DE102009039457A1 - Conductor mechanism for use in e.g. electrical machine, has set of rectangular conductors braced by impregnating resin that comprises nano-particles, where impregnating resin is cyclo-aliphatic epoxy resin or silicone resin - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Leitereinrichtung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Sie betrifft auch eine elektrische Maschine und eine Traktionsmaschine mit einer solchen Leitereinrichtung.The invention relates to a conductor device according to the preamble of claim 1. It also relates to an electric machine and a traction machine with such a conductor device.
Die Erfindung ist insbesondere für eine elektrische Maschine vorgesehen, die mit hohen Spannungen betrieben wird. Bei einer solchen elektrischen Maschine sind Maßnahmen getroffen, durch die Teilentladungen verhindert oder wenigstens vermindert werden. Insbesondere ist eine aufwendige Isolierung bereitgestellt, die so gestaltet ist, dass möglichst wenige Fehlstellen gegeben sind, die Ausgangspunkt von Teilentladungen sein können.The invention is particularly intended for an electrical machine which is operated at high voltages. In such an electric machine measures are taken, prevented by the partial discharges or at least reduced. In particular, a complex insulation is provided, which is designed so that as few defects are given that may be the starting point of partial discharges.
Beispielsweise werden in elektrischen Maschinen Leiter einzeln mit einer isolierenden Wicklung umgeben. Mehrere Leiter werden dann zu einem Bündel zusammengefasst.For example, in electrical machines, conductors are individually surrounded with an insulating winding. Several conductors are then combined into a bundle.
Das Leiterbündel wird z. B. mit einem Glimmerband umwickelt. Ein solches Glimmerband wird üblicher Weise dadurch hergestellt, dass Glimmerpapier mit geeigneten Mitteln zum Befestigen auf einen Träger aufgebracht wird, typischer Weise auf dem Träger festgeklebt wird.The conductor bundle is z. B. wrapped with a mica tape. Such a mica tape is conventionally made by applying mica paper to a substrate by suitable means for attachment, typically adhered to the substrate.
Das Glimmerband wird dann von einem so genannten Tränkharz durchtränkt und überzogen. Das Tränkharz besteht in der Regel aus Bisphenol-A oder Bisphenol-F. Das Tränkharz dringt in sämtliche Zwischenräume zwischen dem Glimmerband und den einzelnen Leitern ein und schafft nach seinem Aushärten einen festen Verband. Das Tränkharz wirkt zugleich isolierend. Die vorliegende Erfindung geht von der Verwendung eines Tränkharzes aus, in Verbindung mit einem Glimmerband oder auch nicht.The mica tape is then soaked by a so-called impregnating resin and coated. The impregnating resin is usually made of bisphenol-A or bisphenol-F. The impregnating resin penetrates into all intermediate spaces between the mica tape and the individual conductors and creates a firm bond after it has hardened. The impregnating resin also has an insulating effect. The present invention is based on the use of an impregnating resin, in conjunction with a mica tape or not.
In elektrischen Maschinen liegen an unterschiedlichen Stellen teilweise sehr unterschiedliche Potentiale an. Um bestimmte elektrische Erscheinungen zu unterbinden, wird durch einen so genannten Glimmschutz, englisch als „corona protection” bezeichnet, für einen sanften Verlauf der Potentiale sowohl in den Leitereinrichtungen (beim so genannten Innenglimmschutz), als auch auf der Oberfläche der Leitereinrichtungen gesorgt. Im Bereich eines Blechpakets einer elektrischen Maschine wird der so genannte Außenglimmschutz bereit gestellt, der leitfähig sein soll. Die Potentiale sollen dann im Übergang vom Blechpaket zu einem freien Bereich (zu Luft) sanft abfallen, und hierfür wird ein so genannter Endenglimmschutz bereit gestellt, der typischer Weise halbleitend ist.In electrical machines there are sometimes very different potentials at different points. In order to prevent certain electrical phenomena, a so-called corona protection, termed "corona protection", ensures a smooth course of the potentials both in the conductor devices (in the so-called internal corona protection) and on the surface of the conductor devices. In the area of a laminated core of an electric machine, the so-called external corona protection is provided, which is to be conductive. The potentials should then drop gently in the transition from the laminated core to a free area (to air), and for this purpose a so-called end corona protection is provided, which is typically semiconducting.
In elektrischen Maschinen kann es trotz aller Maßnahmen zur Verhinderung von Fehlstellen in der Isolierung zu Teilentladungen kommen. Dies gilt, auch wenn Glimmerbänder vorgesehen sind, die gegenüber solchen Teilentladungen beständiger sind. Teilentladungen führen dazu, dass sämtliche Komponenten einer Leitereinrichtung, wie oben beschrieben, verschleißen und altern. Die gesamte Leitereinrichtung bleibt nicht mehr ausreichend mechanisch stabil oder verliert ihre elektrische Funktionsfähigkeit.In electrical machines, partial discharges may occur despite all measures to prevent defects in the insulation. This is true even if mica tapes are provided which are more resistant to such partial discharges. Partial discharges cause all components of a conductor device, as described above, to wear out and age. The entire conductor device no longer remains sufficiently mechanically stable or loses its electrical function.
Nanoteilchen sind Partikel, die in einer Richtung eine Länge von höchstens 100 nm aufweisen, z. B. Kugeln mit einem Durchmesser von weniger als 100 nm.Nanoparticles are particles having a length of at most 100 nm in one direction, e.g. B. spheres with a diameter of less than 100 nm.
Nanoteilchen haben in letzter Zeit vielfältige Anwendungen gefunden. Die Technologie zu ihrer Herstellung ist ausreichend gut entwickelt. Es ist bekannt, Materialien mit Nanoteilchen zu vermischen, Nanoteilchen also in ein Grundmaterial einzubetten. Techniken, wie eine solche Einbettung erfolgt, sind in den letzten Jahren entwickelt worden. Es sind Produkte auf den Markt erhältlich, in die Nanoteilchen eingebettet sind. Solche Produkte werden auch als „nanomodifiziert” bezeichnet. Beispielsweise gibt es nanomodifizierte Epoxidharze. Im Rahmen der Nanomodifizierung werden die chemisch reaktiven Oberflächen von Nanopartikeln mit vermittelnden Stoffen in Kontakt gebracht, die ihrerseits auch mit dem Grundmaterial kompatibel sind. Dadurch wird es möglich, die Nanoteilchen jeweils einzeln gut in ein solches Grundmaterial einzubetten.Nanoparticles have recently found diverse applications. The technology for their production is sufficiently well developed. It is known to mix materials with nanoparticles, so embed nanoparticles in a base material. Techniques for such embedding have been developed in recent years. There are products available on the market in which nanoparticles are embedded. Such products are also referred to as "nanomodified". For example, there are nanomodified epoxy resins. In the context of nanomodification, the chemically reactive surfaces of nanoparticles are brought into contact with mediating substances, which in turn are also compatible with the base material. This makes it possible to embed the nanoparticles individually well in such a base material.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Leitereinrichtung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 dahingehend weiter zu entwickeln, dass ihre Isolierung möglichst wenige Fehlstellen aufweist, so dass sie dauerhaft beständig ist und weniger schnell durch Teilentladungen altert als bisherige Leitereinrichtungen dieser Art.It is an object of the invention to further develop a conductor device according to the preamble of claim 1 that their insulation has as few defects as possible, so that it is permanently resistant and less rapidly by partial discharges aging than previous conductor devices of this type.
Die Aufgabe wird durch eine Leitereinrichtung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Im Rahmen der Erfindung werden auch eine elektrische Maschine und eine Traktionsmaschine mit zumindest einer solchen Leitereinrichtung bereitgestellt.The object is achieved by a conductor device having the features according to patent claim 1. Within the scope of the invention, an electric machine and a traction machine with at least one such conductor device are also provided.
Die erfindungsgemäße Leitereinrichtung ist somit dadurch gekennzeichnet, dass das Tränkharz Nanoteilchen enthält.The conductor device according to the invention is thus characterized in that the impregnating resin contains nanoparticles.
Es ist eine Erkenntnis der Erfinder der vorliegenden Anmeldung, dass Nanoteilchen die Beständigkeit der Leitereinrichtung mit dem Glimmerband erhöhen können. Die Nanoteilchen im Tränkharz können insbesondere dafür sorgen, dass Schwachstellen im Glimmerband nicht Ausgangspunkt von Schäden im Glimmerband werden. Solche Schwachstellen bestehen beispielsweise an den Stoßstellen einzelner Glimmerpartikel bzw. auf Grund von Porosität innerhalb des Glimmerpapiers selbst. Sie liegen an Bereichen mit verringerter Glimmerdichte vor, also an Falten, Rissen im Glimmerpapier, Lücken auf Grund der Gewebestruktur des das Glimmerpapier tragenden Trägers etc. Die Nanoteilchen des Tränkharzes füllen insbesondere kleine Lücken perfekt aus und erhöhen dort sowohl die mechanische Stabilität, als auch insbesondere die elektrische Festigkeit. Dadurch kann die Betriebsfeldstärke bei der Herstellung der Isolation erhöht werden. Es ist auch bei der Herstellung der Isolation eine erhöhte Prozesssicherheit gegeben.It is a finding of the present inventors that nanoparticles can increase the resistance of the conductor device with the mica tape. In particular, the nanoparticles in the impregnating resin can ensure that weak spots in the mica tape do not become the starting point for damage in the mica tape. Such weaknesses exist for example at the joints of individual mica particles or due to porosity within the mica paper itself. They are in areas with reduced mica density, ie wrinkles, cracks in the mica paper, gaps due to the fabric structure of the support carrying the mica paper, etc. The nanoparticles of the impregnating resin fill in particular small gaps perfectly and increase there both the mechanical stability, and in particular the electrical Strength. As a result, the operational field strength in the production of the insulation can be increased. There is also an increased process reliability in the production of insulation.
Bei der Herstellung eines nanomodifizierten Tränkharzes hat sich erwiesen, dass bestimmte von Bisphenol-Epoxidharzen verschiedene Tränkharze eher geeignet sind, zum Beispiel ein Silikonharz und/oder auch ein cycloaliphatisches Epoxidharz.In the manufacture of a nanomodified impregnating resin, it has been found that certain impregnating resins other than bisphenol epoxy resins are more suitable, for example a silicone resin and / or a cycloaliphatic epoxy resin.
Je nach den gewünschten Eigenschaften, die durch das Anwendungsgebiet der Leitereinrichtung bedingt sein mögen, lässt sich ein geeignetes Tränkharz auswählen. Beispielsweise sind für elektrische Maschinen wegen ihrer guten Beständigkeit bei Hochspannungen cycloaliphatische Epoxidharze vorteilhaft, in Traktionsmaschinen hingegen wegen deren Temperaturbeständigkeit Silikonharze.Depending on the desired properties, which may be due to the field of application of the conductor device, a suitable impregnating resin can be selected. For example, because of their good resistance to high voltages, cycloaliphatic epoxy resins are advantageous for electrical machines, whereas silicone rubbers are used in traction machines because of their temperature resistance.
Ein erfindungsgemäßer Aspekt liegt in der Herstellung solcher nanomodifizierter Tränkharze: Nanoteilchen, zum Beispiel aus Siliziumdioxid oder aus Aluminiumoxid, werden mit Stoffen in Berührung gebracht, die Epoxisilangruppen enthalten. Diese lagern sich an den chemisch hochreaktiven Oberflächen der Nanoteilchen an. Das so entstandene Stoffgemisch kann dann einem cycloaliphatischen Epoxidharz zugegeben werden. Wegen der Epoxisilangruppen ist ein Verklumpen der Nanoteilchen verhindert. Zur Herstellung eines nanomodifizierten Silikonharzes wird analog vorgegangen, lediglich mit Vinylsilanen anstatt mit Epoxisilangruppen gearbeitet.An aspect of the invention is the production of such nanomodified impregnating resins: Nanoparticles, for example of silicon dioxide or of aluminum oxide, are brought into contact with substances which contain epoxy-silane groups. These attach themselves to the chemically highly reactive surfaces of the nanoparticles. The resulting mixture of substances can then be added to a cycloaliphatic epoxy resin. Because of the Epoxisilangruppen clumping of the nanoparticles is prevented. For the preparation of a nanomodified silicone resin, the procedure is analogous, working only with vinyl silanes instead of epoxy silane groups.
Alternativ oder zusätzlich kann die Glimmschutzeinrichtung der Leitereinrichtung Nanoteilchen enthalten. Falls die Glimmschutzeinrichtung aus Lack gebildet ist, kann dieser mit Nanoteilchen versetzt sein. Falls die Glimmschutzeinrichtung in Form eines Bandes bereit gestellt ist, können in dem Band Nanoteilchen enthalten sein. Ein Band wird typischer Weise dadurch erzeugt, dass Partikel, beim Außenglimmschutz Grafitpartikel, beim Endenglimmschutz Siliziumcarbidpartikel, mit einem Harz aufgeschlämmt werden, und dass dieses gefüllte Harz auf einem Gewebe- oder Vliesträger aufgebracht wird.Alternatively or additionally, the glow protection device of the conductor device may contain nanoparticles. If the smoldering device is made of lacquer, this can be mixed with nanoparticles. If the smoldering device is provided in the form of a band, nanoparticles may be contained in the band. A tape is typically produced by slurrying particles with the corona protection graphite particles, the end corona protection silicon carbide particles, with a resin, and applying this filled resin to a fabric or non-woven backing.
Will man die Bänder mit Nanoteilchen versehen, bietet sich insbesondere an, gleichzeitig mit den Grafit- bzw. Siliziumcarbidpartikeln auch Nanoteilchen mit dem Harz aufzuschlämmen oder solche Nanoteilchen vorher oder nachher dem Harz zuzugeben. Genauso können die Nanoteilchen jedoch auch auf oder in dem Gewebe- oder Vliesträger vorgesehen sein. Als Band kann auch ein reines Folienmaterial oder ein Gewebe mit Nanoteilchen eingesetzt sein.If one wants to provide the bands with nanoparticles, it is particularly appropriate to also slurry nanoparticles with the resin simultaneously with the graphite or silicon carbide particles or to add such nanoparticles before or after the resin. Likewise, however, the nanoparticles may also be provided on or in the fabric or nonwoven backing. The tape may also be a pure film material or a fabric with nanoparticles.
Als Material für die Nanoteilchen bieten sich insbesondere Oxide an, zum Beispiel Siliziumdioxid, Aluminiumoxid und/oder Titanoxid, es bieten sich Silikate, Sulfate, Lithopone, Aluminiumnitrid, Siliziumcarbid oder auch Ruß an. Die letzteren beiden Bestandteile sind insbesondere für die Nanopartikel in den Glimmschutzeinrichtungen geeignet, alle anderen Nanoteilchen besonders für das Tränkharz.Oxides, for example silicon dioxide, aluminum oxide and / or titanium oxide, are particularly suitable as material for the nanoparticles; silicates, sulfates, lithopones, aluminum nitride, silicon carbide or carbon black are also suitable. The latter two components are particularly suitable for the nanoparticles in the anti-corrosive devices, all other nanoparticles especially for the impregnating resin.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, in der dieHereinafter, a preferred embodiment of the invention will be described with reference to the drawing, in which
Eine im Ganzen mit
Jede Leitereinrichtung
Über den Glimmerbändern
Der in
Wenn in einer beliebigen Komponente der Leitereinrichtung
Die Glimmerbänder
Nanoteilchen sind auch in dem Klebstoff enthalten, mit dem das Glimmerpapier zur Bildung der Glimmerbänder
Vorliegend soll auch das Tränkharz, das zur Stabilisierung und Befestigung der Glimmerbänder
Vorliegend wird als Tränkharz nicht Bisphenol-A oder F verwendet, denn bei Zugabe von Nanoteilchen zu diesen Tränkharzen bleibt das System nicht stabil, die Nanoteilchen verklumpen. Verwendet wird ein cycloaliphatisches Epoxidharz oder ein Silikonharz.In the present case, bisphenol-A or F is not used as the impregnating resin, because the addition of nanoparticles to these impregnating resins does not leave the system stable and causes the nanoparticles to agglomerate. A cycloaliphatic epoxy resin or a silicone resin is used.
Im Falle der Verwendung eines cycloaliphatischen Epoxidharzes werden die Nanoteilchen, zum Beispiel Siliziumdioxid oder Aluminiumoxidteilchen, zunächst in Kontakt mit Stoffen gebracht, die Epoxisilangruppen enthalten. Dadurch wird die Reaktivität der Oberfläche der Nanoteilchen verringert, und gleichzeitig ermöglichen die Epoxisilangruppen eine gute Einbindung in das cycloaliphatische Epoxidharz derart, dass es nicht zu Verklumpungen einer Mehrzahl von Nanoteilchen kommt. Vielmehr bleiben die Nanoteilchen fein verteilt. Im Falle eines Silikonharzes werden die Nanoteilchen zunächst in Kontakt mit Vinylsilanen gebracht. Dadurch lagern sich die Vinylsilane an der Oberfläche an, die somit nicht mehr hoch reaktiv ist. Gleichzeitig ermöglichen es die Vinylsilane, die Nanoteilchen in das Silikonharz gut einzubetten.In the case of using a cycloaliphatic epoxy resin, the nanoparticles, for example silica or alumina particles, are first contacted with materials containing epoxy silane groups. As a result, the reactivity of the surface of the nanoparticles is reduced, and at the same time allow the Epoxisilangruppen a good integration into the cycloaliphatic epoxy resin such that it does not lead to clumping of a plurality of nanoparticles. Rather, the nanoparticles remain finely distributed. In the case of a silicone resin, the nanoparticles are first brought into contact with vinyl silanes. As a result, the vinylsilanes deposit on the surface, which is thus no longer highly reactive. At the same time, the vinyl silanes make it possible to embed the nanoparticles in the silicone resin well.
Im Falle der elektrischen Maschine
Auch die Glimmschutzeinrichtungen, nämlich der Außenglimmschutz
Für die Glimmschutzeinrichtungen sind die oben zur Glimmerpulpa genannten Stoffe für Nanoteilchen geeignet, insbesondere aber auch Siliziumcarbid und Ruß als Ausgangsmaterial für die Nanoteilchen.For the anti-corrosive devices, the materials mentioned above for the mica pulp are suitable for nanoparticles, but in particular also silicon carbide and carbon black as the starting material for the nanoparticles.
Durch das Vorsehen von Nanoteilchen in einer Vielzahl von Bauteilen einer Leitereinrichtung
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8196 | Reprint of faulty title page (publication) german patentblatt: part 1a6 | ||
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
R120 | Application withdrawn or ip right abandoned |