EP1150313B1 - Hochspannungsisolationssystem - Google Patents

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EP1150313B1
EP1150313B1 EP01810288A EP01810288A EP1150313B1 EP 1150313 B1 EP1150313 B1 EP 1150313B1 EP 01810288 A EP01810288 A EP 01810288A EP 01810288 A EP01810288 A EP 01810288A EP 1150313 B1 EP1150313 B1 EP 1150313B1
Authority
EP
European Patent Office
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insulation system
voltage insulation
base fabric
coolant
intermediate layer
Prior art date
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EP01810288A
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English (en)
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EP1150313A3 (de
EP1150313A2 (de
Inventor
Martin Lakner
Friedrich Koenig
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Research Ltd Switzerland
Original Assignee
ABB Research Ltd Switzerland
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Publication date
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Publication of EP1150313A3 publication Critical patent/EP1150313A3/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/04—Cooling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/06—Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S336/00—Inductor devices
    • Y10S336/01—Superconductive

Definitions

  • the present invention relates to the field of high voltage insulation. It relates to a high voltage insulation system for electrical insulation of components with an operating temperature below room temperature according to the preamble of patent claim 1 and a method for its production according to the preamble of claim 8.
  • liquid nitrogen (LN 2 ) is preferably used for cooling high-temperature superconductors to operating temperatures below 80 K.
  • the solid insulations used should usually also have a certain mechanical stability and can act as a support or stabilizer, for example for components made of a ceramic high-temperature superconducting material. Under these circumstances, isolations of polymer films or kraft paper are not considered.
  • Mechanically stressable insulation components are usually made of glass fiber reinforced fiber composites. The latter contain a polymer matrix of cured epoxy resin and glass or carbon fibers as a reinforcing carrier material.
  • fiberglass-containing fiber composites have a small partial discharge inception field strength of ⁇ 1 kV / mm at 77 K, and even using special vacuum pressure impregnation methods for casting the resin composition, at best ⁇ 4 kV / mm can be achieved. Accordingly, the insulation must not fall below a certain minimum thickness to avoid too large field strengths, which runs counter to efforts with respect to a compact dimension.
  • the DE 2327629 discloses a feed-through insulator whose one conical end is placed in a cryogenic medium and which has a self-supporting, mechanically stable insulating body.
  • the insulation body contains insulation paper impregnated with epoxy resin, which is processed together with capacitor films into a winding.
  • Object of the present invention is to provide a mechanically stable high voltage insulation system for use at temperatures below room temperature with high partial discharge field strength, and to provide a method for its production.
  • the core of the invention is to use an electrically insulating coolant in conjunction with a solid insulation in the form of a composite material comprising polymer resin impregnated pulp fibers.
  • the increased partial discharge field strength of the polymer composite allows a more compact dimension of the high voltage insulation system and thus also cost savings.
  • liquid nitrogen LN 2 is used as the coolant.
  • LN 2 is suitable for cooling high-temperature superconductors to an operating temperature of 77 K or less. In the range between room and operating temperature is the mean thermal expansion coefficient of the pulp-polymer matrix composite with comparable to that of the high-temperature superconductor. This gives rise to the possibility of bringing the pulp composite and the high-temperature superconductor into direct and permanent mechanical contact, without having to worry about damage induced by cooling during cooling or warming up.
  • the pulp is advantageously used in the form of press plates.
  • several thin, individually deformable plates can be laminated.
  • An intermediate layer of a suitable tissue absorbs excess polymer resin and prevents the formation of a pure resin layer between the pressure plates.
  • the inventive method for producing a low temperature suitable high voltage insulation system is characterized in that the press plates are deformed in a dry state and then impregnated, i. be soaked with a polymer resin. By dispensing with a wetting of the same during a deformation of the press plates, the cumbersome drying necessary for the subsequent impregnation also lapses. As a result, there is also no risk that the deformed pressure plate unintentionally warps when drying.
  • a cylindrical bobbin is formed from the press plates and wound on a superconducting wire. Subsequently, bobbin and winding are potted together with polymer resin, whereby the windings are glued to the bobbin and mechanically fixed.
  • the high-voltage insulation system comprises a solid insulator 2 and a fluid, ie liquid or gaseous coolant 3.
  • the solid insulator 2 consists of a carrier fabric 20 and a polymer matrix 21.
  • the matrix systems are preferably three-dimensionally crosslinking thermosets and are based, for example, on cured epoxy, silicon or polyester resins.
  • the carrier fabric 20 comprises fibers made of cellulose (processed cellulose).
  • In 1b shows an arrangement is shown with a conductor 1 as part of an electrical component to be cooled, which is connected via leads 4 to a power supply network, not shown.
  • the conductor 1 is surrounded by a solid insulation 2 according to the invention and immersed in a cooling liquid 3.
  • the latter is located in a thermally insulating coolant container. 5
  • glass fibers are used in view of the achievable mechanical properties and impregnated with the polymer resin.
  • the reason for the above-mentioned modest partial discharge field strength of less than 4 kV / mm of impregnated glass fibers is the necessary coating of the glass fibers, which prevents complete wetting of the fibers with resin. This results in microscopic cavities on the fibers, in which partial discharges take place, which in turn leads to accelerated aging of the glass fiber insulation.
  • partial discharge field strengths of up to 10 kV / mm can be achieved with polymer resin-impregnated pulp at a temperature of 77 K, because the pulp fibers are more easily impregnated and no voids are formed.
  • the conductor 1 is, for example, a high-temperature superconductor, and as such part of a component used for energy transmission (transmission cable, transformer or current limiter).
  • a component used for energy transmission transmission cable, transformer or current limiter.
  • the planar conductor geometry shown is in no way conclusive, the conductor 1 can also be suitably curved or in the form of a wire, possibly in cooperation with a normal-conducting matrix.
  • substrates or normal-conducting bypass layers is conceivable.
  • the critical temperature of the known high-temperature superconductor materials is above 80 K, so that liquid nitrogen LN 2 with a boiling point under normal pressure of 77 K allows the use of these high-temperature superconductors as coolant.
  • the thermal expansion coefficient of a ceramic superconductor is typically about 10 ⁇ 10 -6 / K, and the coefficient of expansion along the plane of a polymer resin-impregnated pulp fabric is in the range of 6-13 ⁇ 10 -6 / K.
  • the coefficients of thermal expansion thus differ so little that, when cooled to operating temperature, the pulp composite and the high-temperature superconductors contract to the same extent. If both have previously been bonded at ambient temperature, for example, by said polymer resin to form a mechanical composite, no thermomechanical stresses occur.
  • Pulp is available among other things pressed in the form of press plates with a density of ⁇ 1.2 g / cm 3 available. Also, such plates can be impregnated by means of suitable methods with polymer resins of low viscosity. For this, the plates must be thoroughly dried in advance. Such cast plates can take on a supporting function and stabilize thanks to the similar thermal expansion coefficients to adjacent adjacent superconductors.
  • an intermediate layer between the individual plates as otherwise surplus resin as a thin pure resin layer with a thickness of ⁇ 50 .mu.m between accumulates the plates. Upon cooling, this leads to a tendency to delaminate the laminate.
  • a material for the intermediate layer for example, a fabric of cotton, aramid or polyethylene fibers is suitable.
  • Fig.2 schematically shows a superconducting coil with a hollow cylindrical bobbin 6 made of a composite with two layers 60, 61, which were individually formed into tubes and separated by an intermediate layer 62 is shown.
  • a superconducting wire 1 ' is wound on the bobbin 6.
  • the interior of the bobbin 6 and the outer space surrounding the coil are filled with a coolant, not shown.
  • it is advantageous to carry out the impregnation process ie the casting of the coil only after the winding of the wire 1 ', because thereby the wire 1' is additionally fixed on the bobbin 6.
  • a material with a high dielectric constant for example soot (carbon black) is added in powder form to the polymer resin or provided in fabric form as part of the intermediate layer. This gives the composite semiconducting properties.
  • soot carbon black
  • an aluminum foil can be used as part of the intermediate layer for geometrical field control.
  • glass fibers can continue to be used, again either in the polymer matrix or as a glass fiber mat in the intermediate layer. This, of course, only where none high electric fields occur and partial discharges are to be feared.

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Description

    TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Hochspannungsisolationen. Sie betrifft ein Hochspannungsisolationssystem zur elektrischen Isolation von Komponenten mit einer Betriebstemperatur unterhalb Raumtemperatur gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.
    • STAND DER TECHNIK
  • Für eine Verwendung im Bereich der Energieversorgung mit Systemspannungen bis 550 kV ist für elektrische Bauteile oder Komponenten, welche für einen sinngemässen Einsatz auf eine unterhalb Raumtemperatur liegende Betriebstemperatur angewiesen sind, ein tieftemperaturtaugliches Hochspannungsisolationssystem erforderlich. Dafür wird häufig eine Kombination eines Kühlmediums und einer Feststoffisolation eingesetzt. Liegen die vorgesehenen Betriebstemperaturen genügend tief, scheiden chemische Alterungsvorgänge als Degradationsmechanismen für die Feststoffisolation praktisch aus. Andererseits ergeben sich durch den Unterschied zwischen der Fertigungstemperatur und der Einsatztemperatur thermisch bedingte Spannungen im Isolationsmaterial, was bei häufigem Abkühlen und Aufwärmen zu Schäden wie Rissen oder Delaminationen führen kann. Falls die elektrischen Bauteile oder Komponenten in direktem mechanischem Kontakt zur Feststoffisolation stehen, darf zudem der thermische Ausdehnungskoeffizient der Isolation nicht allzu sehr verschieden sein von demjenigen der Komponente, um Spannungen in Letzterer zu vermeiden.
  • Von besonderem Interesse sind elektrische Bauteile mit Komponenten auf der Basis von Hochtemperatursupraleitern, beispielsweise Kabel, Transformatoren, Strombegrenzer und dergleichen. Zur Kühlung von Hochtemperatursupraleitern auf Betriebstemperaturen unterhalb 80 K wird bevorzugt flüssiger Stickstoff (LN2) eingesetzt.
  • Die verwendeten Feststoffisolationen sollen meist auch eine gewisse mechanische Stabilität aufweisen und als Stütze oder Stabilisator beispielsweise für Komponenten aus einem keramischen Hochtemperatursupraleitermaterial wirken können. Unter diesen Umständen fallen Isolationen aus Polymerfolien oder Kraftpapier ausser Betracht. Mechanisch beanspruchbare Isolationskomponenten werden üblicherweise aus glasfaserverstärkten Faserverbundwerkstoffen hergestellt. Letztere enthalten eine Polymermatrix aus ausgehärtetem Epoxidharz und Glas-oder Kohlefasern als verstärkendem Trägermaterial. Glasfaserhaltige Faserverbundstoffe weisen allerdings bei 77 K eine geringe Teilentladungsfeldstärke (partial discharge inception field) von ≈ 1 kV/mm auf, und selbst unter Verwendung spezieller Vakuum-Druck Imprägnierverfahren zum Vergiessen der Harzmasse lassen sich bestenfalls ≈ 4 kV/mm erzielen. Entsprechend darf die Isolation zur Vermeidung zu grosser Feldstärken eine gewisse Mindestdicke nicht unterschreiten, was Bestrebungen bezüglich einer kompakten Abmessung zuwiderläuft.
  • Zur Isolierung von Transformatoren finden häufig aus Zellstoff hergestellte Pressplatten Verwendung, welche beispielsweise unter dem Namen "Transformerboard" verbreitet sind. Diese sind in Dicken ab 0.5 mm bis einigen mm und in laminierter und verklebter Form bis über 100 mm erhältlich. In der US 3,710,293 ist ein Isolationssystem aus Schichten von Pressplatten und Kraftpapier offenbart, welche mit einem thermoplastischen Harz vergossen sind. Alternativ dazu werden in ölgekühlten Transformatoren mit Öl imprägnierte Feststoffisolationen aus Zellstoffpapier als Barrieren zwischen benachbarten Wicklungslagen eingesetzt. Vorgängig müssen diese durch ein aufwändiges Ausheiz- und Vakuumverfahren getrocknet werden. Dies soll verhindern, dass das Zellulosematerial Wasser an das Öl abgibt und so dessen dielektrischen Eigenschaften herabsetzt.
  • Die DE 2327629 offenbart einen Durchführungsisolator, dessen eines konisches Ende in einem kryogenen Medium angeordnet wird, und welcher einen selbsttragend ausgebildeten, mechanisch stabilen Isolationskörper aufweist. Als Isolationsmaterial enthält der Isolationskörper mit Epoxidharz getränktes Isolationspapier, welches zusammen mit Kondensatorfolien zu einem Wickel verarbeitet wird.
    • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein mechanisch stabiles Hochspannungsisolationssystem für einen Einsatz bei Temperaturen unterhalb Raumtemperatur mit hoher Teilentladungsfeldstärke zu schaffen, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben.
  • Diese Aufgaben werden durch ein Hochspannungsisolationssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst.
  • Kern der Erfindung ist es, ein elektrisch isolierendes Kühlmittel in Verbindung mit einer Feststoffisolation in Form eines verbundmaterials, welches mit Polymerharz imprägnierte Zellstofffasern umfasst, einzusetzen. Die erhöhte Teilentladungsfeldstärke des Polymerverbundes ermöglicht eine kompaktere Abmessung des Hochspannungsisolationssystems und somit auch Kosteneinsparungen.
  • Gemäss einer ersten bevorzugten Ausführungsform wird als Kühlmittel flüssiger Stickstoff LN2 eingesetzt. LN2 ist geeignet zur Kühlung von Hochtemperatursupraleitern auf eine Betriebstemperatur von 77 K oder weniger. Im Bereich zwischen Raum- und Betriebstemperatur ist der mittlere thermische Expansionskoeffizient des Zellstoff-Polymermatrixverbundes mit demjenigen des Hochtemperatursupraleiters vergleichbar. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, den Zellstoffverbund und den Hochtemperatursupraleiter in direkten und dauerhaften mechanischen Kontakt zu bringen, ohne dass beim Abkühlen oder Aufwärmen durch Spannungen induzierte Schäden befürchtet werden müssen.
  • Zur mechanischen Stützung der Hochtemperatursupraleiterkeramik durch den Feststoffisolator wird der Zellstoff vorteilhafterweise in Form von Pressplatten eingesetzt. Zur Erreichung von höheren Dicken und weiter verbesserter mechanischer Stabilität können mehrere dünne, einzeln verformbare Platten laminiert werden. Eine Zwischenschicht aus einem geeigneten Gewebe nimmt überschüssiges Polymerharz auf und verhindert die Ausbildung einer Reinharzschicht zwischen den Pressplatten.
  • Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung eines tieftemperaturtauglichen Hochspannungsisolationssystems zeichnet sich dadurch aus, dass die Pressplatten in trockenem Zustand verformt werden und anschliessend imprägniert, d.h. mit einem Polymerharz getränkt werden. Indem bei einer Verformung der Pressplatten auf eine Befeuchtung derselben verzichtet wird, wird auch die für die nachfolgende Imprägnierung notwendige, umständliche Trocknung hinfällig. Dadurch besteht auch nicht die Gefahr, dass die verformte Pressplatte sich beim Trocknen ungewollt verzieht.
  • Gemäss einer weiteren Ausführungsform wird aus den Pressplatten ein zylindrischer Spulenkörper geformt und darauf ein supraleitender Draht aufgewickelt. Anschliessend werden Spulenkörper und Wicklung miteinander mit Polymerharz vergossen, wodurch die Wicklungen auf den Spulenkörper geklebt und mechanisch fixiert werden.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
    • Fig.1a einen Ausschnitt eines Hochspannungsisolationssystems nach der Erfindung,
    • Fig.1b einen Schnitt durch eine Anordnung mit einem erfindungsgemäss elektrisch isolierten Leiter,
    • Fig.2 eine Spule mit einem Spulenkörper als Teil eines Hochspannungsisolationssystems gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
  • Die in den Zeichnungen verwendeten Bezugszeichen sind in der Bezugszeichenliste zusammengefasst. Grundsätzlich sind gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.
    • WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • In Fig.1a ist ein erfindungsgemässes Hochspannungsisolationssystem zusammen mit einem sich auf hohem elektrischem Potential befindlichen Leiter 1 dargestellt. Der Leiter 1 ist Teil eines elektrischen Bauteils, welches zur Entfaltung seiner vorgesehenen Wirkungsweise gekühlt werden muss auf eine Betriebstemperatur, welche unterhalb der Umgebungs- oder Raumtemperatur (20-25°C) liegt. Das Hochspannungsisolationssystem umfasst einen Feststoffisolator 2 und ein fluides, d.h. flüssiges oder gasförmiges Kühlmittel 3. Der Feststoffisolator 2 besteht aus einem Trägergewebe 20 und einer Polymermatrix 21. Die Matrixsysteme sind vorzugsweise dreidimensional vernetzende Duroplaste und basieren beispielsweise auf ausgehärteten Epoxid-, Silizium- oder Polyesterharzen. Erfindungsgemäss umfasst das Trägergewebe 20 Fasern aus Zellstoff (verarbeiteter Zellulose).
  • In Fig.1b ist eine Anordnung gezeigt mit einem Leiter 1 als Bestandteil einer zu kühlenden elektrischen Komponente, welche über Zuleitungen 4 mit einem nicht dargestellten Stromversorgungsnetz verbunden ist. Der Leiter 1 ist mit einer erfindungsgemässen Feststoffisolation 2 umgeben und in eine Kühlflüssigkeit 3 eingetaucht. Letztere befindet sich in einem thermisch isolierenden Kühlmittelbehälter 5.
  • Im Stand der Technik werden im Hinblick auf die erzielbaren mechanischen Eigenschaften Glasfasern eingesetzt und mit dem Polymerharz imprägniert. Der Grund für die eingangs erwähnte bescheidene Teilentladungsfeldstärke von weniger als 4 kV/mm von imprägnierten Glasfasern liegt bei der notwendigen Beschichtung der Glasfasern, welche eine vollständige Benetzung der Fasern mit Harz verhindert. Dadurch entstehen mikroskopisch kleine Hohlräume an den Fasern, in welchen Teilentladungen stattfinden, was wiederum zu einer beschleunigten Alterung der Glasfaserisolation führt. Demgegenüber lassen sich mit polymerharz-imprägniertem Zellstoff bei einer Temperatur von 77 K Teilentladungsfeldstärken von bis zu 10 kV/mm erreichen, weil die Zellstofffasern besser imprägnierbar sind und sich keine Hohlräume bilden.
  • Der Leiter 1 ist beispielsweise ein Hochtemperatursupraleiter, und als solcher Teil eines zur Energieübertragung eingesetzten Bauteils (Übertragungskabel, Transformator oder Strombegrenzer). Die in Fig.1 gezeigte planare Leitergeometrie ist keinesfalls abschliessend, der Leiter 1 kann auch geeignet gekrümmt sein oder in Form eines Drahtes, eventuell in Zusammenwirkung mit einer normalleitenden Matrix, vorliegen. Im Weiteren ist der Einsatz von Substraten oder normalleitenden Bypass-Schichten denkbar. Die kritische Temperatur der bekannten Hochtemperatursupraleitermaterialien liegt oberhalb von 80 K, so dass als Kühlmittel flüssiger Stickstoff LN2 mit einem Siedepunkt unter Normaldruck von 77 K den Einsatz ebendieser Hochtemperatursupraleiter ermöglicht.
  • Der thermische Ausdehnungskoeffizient eines keramischen Supraleiters beträgt typischerweise etwa 10·10-6/K, der Ausdehnungskoeffizient entlang der Ebene eines polymerharzimprägnierten Zellstoffgewebes liegt im Bereich von 6-13·10-6/K. Die thermischen Ausdehnungskoeffizienten unterscheiden sich also so wenig, dass sich bei einer Abkühlung auf Betriebstemperatur der Zellstoffverbund und der Hochtemperatursupraleiter im gleichen Masse zusammenziehen. Sind beide vorgängig bei Umgebungstemperatur beispielsweise durch das genannte Polymerharz zu einem mechanischen Verbund verklebt worden, treten somit keine thermomechanischen Spannungen auf.
  • Zellstoff ist unter anderem gepresst in Form von Pressplatten mit einer Dichte von ≈ 1.2 g/cm3 erhältlich. Auch derartige Platten können mittels geeigneter Verfahren mit Polymerharzen geringer Viskosität imprägniert werden. Dazu müssen die Platten vorgängig ausführlich getrocknet werden. Derartig vergossene Platten können eine Stützfunktion übernehmen und Dank der ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten an sie anschliessende benachbarte Supraleiter stabilisieren.
  • Einzelne Platten mit geringer Dicke können in gewissem Umfang verformt werden, wobei dies normalerweise in angefeuchtetem Zustand geschieht. Problematisch ist hierbei, dass beim anschliessenden Trocknungsvorgang die verformte Platte ihre Geometrie wieder ändert, also eine gewisse Formunbeständigkeit auftritt. Bei einer trockenen Verformung ist kein beliebig kleiner Krümmungsradius möglich, für eine Plattendicke von 1 mm ist ein Krümmungsradius erreichbar, welcher im Minimum 15 cm beträgt. Verformte oder plane Einzelplatten können zu Laminaten zusammengefügt und anschliessend imprägniert werden.
  • Dazu ist es vorteilhaft, zwischen den Einzelplatten eine Zwischenschicht vorzusehen, da sich sonst überschüssiges Harz als dünne Reinharzschicht mit einer Dicke von < 50µm zwischen den Platten ansammelt. Beim Abkühlen führt dies zu einer Neigung zur Delamination des Laminats. Als Material für die Zwischenschicht ist beispielsweise ein Gewebe aus Baumwolle, Aramid- oder Polyethylenfasern geeignet.
  • In Fig.2 ist schematisch eine supraleitende Spule mit einem hohlzylinderförmigen Spulenkörper 6 aus einem Komposit mit zwei Schichten 60, 61, welche einzeln zu Rohren geformt wurden und durch eine Zwischenschicht 62 getrennt sind, gezeigt. Auf den Spulenkörper 6 ist ein supraleitender Draht 1' aufgewickelt. Der Innenraum des Spulenkörpers 6 sowie der die Spule umgebende Aussenraum sind mit einem nicht dargestellten Kühlmittel gefüllt. Bei der Herstellung der Spule ist es vorteilhaft, den Imprägnierprozess, d.h. das Vergiessen der Spule erst nach dem Aufwickeln des Drahtes 1' vorzunehmen, weil dadurch der Draht 1' zusätzlich auf dem Spulenkörper 6 fixiert wird.
  • Da bei Hochspannungskomponenten unweigerlich das Problem einer Feldüberhöhung des elektrischen Feldes bei Kanten, Durchführungen und dergleichen auftritt, ist es vorteilhaft, das Isolationssystem und insbesondere den Feststoffisolator mit gewissen feldsteuernden Eigenschaften zu versehen. Dazu wird ein Material mit einer hohen Dielektrizitätskonstanten, beispielsweise Russ (carbon black), in Pulverform dem Polymerharz zugegeben oder in Gewebeform als Teil der Zwischenschicht vorgesehen. Dadurch werden dem Komposit halbleitende Eigenschaften verliehen. Ebenso kann eine Aluminiumfolie als Teil der Zwischenschicht zur geometrischen Feldsteuerung eingesetzt werden.
  • Sollte eine zusätzliche mechanische Verstärkung gewünscht werden, können weiter Glasfasern eingesetzt werden, wiederum entweder in der Polymermatrix oder als Glasfasermatte in der Zwischenschicht. Dies selbstverständlich nur dort, wo keine hohen elektrischen Felder auftreten und Teilentladungen zu befürchten sind.
    • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 1,1'
    Leiter, Wicklung
    2
    Feststoffisolator
    20
    Trägergewebe
    21
    Matrix
    3
    Kühlmittel
    4
    Zuleitungen
    5
    Kühlmittelbehälter
    6
    Spulenkörper
    60,61
    Gerollte Pressplatten
    62
    Zwischenschicht

Claims (10)

  1. Hochspannungsisolationssystem zur elektrischen Isolation von Komponenten mit einer Betriebstemperatur unterhalb Umgebungstemperatur, umfassend ein Kühlmittel (3) sowie einen Feststoff (2) mit einer ausgehärteten Polymermatrix (21) und einem Trägergewebe (20),
    dadurch gekennzeichnet, dass das Trägergewebe (20) Zellstoff in Form von Pressplatten umfasst.
  2. Hochspannungsisolationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel (3) flüssigen Stickstoff umfasst und die Komponenten Hochtemperatursupraleitermaterial enthalten.
  3. Hochspannungsisolationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststoffisolation (2) in das Kühlmittel (3) eingetaucht ist.
  4. Hochspannungsisolationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägergewebe ein Laminat (6) mit mindestens zwei Schichten (60, 61) aus Pressplatten, welche durch mindestens eine Zwischenschicht (62) getrennt sind, umfasst.
  5. Hochspannungsisolationssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (62) ein Gewebe aus Baumwolle, Aramid- oder Polyethylenfasern umfasst.
  6. Hochspannungsisolationssystem nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Absteuerung elektrischer Felder Kohlenstoff in Form von Fasern oder Geweben dem Trägergewebe (20) oder der Zwischenschicht (62) beigegeben ist.
  7. Hochspannungsisolationssystem nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur mechanischen Verstärkung Glasfasern in Form von Fasern oder Geweben dem Trägergewebe (20) oder der Zwischenschicht (62) beigegeben sind.
  8. Verfahren zur Herstellung eines Hochspannungsisolationssystems umfassend ein Kühlmittel (3) sowie einen Feststoff (2) mit einer ausgehärteten Polymermatrix (21) und einem Trägergewebe (20),
    dadurch gekennzeichnet, dass ein Zellstoff enthaltendes Trägergewebe (20) als Pressplatte in trockenem Zustand verformt und anschliessend mit einem Polymerharz imprägniert wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressplatte eine Dicke d und einen minimalen Krümmungsradius R aufweist, und dass ein Verhältnis R/d weniger als 150 beträgt.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die verformte Pressplatte einen Spulenkörper (6) bildet, auf welchen mindestens eine Wicklung eines supraleitenden Leiters (1') gewickelt wird und anschliessend Spulenkörper (6) und Wicklung (1') zusammen imprägniert werden.
EP01810288A 2000-04-25 2001-03-21 Hochspannungsisolationssystem Expired - Lifetime EP1150313B1 (de)

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JP (1) JP2001357733A (de)
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