EP3844218A1 - Elektrisches betriebsmittel mit isolationssystem, sowie verfahren zur herstellung des isolationssystems - Google Patents

Elektrisches betriebsmittel mit isolationssystem, sowie verfahren zur herstellung des isolationssystems

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EP3844218A1
EP3844218A1 EP19795085.0A EP19795085A EP3844218A1 EP 3844218 A1 EP3844218 A1 EP 3844218A1 EP 19795085 A EP19795085 A EP 19795085A EP 3844218 A1 EP3844218 A1 EP 3844218A1
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EP
European Patent Office
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resin component
electrical
electrical equipment
insulation
resin
Prior art date
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Pending
Application number
EP19795085.0A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jürgen Huber
Steffen Lang
Niels Müller
Matthias ÜBLER
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
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    • H02K3/40—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation for high voltage, e.g. affording protection against corona discharges
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/30—Windings characterised by the insulating material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/04—Layered products comprising a layer of synthetic resin as impregnant, bonding, or embedding substance
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/01—Use of inorganic substances as compounding ingredients characterized by their specific function
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L67/00—Compositions of polyesters obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers

Definitions

  • insulation system refers to: an insulation which basically comprises a main insulation, the AGS, EGS, and optionally the IPS.
  • the present invention relates to a novel formulation for a casting compound for casting to produce the main insulation or parts of the main insulation, which, quite surprisingly, has shown in tests that instead of the usual winding tape insulation, the main insulation can be produced by simple encapsulation, even in the high-voltage range.
  • a “resin-hardener mixture” refers to a resin mixture in which a hardener is present, for example an anhydride hardener, which accelerates but does not necessarily initiate the polymerization. This is formed when the monomer / oligomeric units are crosslinked to form the polymer, that is to say both the gelation as well as the hardening of the potting compound, built into the polymer chain or the polymer network.
  • This hardener component can then be detected in the finished insulation system using spectroscopic methods by means of which functional groups in the polymer chain, or the polymer network in question, can be identified .
  • the potting can be chemically separated by a high-performance liquid chromatography "HPLC" and examined by means of an element analysis. If necessary, the potting - for example in an electric rotating machine - can be superficially using ATR-IR spectroscopy After electrical aging, the silicon-oxygen-based resin component should basically be visualized via a glazed, silicon-rich layer in the energy-dispersive element analysis or in the ESCA analysis.
  • the catalyst merely serves to activate the monomeric or oligomeric compounds present in the storage-stable, liquid, neither gelled nor hardened, resin, or the so-called casting compound, in such a way that they are combined with molecules of the same or a different one in the casting compound existing for the polymerization, react, for example, the hardener or the second resin components te A or B to the polymer.
  • the catalyst per se generally does not become part of the repeating units that build up into the polymer network.
  • R can be the same or different and stand for the following groups:
  • R stands for all types of organic radicals which are suitable for curing and / or crosslinking to an insulation material which can be used for an insulation system.
  • R stands for all types of radicals which, in particular, can lead to saturated and / or unsaturated compounds
  • R be:
  • R aryl, alkyl, alkoxy, alkenyl, alkynyl, heterocyclic radicals which also contain nitrogen, amine, carboxyl, oxygen and / or sulfur-substituted aryls and / or alkyls, as well as any combination of several of the radicals mentioned in a radical.
  • R can be the same or different and stand for the following groups:
  • Alkyl for example methyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, tert-butyl, pentyl, isopentyl, cyclopentyl and all other analogs up to dodecyl, ie the homologue with 12 carbon atoms;
  • Heterocycles in particular sulfur-containing heterocycles such as thiophene, tetrahydrothiophene, 1,4-thioxane and homologs and / or derivatives thereof,
  • - nitrogen-containing heterocycles such as -CN, -CNO, -CNS, - N3 (Azid) etc.
  • glycidyl-based and / or epoxy-terminated aryl and / or alkyl siloxanes and / or glycidyl-based and / or epoxy-terminated aryl and / or alkyl hydrocarbon compounds such as, for example, glycidoxy functionalized glycidoxy-terminated siloxanes and / or hydrocarbons, for example compounds containing oxirane groups such as glycidyl ethers.
  • Suitable hardeners that is to say a polymerizable resin component
  • anhydrides in particular acid anhydrides, such as phthalic anhydrides, which have already been successfully used in insulation materials in many cases.
  • acid anhydrides such as phthalic anhydrides
  • This new manufacturing process for the production of the main insulation or parts of a main insulation of an insulation system can be carried out without winding, in particular without winding by hand, of a winding tape. This is the crucial point for a) compacting the new insulation systems, b) accelerating the manufacturing process and c) the possibility of fully automating the manufacturing process. For example, a potting or coating can be produced automatically.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Betriebsmittel mit hoher elektrischer Bemessungsspannung, insbesondere einer Bemessungsspannung von größer 1 kV, zumindest einen spannungsführenden Leiterstab mit einem Isolationssystem aufweisend. Beispiele derartiger elektrischer Betriebsmittel sind insbesondere rotierende elektrische Maschinen, wie elektrische Generatoren, elektrische Motoren, aber auch Transformatoren, Drosselspulen, elektrische Schalter und Durchführungen. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Isolationssystems für einen spannungsführenden Leiterstab. Dabei wird hier erstmals ein Isolationssystem für ein elektrisches Betriebsmittel, wie eine elektrische rotierende Maschine, beschrieben, dass auch bei Auslegung des Betriebsmittels für den Hochspannungsbereich, also über 1 kV ohne Wickelbandisolierung auskommt. Dies wird durch die Kombination eines nachweisbaren Anteils an Silizium-Sauerstoff-basierter Harzkomponente im polymeren Duroplast, als auch eines Füllstoffes mit hoher Dielektrizität, erreicht.

Description

Beschreibung
Elektrisches Betriebsmittel mit Isolationssystem, sowie Ver fahren zur Herstellung des Isolationssystems
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Betriebsmittel mit hoher elektrischer Bemessungsspannung, insbesondere einer Be messungsspannung von größer 5 kV, zumindest einen spannungs führenden Leiterstab mit einem Isolationssystem aufweisend. Beispiele derartiger elektrischer Betriebsmittel sind insbe sondere rotierende elektrische Maschinen, wie elektrische Ge neratoren, elektrische Motoren, aber auch Transformatoren, Drosselspulen, elektrische Schalter und Durchführungen.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Isolationssystems für einen spannungsführenden Leiter stab .
Zur Erzeugung von elektrischer Energie werden typischerweise rotierende Hochspannungsmaschinen in Form von Generatoren eingesetzt. Die EP 1 981 150 A2 beschreibt einen Generator mit einem drehbaren Läufer und einem um den Läufer angeordne ten Ständer. Der Ständer weist ein rotationssymmetrisch aus gestaltetes Blechpaket auf, wobei elektrisch leitende Wick lungsstäbe in Nuten am Blechpaket verlaufen. An das Blechpa ket schließt sich beidseitig ein Wicklungskopf an, der die Wicklungsstäbe über Verbindungsstege zu einer geschlossenen Windung verbindet.
Im Betrieb von Hochspannungsmaschinen, ab 1 kV mit Leistungen von über 5 MVA können Bemessungsspannungen von über 5-10 kV erreicht werden. Die Komponenten sind entsprechend hohen me chanischen, thermischen und elektrischen Belastungen ausge setzt. Die Zuverlässigkeit des Isolationssystems der elektri schen Leiter, wie beispielsweise des spannungsführenden Lei terstabs, ist daher maßgeblich für die Betriebssicherheit verantwortlich . Ein Beispiel für ein derartiges Isolationssystem ist die Hauptisolation von Generatoren. Dies sorgt für die Abschir mung der unter Hochspannung stehenden Kupferleiter gegen den geerdeten Stator. Sie besteht herkömmlich aus mit Kunststoff getränkten Glimmerbändern und besitzt eine hohe elektrische Lebensdauer, was ihr ermöglicht, 3,5 kV pro Millimeter dauer haft abzubauen.
Dieses Isolationssystem umfasst in der Regel eine Isolierung zwischen Teilleitern, die so genannte Teilleiterisolierung, zwischen den Leitern oder Wicklungsstäben und dem Blechpaket im Nutbereich, die Hauptisolation .
Das grundlegende Problem bei derart elektrisch belasteten Isolationssystemen liegt in der teilentladungsinduzierten Erosion mit sich ausbildenden „Treeing"-Kanälen, die letzt lich zum elektrischen Durchschlag der Isolation führen. Übli cherweise kommen zur dauerhaften Isolation der spannungsfüh renden Leiter in rotierenden Maschinen glimmerbasierte Iso lierungen zum Einsatz.
Zum Ausbilden der Hauptisolation werden aus isolierten Teil leitern hergestellten Formspulen mit Wickelbändern umwickelt - die so genannte Wickelbandisolierung - und dann im Rahmen einer Vakuum-Druck-Imprägnierung (Vacuum-Pressure-Impregna- tion, VPI-Prozess) mit einem Harz imprägniert. Dabei werden Wickelbänder in Form von Glimmerpapier eingesetzt, die nicht oder nicht vollständig automatisiert, sondern teilweise noch per Hand um den Leiter gewickelt werden. Die Herstellung eines Isolationssystems braucht daher entsprechend lange, für einen Generatorstab heutzutage ungefähr 36 Stunden.
Im VPI-Prozess werden durch die Imprägnierung die im Wickel band zwischen den einzelnen Partikeln und/oder Bandfalten be findlichen Hohlräume mit dem Imprägnierharz gefüllt. Der Ver bund aus Imprägnierharz und Glimmerpapier wird gehärtet, bil det den Isolationsstoff, der dann im Isolationssystem verar beitet wird und die mechanische Festigkeit des Isolationssys- tems liefert. Durch den VPI-Prozess werden auch kleinste Hohlräume in der Wickelband-Isolierung mit Harz ausgefüllt, um die Anzahl innerer Gas-Feststoff-Grenzflachen zu minimie ren .
Insgesamt stellt dies allerhöchste elektrische, thermische und mechanische Anforderungen an die Isolation der Leiter einer Wicklung untereinander, der Wicklung gegen das Blechpa ket sowie auch der am Austritt der Leiter aus dem Blechpaket gebildeten Gleitanordnung. In der Maschinenisolierung unter scheidet man die Innenpotentialsteuerung „IPS" zwischen dem Kupferleiterverband und der Hochspannungsisolierung, den Außenglimmschutz „AGS", zwischen der Hauptisolation und dem Blechpaket, sowie den Endenglimmschutz „EGS" am Austritt der Wicklungsstäbe aus dem Blechpaket.
Ein herkömmliches Isolationssystem einer rotierenden elektri schen Maschine, eine imprägnierte Wicklung aus Glimmerband mit Bandkleber und Bandbeschleuniger, ein Basisharz, bei spielsweise ein Epoxidharz, mit einem oder mehreren Härter, gegebenenfalls auch Epoxi-funktionalisierten Härter, umfas send, ist im Bereich 0,5 mm bis 1cm dick. Die dicke der Iso lationssysteme anderer elektrischer Betriebsmittel kann aber auch wesentlich mehr sein, beispielsweise bei Durchführungen bis zu 25 cm. Während des Betriebs der elektrisch rotierenden Maschine kommt es im Laufe der Zeit zu elektrischen Entladun gen, die wiederum den Kunststoff in der Isolation angreifen.
Dabei wird der Kunststoff lokal zerstört und es kommt zu elektrischen Erosionserscheinungen. Diese Zerstörung des Iso lationssystems wird durch den plättchenförmigen teilentla dungsresistenten Glimmer im Wickelband des Isolationssystems durch eine Erosionswegverlängerung verzögert, so dass eine Mindestlebensdauer von 25 Jahren gewährleistet werden kann. Dennoch bildet sich ein Erosionsweg stetig im Laufe der Le bensdauer durch das Isolationssystem hindurch, bis es letzt endlich zum Erdschluss in der elektrisch rotierenden Maschine kommt. Würde nun - im Zuge technischer Weiterentwicklung - die elektrische Feldstärke von 3,5 kv/mm auf - beispielsweise 4,5 kV/mm - angehoben, würde der elektrische Erosionsweg frühzeitiger ausgebildet und nach beispielsweise schon 5 Jah ren bereits zum Erdschluss und damit zum Totalausfall führen.
Die Dicke des Isolationssystems ist dabei grundsätzlich so gering wie nur irgend möglich zu wählen, um hohe Wirkungsgra de der Maschinen zu erzielen. Um die Leistungsdichte im elektrischen Betriebsmittel wie z.B. einem Generator und/oder einem Elektromotor zu erhöhen, ist man bestrebt, die Dicke des Isolationssystems zu reduzieren, beispielsweise um ca. 20%. Das führt zwangsläufig zu steigenden elektrischen Feld stärken im Isolationssystem von - wiederum beispielsweise - 3,5kV/mm auf 4,5kV/mm und damit zu einer erhöhten elektri schen Teilentladungsaktivität.
Die herkömmlich eingesetzten Isolationssysteme erlauben dau erhafte Betriebsfeldstärken von 3,5kV/mm bei einer technisch möglichen Lebensdauer von mindestens 25 Jahren.
Bisher werden als Basisharze für elektrische Isolationssyste me und insbesondere auch als Tränkharze für Wickelbandisolie rungen bevorzugt Epoxidharze auf Kohlenstoffbasis eingesetzt, die in flüssiger Form an einem Kohlenstoff-basierten (-CR2- ) n- Rückgrat alle möglichen funktionellen Gruppen, beispiels weise auch Epoxidgruppen tragen. Diese werden mit als Harz- Härter-Gemisch zu einem duroplastischen Kunststoff umgesetzt, die die Imprägnierung der Wickelbandisolierung bildet.
Im Wickelband liegen planare, teilentladungsresistente Glim merplättchen vor, die wie Schuppen um den Kupferleiter durch das Glimmerband angeordnet sind, um so den Erosionsweg zu verlängern. Gleichzeitig besitzt das Glimmerband einen Kata lysator, der benötigt wird, um das Harz-Härter-Gemisch, ba sierend z.B. auf Epoxid-Anhydrid-Chemie, im Glimmerband wäh rend dessen Imprägnierung anzugelieren, damit das Harz nicht mehr abfließen kann. Nach dem Imprägnieren oder dem Tränkpro zess wird das Harz ausgehärtet. Beim Imprägnieren wird bei- spielsweise ein Generatorstab komplett mit Harz geflutet, aber nur in den Bereichen, in denen der Katalysator vorliegt, wird das Imprägnierharz angeliert und kann nicht mehr abflie ßen. In den restlichen Bereichen kann das Imprägnierharz nach der Imprägnierung wieder abfließen und wird in Tanks gela gert. Aus diesem Grund muss das Harz-Härter-Gemisch eine gute Lagerstabilität und/oder eine lange Topfzeit besitzen, damit in den Harztanks das Harz-Härter-Gemisch auch ohne den Kata lysator des Glimmerbandes nicht aushärtet.
Es wurde in der EP 17192058, noch unveröffentlicht, gezeigt, dass ein Siloxan-haltiges Harz oder Harz-Härter-Gemisch zum Einbau von Siloxan-Gruppen in das Rückgrat der Polymerkette respektive des Polymernetzwerkes des gehärteten Harzes führt und damit die Lebensdauer des Isolationssystems entscheidend erhöht. Oder anders formuliert könnte die Dicke des Isolati onssystems bei gleicher Lebensdauer mit dem Harz-Härter-Ge misch gemäß der der EP 17192058 reduziert werden, was in einer höheren Leistungsdichte resultiert. Unglücklicherweise besitzen Siloxane herstellungsbedingt freie Hydroxylgruppen, die die Lagerstabilität des Harz-Härter-Gemisches deutlich reduzieren, so dass eine kommerzielle Nutzung des um Siloxan- Einheiten erweiterten Isolationssystems mit den bisherigen Herstellungsverfahren wirtschaftliche Nachteile bringt.
Daher ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein harzhalti ges Isolationssystem für ein elektrisches Betriebsmittel zu schaffen, bei dem im Verguss, der ausgehärteten Vergussmasse in der Polymerkette, respektive dem Polymernetzwerk
,,-SiR2-0-„ - Einheiten nachweisbar sind. Außerdem ist es Auf gabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Hauptisolation respektive eines Teils einer Hauptisola tion eines derartigen Isolationssystems anzugeben, das wirt schaftlich sinnvoll geführt werden kann, also für das die La gerstabilität eines Silikon- und/oder Siloxan-haltigen Ver gusses und/oder Harz-Härter-Gemisches ausreichend ist. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der vorliegend be schriebenen und beanspruchten Erfindung, wie er in der Be schreibung und den Ansprüchen offenbart ist, gelöst.
Dementsprechend ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein elektrisches Betriebsmittel mit einem Isolationssystem, eine Hauptisolation oder Teil einer Hauptisolation umfassend, die als Verguss einer Vergussmasse vorliegt, dadurch gekennzeich net, dass die Vergussmasse folgende Komponenten umfasst:
A) eine erste Harzkomponente A, die Kohlenstoff-basiert
ist,
B) eine zweite Harzkomponente B, die Silizium-Sauerstoff- basiert ist,
wobei das Verhältnis der ersten zur zweiten Harzkomponente A:B im Bereich zwischen A=99: B=1 bis A=60: B=40, also erste Harzkomponente mengenmäßig überwiegend, liegt,
C) 0,1 bis 10 Gew% an Katalysator
D) 30 bis 85 Gew% an dielektrischem, insbesondere minerali schem, Füllstoff
E) 0- 60 Gew% eines Härters .
Außerdem ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Ver fahren zur Herstellung einer Hauptisolation oder Teile einer Hauptisolation eines Isolationssystems durch Verguss und/oder sonstige automatisierbare Aufbringungsmethoden einer Verguss masse auf / um einen elektrischen Leiter, wobei die Verguss masse zumindest folgende Komponenten aufweist:
A) eine erste Harzkomponente A, die Kohlenstoff-basiert ist,
B) eine zweite Harzkomponente B, die Silizium- Sauerstoff-basiert ist,
wobei das Verhältnis der ersten zur zweiten Harzkompo nente A : „zu" B im Bereich zwischen A=99: B=1 bis A=60: B=40, also erste Harzkomponente mengenmäßig überwiegend, liegt,
C) 0,1 bis 10 Gew% an Katalysator
D) 30 bis 85 Gew% an dielektrischem Füllstoff
E) 0-60 Gew% eines Härters. Allgemeine Erkenntnis der Erfindung ist es, dass durch Wahl eines geeigneten Füllstoffes in Kombination mit einem Silizi- um-Sauerstoff-basierten - ansonsten üblichen - Imprägnierharz das Glimmerband, also die - zum Teil noch per Hand applizier te - Wickelbandisolierung, substituiert werden kann und damit ein, durch einen Verguss herstellbares, Isolationssystem für elektrische Betriebsmittel zur Verfügung steht. Die Herstel lungszeit für ein derartiges Isolationssystem lässt sich dadurch drastisch verkürzen, beispielsweise von heute ca.
36 Stunden auf unter 6 Stunden, insbesondere auf ca. 3 Stun den .
Als „Isolationssystem" wird vorliegen bezeichnet: eine Isola tion, die grundsätzlich eine Hauptisolation, den AGS, EGS, sowie optional die IPS umfasst. Die vorliegende Erfindung be trifft eine neuartige Formulierung für eine Vergussmasse zum Verguss zur Herstellung der Hauptisolation oder Teile der Hauptisolation, die völlig überraschend in Tests gezeigt hat, dass anstelle der üblichen Wickelbandisolierung, die Haupt isolation durch einfachen Verguss, auch im Hochspannungsbe reich, herstellbar ist.
Als „Harz-Härter-Gemisch" wird vorliegend eine Harzmischung bezeichnet, in der ein Härter vorliegt, beispielsweise ein anhydridischer Härter, der die Polymerisation beschleunigt aber nicht notwendigerweise initiiert. Dieser wird bei der Vernetzung der monomeren/oligomeren Einheiten zum Polymer, also sowohl bei der Angelierung als auch bei der Durchhärtung der Vergussmasse, mit in die Polymerkette, respektive das Po lymernetzwerk, eingebaut. Diese Härterkomponente ist dann im fertigen Isolationssystem über spektroskopische Methoden, durch die sich funktionelle Gruppen in der Polymerkette, res pektive Polymernetzwerk, identifizieren lassen, nachweisbar.
Eine spektroskopische Unterscheidung von homopolymerisierten Epoxidharzen, die im Polymer so genannte „Etherbrücken" bil det, und klassisch-anhydridisch gehärteten Vergussmassen, insbesondere Epoxidharzen, ist möglich. Die Homopolymerisati on kann über UV Härtung erfolgen und die Etherbrücken sind als C-O-Schwingungen im IR Spektrum erkennbar.
Demgegenüber führt die klassische Anhydridhärtung, bei der eine Härterkomponente zumindest teilweise mit ins Polymer, ins polymere Rückgrat, eingebaut wird, zu so genannten „Es terbrücken". Hier liegen, wenn - wie der Name schon sagt - der Härter ein Anhydrid ist, „Esterbrücken" vor, die typi scherweise neben C-O-Schwingungen auch C=0-Schwingungen zei gen. Der spektroskopische Nachweis gelingt beispielsweise durch IR-Spektroskopie, insbesondere Fourier-Transform- Infrarot-Spektroskopie .
Zum Nachweis der Silizium-Sauerstoff-basierten Harzkomponente kann der Verguss durch eine Hochleistungsflüssigkeitschroma tographie „HPLC" chemisch aufgetrennt und mittels einer Ele mentanalyse untersucht werden. Gegebenenfalls kann der Ver guss - beispielsweise in einer elektrischen rotierenden Ma schine - mittels ATR-IR-Spektroskopie oberflächlich unter sucht werden. Nach elektrischer Auslagerung sollte grundsätz lich die Silizium-Sauerstoff-basierte Harzkomponente über eine verglaste, siliziumreiche Schicht in der energiedisper sen Elementanalyse oder in der ESCA-Analyse visualisierbar sein .
Als „Vergussmasse" wird vorliegend die Vorstufe eines Duro plasts bezeichnet, die flüssig, zähflüssig, angeliert oder ausgehärtet vorliegen kann. Die ausgehärtete Variante ent spricht dabei einem Duroplast im Isolationssystem.
In der ungehärteten, als „Masse" bezeichneten Vergussmasse, liegen Monomere und Oligomere mehrerer Verbindungen, insbe sondere Harzkomponenten, vor, die nach erfolgtem Start der Polymerisation, in der Regel durch einen Katalysator, mög licherweise aber auch durch Härter, insbesondere zusammen mit Licht, UV-Strahlung, Feuchtigkeit und/oder Temperatur, sich zu einem langkettigen, möglicherweise auch verzweigtkettigen Polymernetzwerk verbinden. Das Polymernetzwerk umfasst Makro moleküle, die Repetiereinheiten haben, die gleich sind. Es können unterschiedliche Repetiereinheiten in einem Polymer netzwerk vorliegen, gemäß der Erfindung liegen neben Kohlen stoff-basierten Repetiereinheiten auch Silizium-Sauerstoff- basierte Repetiereinheiten, insbesondere im polymeren Rück grat, vor.
Daneben liegen beispielsweise in der Vergussmasse, also unge härtet, auch monomere oder oligomere Verbindungen vor, die als „Härter" bezeichnet werden. Diese Verbindungen werden bei Härtung mit in die Polymerkette, respektive dem Polymernetz werk, eingebaut und werden dadurch eine Repetiereinheit oder Teil einer Repetiereinheit.
Im Gegensatz dazu dient der Katalysator lediglich dazu, dass die im lagerstabilen, flüssigen weder gelierten noch gehärte ten Harz, oder der so genannten Vergussmasse, vorliegenden monomeren oder oligomeren Verbindungen so aktiviert werden, dass sie mit Molekülen der gleichen oder einer anderen, in der Vergussmasse zur Polymerisation vorliegenden, Verbindung, also beispielsweise dem Härter oder der zweiten Harzkomponen te A oder B zum Polymer abreagieren. Der Katalysator an sich wird in der Regel nicht Teil der Repetiereinheiten, die sich zum Polymernetzwerk aufbauen.
Die erste Harzkomponente A ist eine zur Polymerisation funk- tionalisierte monomere oder oligomere Harzkomponente, die Kohlenstoff - basiert ist -also eine oder mehrere (-CR2-) Einheiten, mit entsprechenden terminalen, reaktiven Gruppen, umfasst .
Dabei steht „R" für alle Arten organischer Reste, die sich zur Härtung und/oder Vernetzung zu einem für ein Isolations system brauchbaren Isolationsstoff eignen. Insbesondere steht R für alle Arten Resten, die zu gesättigten und/oder ungesät tigten Verbindungen führen, insbesondere kann R = sein: „R" = -Aryl, -Alkyl, - Alkoxy-, -Alkenyl-, -Alkinyl-, - Heterocyclen-haltige Reste, die auch -Stickstoff, -Amin, - Carboxyl, -Sauerstoff und/oder -Schwefel substituierte Aryle und/oder Alkyle umfassen, sowie beliebige Kombinationen meh rerer der genannten Reste in einem Rest.
Insbesondere kann R gleich oder ungleich sein und für folgen de Gruppen stehen:
- Alkyl, beispielsweise -Methyl, -Propyl, -isoPropyl, - Butyl, -isoButyl, -tertButyl, -Pentyl, -isoPentyl, - Cyclopentyl sowie alle weiteren Analoge bis zu Dodecyl, also das Homologe mit 12 C-Atomen;
- Alkenyl, beispielsweise Vinyl-, -Styrol
- Aryl, beispielsweise: Benzyl-, Benzoyl-, Biphenyl-, To- luyl-, Xylole etc., insbesondere beispielsweise alle A- rylreste, deren Aufbau der Definition von Hückel für die Aromatizität entspricht
- Heterozyklen: insbesondere schwefelhaltige Heterozyklen wie Thiophen, Tetrahydrothiophen, 1,4-Thioxan und Homolo ge und/oder Derivate davon,
- Sauerstoffhaltige Heterozyklen wie z.B. Dioxane
- Stickstoffhaltige Heterozyklen wie z.B. -CN, -CNO,-CNS, - N3 (Azid) etc.
- Schwefel substituierte Aryle und/oder Alkyle: z.B. Thio phen, aber auch Thiole und/oder
- Reste von so genannten „ungesättigten Polyesterharzen" „UP", die über ein oder mehrere Doppelbindungen im Mole kül zu Duroplasten abreagieren können.
Die Hückel-Regel für aromatische Verbindungen bezieht sich auf den Zusammenhang, dass planare, cyclisch durchkonjugierte Moleküle, die eine Anzahl von P-Elektronen, die sich in Form von 4n + 2 darstellen lässt, umfasst, eine besondere Stabili tät besitzen, die auch als Aromatizität bezeichnet wird.
Insbesondere eignen sich als Harzkomponente A beispielsweise Epoxidharze, wie Bisphenol-F-Diglycidylether (BFDGE) und/oder Bisphenol-A-Diglycidylether (BADGE) , Polyurethan sowie Mi- schungen hieraus. Bevorzugt sind Epoxidharze basierend auf Bisphenol-F-Diglycidylether (BFDGE) , Bisphenol-A- Diglycidylether (BADGE) , undestillierter und/oder destillier ter, ggf. reaktivverdünnter Bisphenol-A-Diglycidylether, un destillierter und/oder destillierter, ggf. reaktivverdünnter Bisphenol-F-Diglycidylether, hydrierter Bisphenol-A- Diglycidylether und/oder hydrierter Bisphenol-F-Diglycidyl ether, reiner und/oder mit Lösemitteln verdünnter Epoxy- Novolak und/oder Epoxy-Phenol-Novolak, cycloaliphatische Epo xidharze wie 3, 4-epoxycyclohexylmethyl-3, 4-epoxycyclohexyl- carboxylat z.B. Araldite CY179, ERL-4221; Celloxide 2021P, ein cycloaliphatisches Epoxidharz geeignet zur thermischen und/oder zur kationischen Homopolymerisation, Bis (3,4- epoxycyclohexylmethyl) adipat, z.B. ERL-4299; Celloxide 2081, Vinylcyclohexendiepoxid, z.B. ERL-4206; Celloxide 2000, 2- (3, 4-epoxycyclohexyl-5, 5-spiro-3, 4-epoxy) -cyclohexan-meta- dioxan z.B. ERL-4234; Hexahydrophthalsäurediglycidylester, z.B. CY184, EPalloy 5200; Tetrahydrophthalsäurediglycidyl- ether z.B. CY192; glycidierte Aminoharze (N, -Diglycidyl- para-glycidyloxyanilin z.B. MY0500, MY0510, N, N-Diglycidyl- meta-glycidyloxyanilin z.B. MY0600, MY0610, N,N,N',N'- Tetraglycidyl-4 , 4 ' -methylendianilin z.B. MY720, MY721, MY725 sowie insbesondere auch Polyester, Polyamidimid, Polyesteri- mid, alle Verbindungen gesättigt oder ungesättigt vorliegend und beliebige Mischungen der genannten Verbindungen. Dabei sind die Harze unter den Handelsnamen einschlägig bekannt.
Die zweite Harzkomponente B ist auch eine zur Polymerisation funktionalisierte monomere oder oligomere Harzkomponente, die Silizium-Sauerstoff-basiert ist -also eine oder mehrere (- SiR2-0-)- Einheiten mit entsprechenden terminalen, reaktiven Gruppen umfasst.
Dabei steht „R" für alle Arten organischer Reste, die sich zur Härtung und/oder Vernetzung zu einem für ein Isolations system brauchbaren Isolationsstoff eignen. Insbesondere steht R für alle Arten Resten, die zu gesättigten und/oder ungesät tigten Verbindungen führen, insbesondere kann R = sein: „R" = -Aryl, -Alkyl, - Alkoxy-, -Alkenyl-, -Alkinyl-, - Heterocyclen-haltige Reste, die auch -Stickstoff, -Amin, - Carboxyl, -Sauerstoff und/oder -Schwefel substituierte Aryle und/oder Alkyle umfassen, sowie beliebige Kombinationen meh rerer der genannten Reste in einem Rest.
Insbesondere kann R gleich oder ungleich sein und für folgen de Gruppen stehen:
- Alkyl, beispielsweise -Methyl, -Propyl, -isoPropyl, - Butyl, -isoButyl, -tertButyl, -Pentyl, -isoPentyl, - Cyclopentyl sowie alle weiteren Analoge bis zu Dodecyl, also das Homologe mit 12 C-Atomen;
- Alkenyl, beispielsweise -Vinyl, -Styrol
- Aryl, beispielsweise: Benzyl-, Benzoyl-, Biphenyl-, To- luyl-, Xylole etc., insbesondere beispielsweise alle A- rylreste, deren Aufbau der Definition von Hückel für die Aromatizität entspricht
- Heterozyklen: insbesondere schwefelhaltige Heterozyklen wie Thiophen, Tetrahydrothiophen, 1,4-Thioxan und Homolo ge und/oder Derivate davon,
- Sauerstoffhaltige Heterozyklen wie z.B. Dioxane
- Stickstoffhaltige Heterozyklen wie z.B. -CN, -CNO,-CNS, - N3 (Azid) etc .
- Schwefel substituierte Aryle und/oder Alkyle: z.B. Thio phen, aber auch Thiole
- Reste von so genannten „ungesättigten Polyesterharzen" „UP", die über ein oder mehrere Doppelbindungen im Mole kül zu Duroplasten abreagieren können.
Nach einer vorteilhaften Ausführung liegt Harzkomponente A und/oder Harzkomponente B als flüssiges Harz und/oder Fest harz, letzteres steht für ein Harz mit einem Schmelzpunkt, der über Raumtemperatur liegt, beispielsweise Novolak, in Form von zumindest zweifach, bevorzugt mehrfach, funktionali- sierten Monomeren und/oder Oligomeren vor. Zur Polymerisation werden die Harzkomponenten A und/oder B, wie gesagt, als ein- oder mehrfach funktionalisierte, bei spielsweise zweifach, an beiden Enden, funktionalisierte, mo nomere oder oligomere Verbindungen eingesetzt. Dazu eignen sich - als nicht einschränkende Beispiele - Amingruppen, Car- boxylgruppen, Epoxidgruppen und ähnliches, dem Fachmann be kannte Polymerisations-funktionelle Gruppen. So liegen bei spielsweise glycidyl-basierte und/oder epoxy-terminierte A- ryl- und/oder Alkyl-Siloxane und/oder glycidyl-basierte und/oder epoxy-terminierte Aryl- und/oder Alkyl- Kohlenwasserstoffverbindungen, wie beispielsweise glycidoxy funktionalisierte, insbesondere glycidoxyterminierte Siloxane und/oder Kohlenwasserstoffe, z.B. oxirangruppenhaltige Ver bindungen wie Glycidylether, vor. Insbesondere eignet sich als Komponente B beispielsweise ein Siloxan wie das 1,3- Bis ( 3-glycidyl-oxypropyl ) tetramethyldisiloxan, „DGTMS" oder das glycidoxyterminierte Phenyl-Dimethylsiloxan in Monomerer und/oder in oligomerer Form, sowie in beliebigen Mischungen und/oder beliebige Derivate der vorgenannten Verbindungen in beliebigen Kombinationen und/oder Mischungen. Es hat sich ge zeigt, dass zumindest zweifach, bevorzugt mehrfach, funktio nalisierte Siloxan- Monomere oder Kohlenwasserstoff-Monomere, die zur Herstellung von Duroplasten einsetzbar sind, hier be sonders geeignet sind.
Als Härter, also ein-polymerisierbare Harzkomponente eignen sich beispielsweise Anhydride, insbesondere Säureanhydride, wie Phthalsäureanhydride, die bereits vielfach in Isolations materialien erfolgreich eingesetzt werden. Allerdings ist de ren Toxikologie nicht mehr ganz unumstritten.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, den Kohlenstoff-basierten Härter auch ganz oder teilweise durch Siloxan-basierte Härter mit den gleichen Funktionalitäten zu ersetzen. Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung um fasst das flüssige Harz oder das Festharz auch Additive wie Sinterhilfen, Reaktivverdünner, Reaktivbeschleuniger und/oder weitere Füllstoffe, die sowohl als Nanopartikel als auch als Füllstoffpartikel im Mikrometerbereich vorliegen können.
Als so genannte „kationische" Katalysatoren, also Katalysato ren, die die kationische Homopolymerisation initiieren, eig nen sich beispielsweis die so genannten Supersäuren, die stärker sind als 100%ige Schwefelsäure mit einem pKs von Mi nus 3.
Beispiele für Supersäuren sind:
Anorganisch :
- Fluorsulfonsäure (HSO3F)
- Fluor-Antimonsäure (HSbFe)
- Tetrafluoroborsäure (HBF4)
- Hexafluorophosphorsäure (HPFe)
- Trifluoromethylsulfonsäure (HSO3CF3)
Organisch :
Pentacyanocyclopentadien (HC5(CN)5)
- Teilweise oder ganz fluorierte Derivate des Pentaphe- nylcyclopentadiens
- Penta-trifluoromethyl-pentadiens bzw. analoger Derviate
- Teilweise oder ganz fluorierte Derivate der Tetraphe
nylborsäure bzw. deren Cyanoderivate
- Teilweise oder ganz fluorierte Derivate der Arylsulfonsäu ren bzw. deren Cyanoderivate
- Teilweise oder ganz fluorierte Derivate der Arylphosphon- säuren bzw. deren Cyanoderivate
- Anionen der Carborane wie beispielsweise [C2BIOHIO]2~ oder
[C1B11H10 ]
Die Trifluoromethylsulfonsäure (HSO3CF3) ist davon ein beson ders geeigneter Vertreter. Die Metallsalze von Supersäuren können mit vielen Kationen erhalten werden, welche beispielsweise, aber nicht einschrän kend, sind:
- Kationen der Alkalimetalle
- Kationen der Erdalkalimetalle
- Kationen der Lanthanoiden (Seltene Erden: La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Y)
- Kationen der Übergangsmetalle
- Aluminium-Kationen
- Kationische Metallkomplexe.
Neben den klassischen Salzen der Alkali- und Erdalkalimetalle sind die Salze der seltenen Erden sowie von Scandium und Alu minium von Bedeutung in der organischen Synthese. Als beson ders geeignet haben sich experimentell die Triflate, das heißt die Salze, insbesondere Metallsalze der Supersäure Trifluormethansulfonsäure (TFMS) erwiesen. Diese sehen in allgemeiner Form aus:
(MLn) x+ · [03S-CF3-]X
Dabei steht M für ein Metall, Ln für einen (n=l) oder mehrere (n=2 , 3, 4 , ...) Liganden und x für die Ladung des Metallkomple xes. Als Kationen sind also insbesondere alle Kationen kom plexer Natur oder Kationen ohne zusätzliche Liganden geeig net .
Für die anionischer Homopolymerisation sind als Katalysatoren beispielsweise Imidazolium-Salze und/oder Amine wie tertiäre Amine, Pyrazole und/oder Imidazol-Verbindungen geeignet.
Nicht einschränken seien hier folgende Beispiele genannt:
4, 5-Dihydroxymethyl-2-phenylimidazol und/oder 2-Phenyl-4- methyl-5-hydroxymethylimidazol .
Als Füllstoffe werden vorliegend beliebige dielektrische mi neralische Füllstoffe eingesetzt, insbesondere solche, die neben der elektrischen Isolation auch noch Wärmeleitfähigkeit zeigen. Als Materialien für die Füllstoffe kommen insbesonde re mineralische Füllstoffe zum Einsatz beispielsweise die folgenden bevorzugt: Quarzgut, Quarzmehl, Talkum, auch „Speckstein" genannt, Aluminiumoxid, Bornitrid, Dolomit sowie beliebige Mischungen der vorgenannten Materialien.
Dabei ist auch die Korngrößenverteilung der Füllstofffrakti- on (en) in weiten Bereichen variabel, beispielsweise liegen die mittleren Korndurchmesser im Bereich von größer 100 nm bis lOOOym, insbesondere von 100 nm bis 500ym.
Des Weiteren können die Füllstofffraktion (en) in vielen For men, also plättchenförmig, rund, als Stäbchen, sowie in be liebigen Mischungen davon vorliegen.
Der Füllstoff kann in einer Fraktion, also monomodal vorlie gen, ebenso gut auch bi- oder multimodal.
Die Füllstoffpartikel einer Füllstofffraktion können dabei beschichtet oder unbeschichtet vorliegen, beispielsweise silanisiert .
Es hat sich herausgestellt, dass im Isolationsstoff, der das gehärtete Basisharz umfasst, ein Verhältnis von -SiR2 _0 Rück grat zu (-CR2-) -Rückgrat wie 1:8 bis 1:4 am günstigsten ist, das heißt dass in dem betreffenden Isolationsmaterial die Kohlenwasserstoff-basierten Verbindungen mengenmäßig 4 bis 8 mal vorliegen wie die Silizium-Sauerstoff-basierten Verbin dungen. Die Anteile beziehen sich dabei auf die Stöchiomet rie, sind also Molprozente.
Die Siloxan-haltige Komponente liegt also beispielsweise in einer Menge von 10 bis 50 Mol% im Basisharz des Isolationsma terials vor. Insbesondere bevorzugt ist, wenn die Menge an Siloxan-haltiger Komponente im Basisharz nicht mehr als 20 Mol%, insbesondere nicht mehr als 18 Mol% und besonders be vorzugt nicht mehr als 15 Mol% beträgt.
Die Teilentladungsresistenz des Isolationsstoffes wird durch Vorhandensein einer gewissen Menge an Silizium-Sauerstoff- basierten Repetiereinheiten im polymeren Rückgrat, also an - SiR2~0- bildenden Monomeren oder Oligomeren im Basisharz ge radezu sprunghaft erhöht.
Darüber hinaus ist bevorzugt, dass dem Verguss noch ein Gewe be, beispielsweise ein Fasergewebe zugesetzt wird, das zum einen die thermische Ausdehnung, respektive Schrumpfung des Vergusses mindert, aber auch dem beispielsweise nur angelier ten Harz mechanische Stabilität verleiht.
Die Menge an Gewebe kann dabei die Wärmeausdehnung des Ver gusses steuern, so dass die Werte von einer großen Ausdehnung auf eine vernachlässigbare Ausdehnung durch Zugabe des Gewe bes herabgesetzt werden können.
Zum Gewebe eignen sich Fasern, Faserzöpfe, Faserverbunde und/oder Gelege, die insbesondere aus Glasfasern, Aramidfa- sern, keramische Fasern, und/oder Kunststofffasern, wie bei spielsweise PET-Fasern, sowie aus beliebigen Faserkombinatio nen gebildet sind.
Als „Gewebe" wird vorliegend ein Gelege, beispielsweise mit Maschen, ein Zopf und/oder ein Faserverbund, bezeichnet, wo bei die genannten Fasergebilde einzeln oder in Kombination im Gewebe vorliegen können.
Als „Faserkombination" wird dabei beispielsweise bezeichnet, wenn in einem Gewebe Fasern verschiedener Materialien kombi niert vorliegen, beispielsweise um eine Vorzugsrichtung zu unterstützen .
Das Verfahren zur Herstellung einer Hauptisolation oder Teile einer Hauptisolation eines Isolationssystems durch Verguss und/oder sonstige automatisierbare Aufbringungsmethoden einer Vergussmasse auf und/oder um einen elektrischen Leiter, die Vergussmasse, zumindest folgende Komponenten aufweisend:
F) eine erste Harzkomponente A, die Kohlenstoff-basiert ist, G) eine zweite Harzkomponente B, die Silizium- Sauerstoff-basiert ist,
wobei das Verhältnis der ersten zur zweiten Harzkompo nente A : „zu" B im Bereich zwischen A=99: B=l, insbe sondere A=95: B=5, bis A=60: B=40, insbesondere A=70: B=30, also erste Harzkomponente mengenmäßig überwiegend, liegt,
H) 0,1 bis 10 Gew% an Katalysator
I) 30 bis 85 Gew% an dielektrischem Füllstoff
J) 0-60 Gew% eines Härters .
Dieses neue Herstellungsverfahren zur Herstellung der Haup tisolation oder Teile einer Hauptisolation eines Isolations systems kann entsprechend ohne Wicklung, insbesondere ohne Wicklung per Hand, eines Wickelbandes durchgeführt werden. Dies ist der entscheidende Punkt zu a) einer Kompaktierung der neuen Isolationssysteme, b) einer Beschleunigung des Her stellungsverfahrens und c) der Möglichkeit, das Herstellungs verfahren vollständig zu automatisieren. Automatisiert kann beispielsweise ein Verguss oder eine Beschichtung hergestellt werden .
Insbesondere kommt nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung das so genannte ADG-Vergussverfahren hier in Betracht. Dabei wird der Leiterstab oder die leitungsführende Vorrichtung vorgelegt, in einer - bevorzugt heißen - Form, in die die Vergussmasse eingespritzt wird.
In kurzen Verweilzeiten wie unter einer halben Stunde ist der Leiterstab oder die leitungsführende Vorrichtung dann inso fern vergossen, als die Vergussmasse angeliert ist und daher nicht mehr fließfähig. Als „angeliert" wird vorliegend der Zustand bezeichnet, in dem die Vergussmasse oberflächlich ei ne Haut bildet, die das Harz grundsätzlich in Form hält, aber unter der sich flüssige Vergussmasse befindet.
Bevorzugt wird - nach erfolgtem Verguss in der Form während der Angelierungsphase - in die Form noch mit Druck, bei- spielsweise mit 3 bis 6 bar, weitere Vergussmasse einge spritzt, wobei sich eventuell vorliegende Hohlräume füllen lassen .
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird der Leitungsstab oder die leitungsführende Vorrichtung, für die mittels Verguss eine Hauptisolation oder Teile davon ge schaffen werden, vor dem Verguss mit einem Gewebe teilweise oder ganz überzogen. Dadurch kann der Verguss stabilisiert, die Angelierung der Vergussmasse während des Verfahrens be schleunigt werden und/oder es kann eine thermische Ausdehnung respektive Schrumpfung der Vergussmasse nach erfolgter Ange lierung und/oder Härtung vermindert oder sogar ganz vermieden werden .
Der sehr preiswerte Füllstoff Quarzmehl kann dabei - so haben es erste Tests gezeigt - den planaren, erosionsweg verlän gernden Füllstoff Glimmer ersetzen. Zusammen mit der Steige rung der elektrischen Erosionsfestigkeit, die durch die Ein polymerisierung der Silizium-Sauerstoff-basierenden Harzkom ponente B erreicht wird, werden Lebensdauern des Isolations systems erzielbar, die denen der momentan üblichen Isolati onssystem entsprechen, wobei die Isolationsdicke drastisch reduziert ist.
Die Isolationsdicke der Hauptisolation eines Isoliersystems einer elektrischen rotierenden Maschine variiert je nach An wendung und Applikationsverfahren. Bei Verguss eines Stator wicklungsstabes liegt die Dicke der Hauptisolation beispiels weise zwischen 0,01 cm und 1 cm. Die durch Verguss und/oder durch sonstige automatisierbare Applikation herstellbare Hauptisolation oder Teile davon, kann - je nach Anwendungs fall- verschiedene Dicken aufweisen, wobei nicht zwingend ist, dass die Dicke der Hauptisolation immer gleichmäßig ist. Beispielsweise kann sie beim Verguss am Stabende bei nur 10 mm liegen. Vorliegend wird erstmals eine Hauptisolation oder Teile einer Hauptisolation eines Isolationssystems eines elektrischen Be triebsmittels, wie eine elektrische rotierende Maschine, be schrieben, die auch bei Auslegung des Betriebsmittels für den Hochspannungsbereich, also über 1 kV, ohne Wickelbandisolie rung auskommt. Dies wird durch die Kombination eines durch Elementanalyse nachweisbaren Anteils an Silizium-Sauerstoff- basierter Harzkomponente im polymeren Duroplast, als auch ei nes - bevorzugt mineralischen - Füllstoffes mit hoher Die- lektrizität, erreicht.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrisches Betriebsmittel mit einem Isolationssystem, eine Hauptisolierung umfassend, die als Verguss einer Vergussmasse vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergussmasse folgende Komponenten umfasst:
A) eine erste Harzkomponente A, die Kohlenstoff-basiert ist,
B) eine zweite Harzkomponente B, die Silizium-Sauerstoff- basiert ist,
wobei das Verhältnis der ersten zur zweiten Harzkomponen te A:B im Bereich zwischen A=99: B=1 bis A=60: B40, also erste Harzkomponente mengenmäßig überwiegend, liegt,
C) 0,1 bis 10 Gew% an Katalysator
D) 30 bis 85 Gew% an dielektrischem, insbesondere minerali schem, Füllstoff
E) 0- 60 Gew% eines Härters .
2. Elektrisches Betriebsmittel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass „R" der -CR2- Einheiten der Harzkomponente A und/oder der Harzkomponente B folgende Bedeutung hat :
„R" steht für gesättigte und ungesättigte Reste, und für „R" = -Aryl, -Alkyl, - Alkoxy-, -Alkenyl-, -Alkinyl-, - Heterocyclen-haltige Reste, die auch -Stickstoff, -Amin, -Carboxyl, -Sauerstoff und/oder -Schwefel substituierte Aryle und/oder Alkyle umfassen, sowie beliebige Kombina tionen mehrerer der genannten Reste in einem Rest.
3. Elektrisches Betriebsmittel nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, dass „R" der -CR2- Einheiten gleich oder ungleich ist und in der Harzkomponente A und/oder der Harzkomponente B für folgende Gruppen steht:
- Alkyl, beispielsweise -Methyl, -Propyl, -isoPropyl, - Butyl, -isoButyl, -tertButyl, -Pentyl, -isoPentyl, - Cyclopentyl sowie alle weiteren Analoge bis zu Dodecyl, also das Homologe mit 12 C-Atomen;
- Alkenyl-, -Vinyl, -Styrol; - Aryl, beispielsweise: Benzyl-, Benzoyl-, Biphenyl-, To- luyl-, Xylole etc., insbesondere beispielsweise alle Arylreste, deren Aufbau der Definition von Hückel für die Aromatizität entspricht
- Heterozyklen: insbesondere schwefelhaltige Heterozyklen wie Thiophen, Tetrahydrothiophen, 1,4-Thioxan und Homo loge und/oder Derivate davon,
- Sauerstoffhaltige Heterozyklen wie z.B. Dioxane
- Stickstoffhaltige Heterozyklen wie z.B. -CN, -CNO,-CNS, -N3 (Azid) etc.
- Schwefel substituierte Aryle und/oder Alkyle: z.B. Thi ophen, aber auch Thiole
- Reste von so genannten „ungesättigten Polyesterharzen" „UP", die über ein oder mehrere Doppelbindungen im Mo lekül zu Duroplasten abreagieren können.
4. Elektrisches Betriebsmittel nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Harzkomponente A ausge wählt ist aus der Gruppe folgender Harze:
Epoxidharze, allgemein, Bisphenol-F-Diglycidylether (BFDGE) , Bisphenol-A-Diglycidylether (BADGE) , Po lyurethan sowie Mischungen hieraus, undestillierter und/oder destillierter, Bisphenol-A-Diglycidylether, un destillierter und/oder destillierter, Bisphenol-F- Diglycidylether, hydrierter Bisphenol-A-Diglycidylether und/oder hydrierter Bisphenol-F-Diglycidylether, reiner und/oder mit Lösemitteln verdünnter Epoxy-Novolak und/oder Epoxy-Phenol-Novolak, cycloaliphatische Epoxid harze, 3, 4-epoxycyclohexylmethyl-3, 4-epoxycyclohexyl- carboxylat; Bis (3, 4-epoxycyclohexylmethyl) adipat, Vi- nylcyclohexendiepoxid, 2- (3, 4-epoxycyclohexyl-5, 5-spiro- 3, 4-epoxy) -cyclohexan-meta-dioxan, Hexahydrophthalsäure- diglycidylester, Tetrahydrophthalsäurediglycidyl-ether; glycidierte Aminoharze (N, N-Diglycidyl-para- glycidyloxyanilin, N, N-Diglycidyl-meta- glycidyloxyanilin, N, N, N ' , N ' -Tetraglycidyl-4 , 4 ' - methylendianilin, sowie Polyester, Polyamidimid, Polyesterimid, alle Ver bindungen gesättigt oder ungesättigt, beliebige Mischun gen der genannten Verbindungen sowie beliebige Kombina tionen und Mischungen der genannten Verbindungen.
5. Elektrisches Betriebsmittel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Betriebsmittel ausgewählt ist aus der Reihe folgender Betriebsmittel :
rotierende elektrische Maschinen, elektrische Generato ren, elektrische Motoren, Transformatoren, Drosselspu len, elektrische Schalter und/oder Durchführungen.
6. Elektrisches Betriebsmittel nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Harzkomponente B ausge wählt ist aus der Gruppe folgender Harze:
glycidyl-basierte und/oder epoxy-terminierte Aryl- und/oder Alkyl-Siloxane, glycidoxy funktionalisierte, insbesondere glycidoxyterminierte Siloxane, oxirangrup- penhaltige Verbindungen, Glycidylether-Siloxan, 1,3- Bis (3-glycidyl-oxypropyl) tetramethyldisiloxan, „DGTMS", glycidoxyterminierte Phenyl-Dimethylsiloxan sowie belie bige Derivate, davon, alle vorgenannten Verbindungen ge sättigt oder ungesättigt und in beliebigen Kombinationen und Mischungen vorliegend.
7. Elektrisches Betriebsmittel nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass Harzkomponente A und/oder Harzkomponente B als flüssiges Harz und/oder Festharz in Form von zumindest zweifach, bevorzugt mehrfach, funkti- onalisierten Monomeren und/oder Oligomeren vorliegen.
8. Elektrisches Betriebsmittel nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Füllstoff ausgewählt aus der Gruppe folgender Füllstoffe: Quarzgut, Quarzmehl, Talkum, Aluminiumoxid, Bornitrid, Dolomit, sowie beliebige Mischungen und/oder Kombinatio nen der vorgenannten Materialien, vorliegt.
9. Elektrisches Betriebsmittel nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Härter in Form eines Anhydrids vorliegt.
10. Elektrisches Betriebsmittel nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass im Isolationssystem ein Ge webe vorliegt.
11. Elektrisches Betriebsmittel nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator in Form ei nes kationisch oder eines anionisch wirkenden Katalysa tors vorliegt.
12. Elektrisches Betriebsmittel nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Füllstoff in multimodaler Verteilung vorliegt.
13. Verfahren zur Herstellung einer Hauptisolation oder Tei le einer Hauptisolation eines Isolationssystems durch Verguss und/oder sonstige automatisierbare Aufbringungs methoden einer Vergussmasse auf oder um einen elektri schen Leiter, die Vergussmasse zumindest folgende Kompo nenten aufweisend:
A) eine erste Harzkomponente A, die Kohlenstoff-basiert ist,
B) eine zweite Harzkomponente B, die Silizium- Sauerstoff-basiert ist,
wobei das Verhältnis der ersten zur zweiten Harzkompo nente A : „zu" B im Bereich zwischen A=99: B=1 bis A=60: B=40, also erste Harzkomponente mengenmäßig überwiegend, liegt,
C) 0,1 bis 10 Gew% an Katalysator
D) 30 bis 85 Gew% an dielektrischem Füllstoff
E) 0-60 Gew% eines Härters .
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Verguss über das automatische Druck-Gelierverfahren ADG erfolgt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Verguss oder des sonstigen automatisierbaren Aufbringungsverfahrens der Vergussmas- se der elektrische Leiter mit einem Gewebe zumindest teilweise überzogen wird.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020117995A1 (de) * 2020-07-08 2022-01-13 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug, Verwendung einer solchen elektrischen Maschine sowie Kraftfahrzeug
WO2022175303A1 (de) * 2021-02-22 2022-08-25 Siemens Aktiengesellschaft Isolationssystem für elektrische rotierende maschinen und verfahren zur herstellung dazu
DE102022202324A1 (de) * 2022-03-08 2023-09-14 Siemens Aktiengesellschaft Prepreg, Teilleiterisolation und elektrische rotierende Maschine mit Teilleiterisolation

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0611843B2 (ja) * 1986-12-27 1994-02-16 住友ベークライト株式会社 エポキシ樹脂組成物
US6103157A (en) * 1997-07-02 2000-08-15 Ciba Specialty Chemicals Corp. Process for impregnating electrical coils
US6437090B1 (en) * 1998-06-17 2002-08-20 Kabushiki Kaisha Toshiba Curing catalyst, resin composition, resin-sealed semiconductor device and coating material
EP1354916A1 (de) * 2002-04-17 2003-10-22 Abb Research Ltd. Selbstheilende Epoxidharze für die Herstellung von elektrischen Isolierungen
DE502006004728D1 (de) 2006-01-11 2009-10-15 Siemens Ag Ständer einer elektrischen Großmaschine
EP2797980B1 (de) * 2011-12-30 2017-02-01 Dow Global Technologies LLC Funktionelle silan-kompatibilisierte epoxidharzzusammensetzungen für isolierungsanwendungen
EP3385957A1 (de) * 2017-04-04 2018-10-10 Siemens Aktiengesellschaft Elektroisolationsband, elektrische hochspannungsmaschine sowie verfahren zum herstellen eines elektroisolationsbands und einer elektrischen hochspannungsspannungsmaschine

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