verkrallen)。通过微米级和/或纳米级的纤维素用于使第一和第二层结合的方式，可行的是，在不使用粘结剂、例如酪素胶或者聚酯树脂的情况下制造多层的绝缘元件。显然也可以考虑的是，中间层除了微米级和/或纳米级的纤维素外还包含粘结剂、如尤其是酪素胶或者聚酯树脂或者环氧树脂粘胶或者酚醛树脂粘胶。然而有利的是，中间层不包含粘结剂。
根据本发明的一个改进方案，中间层关于干燥状态中的中间层的总重量包含至少20重量％(重量百分比)的微米级和/或纳米级的纤维素、优选至少50重量％或者甚至至少60重量％、更优选至少70重量％或者甚至至少80重量％的微米级和/或纳米级的纤维素，并且最优选甚至100重量％的微米级和/或纳米级的纤维素，所述干燥状态是指在排除油和水的情况下。中间层中的微米级和/或纳米级的纤维素的相应于在上文中所提到的量的大的份额尤其引起中间层的良好的可用变压器油浸渍性以及中间层的内部中的良好的结合和与第一和第二层的良好的结合。有利的是，中间层关于干燥状态中的中间层的总重量包含少于1％的半纤维素和/或少于1％的木质素。更有利的是，中间层甚至既不包含半纤维素也不包含木质素。
根据本发明的一个改进方案，第一层关于干燥状态中的第一层的总重量包含至少50重量％的、优选至少75重量％的并且尤其优选甚至至少90重量％的纤维素。根据本发明的一个改进方案，此外第二层关于干燥状态中的第二层的总重量也包含至少50重量％的、优选至少75重量％并且尤其优选甚至至少90重量％的纤维素。最优选的是，第一层还有第二层仅包含不具有任何其它物质的纯纤维素。
根据本发明的一个改进方案，第一层和/或第二层利用纸浆或者木浆或者废纸制造。优选第一层和/或第二层包含纸浆或者木浆或者废纸。从含纤维素的材料中获得纸浆和木浆对于本领域技术人员是已知的。在从木材中获得木浆期间，能够从任意的含纤维素的材料中获得纸浆。优选从木材或者从一年生植物/例如棉花中获得纸浆。
根据本发明的一个改进方案，第一层关于干燥状态中的第一层的总重量包含至少50重量％的、优选至少75重量％并且尤其优选甚至至少90重量％的纸浆。根据本发明的一个改进方案，此外第二层关于干燥状态中的第二层的总重量也包含至少50重量％的、优选至少75重量％并且尤其优选甚至至少90重量％的纸浆。最优选的是，第一层还有第二层包含不具有任何其它物质的100重量％的纸浆。
因此有利的是，第一层、第二层和中间层在用油浸渍之前分别仅包含纸浆、最有利的是分别仅包含纤维素。尤其有利的是，整个绝缘元件在用油浸渍之前基本上仅由纤维素构成、更有利的是仅由纤维素构成。这样构成的绝缘元件的优点尤其在于其非常简单的清除，因为在清除之前材料分离不是必要的。在尽可能均匀地构造绝缘元件的情况下，该绝缘元件此外在空间上能够任意地构造，因为随后不必太考虑或者完全不必考虑绝缘元件关于电场线的层结构。绝缘元件的绝缘特性因此尤其能够与电场线以何种角度相对于层伸展无关。
优选地，第一层和/或第二层以压板的形式存在。
根据本发明的一个改进方案，第一层、第二层和中间层具有至少0.8g/cm3(克每立方厘米)、优选至少1.0g/cm3并且最优选至少1.2g/cm3或者甚至1.3g/cm3的共同的平均密度。然而三个所提到的层的共同的平均密度通常为至多1.4g/cm3。所述密度在此尤其是根据2007年2月15日第二版的国际标准IEC 60763-2-10来确定。当在密度过低的情况下绝缘元件的电抗性和机械抗性被损害时，过高的密度会导致过低的孔体积并且导致绝缘元件的差的可用变压器油来浸渍性。此外，绝缘元件的足够高的密度是重要的，以便实现将绝缘元件制造为自承式的构件。
优选地，第一层、第二层和中间层共同具有5％至40％、尤其是10％至20％的平均孔体积，其中对孔体积的测量经由油吸收根据2007年2月15日第二版的国际标准IEC 60763-2-13来确定。这种孔体积在绝缘元件的机械稳定性足够的同时确保了良好的可浸渍性。
通常，绝缘元件的至少三个层的材料和结构上的构造应当被选择为，使得所有的三个层可用能流动的且起电绝缘作用的材料、尤其是在高压范围中起电绝缘作用的材料来浸渍，使得绝缘元件能够尽可能最佳地利用其电绝缘作用、尤其是在高压范围中的电绝缘作用。
根据本发明的一个改进方案，绝缘元件的垂直地穿过第一和第二层以及中间层测量的厚度为至少1mm、优选至少6mm并且最优选至少8mm。
绝缘元件的中间层有利地具有至多2mm的平均层厚度，更有利的是至多1mm并且最有利的是至多400μm的平均层厚度。此外有利的是，平均层厚度为至少50μm。
有利的是，第一层和/或第二层具有0.5mm至8mm的、尤其是3mm至6mm的层厚度。
根据本发明的一个改进方案，绝缘元件具有在5GPa至9GPa的范围中的弹性模量以及在30MPa至70MPa的范围中的抗弯强度(分别根据2007年2月15日第二版的国际标准IEC 60763-2-9来测量)。绝缘模块因此尤其能够最佳地用作为自承式的构件。
在根据2007年2月15日第二版的国际标准IEC 60763-2-17执行的测量中的水状的提取物的pH值优选在5至10的范围中。整个绝缘元件的在根据2007年2月15日第二版的IEC 60763-2-16的测量中的水状的提取物的导电性有利地为至多15mS/m。
电子器件通常是变压器的组成部分。但是所述电子器件也能够是另一个电子器件、例如补偿扼流圈、电压转换器或者移相器的组成部分。如果所述电子器件是变压器的组成部分，那么变压器尤其能够是干式变压器(用于直流或者交流)或者是用能流动的材料、尤其是液体、如优选油来填充的变压器(合成油/酯/矿物油/天然油，用于直流或交流)，其中变压器此外尤其能够是功率变压器、分配变压器、熔化或焊接变压器、阀或者调控变压器、或者车辆变压器。
绝缘元件例如能够是间隔件、边、条、块、板、压力环、杆、角环、帽、罩、扇形接口、法兰管、压条、波纹管、螺丝、螺母、螺纹杆、排出管线、支撑块、屏蔽环或者管。所提到的绝缘元件在变压器中应用。
此外提出一种用于制造绝缘元件的方法，其中绝缘元件尤其是如在上文中所详述的那样构成。所述方法至少具有下述步骤：将中间层设置在包含纤维素的第一层和包含纤维素的第二层之间。在此使用包含微米级和/或纳米级的纤维素的中间层。
有利的是，微米级和/或纳米级的纤维素借助于水和/或极性溶剂、例如乙醇、甲醇等不连续地施加到第一层和第二层之间。尤其是能够分别为变压器板TIV的第一和第二层在此分别优选具有干燥的初始状态。中间层通常既不包含半纤维素也不包含木质素。有利的是，中间层关于干燥状态中的中间层的总重量包含少于1％的半纤维素和/或少于1％的木质素。更有利的是，中间层甚至既不包含半纤维素也不包含木质素。
有利的是，第一层、中间层和第二层在压力为10N/cm2(牛顿每立方厘米)至600N/cm2、有利的是从10N/cm2至300N/cm2、更有利的是从150N/cm2至250N/cm2的情况下彼此压紧。这种压紧通常在是室温中进行并且通常在不施加真空的情况下进行。但是在50℃和120℃之间的、尤其是在大约90℃下的压紧被证实是尤其有利的。通过热压紧、即通过在温度高于室温时压紧、尤其是通过在所提到的在室温以上的温度中的压紧，改进根据本发明的绝缘元件的尺寸稳定性和/或粘接强度。通过压紧，从绝缘元件中移除空气，并且绝缘元件的层相互接触并且彼此连接。
紧随将中间层设置在第一层和第二层之间，优选进行第一层、第二层和中间层的干燥。这种干燥尤其能够以热力学的方式、通常在温度低于150℃时、尤其是低于120℃时进行。在温度更高的情况下，根据绝缘元件的构成会产生受损的危险。但是为了干燥也能够使用任意的其它干燥方法、例如微波干燥。尤其优选的是，同时进行压紧和热干燥。
在上文中所描述的热压紧的次序以及在上文中所描述的随后的干燥有下述优点：能够提高根据本发明的绝缘元件的抗弯强度。热干燥在时间上不必强制性地直接在热压紧之后发生，而是也能够以一定时间间隔来进行。
根据本发明的一个改进方案，第一层、中间层和第二层彼此热压紧。热压紧意味着：压紧在温度高于室温的情况下进行。优选的是，第一层、中间层和第二层在压力为10N/cm2(牛顿每立方厘米)至600N/cm2、优选从10N/cm2至300N/cm2、优选从150N/cm2至250N/cm2的情况下彼此热压紧。热压紧优选在温度在50℃和120℃之间、优选在大约90℃的情况下进行。通过热压紧、尤其是在所提到的温度中的热压紧，改进根据本发明的绝缘元件的尺寸稳定性和/或粘接强度。通过热压紧能够附加地避免第一层、第二层和中间层的所提到的优选的干燥，使得更成本适宜地以及以更节能地制造根据本发明的绝缘元件是可能的，其中如果该干燥应当是必要的话那么所述干燥紧随于将中间层设置在第一层和第二层之间进行。热压紧通常在不施加真空的情况下进行。但是显然热压紧也能够在施加真空的情况下进行。
根据本发明的一个改进方案，中间层设置在第一层和第二层之间，其中所设置的微米级和/或纳米级的纤维素具有800g/m2或者更小的、优选20g/cm2至350g/cm2的、优选150g/cm2至300g/cm2的、更优选大约240g/cm3的面重量。中间层在此有利地仅由微米级和/或纳米级的纤维素构成。由此能够提高根据本发明的绝缘元件的稳定性。
附图说明
在下文中根据附图描述本发明的优选的实施方式，所述实施方式仅用于阐述并且不能够解释为限制性的。在附图中以非常示意性地形式示出：
图1示出根据现有技术的多层的绝缘元件的立体图；
图2示出多层的绝缘元件的根据本发明的实施方式的立体图；
图3示出纯微米级和/或纳米级的纤维素(MF 40-10)的由光显微镜制作的照片；以及
图4示出混有微米级和/或纳米级的纤维素(MF 40-10)的传统的纸浆纤维的由光显微镜制作的照片。
具体实施方式
在图1中示出用于电绝缘变压器的电子器件的如对于本领域技术人员从现有技术中已经充分已知的绝缘元件1’。绝缘元件1’具有多层的结构，所述多层的结构具有第一层2、第二层3以及中间层4，所述中间层设置在第一层2和第二层3之间。所提出的层序列能够在绝缘元件中任意频繁地重复。
第一层2和第二层3分别由层压纸板制造并且在此仅由纸浆构成。这些层2和3尤其是长期以来由Weidmann公司生产的材料“变压器板TIV”。该材料的构造以及其此外借助于热压进行的制造对于本领域技术人员而言长期以来已经是已知的。
用于使第一层2和第二层3连接和结合的中间层4在现有技术的当前实施例中包含酪素胶或者酚醛树脂。因为在浸渍绝缘元件1’时通常对于变压器油而言既不透过酪素胶也不透过酚醛树脂，所以在这种现有技术中的绝缘元件1’中通常设有浸渍孔6。以大的份额和规则的间距在整个绝缘元件1’上分布的该浸渍孔6分别沿着垂直方向延伸穿过第一层2、第二层3和中间层4。通过在绝缘元件1’中设置浸渍孔6能够保证用变压器油充分地浸渍绝缘元件1’。当然，在制造期间设置浸渍孔6导致高的钻头磨损。绝缘元件1’的制造此外由于必须要实行的浸渍钻孔而持续更长的时间从而也是相对昂贵的。此外不利的是微气泡和空腔，所述微气泡和空腔会封入酪素胶中或者在酚醛树脂中并且会在绝缘元件1’中导致所不期望的部分放电。此外绝缘元件1’的清除与一定耗费联系在一起，因为在此不同的材料必须彼此分离、即第一和第二层2或3的材料以及中间层4的酪素胶或酚醛树脂必须彼此分离。最后，由于中间层4中的缺陷部位，绝缘元件1’的平均抗击穿强度会受损，这是这种绝缘元件1’的一个主要的缺点。现有技术中的绝缘元件1’通常直至至多8kV/mm是无部分放电的。
用于在高压范围中电绝缘电子器件的绝缘元件1’的根据本发明的实施例在图2中示出。在图2中示出的根据本发明的实施例与在图1中示出的现有技术中的实施例的区域仅在于：绝缘元件1与绝缘元件1’相比具有不同地构成的中间层5。此外，在图2中示出的绝缘元件1不具有浸渍孔6。相同地或者类似地构成的元件在图1和2中分别以相同的附图标记来表示。
不仅根据图1中示出的现有技术的实施方式的绝缘元件1’中而且在图2中示出根据本发明的绝缘元件1都尤其是油填充的变压器的组成部分。当前实施方式的绝缘元件1或1’均构成为面状的元件。
在图2中示出的绝缘元件1的中间层5由微米级和/或纳米级的纤维素制造。为此在当前实施例中已经使用德国罗森伯格邮编73494的公司J.Rettenmaier&股份两合公司的具有15％固体的质量份额的产品MF 40-10。在制造绝缘元件1时，微米级和/或纳米级的纤维素首先被涂覆到第一层2的表面上。第二层3随后安置到微米级和/或纳米级的纤维素上。第一层2、微米级和/或纳米级的纤维素和第二层3紧接着在大约200N/cm2的压力下彼此压紧。紧接着或者同时，绝缘元件1在温度处于100℃和150℃之间的范围中时热干燥。
绝缘元件1具有1.2g/cm3至1.3g/cm3的平均密度(根据2007年2月15日第二版的标准IEC 60763-2-10测量)以及10％至20％的孔体积。关于绝缘元件1的干燥质量，因此得出10重量％至20重量％的油吸收(根据2007年2月15日第二版的标准IEC 60763-2-13测量)。绝缘元件1的弹性模量在5GPa至9GPa的范围中、尤其是为大约7GPa(根据2007年2月15日第二版的标准IEC 60763-2-9测量)。绝缘元件1的所得出的抗弯曲强度在当前实施例中位于30MPa至70MPa的范围中，根据2007年2月15日第二版的标准IEC 60763-2-9测量。绝缘元件1此外具有直至大约120℃的热稳定性，所述热稳定性根据下述标准来测量：2001年7月1日2001第五版的lEC 60216-1；2005年8月11日2005第四版的lEC 60216-2；2006第二版的lEC 60216-3结合2006第二版的lEC 60216-3的2009年12月18日的COR 12009；2006年1月19日的2006第四版的lEC 60216-4-1；2000年7月1日的2000第一版的lEC 60216-4-2；2000年4月1日第一版的lEC 60216-4-3；2008第三版的lEC 60216-5结合2008第三版的lEC 60216-5的2009年12月18日的COR 12009；2006年5月29日的2006第二版的lEC 60216-6。
第一层2和第二层3分别具有在3mm至6mm的范围中的平均层厚度。中间层5小于400μm厚并且100％由微米级和/或纳米级的纤维素构成。涂覆的微米级和/或纳米级的纤维素在此具有800g/m3或者更小的面重量。
在根据2007年2月15日第二版的国际标准IEC 60763-2-17执行的测量中，水状的提取物的pH值优选位于5至10的范围中。在根据2007年2月15日第二版的IEC 60763-2-16的国际标准对整个绝缘元件的测量中，水状的提取物的导电性优选为至多15mS/m。在绝缘元件1中在0kV/mm至12kV/mm的范围中不出现任何击穿或者部分放电。
图3示出光显微镜的照片，在所述照片中在中间层5中使用的微米级和/或纳米级的纤维素8(MF 40-10)在高度放大的视图中示出。从该描述中可良好获悉的是：当前至少部分地彼此分离的个体的微纤维形成大量的分别线团状的积聚。
在图4中在高度放大的视图中示出由光显微镜制作的传统的纸浆纤维7的照片，所述纸浆纤维混合有微米级和/或纳米级的纤维素8(MF 40-10)。可明显获悉的是：具有当前彼此分离的个体的微纤维的微米级和/或纳米级的纤维素8的线圈状的积聚附着于以多倍大确定尺寸的纸浆纤维7上。
本发明显然不受限于根据图2的当前实施方式，并且大量的变型是可行的。因此第一层2、第二层3以及中间层5除了纤维素也能够包含任意其它的材料。在图2的根据本发明的绝缘元件中也可行的是：设有浸渍孔和/或干燥孔。绝缘元件能够具有其它层，所述其它层尤其能够包含纤维素并且尤其是能够借助于包含微米级和/或纳米级的纤维素的中间层彼此连接。绝缘元件不必强制性地是变压器的组成部分。绝缘元件也能够用于其它电子器件、例如补偿扼流圈或者移相器的绝缘。此外在变压器的情况下，不必强制性地是油填充的变压器。根据本发明的绝缘元件显然也能够在干式变压器中使用。大量的其它变型是可能的。
附图标记列表
1，1’ 绝缘元件
2      基于纸浆的层
3      基于纸浆的层
4      具有酪素胶或者酚醛树脂的中间层
5      具有微米级和/或纳米级的纤维素的中间层
6      浸渍孔
7      纸浆纤维
8      微米级和/或纳米级的纤维素(MF 40-10)

Claims (19)

1.一种用于在高压范围中电绝缘电子器件的绝缘元件(1)，所述绝缘元件具有：
包含纤维素的第一层(2)；
包含纤维素的第二层(3)；以及
设置在所述第一层(2)和所述第二层(3)之间的中间层(5)，
其特征在于，
所述中间层(5)包含微米级和/或纳米级的纤维素。
2.根据权利要求1所述的绝缘元件(1)，其中微米级和/或纳米级的纤维素用于使所述第一层(2)和所述第二层(3)结合。
3.根据权利要求1或2所述的绝缘元件(1)，其中所述中间层(5)在干燥状态中包含多于50重量％的、尤其是多于75重量％的微米级和/或纳米级的纤维素。
4.根据上述权利要求中任一项所述的绝缘元件(1)，其中微米级和/或纳米级的纤维素的至少50％的、尤其是至少70％的个体的微纤维部分地或者完全彼此分离地存在。
5.根据上述权利要求中任一项所述的绝缘元件(1)，其中所述第一层(2)和所述第二层(3)在干燥状态中分别包含多于50重量％、尤其是多于75重量％的纤维素。
6.根据上述权利要求中任一项所述的绝缘元件(1)，其中所述第一层(2)和/或所述第二层(3)包含纸浆。
7.根据上述权利要求中任一项所述的绝缘元件(1)，其中所述第一层(2)和/或所述第二层(3)以压板的形式存在。
8.根据上述权利要求中任一项所述的绝缘元件(1)，其中所述第一层(2)、所述第二层(3)和所述中间层(5)在所述干燥状态中具有至少0.8g/cm3的、尤其是至少1.2g/cm3的共同的平均密度。
9.根据上述权利要求中任一项所述的绝缘元件(1)，其中所述第一层(2)、所述第二层(3)和所述中间层(5)共同具有5％至40％的、尤其是10％至20％的平均孔体积。
10.根据上述权利要求中任一项所述的绝缘元件(1)，其中所述绝缘元件(1)具有垂直地穿过所述第一层(2)、所述第二层(3)和所述中间层(5)至少6mm的、尤其是至少8mm的、测量的厚度。
11.根据上述权利要求中任一项所述的绝缘元件(1)，其中所述中间层(5)具有至多1mm的、尤其是至多400μm的平均层厚度。
12.根据上述权利要求中任一项所述的绝缘元件(1)，其中所述第一层(2)和/或所述第二层(3)具有0.5mm至8mm、尤其是3mm至6mm的层厚度。
13.根据上述权利要求中任一项所述的绝缘元件(1)，其中所述电子器件是变压器的组成部分。
14.一种具有根据上述权利要求中任一项所述的至少一个绝缘元件(1)的变压器。
15.一种用于制造绝缘元件(1)的方法，所述绝缘元件用于在高压范围中电绝缘电子器件，其中在包含纤维素的第一层(2)和包含纤维素的第二层(3)之间设置中间层(5)，
其特征在于，
所述中间层(5)包含微米级和/或纳米级的纤维素。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述第一层(2)、所述中间层(5)和所述第二层(3)在压力为10N/cm2至600N/cm2、优选10N/cm2至的300N/cm2、优选150N/cm2至的250N/cm2的情况下彼此压紧。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其中紧随于在所述第一层(2)和所述第二层(3)之间设置所述中间层(5)，进行所述第一层(2)、所述第二层(3)和所述中间层(5)的干燥。
18.一种绝缘元件(1)的应用，以用于电绝缘电子器件，其中所述绝缘元件(1)具有：
包含纤维素的第一层(2)；
包含纤维素的第二层(3)，以及
设置在所述第一层(2)和所述第二层(3)之间的包含微米级和/或纳米级的纤维素的中间层。
19.根据权利要求18所述的绝缘元件(1)的应用，以用于在高压范围中电绝缘电子器件。
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