CN106030727A - 特别是用于外部防电晕的导电防电晕纸 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于在用于电机、例如高压电机的防电晕系统中使用的防电晕纸。在最简单的情况下，防电晕纸通过紧实耐局部放电的、导电的平面状颗粒来产生，但是也可以包括增强纤维以及织物。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于在用于电机的防电晕系统中使用的导电防电晕纸，电机例如是高压电机、例如用于产生电能的发电机、电动机，但是也可以是具有高额定电压的其它电气设备、例如变压器、套管、电缆等。
背景技术
功率更强大的电机、例如发电机一直在开发当中，因为日新月异的技术需要越来越高的功率密度。功率强大的发电机、例如涡轮发电机特别地有具有定子叠片组和多个发电机槽的定子(Stator)，发电机绕组位于发电机槽中。
该绕组相对于叠片组的主绝缘层是经受大的电负荷的系统。在工作中产生高电压，其必须在处于高压的导体棒和位于地电势的叠片组之间的绝缘体积中被衰减。在此，在叠片组中的叠片的边缘处产生场增强，其又产生局部放电。这些局部放电在与绝缘系统相遇时在局部产生非常强的升温。在此，绝缘系统的有机材料、包括外防电晕系统的有机材料逐渐被分解成低分子量的挥发性产物、例如CO2。
绝缘材料的一个重要组成部分是所谓的外部防电晕部(AGS)。其在较大的发电机和电动机中直接施加在绕组绝缘层的表面。目前，AGS由包含炭黑和石墨的防电晕纸构成。
因为首先由于与系统有关的原因AGS和主绝缘层之间的界面不能完全以无孔的方式制造，绝缘系统中的对应地高的电场强度导致对应地高的局部放电活动，其在运行期间随着时间的经过将外部防电晕部完全焚化，由此导致绝缘层的过早老化，在最差的情况下导致电机的接地。这对应于电机的不可修复的彻底停运。
外部防电晕部必须具有处于特定范围内的一定的方阻。如果其太低，则叠片组可能被短路，这可能导致高的感生循环电流，其在叠片组和外部防电晕部层的端部上展现，并且导致强电流电弧。在电阻过高时，又可能导致高压火花电蚀。理想的是，外部防电晕部层中的电阻可调节，使得可产生各向异性，其在径向方向上、即从传导电流的导体向叠片组显示增强的导电性，而在棒方向上显示增大的电阻、即低的导电性。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种耐局部放电并且能导电的防电晕纸。
上述技术问题通过如在说明书中公开的本发明的主题来解决。
与此对应，本发明的主题是防电晕纸，其包括平面的、导电地涂覆的颗粒，其中，为了针对性地调节导电性，还对平面状颗粒混合球状颗粒。
根据本发明的一个有利实施方式，还向防电晕纸添加增强纤维。
根据本发明的另一个有利实施方式，在制造防电晕纸时，铺设织物，围绕织物和/或在其网格中形成防电晕纸。根据防电晕纸的网格的大小，织物可以包含或者也可以不包含增强纤维。在每一种情况下，在存在织物时，纸的稳定化所需的增强纤维的量对应地减少。
在制造防电晕纸时，以层的方式布置小板形状的、导电地涂覆的颗粒，使得颗粒尽可能以彼此平行的方式布置，其中，直接位于彼此上方的颗粒重叠，以形成接触表面。作为范德华力和氢键的结果，在接触表面之间形成相互作用，其给予防电晕纸高机械承受力，由此给予防电晕纸稳定的形状。以下的已知方法例如可用于制造防电晕纸：网笼工艺和长网工艺。
为了改善机械特性(例如强度、可加工性等)，例如还向防电晕纸添加有机或者无机类的纤维。有机纤维例如可以以元/对芳纶或聚酯(PET)为代表。无机纤维例如可以是玻璃纤维。
在一个实施方式中，纤维的直径的尺寸处于纳米范围内，即例如为1至500nm，和/或作为0.5至10μm的微米范围内。纤维的长度的数量级总是更高，例如处于毫米范围、直至优选一位数的厘米范围内。
根据本发明的一个实施方式，通过织物和/或纤维来加强防电晕纸，其中，于是例如还产生电晕屏蔽带。制造电晕屏蔽带的方法例如包括如下处理步骤：将包括耐局部放电的、导电平面状颗粒的弥散体与载液混合；通过弥散体的沉淀作用产生沉淀物，由此使平面状颗粒主要以层的方式以平行平面的方式布置在沉淀物中；将织物引入沉淀物中，并且将载液从沉淀物中去除。
根据本发明的一个有利构造，织物以网的方式存在，从而能以防电晕纸填充的网格以网结构存在。例如在网格内部也形成具有防电晕纸的区域。
根据本发明的一个有利实施方式，颗粒复合物包括小板状和球状的颗粒，其中，小板状的颗粒特别优选具有至少为10的纵横比，即具有至少为10的小板长度与小板厚度的比。
优选颗粒包括耐局部放电的核以及导电的耐局部放电的涂层。
在此，术语“耐局部放电”涉及例如在空气中存在局部放电时耐氧化或者否则在存在局部放电时保持稳定的材料，例如陶瓷和/或玻璃。
根据一个有利的实施方式，耐局部放电的核由陶瓷或者玻璃类型的材料制成，其有利地具有小的厚度，并且有利地是云母、石英粉、氧化铝或玻璃小板。
通过颗粒的平面结构，实现了导电颗粒彼此改善的接触。优选对颗粒涂覆的材料是金属氧化物，并且从包括氧化锡、氧化锌、锡酸锌、二氧化钛、氧化铅或非氧化的碳化硅的组中选择。掺杂元素优选从：锑、铟、镉的组中选择。
在制造绝缘层时，围绕要绝缘的导体缠绕防电晕纸，并且用树脂进行浸渍。随后，使树脂和防电晕纸的复合物硬化。附加地或者替换地，可以将防电晕纸铺设在由玻璃、塑料、例如聚酯和/或PET制成的载体织物上，其中，作为载体的织物对防电晕纸赋予附加的稳定性。粘合剂或者聚合物基质同样将织物和防电晕纸粘接成云母带。
本发明的一个特别的方面是将球状和平面状颗粒混合。从DE102010009462.5已知使用平面的小板状的颗粒来制造外部防电晕部，这些颗粒通过其在制造过程中的对齐以及其导电涂层形成导电路径，沿着该导电路径导电性高并且电阻小。其缺点是，垂直于其、即在小板状的颗粒仅具有非常小的延伸的径向方向上的导电性相当小。然而，如上面所提及的，恰巧在该径向方向上希望有导电性。
优选使用微型尺寸的颗粒，例如小板具有微米范围内、即例如1至300μm、特别是1至100μm、特别优选1至40μm范围内的宽度和长度，而其厚度方向上的直径处于纳米范围内、即50和1000nm之间，特别是l00nm至1000nm的范围内。球状颗粒例如具有0.5至50μm、特别是1至10μm范围内的直径。
添加例如多达颗粒的总量的三分之一的量的球状颗粒。
与仅由球状填充物构成的防电晕部相比，平面几何结构以及防电晕部中的填充物垂直于场负荷的取向使通过防电晕部的腐蚀路径显著延长。因此，需要在电压场中在通过尽可能完整的小板状颗粒的腐蚀路径的增大和通过球状颗粒的各向异性导电性的调节之间，选择对小板状的颗粒添加的球状颗粒的量。
根据本方法的一个有利实施方式，在将颗粒的弥散体与载液混合时，还添加功能化剂，其分布在载液中，并且在弥散体中具有对应于相对于颗粒的质量分数成预先确定的质量比的质量分数。
在混合弥散体之前，优选在颗粒的表面上对颗粒形成基本上单分子的薄层，其中，该薄层由另一种功能化剂产生。在该薄层和功能化剂之间进行耦合颗粒的化学反应。
替换地，优选向具有基本上单分子的薄层的颗粒构成的弥散体和载液，添加具有与原本存在于弥散体中的颗粒的薄层不同的、基本上单分子的薄层的颗粒。在两个或者更多个不同的薄层之间进行耦合颗粒的化学反应。
根据本方法的另一个有利实施方式，在从沉淀物中去除载液之后，还增加如下的处理步骤，在该处理步骤中，向沉淀物中引入能量，以克服功能化剂与颗粒的化学反应的活化能，该化学反应经由沉淀物中的功能化剂将颗粒耦合从而形成颗粒复合物，其中，预先确定质量比，使得颗粒复合物具有多孔结构。这样形成的颗粒的耦合使颗粒彼此的相互作用加强，使得颗粒复合物有利地具有足够的强度，用于纸制造。
优选选择功能化剂，使得其是塑料、特别是热塑性塑料。优选选择塑料，使得其是聚烯烃酒精、特别是具有1000和4000之间的分子质量的聚乙二醇或者不完全水解的聚乙烯醇，或者聚烷基硅氧烷、特别是甲氧基封端的聚二甲基硅氧烷，或者有机硅聚酯。此外，优选选择功能化剂，使得其是烷氧基硅烷，并且在颗粒表面上形成基本上单分子的薄层。优选选择烷氧基硅烷，使得其具有环氧基、特别是3-氧丙基三甲氧基硅烷，或者氨基、特别是3-氨丙基三乙氧基硅烷。此外，优选选择功能化剂，使得其具有颗粒、特别是二氧化硅的纳米颗粒，其承载表面环氧功能。
优选执行根据本发明的方法，使得以热和/或辐射的形式向具有织物的沉淀物添加能量，以克服活化能。此外，优选执行根据本发明的方法，使得通过过滤、随后提供热来进行载液的去除。可以有利地在一个方法步骤中通过提供热以及提供用于克服活化能的热来移除溶剂。在此，优选选择水为载液。
根据一个有利实施方式，在添加织物之后通过过滤来去除沉淀物，使得通过织物来吸取小板状的颗粒。
通过引入织物，产生了沉淀物与织物的机械咬合。这不仅使制造过程简化，而且实现了颗粒与织物更好的耦合。
载液优选是能溶解功能化剂的溶剂，其中，功能化剂溶解在溶剂中。优选选择功能化剂，使得其在颗粒的表面上形成基本上单分子的薄层。在薄层之间进行化学反应，以耦合颗粒。
可以以没有载体的方式、即在没有加强织物的情况下施加防电晕纸。在这种情况下，本发明提供如下优点：基于涂覆的氧化锌颗粒的导电纸的无载体的装配使得纸能够以无界面的方式附着到主绝缘层。
用于进行加强的纤维的添加可以任意地设置，例如可以添加5至50重量百分比的量的纤维，由此得到变化可能性，使得在有机纤维的份额高的情况下，能够制造机械稳定的纸，以用作低压绝缘系统的导电的槽衬里，并且获得TE植入电压(TE-Einsetzspannungen)的提高(叠片的边缘处的场过高减小)。
相反，低份额的有机纤维使得产生用于高压绝缘系统的无载体的防电晕带、特别是外部防电晕带。
作为离散应用的替换方案，可以将基于氧化锌颗粒的无载体的导电纸，用作复合材料的单侧半导体层。
通过混入球状颗粒，可以设置不同的导电性。
在本发明的使用织物的实施方式中，为了制造防电晕带，可以将带以真空压力法浸渍。由此形成云母带绕组和外部防电晕绕组的非常好的附着。
在制造时，使平面状颗粒对齐，从而获得腐蚀路径延长，其使整个绝缘系统的寿命延长。
本发明涉及一种用于在用于电机、例如高压电机的防电晕系统中使用的防电晕纸。在最简单的情况下，防电晕纸通过紧实耐局部放电的、导电的平面状颗粒来产生，但是也可以包括增强纤维以及织物。
Claims (7)
1.一种防电晕纸，其包括平面的、导电地涂覆的颗粒，其中，为了针对性地调节各向异性的导电性，向平面状颗粒中混入球状颗粒。
2.根据权利要求1所述的防电晕纸，其中，颗粒具有耐局部放电的核以及导电的、耐局部放电的涂层。
3.根据上述权利要求中任一项所述的防电晕纸，其中，在防电晕纸中还包含增强纤维。
4.根据权利要求3所述的防电晕纸，其中，增强纤维具有有机或者无机基质。
5.根据上述权利要求中任一项所述的防电晕纸，其中，在防电晕纸中还包含用于稳定化并且用作载体的织物。
6.根据上述权利要求中任一项所述的防电晕纸，其中，对颗粒涂覆金属氧化物。
7.根据上述权利要求中任一项所述的防电晕纸，其中，对颗粒涂覆掺杂的金属氧化物。
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