KR20140079787A - 개선된 부분방전 저항성을 지닌 절연 시스템, 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

개선된 부분방전 저항성을 지닌 절연 시스템, 및 이를 제조하는 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20140079787A
KR20140079787A KR1020147010741A KR20147010741A KR20140079787A KR 20140079787 A KR20140079787 A KR 20140079787A KR 1020147010741 A KR1020147010741 A KR 1020147010741A KR 20147010741 A KR20147010741 A KR 20147010741A KR 20140079787 A KR20140079787 A KR 20140079787A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
resin
partial discharge
insulation
insulation system
filler
Prior art date
Application number
KR1020147010741A
Other languages
English (en)
Inventor
페테르 그뢰펠
디에테르 헤인
크리스티안 메이히스너
이고르 리트베르크
Original Assignee
지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 지멘스 악티엔게젤샤프트 filed Critical 지멘스 악티엔게젤샤프트
Publication of KR20140079787A publication Critical patent/KR20140079787A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/02—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of inorganic substances
    • H01B3/04—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of inorganic substances mica
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B19/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing insulators or insulating bodies
    • H01B19/02—Drying; Impregnating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B19/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing insulators or insulating bodies
    • H01B19/04—Treating the surfaces, e.g. applying coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/002—Inhomogeneous material in general
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/18—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
    • H01B3/30—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes
    • H01B3/40—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes epoxy resins

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Organic Insulating Materials (AREA)
  • Inorganic Insulating Materials (AREA)
  • Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)
  • Insulating Bodies (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

본 발명은 일반적으로 부분방전에 대한 전기 전도체들을 절연시키는 분야에 관한 것으로서, 상세하게 개선된 부분방전 저항성을 지닌 절연 시스템을 제조하는 방법, 및 개선된 부분방전 저항성을 지닌 절연 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 나노 미립자 충전제들을 혼합하는 경우에, 수지에 첨가된 유기 규소 화합물들과 같은 접착 촉진제들의 놀라운 침식-억제 효과를 처음으로 나타낸 것이다. 나노 미립자 충전제 이전에 수지에 접착 촉진제들의 도입의 결과로서, 놀랍게도 양호한 결과들이 달성된다. 도 2 내지 4에 명시된 바와 같은 양호한 결과들이 유기실란들과의 입자 습윤화(particle wetting)의 결과로서 나노 입자들의 한 타입의 입자 습윤화에 기여될 수 있는 지의 여부가 논의된다. 임의의 경우에, 나노 미립자 충전제의 첨가 이전에 수지와 접착 촉진제들의 혼합물이 상당한 장점들을 제공할 수 있다는 것을 설득력 있게 나타낼 수 있다.

Description

개선된 부분방전 저항성을 지닌 절연 시스템, 및 이를 제조하는 방법{INSULATION SYSTEMS HAVING IMPROVED PARTIAL DISCHARGE RESISTANCE, AND METHOD FOR PRODUCING SAME}
본 발명은 일반적으로 부분방전에 대한 전기 전도체의 절연 분야에 관한 것으로서, 상세하게는 개선된 부분방전 저항성을 지닌 절연 시스템을 제조하는 방법, 및 개선된 부분방전 저항성을 지닌 절연 시스템에 관한 것이다.
회전 전기 기계(rotating electrical machine), 예를 들어 모터 또는 발전기에서, 절연 시스템의 신뢰성(reliability)은 이러한 기계의 작동 무결성(operational integrity)에 대한 결정적인 원인이 된다. 이러한 절연 시스템은 전기 전도체들(전선들, 코일들, 바들)을 서로에 대해 및 적층된 고정자 코어 또는 환경으로부터 지속 가능하게 전기적으로 절연시키는 기능을 갖는다. 고-전압 절연부(insulation) 내에서, 부분 전도체들(partial conductors) 간의 절연부(부분 전도체 절연부), 전도체들 또는 권선들 간의 절연부(전도체 또는 권선 절연부), 및 전도체와 슬롯 및 권선 헤드 영역에서의 접지 전위(ground potential) 간의 절연부(주요 절연부)가 구별된다. 주요 절연부의 두께는 기계의 공칭 전압, 및 작동 및 제작 조건들 둘 모두에 따라 조정된다. 에너지 생성을 위한 미래 플랜트들의 경쟁력, 이러한 것들의 분포 및 활용은 결정적으로 절연을 위해 사용되는 재료들 및 이를 위해 적용되는 기술들에 의존적이다.
이러한 방식으로 전기적으로 로딩된 절연체들이 갖는 기본적인 문제점은 소위 "트리잉(treeing)" 채널들의 형성과 함께 소위 부분방전-유도 침식에 있는데, 이는 궁극적으로 절연체의 절연 파괴(electrical breakdown)로 이어진다.
고-전압 및 중-전압 기계들은 현재 소위 함침된 라미나 운모 절연 시스템(laminar mica insulation system)들을 이용한다. 이러한 시스템들에서, 절연된 부분 전도체들로부터 형성된 형권형 코일(form-wound coil)들 및 전도체들은 운모 테이프로 감겨지고, 바람직하게 진공압 함침(vacuum pressure impregnation, VPI) 공정에서 합성 수지에 함침된다. 함침 수지 및 운모의 캐리어 테이프의 조합은 전기 절연부의 존재하는 기계적 강도 및 또한 요망되는 부분방전 저항성을 제공한다.
운모지는 전기 산업의 요건과 함께, 보다 안정한 운모 테이프로 전환된다. 이는 접착제를 이용하여 높은 기계적 강도를 지닌 캐리어 재료에 운모지를 접착시킴으로써 수행된다. 접착제의 특성은 바람직하게 운모와 캐리어 간의 접합(join)을 보장하기 위해 실온에서 높은 강도를 가지고 상승된 온도(60℃ 내지 150℃)에서 액체 상태로 이동한다는 것이다. 이는 상승된 온도에서 액체 형태로 또는 휘발성 용매와의 혼합물로 접착제로서 이를 적용하는 것을 가능하게 한다. 냉각이 일어나거나 용매가 제거된 후에, 접착제는 고체이지만 아직 가요성인 형태로 존재하고, 예를 들어 실온에서 부분 전도체들 및 형권형 코일들로 이루어진 뢰벨 바(Roebel bar)들 둘레에 운모 테이프를 적용하는 것을 가능하게 하며, 접착제의 접착 성질들은 캐리어 재료로부터 운모지의 박리를 방지하는 것이다. 얻어진 운모 테이프는 전기 전도체들 둘레에 여러 겹으로 감겨진다.
고-전압 및 중-전압 모터들 및 발전기들은 라미나 운모 절연 시스템들을 이용한다. 이러한 시스템들에서, 절연된 부분 전도체들로부터 형성된 형권형 코일들은 운모 테이프들로 감겨지고, 주로 진공압 함침(VPI) 공정에서 합성 수지로 함침된다. 이러한 경우에, 운모는 운모지의 형태로 사용되며, 함침의 일부로서, 운모지에서 개개의 입자들 간에 위치된 공동들은 수지로 채워진다. 함침 수지 및 운모의 캐리어 재료의 조합은 절연부의 기계적 강도를 제공한다. 전기적 강도는 사용되는 운모에서 다수의 고체-고체 계면들로부터 발생한다. 얻어진 유기 물질 및 무기 물질들의 층화(layering)는 미시적 계면들(microscopic interfaces)을 형성하며, 이의 부분방전 및 열적 응력에 대한 저항성은 운모 판상(mica platelet)들의 성질들에 의해 결정된다. 복잡한 VPI 공정의 결과로서, 절연부에서의 심지어 매우 작은 공동들도 내부 기체-고체 계면들의 수를 최소화하기 위하여 수지로 완전히 채워져야 한다.
이러한 저항성의 추가적인 개선을 위하여, 나노미립자 충전제들의 사용이 기재된다.
함침 수지 및 운모의 캐리어 테이프의 조합은 존재하는 기계적 강도를 제공하고, 또한 전기적 절연부의 요망되는 부분방전 저항성을 제공한다.
VPI 공정 뿐만 아니라, 또한 운모 테이프, 다시 말해서 절연 테이프를 생산하고 함침시킨 후에 후속하여 절연 시스템을 생산하고 함침시키기 위한 레진 리치(Resin Rich) 기술이 존재한다.
이러한 두 가지 기술들 간의 주요 차이점은 코일들의 실제 절연 시스템의 구조 및 제작에 있다. VPI 시스템이 오로지 함침 후에 및 강제 공기 오븐(forced air oven)에서 권선의 경화 후에 완료되는 반면, 온도 및 압력 하에서 별도로 경화되는 레진 리치 코일의 레그(leg)는 심지어 고정자에 설치하기 전에도 기능화 및 시험 가능한 절연 시스템을 구성한다.
VPI 공정들은 다공성 테이프들과 함께 작동하여, 진공 하에서 고체 및 연속 절연 시스템을 형성하고, 후속하여 강제 공기 오븐에서 경화시킨 후에 함침 용기를 과도한 압력(overpressure)에 노출시킨다.
이와는 상반되게, 레진 리치 코일들의 제작은 더욱 복잡한데, 왜냐하면 각 코일 레그 또는 권선 바가 특정의 베이킹 프레스(baking press)들에서 개별적으로 제작되어야 하고, 이에 개개 코일의 비용들의 특정의 증가를 야기시키기 때문이다.
이러한 상황에서, 소위 B-스테이지에 존재하는 폴리머 절연 물질로 함침된 운모 테이프들이 사용된다. 이는, 폴리머, 대개 방향족 에폭시 수지들(BADGE, BFDGE, 에폭시화된 페놀 노볼락들, 에폭시화된 크레졸 노볼락들, 및 경화제로서 무수물들 또는 아민들)이 일부 가교되고 이에 따라 무점착성 상태로 존재하지만, 추가 가열 시에, 최종 외형을 갖추기 위하여, 다시 용융시키고 궁극적으로 경화될 수 있음을 의미한다. 수지가 과량으로 도입되기 때문에, 최종 가압 작업 동안에, 이는 상응하는 절연의 특성을 달성하기 위해, 모든 공동들 및 빈 공간(void)들로 흐르게 할 수 있다. 과량의 수지는 가압 작업에 의해 시스템에서 가압된다.
문헌으로부터, 폴리머 절연 물질들에서 나노미립자 충전제들의 사용이 전기적 수명(electrical longevity)과 관련하여 절연부에서의 상당한 개선을 야기시킨다는 것이 알려져 있다.
공지된 시스템들, 특히 에폭시 수지들을 기반으로 한 시스템들의 단점은 본원에서 침식(erosion)이라 지칭되는, 부분방전에 노출 시에 폴리머 매트릭스의 빠른 분해이다. 내침식성 나노입자들(산화알루미늄, 이산화규소)을 갖는 폴리머 매트릭스를 구현시키는 것은 폴리머 분해(polymer degradation)로서 지칭되는, 폴리머의 초기 파괴(incipient breakdown)에 의해 일어나는 이의 노출을 야기시킨다.
본 발명의 목적은 개선된 부분방전 저항성을 지닌 절연 시스템을 가능하게 하기 위한 것이다.
본 발명의 일 양태에 따르면,
- 접착제를 이용하여 서로 접착되어 있는 운모지 및 캐리어 재료를 포함하는 절연 테이프를 제공하는 단계;
- 전기 전도체를 절연 테이프로 감는 단계; 및
- 전도체 둘레에 감겨진 절연 테이프를 합성 수지로 함침시키는 단계를 포함하는, 개선된 부분방전 저항성을 지닌 절연 시스템을 제조하는 방법으로서,
나노미립자 충전제가 첨가되기 전에 합성 수지 시스템에 접착 촉진제가 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법이 제시된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 전기 전도체 둘레에 감겨지고 캐리어 재료에 접합된 운모 테이프를 포함하고 합성 수지로 합침된 절연 테이프를 갖는, 개선된 부분방전 저항성을 지닌 절연 시스템으로서, 함침된 절연 테이프 내에 접착 촉진제를 통하여 적어도 일부 응집된 나노미립자 충전제가 산재되어 있는 것을 특징으로 하는 절연 시스템이 제시된다.
폴리머 절연 물질과는 상반되게, 무기 입자들이 부분방전에 노출 시에, 파괴되지 않거나 손상되지 않거나, 단지 매우 제한된 범위로 파괴거나 손상된다는 것이 알려져 있다. 본원에서 무기 입자들의 얻어진 침식 억제 효과는 무기 입자로부터 발생하는 입자 직경 및 입자 표면을 포함하는 인자들에 의존적이다. 본원에서, 입자들의 비표면적이 클수록, 입자들에 대한 침식 억제 효과가 더욱 커진다는 것이 발견되었다. 무기 나노입자들은 매우 높은 비표면적, 50 g/m2 이상을 갖는다.
일반적으로 말하면, 에폭시 수지들을 기반으로 한 채워지지 않은(unfilled) 또는 운모-기반 절연 물질은 부분방전에 노출 시에 폴리머 매트릭스의 빠른 분해를 나타낸다. 내침식성의 나노미립자 충전제(산화알루미늄, 이산화규소)를 갖는 폴리머 매트릭스를 구현시키는 것은 폴리머 분해에 의해 야기된, 나노미립자 충전제의 노출을 야기시킨다.
침식 시간이 증가함에 따라, 노출된 나노미립자 충전제로 이루어진 견고하게 접착된 시트형 층은, 시험 요소(test element)의 표면 상에 점진적으로 형성된다. 침식된 폴리머에 의해 야기된 나노미립자 충전제의 이러한 입자 가교의 결과로서, 표면은 패시베이션되며, 패시베이션 코트(passivation coat) 아래의 폴리머는 부분방전 노출 하에서 추가 침식으로부터 효과적으로 보호된다.
놀랍게도, 함침 수지에서 및/또는 레진 리치 수지(Resin Rich resin)에서, 접착 촉진제들, 보다 특히 실란들의 사용을 통하여 침식을 억제하는 것이 가능하다는 것이 발견되었다.
접착 촉진제들은 대개, 축합 반응들을 통해 충전제들 또는 나노입자들의 표면에 화학적으로 부착되는 유기규소 화합물들이다. 접착 촉진제는 폴리머 매트릭스에 대한 입자들의 개선된 부착을 일으키고, 이에 의해 개선된 내침식성을 형성시킨다. 이는 충전제의 표면적에 직접적으로 의존적인데, 이는 작은 직경들을 갖는 입자들 상에서 접착 촉진제들의 사용이 내침식성을 특정한 정도로 개선시키는 이유이다. 이러한 부류의 코팅은 문헌[Tanaka et al., Dependence of PD Erosion Depth on the Size of Silica Fillers; Takahiro Imai*, Fumio Sawa, Tamon Ozaki, Toshio Shimizu, Ryouichi Kido, Masahiro Kozako and Toshikatsu Tanaka; Evaluation of Insulation Properties of Epoxy Resin with Nano-scale Silica Particles, Toshiba Research Cooperation]에서의 타나카 교수(Prof. Tanaka)의 멀티 코어 모델(Multi Core model)에서 제 1 층에 해당한다.
유기실란들의 사용이 실란들과 같은 접착 촉진제들을 함침 수지 또는 레진 리치 수지에 혼합시킴으로써 나노입자들과 상승적으로 사용될 수 있는 것으로 나타났다.
본 발명의 하나의 특히 유리한 구체예는 PD 로딩 하에서 패시베이션 코트의 기술된 모델의 상승적 활용, 및 운모-기반 고-전압 절연 시스템들에서 유기실란들의 사용을 통한 침식 억제의 개선에 있다. 이는 첨가되는 유기실란들에 의해 달성되어, PD 로딩 하에서 형성하는 패시베이션 코트의 형성 및 작용 모드에 긍정적인 영향을 미친다. 향상된 내침식성은 유기실란들의 사용에 의해 촉매화된 입자들의 자발적 소결, 및 준세라믹 층(quasiceramic layer)의 형성에 의해 설명될 수 있다. 본원에서 유기실란들의 사용은 나노입자들의 코팅을 위한 이들의 사용으로 한정되지 않고 본원에서 처음으로 기술된 바와 같이, 반응성 수지 포뮬레이션에 일 성분으로서 이들의 직접적인 첨가에 의해 일어날 수 있다.
하기에서, 수지 포뮬레이션에서 유기 실란들의 사용을 통하여 유리하게 개선된 내침식성을 위한 가능한 기본 원리들이 설명된다:
유기 실란들은 PD 로딩 하에서 활성화되고, 예를 들어 축합 반응들을 이용하여 형성되는 실록산 결합들을 통하여 나노입자들의 가교로 이어진다.
POSS(다면체 올리고머 실세스퀴옥산들)는 나노미립자 유기 실란들의 가장 작은 가능한 단위를 구성하고, PD 에너지의 영향 하에서 나노입자들의 가교를 가능하게 한다.
반응성 기들을 갖는 유기 실란들(일작용성 또는 다작용성)은 나노입자 표면 상에서의 반응성 기들과의 화학적 반응들을 통해 나노입자들의 가교를 가능하게 한다.
본 발명에 따르면, 특히 유리한 구체예들은 하기 성분들로부터 구성된 반응성 수지 포뮬레이션의 결과를 낳는다:
수지 주성분은 예를 들어 에폭시 수지 및/또는 폴리우레탄 수지에 의해 형성된다.
경화제는 작용성 기로서, 예를 들어 언하이드라이드(anhydride), 방향족 아민 및/또는 지방족 아민을 포함한다.
나노미립자 충전제는 SiO2 또는 Al2O3를 기반으로 하여 5 내지 70 중량%, 보다 특히 10 내지 50 중량%의 농도에서, 예를 들어 2.5 내지 70 nm, 보다 특히 5 내지 50 nm의 입자 크기를 갖는다. 추가의 충전제들, 첨가제들, 및 안료들이 존재할 수 있다.
접착 촉진제는 바람직하게, 유기 규소 화합물, 예를 들어 유기 실란 및/또는 POSS이다. 이러한 것들은 합성 수지에, 또한 바람직하게 0.1 내지 45 중량%, 보다 특히 1 내지 25 중량%의 농도로 존재한다.
기술된 성분들과 함께 수지 포뮬레이션의 일부로서 유기 규소 화합물들과 같은 접착 촉진제들의 사용은, 접착 촉진제, 즉 반응성 수지의 일부로서 실란의 사용이 반응성 수지에 첨가하기 전에 입자들의 접착 촉진제들로서 실란들을 사용할 때 보다 더욱 높은 농도들에서 가능하다는 장점을 제공한다. 수지 포뮬레이션의 일부로서 유기실란의 사용을 통하여, 또한 실질적으로 보다 큰 수의 실란들을 사용하는 것이 가능한데, 왜냐하면 유기 실란들이 입자들의 표면들에 코팅들의 형태로 고정될 필요가 없는 경우에, 사용될 수 있는 유기 실란들의 범위가 증가되기 때문이다.
설명된 장점들의 결과로서, 사용될 수 있는 유기실란들의 범위는 매우 넓다. 통상적으로, 입자 표면과의 반응을 일으킬 수 있기에 충분한 반응성을 지닌 하나 이상의 작용기들을 함유하는 실란들이 사용된다. 사용되는 실란들은 1 내지 4개의 작용기를 가질 수 있다.
도 1은 일 예로서 이작용성 유기실란을 사용한, 인시튜(in situ) 입자 가교를 위한 일반적인 메카니즘을 개략적으로 도시한 것이다. 기본적으로, 실란들은, 내침식성에 대해 긍정적인 영향을 나타내기 위하여, 1 내지 4개의 반응성 작용기들을 지닐 수 있다. 이러한 작용기들은 입자 표면과 반응할 수 있는 성질을 가져서, 큰 범위의 유기실란들을 야기시킨다.
이작용성 실란(R1= 하이드록실, 알콕시, 할로겐, 글리시딜옥시; R2= 알킬, 글리시딜옥시, 비닐, 프로필숙신산 무수물, 메타크릴로일옥시프로필)과 함께 도 1에 제안된 입자 가교의 메카니즘은 나노입자들에 의한 실란 상의 라디칼들 R1의 치환을 나타낸다. R2는 또한 아미드성(amidic), 설파이드성(sulfidic), 옥사이드성(oxidic), 또는 H일 수 있다. 본원에서 "아미드성, 옥사이드성, 및 설파이드성"은 질소, 산소 또는 황을 통하여 규소에 결합된 추가의 유기 R'2가 존재할 수 있다는 것을 의미한다.
입자들(1 및 2) 둘 모두는 예를 들어 온도를 증가시키면서, 상기 코어(3) 상의 라디칼들 R2의 치환에 의해 규소 코어(3)에 결합되고, 이에 따라, 서로 바로 가까이에 위치되고, 규소 코어(3)를 통하여 가교된다.
나노기술의 잠재력(potential)은 본원에서 또한, 예를 들어 현재 사용되고 있는 운모를 기반으로 한 절연 재료들에서와 같이, 본 발명의 실란들과 함께 나노미립자 충전제들을 사용할 때에 명백해진다.
도 2 내지 4에서, 실험 시편들(중단된 선(interrupted line)으로 표시됨)인 기준 샘플들은 각 경우에서 본 발명의 구체예들과 대비된다. 이러한 실험 시편들은 감소된-크기 형태에서 수력 발전기들 또는 터보발전기들의 고정자들에서 절연된 Cu 전도체들과 관련한 최신 기술에 해당한다. 이러한 것들은 전기장 로딩 하에서 절연 파괴의 포인트로 측정된다. 작동 노출 하에서 절연 시스템의 전기적 강도가 수십년 간 이어지기 때문에, 전기적 내구성 시험들은 다양하게 과대 치수화된(overdimensioned) 전기장 강도들로 일어난다.
도 2에 도시된 그래프는 표준 절연 시스템(운모) 및 나노미립자/실란 충전된 절연 시스템 둘 모두에 대한 3개의 상이한 전기장(field) 노출 하에서 7개의 시험 시편들의 배치들의 전기적 수명에 대한 평균값을 나타낸 것이다. 비충전된 시스템들(Micalastic로 명시됨)은 약 50 중량% 운모 및 50 중량% 수지의 분율을 갖는다. 나노입자들의 기술된 분율은 상대적으로 수지의 분율을 감소시킨다. 운모의 분율은 각 경우에 일정하게 유지된다.
비충전된 및 나노미립자-충전된 고-전압 절연 시스템들(Micalastic(검정색) 및, 나노입자들 10 중량%(직경 약 20 nm) 및 유기 실란 (3-글리시딜옥시프로필트리메톡시실란, 5 중량%)을 함유한 Micalastic)에 대한 도 2에 도시된 수명 곡선들은 후자의 시스템들이 제공된 로딩 하에서 상당히 연장된 수명을 나타낸다는 것을 명확하고 보이고 있다.
도 3은 비충전된 및 나노미립자-충전된 고-전압 절연 시스템들(Micalastic(검정색), 및 나노입자들 10 중량%(직경 약 20 nm), 옥타메틸트리실록산 2.5 중량%를 함유한 Micalastic)에 대한 상응하는 수명 곡선들을 도시한 것이다. 여기서 또한, 보다 긴 시간 쪽으로의 수명의 사실상 평행한 이동은 아주 명백하다.
마지막으로, 도 4는, 비충전된 및 나노미립자-충전된 고-전압 절연 시스템들(Micalastic(검정색), 및 나노입자들 10 중량%(직경 약 20 nm), POSS(2.5 중량%)를 함유한 Micalastic)에 대한 수명 곡선들을 도시한 것이다.
이러한 그룹들 각각의 수명을 비교하면, 20 내지 30배의 수명의 개선이 달성된다는 것이 발견된다. 두 가지 수명 프로파일 모두는 동일한 기울기를 가지며, 이에 따라, 연장된 수명을 직접적으로 작동 조건들로 바꿀 수 있음을 나타낸다.
최대 35 중량%의 나노미립자 분율을 갖는 절연 시스템들이 가능하다.
본 발명은, 나노미립자 충전제가 첨가되는 경우에, 수지에 존재하는 유기 규소 화합물들과 같은 접착 촉진제들의 놀라운 침식-억제 효과를 처음으로 나타낸 것이다. 나노미립자 충전제 이전에 수지에 접착 촉진제의 도입은 놀랍게도 양호한 결과들을 야기시킨다. 도 2 내지 4에 예시된 바와 같은 양호한 결과들이 유기실란들로의 입자 가교에 의해 한 부류의 나노입자들의 입자 가교에 기여할 수 있는 지의 여부에 관하여 논의되어 있다. 적어도, 나노미립자 충전제의 첨가 이전에 수지에 접착 촉진제들의 혼합이 상당한 장점들을 가져올 수 있다는 것이 인상적으로 나타날 수 있다.

Claims (9)

  1. - 접착제에 의하여 서로 접착된 운모지(mica paper) 및 캐리어 재료(carrier material)를 포함하는 절연 테이프를 제공하는 단계;
    - 전기 전도체를 절연 테이프로 감는 단계; 및
    - 전도체 둘레에 감겨진 절연 테이프를 합성 수지로 함침시키는 단계를 포함하는 개선된 부분방전 저항성(partial discharge resistance)을 나타내는 절연 시스템을 제조하는 방법으로서,
    합성 수지를 제조시키기 위하여, 나노미립자 충전제가 도입되어 있는, 접착 촉진제를 갖는 수지 시스템이 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 수지 시스템의 수지 주성분(resin basis)이 에폭사이드-기반 수지들 및/또는 폴리우레탄들의 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 유기규소 화합물(organosilane compound)이 접착 촉진제로서 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 나노미립자 충전제가 금속 옥사이드들, 금속 니트라이드들, 금속 설파이드들 및/또는 금속 카바이드들의 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 전기 전도체 둘레에 감겨지고 캐리어 재료에 접합된 운모 테이프(mica tape)를 포함하며 합성 수지로 함침된 절연 테이프를 지니는, 개선된 부분방전 저항성을 지닌 절연 시스템으로서, 접착 촉진제를 통하여 일부 또는 전부 가교되는 나노미립자 충전제가 함침된 절연 테이프 내에 산재되어 있는 것을 특징으로 하는 절연 시스템.
  6. 제 5항에 있어서, 나노미립자 충전제가 2.5 내지 70 nm의 입자 크기로 존재하는 절연 시스템.
  7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서, 나노미립자 충전제가 합성 수지에 5 내지 70 중량%의 농도로 존재하는 절연 시스템.
  8. 제 5항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 접착 촉진제가 유기 규소 화합물(organic silicon compound)인 절연 시스템.
  9. 제 5항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 접착 촉진제가 합성 수지에 0.1 내지 45 중량%의 농도로 존재하는 절연 시스템.
KR1020147010741A 2011-09-22 2012-09-03 개선된 부분방전 저항성을 지닌 절연 시스템, 및 이를 제조하는 방법 KR20140079787A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011083228A DE102011083228A1 (de) 2011-09-22 2011-09-22 Isoliersysteme mit verbesserter Teilentladungsbeständigkeit, Verfahren zur Herstellung dazu
DE102011083228.9 2011-09-22
PCT/EP2012/067141 WO2013041363A1 (de) 2011-09-22 2012-09-03 Isoliersysteme mit verbesserter teilentladungsbeständigkeit, verfahren zur herstellung dazu

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20140079787A true KR20140079787A (ko) 2014-06-27

Family

ID=46796601

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020147010741A KR20140079787A (ko) 2011-09-22 2012-09-03 개선된 부분방전 저항성을 지닌 절연 시스템, 및 이를 제조하는 방법

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9589699B2 (ko)
EP (1) EP2712462A1 (ko)
KR (1) KR20140079787A (ko)
CN (2) CN109243672A (ko)
DE (1) DE102011083228A1 (ko)
RU (1) RU2623493C2 (ko)
WO (1) WO2013041363A1 (ko)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014219440A1 (de) 2014-09-25 2016-03-31 Siemens Aktiengesellschaft Glimmschutzsystem für eine elektrische Maschine und elektrische Maschine
DE102014219439A1 (de) 2014-09-25 2016-03-31 Siemens Aktiengesellschaft Glimmschutzsystem für eine elektrische Maschine
DE102014219441A1 (de) * 2014-09-25 2016-03-31 Siemens Aktiengesellschaft Glimmschutzsystem und elektrische Maschine
DE102014219765A1 (de) * 2014-09-30 2016-03-31 Siemens Aktiengesellschaft Formulierung für ein Isoliersystem und Isoliersystem
EP3188196B1 (fr) * 2015-12-28 2020-03-04 General Electric Technology GmbH Appareil électrique moyenne ou haute tension à isolation hybride de faible épaisseur
JP6613163B2 (ja) * 2016-02-10 2019-11-27 住友電気工業株式会社 絶縁電線
US10848027B2 (en) 2016-11-17 2020-11-24 General Electric Company Electrical insulation systems and insulated components for electrical machine
DE102018202058A1 (de) * 2018-02-09 2019-08-14 Siemens Aktiengesellschaft Formulierung zur Herstellung eines Isolationssystems, elektrische Maschine und Verfahren zur Herstellung eines Isolationssystems
DE102018202061A1 (de) 2018-02-09 2019-08-14 Siemens Aktiengesellschaft Isolation, elektrische Maschine und Verfahren zur Herstellung der Isolation
CN110492646A (zh) * 2019-08-08 2019-11-22 中国长江动力集团有限公司 匝间绝缘结构及其构成的发电机转子线圈
DE102020208760A1 (de) 2020-07-14 2022-01-20 Siemens Aktiengesellschaft Isolationssystem aus festem Isolationsstoff und Imprägnierharz
US11916448B2 (en) * 2021-02-01 2024-02-27 The Timken Company Small-fraction nanoparticle resin for electric machine insulation systems
EP4047620A1 (de) 2021-02-22 2022-08-24 Siemens Aktiengesellschaft Isolationssystem mit festem isolationsstoff und imprägnierharz
DE102021201666A1 (de) 2021-02-22 2022-08-25 Siemens Aktiengesellschaft Nutisolationssystem für eine elektrische rotierende Maschine, Verfahren zur Herstellung eines Nutisolationssystems
EP4199006A1 (de) 2021-12-20 2023-06-21 Siemens Aktiengesellschaft Isolationssystem, verwendung eines polymerblends und elektrische maschine mit isolationssystem
DE202021106928U1 (de) 2021-12-20 2022-01-20 Siemens Aktiengesellschaft Isolationssystem und elektrische Maschine mit Isolationssystem
WO2023117588A1 (de) 2021-12-20 2023-06-29 Siemens Aktiengesellschaft Isolationssystem, verwendung eines polymerblends und elektrische maschine mit isolationssystem

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4269894A (en) * 1979-12-03 1981-05-26 Hitachi, Ltd. Electric windings and production thereof characterized by the use of a condensation type silicon resin for combination with an addition type silicon resin
RU2051434C1 (ru) * 1993-02-16 1995-12-27 Индивидуальное частное предприятие - Научно-коммерческая фирма "Слюдотерм" Способ получения слюдоволокнистой бумаги
JPH10249564A (ja) 1997-03-05 1998-09-22 Japan Tobacco Inc 帯状材の開孔装置
EP0966001A1 (fr) * 1998-06-17 1999-12-22 COMPAGNIE ROYALE ASTURIENNE DES MINES, Société Anonyme Procédé de réalisation d'un produit micacé se présentant de préférence sous la forme d'un ruban de mica et produit obtenu
DE19963124A1 (de) * 1999-12-24 2001-07-12 Roland Man Druckmasch Reinigungsmedium und dessen Verwendung
EP1878027A4 (en) * 2005-05-04 2012-04-11 Abb Research Ltd ELECTRICAL INSULATION MATERIAL, ELECTRICAL EQUIPMENT AND METHOD FOR PRODUCING AN ELECTRICAL INSULATION MATERIAL
WO2008129032A1 (en) * 2007-04-20 2008-10-30 Abb Research Ltd An impregnation medium
WO2011095208A1 (en) * 2010-02-03 2011-08-11 Abb Research Ltd Electrical insulation system
DE102010019724A1 (de) * 2010-05-07 2011-11-10 Siemens Aktiengesellschaft Elektrisches Isolationsmaterial und Isolationsband für eine elektrische Isolation einer Mittel- und Hochspannung
DE102010032555A1 (de) 2010-07-29 2012-02-02 Siemens Aktiengesellschaft Isolierung für rotierende elektrische Maschinen
DE102011083409A1 (de) * 2011-09-26 2013-03-28 Siemens Aktiengesellschaft Isoliersysteme mit verbesserter Teilentladungsbeständigkeit, Verfahren zur Herstellung dazu

Also Published As

Publication number Publication date
US20140326481A1 (en) 2014-11-06
CN103797544A (zh) 2014-05-14
US9589699B2 (en) 2017-03-07
EP2712462A1 (de) 2014-04-02
RU2014115974A (ru) 2015-10-27
DE102011083228A1 (de) 2013-03-28
RU2623493C2 (ru) 2017-06-27
CN109243672A (zh) 2019-01-18
WO2013041363A1 (de) 2013-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20140079787A (ko) 개선된 부분방전 저항성을 지닌 절연 시스템, 및 이를 제조하는 방법
US9984796B2 (en) Insulation systems with improved resistance to partial discharge, production method for this
US20130131218A1 (en) Insulation for rotating electrical machines
JP4103390B2 (ja) 絶縁材及び電機巻線とその製造法
Huang et al. Role of interface in highly filled epoxy/BaTiO 3 nanocomposites. Part I-correlation between nanoparticle surface chemistry and nanocomposite dielectric property
WO2002089296A1 (en) Coil of dynamoelectric machine, and mica tape and mica sheet used to insulate this coil
KR20140063615A (ko) 전기 절연 시스템용 테이프를 생산하는 방법
JP2010158113A (ja) 電気絶縁部材、回転電機用固定子コイルおよび回転電機
CN108068415A (zh) 电绝缘系统以及用于电机的绝缘部件
JP2016072301A (ja) 絶縁材、この絶縁材を用いた絶縁コイル、これらの製造方法、ならびにこの絶縁コイルを具備する装置
JP5940210B2 (ja) 回転式機械用の絶縁材料
WO2006009564A1 (en) Mica tape having maximized mica content
US20160374236A1 (en) Conductive Corona Shielding Paper, In Particular For Outer Corona Shielding
CN112996852A (zh) 具有绝缘体系的电气设备以及用于制造绝缘体系的方法
JP6403444B2 (ja) マイカテープ及び固定子コイル
US6395330B1 (en) Method for producing impregnable fine mica tapes with an incorporated accelerator
US20070089899A1 (en) Mica tape having maximized mica content
JP4499353B2 (ja) 回転電機のための超誘電耐高圧絶縁体
US20220247288A1 (en) Small-fraction nanoparticle resin for electric machine insulation systems
JP2023092752A (ja) プリプレグマイカテープ、回転電機及び回転電機の製造方法
JP2019217668A (ja) ドライマイカテープ、絶縁物、回転電機用コイル及び回転電機用コイルの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E601 Decision to refuse application