KR20140082990A - 부분 방전에 대한 개선된 내성을 갖는 절연 시스템들, 이를 위한 생산 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 첫 번째로, 바이모달 나노미립자 필러의 놀라운 부식-억제 효과를 나타낸다. 본 발명은, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같은 우수한 결과들이, 응집(agglomeration)에 의해 나노입자들의 일종의 교차결합(crosslinking)에 기여가능한지를 논의한다. 어쨌든, 나노미립자 필러의 제 2의, 바람직하게는 더 작은 프랙션을 혼합하는 것이 현저한 이점들을 생성할 수 있다는 것이 강력하게 보여진다.
Description
본 발명은 일반적으로, 부분 방전에 대한 전기 전도체들의 절연의 분야에 관한 것으로, 상세하게는 개선된 부분 방전 내성(resistance)을 갖는 절연 시스템을 생산하기 위한 방법, 및 개선된 부분 방전 내성을 갖는 절연 시스템에 관한 것이다.
모터들 또는 발전기들과 같은 회전하는 전기 머신들에서, 절연 시스템의 신뢰도는 결정적으로, 상기 회전하는 전기 머신들의 가동 무결성(operational integrity)을 담당한다. 절연 시스템은, 전기 전도체들(와이어들, 코일들, 바아(bar)들)을 내구성 있게(durably) 서로로부터, 그리고 라미네이팅된 고정자 코어 또는 환경으로부터 전기적으로 절연하는 기능을 갖는다. 고-전압 절연 내에서, 부분 전도체(partial conductor)들 사이의 절연(부분 전도체 절연), 전도체들 또는 권선들 사이의 절연(전도체 또는 권선 절연), 그리고 전도체 및 슬롯의 접지 전위 및 권선 헤드 구역 사이의 절연(메인 절연)에 있어서 구별들이 이루어진다. 메인 절연의 두께는, 머신의 공칭 전압 그리고 가동 및 제조 컨디션들 양측 모두에 적응된다. 에너지 생산을 위한 미래의 플랜트들의 경쟁력, 그들의 분포 및 활용은 결정적으로, 절연을 위해 적용된 기술들 및 이용되는 재료들에 의존한다.
이러한 방식으로 전기적으로 로딩된 절연체들에 관한 기본적인 문제는, 절연체의 절연 파괴(electrical breakdown)를 궁극적으로 초래하는, "트리잉(treeing)" 채널들로 지칭되는 것의 형성에 따른, 이른바 부분 방전-유도 부식(discharge-induced erosion)에 있다.
고-전압 및 중간-전압 머신들은 현재, 함침 라미네어 마이카 절연 시스템(impregnated laminar mica insulation system)들로 지칭되는 것을 이용한다. 이들 시스템들에서, 절연된 부분 전도체들로부터 생성된 전도체들 및 성형-권선(form-wound) 코일들에 마이카 테이프들이 감겨지고, 바람직하게는 VPI(vacuum pressure impregnation) 프로세스에서, 합성 수지가 함침된다. 마이카의 캐리어 테이프와 함침 수지의 결합은, 현재의 기계적인 강도, 그리고 또한 전기 절연의 요구되는 부분 방전 내성을 제공한다.
마이카 페이퍼(mica paper)는, 전기 산업의 요건들과 일치하도록, 더욱 안정된 마이카 테이프로 전환된다. 이는, 접착제에 의해, 마이카 페이퍼를 높은 기계적 강도를 갖는 캐리어 재료에 본딩함으로써 행해진다. 접착제의 피쳐는 바람직하게, 상기 접착제가, 마이카와 캐리어 사이의 접합을 보장하기 위해, 실온에서 높은 강도를 갖고, 상승된 온도들(60℃ 내지 150 ℃)에서 액체 상태가 되는 것이다. 이는, 접착제가, 상승된 온도에서 액체 형태의 접착제로서 또는 휘발성 용제(volatile solvent)와의 혼합물로 적용되도록 허용한다. 냉각이 발생한 후에, 또는 용제가 제거된 후에, 접착제는 아직 유연한 형태의 고체로 존재하고, 마이카 테이프가, 예를 들어 실온에서 성형-권선 코일들 및 부분 전도체들로 이루어진 뢰벨 바아(Roebel bar)들 둘레에 적용되도록 허용하고, 이때, 접착제의 접착 특성들은, 캐리어 재료로부터의 마이카 페이퍼의 딜라미네이션(delamination)들을 방지한다. 결과적인 마이카 테이프는 전기 전도체들 둘레에 복수의 겹(ply)들로 감겨진다.
고-전압 및 중간-전압 모터들 및 발전기들은 라미네어 마이카 절연 시스템들을 이용한다. 이들 시스템들에서, 절연된 부분 전도체들로부터 생성된 성형-권선 코일들에 마이카 테이프들이 감겨지고, 주로 VPI(vacuum pressure impregnation) 프로세스에서, 합성 수지가 함침된다. 이러한 경우, 마이카는 마이카 페이퍼의 형태로 이용되고, 함침의 부분으로, 마이카 페이퍼의 개별 입자들 사이에 위치된 공동(cavity)들이 수지로 채워진다(fill). 마이카의 캐리어 재료와 함침 수지의 결합은, 절연의 기계적인 강도를 제공한다. 전기적인 강도는, 이용되는 마이카의 고체-고체 계면들의 다양성(multiplicity)으로부터 실현된다. 유기 및 무기 재료들의 결과적인 레이어링(layering)은 미세 계면들을 형성하고, 부분 방전 및 열 스트레스들에 대한 상기 미세 계면들의 내성은 마이카 플레이틀릿(platelet)들의 특성들에 의해 결정된다. 복잡한 VPI 프로세스의 결과로서, 내부 가스-고체 계면들의 수를 최소화하기 위해, 절연부의 심지어 매우 작은 공동들도 수지로 완전히 채워져야 한다.
내성의 부가적인 개선을 위해, 나노미립자 필러들의 이용이 기술된다.
마이카의 캐리어 테이프와 함침 수지의 결합은, 현재의 기계적인 강도, 그리고 또한 전기 절연의 요구되는 부분 방전 내성을 제공한다.
VPI 프로세스뿐만 아니라, 마이카 테이프 ― 즉, 절연 테이프, 그리고 그 다음, 결과적으로 절연 시스템 ― 을 생성 및 함침하기 위한 수지 리치(Resin Rich) 기술이 또한 존재한다.
이들 2개의 기술들 사이의 주요한 차이는, 코일들의 실제 절연 시스템의 구성 및 제조이다. VPI 시스템이, 함침 후에 그리고 강제 공기 오븐(forced air oven)에서의 권선의 경화 후에만 완료되는데 반하여, 온도 및 압력 하에서 개별적으로 경화되는 수지 리치(Resin Rich) 코일의 레그(leg)는, 심지어 고정자로의 설치 이전에 펑셔닝(functioning) 및 테스트가능 절연 시스템을 구성한다.
VPI 프로세스는 다공성 테이프들을 이용하여 동작하여서, 강제 공기 오븐에서의 경화 후에 과압력(overpressure)에의 함침 베셀의 후속 노출을 이용하여 진공 하에서 단단하고 연속적인 절연 시스템을 형성한다.
이에 반하여, 수지 리치 코일들의 제조는 더욱 복잡한데, 그 이유는 각각의 코일 레그 또는 권선 바아가, 특정 베이킹 프레스(baking press)들에서 개별적으로 제조되어야 하기 때문인데, 이는 개별 코일의 비용들의 특정 증가를 초래한다.
이러한 맥락에서, B-스테이지(B-stage)로 지칭되는 것에서 존재하는 중합(polymeric) 절연 물질로 함침되는 마이카 테이프들이 이용된다. 이는, 중합체, 일반적으로 방향족(aromatic) 에폭시 수지들(BADGE, BFDGE, 에폭시드화된 페놀 노볼락(epoxidized phenol novolak)들, 에폭시드화된 크레졸 노볼락(epoxidized cresol novolak)들, 및 경화제(hardener)들로서 무수물(anhydride)들 또는 아민(amine)들)이, 부분적으로 교차결합(crosslink)되고, 따라서 택-프리(tack-free) 상태에 있지만, 추가의 가열 상에서 다시 용융될 수 있고, 최종 형상이 초래되도록 하기 위해, 궁극적으로 경화된다는 것을 의미한다. 수지가 과도하게 도입되었기 때문에, 최종 프레싱(pressing) 동작 동안, 상기 수지는 대응하는 절연 품질을 획득하기 위해, 모든 공동들 및 보이드(void)들로 흘러들어갈 수 있다. 과도한 수지는 프레싱 동작에 의해 시스템 밖으로 프레싱(press)된다.
문헌들로부터, 중합 절연 물질들의 나노미립자 필러들의 이용이, 전기적인 수명(longevity)에 대한 절연의 현저한 개선들을 초래한다는 것이 알려져 있다.
알려진 시스템들의, 특히 에폭시 수지들에 기초하는 것들의 단점은, 여기서 부식으로 지칭되는, 부분 방전에의 노출 때 중합 매트릭스의 빠른 열화(degradation)이다. 부식-내성 나노입자들(알루미늄 산화물, 실리콘 이산화물)을 이용하여 중합체 매트릭스를 구현하는 것은, 중합체 열화로 지칭되는, 중합체의 초기 파괴(incipient breakdown)에 의해 초래되는, 상기 중합체 매트릭스의 노출을 야기한다.
본 발명의 목적은, 개선된 부분 방전 내성을 갖는 절연 시스템을 가능하게 하는 것이다.
본 발명의 일 양상에 따라, 개선된 부분 방전 내성을 갖는 절연 시스템을 생산하기 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은:
- 접착제에 의해 서로 본딩되는 마이카 페이퍼 및 캐리어 재료를 포함하는 절연 테이프를 제공하는 단계,
- 전기 전도체에 절연 테이프를 감는 단계, 및
- 전도체 둘레에 감긴 상기 절연 테이프를, 나노미립자 필러를 포함하는 합성 수지로 함침하는 단계를 포함하고, 나노미립자 필러는 적어도 바이모달로(bimodally) 존재하는 것을 특징으로 한다.
본 맥락에서, "바이모달(bimodal)"은, 나노미립자 필러가, 2개의 상이한 프랙션(fraction)들로 존재하고, 프랙션들이 2개의 상이한 재료들로 및/또는 2개의 상이한 크기들의 나노미립자 필러로 형성되는 것이 가능하다는 것을 의미한다.
본 발명의 하나의 바람직한 양상에 따르면, 2개의 프랙션들은, 동일한 재료이지만 상이한 크기로 존재한다. 여기서, 2개의 프랙션들이 자신들의 평균 크기들에 있어서 상당히 상이한 것이, 즉 더 큰 프랙션의 최소치와 더 작은 프랙션의 최대치 사이에 적어도 5㎚ 또는 그 초과의 차이가 존재하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 바이모달 나노미립자 필러는, 평균 10 내지 50㎚의, 바람직하게는 12 내지 40㎚의, 및 특히 바람직하게는 15 내지 30㎚의 입자 직경을 갖는 나노입자들의 하나의 프랙션과, 평균 7㎚ 미만의, 바람직하게는 5㎚ 미만의 입자 직경을 갖는 나노입자들의 제 2 프랙션으로 형성된다.
본 발명의 추가의 양상에 따르면, 개선된 부분 방전 내성을 갖고, 전기 전도체 둘레에 감기며 캐리어 재료에 접합된 마이카 테이프를 포함하는 절연 테이프를 갖는 절연 시스템이 제공되고, 절연 테이프는 합성 수지로 함침되고, 함침된 절연 테이프에는, 적어도 바이모달로 존재하는 나노미립자 필러가 산재(intersperse)되는 것을 특징으로 한다.
중합 절연 물질과 대조적으로, 무기 입자들은 부분 방전에의 노출로 파괴 또는 손상되지 않거나, 단지 매우 제한된 정도로만 파괴 또는 손상되는 것이 알려져 있다. 무기 입자들의 결과적인 부식 억제 효과는 여기서, 상기 무기 입자들로부터 발생되는 입자 직경 및 입자 표면을 포함하는 팩터들에 의존한다. 여기서, 입자들의 비표면적(specific surface area)들이 클수록, 입자들에 대한 부식 억제 효과가 더 크다는 것이 밝혀졌다. 무기 입자들은, 50 g/m2 또는 그 초과에서, 매우 높은 비표면적들을 갖는다.
이러한 상관은, Tanaka 등의, Prof. Tanaka의 Multi Core model, Dependence of PD Erosion Depth on the Size of Silica Fillers; Takahiro Imai*, Fumio Sawa, Tamon Ozaki, Toshio Shimizu, Ryouichi Kido, Masahiro Kozako 및 Toshikatsu Tanaka; Evaluation of Insulation Properties of Epoxy Resin with Nano-scale Silica Particles, Toshiba Research Cooperation에서 처음 확립되었다.
일반적으로 말하면, 에폭시 수지들에 기초하는 언필드(unfilled) 또는 마이카-기반 절연 물질은, 부분 방전에의 노출 때 중합 매트릭스의 빠른 열화를 나타낸다. 부식-내성 나노미립자 필러(알루미늄 산화물, 실리콘 이산화물)를 이용하여 중합체 매트릭스를 구현하는 것은, 중합체 열화에 의해 야기되는, 나노미립자 필러의 노출을 초래한다.
부식의 지속기간이 증가됨에 따라, 견고하게 부착되는, 시트같은(sheetlike) 레이어가, 노출된 나노미립자 필러로 이루어진 테스트 엘리먼트의 표면 상에 서서히 형성된다. 부식된 중합체에 의해 야기된, 나노미립자 필러의 이러한 입자 교차결합의 결과로서, 표면이 패시베이팅되고, 패시베이션 코트(coat) 아래의 중합체는, 부분 방전 노출 하에서 추가의 부식으로부터 효과적으로 보호된다.
놀랍게도, 합성 수지의 바이모달 나노미립자 필러들, 특히, 그들의 평균 입자 크기의 측면에서 상당히 상이한 2개의 프랙션들의 이용을 통해, 개선된 방식으로 부식을 억제하는 것이 가능하였다는 것이 밝혀졌다.
그들의 입자 직경에 있어서 상당히 상이한 나노입자들의 적어도 2개의 상이한 프랙션들의 이용이, 특히 확연한 부식 내성을 나타내는 나노합성물(nanocomposite)들을 초래한다는 것을 확인하는 것이 가능하였다. 이에 대한 이유는, 패시베이팅 층들의 단순화된 형성, 더욱 상세하게는 접착 촉진제(adhesion promoter)들의 존재에 있다. 부분 방전들의 영향 하에서, 화학적 또는 물리적 프로세스들을 통한 나노입자들의 응집(agglomeration)이 존재하고, 결국 패시베이팅 보호 층이 된다. 2개의 상이한-크기의 나노입자들의 결합이 이러한 프로세스를 지원하는데, 그 이유는 더 작은 직경, 그리고 상응하게, PD의 영향 하에서 증가된 활성 표면적(active surface area)을 갖는 나노입자들이, 더 큰 나노입자들의 응집을 지원하여, 극히 부식-내성의 층이 초래된다.
수지 포뮬레이션(resin formulation)에서 바이모달 나노미립자 필러의 이용을 통해 유리하게 개선된 부식 내성에 대한 가능한 기본 원리들이 아래에서 설명되는데: 우선, 작은 직경을 갖는 나노입자들의 농도는 낮게 유지될 수 있고, 이는 경제적으로뿐만 아니라 화학적 및 프로세스 엔지니어링 관점에서 가치가 있는데, 그 이유는 점성(viscosity), 반응성(reactivity), 및 저장 안정성(stability)과 같은 특성들이 제어하기 용이하기 때문이며, 두 번째로 예를 들어, 비교적 작은 나노입자들의 높은 비표면적과 같은 포지티브 특성들을 활용하는 것이 가능하다.
본 발명에 따르면, 특히 유리한 실시예들은, 다음의 컴포넌트들로부터 구성되는 반응성 수지 포뮬레이션들을 이용하여 초래된다:
수지 베이시스(resin basis)는, 예를 들어 에폭시 수지 및/또는 폴리우레탄 수지에 의해 형성된다.
경화제는 무수물, 방향족 아민, 및/또는 지방족(aliphatic) 아민을, 예를 들어, 작용기(functional group)로서 포함한다.
나노미립자 필러는 바람직하게, 실리콘 이산화물 및/또는 알루미늄 이산화물(Al2O3)에 기초하는 재료이고, 적어도 바이모달이고, 이는 상기 나노미립자 필러가 2개의 프랙션들로 존재한다는 것을 의미한다.
해당하는 2개의 프랙션들은 바람직하게, 입자 크기가 상이한 프랙션들이다. 더 큰 입자들의 프랙션은 바람직하게, 더 작은 프랙션보다 더 높은 농도로 존재한다. 특히 유리한 것으로 증명된 것은, 1 내지 10wt%의 농도로, 1 내지 5㎚의 입자 크기를 갖는 나노미립자 필러의 프랙션과, 합성 수지에서 10 내지 50wt%의 농도로, 10 내지 50㎚의 입자 크기를 갖는 나노미립자 필러의 결합이다.
이용될 수 있는 나노미립자 필러들에 대한 물질들의 스펙트럼은 매우 광범위하다. 원칙적으로, 여기서 모든 소결가능 재료들을 이용하는 것이 가능하다.
추가의 필러들, 첨가물(additive)들, 및 안료(pigment)들이 존재할 수 있다.
접착 촉진제는 바람직하게, 유기실란(organosilane) 및/또는 POSS와 같은 유기 실리콘 화합물이다. 이들은, 합성 수지에, ― 다시, 바람직하게는 ― 0.1 내지 45wt%, 더욱 구체적으로는 1 내지 25wt%의 농도로 존재한다.
필러들의 코팅의 형태의 유기 실리콘 화합물들과 같은 접착 촉진제들의 이용이 부가되거나, 또는 또한, 기술된 컴포넌트들과 협력하여 수지 포뮬레이션의 부분으로서 부가된다. 후자는, 다음의 이점을 제공하는데, ― 접착 촉진제, 즉 예를 들어, 반응성 수지의 부분으로서 실란(silane)의 이용은, 반응성 수지에의 부가 전에 입자들의 접착 촉진제들로서 실란들을 이용하는 경우보다 더 높은 농도들로 가능하다.
도 1은 예로서, 바이모달 나노미립자 필러를 이용하여, 인 시튜(in situ) 소결을 위한 일반적인 메커니즘을 개략적으로 도시한다.
상이한 입자 크기들의 결합을 통해, 소결된 층들은 도 1에서 그래픽으로 도시된 바와 같이 생성된다. 이로부터, 이러한 방식으로 더 높은 밀도를 갖는, 궁극적으로는 개선된 부식 내성을 나타내는 층들을 발생시키기는 것이 가능하다는 것이 명백하다.
도 2는 접착 촉진제의 작용기들을 통한 입자들의 표면 상에서의 바이모달 나노입자들의 소결을 도시한다. 본 예에서, 접착 촉진제는 실란이고, 여기서 R1은 수산기(hydroxyl), 알콕시(alkoxy), 할로겐(halogen), 글리시딜옥시(glycidyloxy)일 수 있고, R2는 알킬기(alkyl), 글리시딜옥시(glycidyloxy), 비닐(vinyl), 프로필숙시닉 무수물(propylsuccinic anhydride), 메타크릴로일록시프로필(methacryloyloxypropyl)일 수 있다.
도 2는 상이한 프랙션들의 나노입자들에 의한 실란 상의 라디칼들(R1)의 대체를 도시한다. R2는 또한, 아미딕(amidic), 설피딕(sulfidic), 옥시딕(oxidic), 또는 H일 수 있다. "아미딕, 옥시딕, 및 설피딕(Amidic, oxidic, and sulfidic)"은 여기서, 질소(nitrogen), 산소(oxygen), 또는 황(sulfur)을 통해 실리콘에 본딩되는 추가의 유기 라디칼들(R'2)이 존재할 수 있다는 것을 의미한다.
큰 입자들(1 및 2)은, 라디칼들(R1 /2) 같이 실리콘 코어(3)에 본딩되고, 결국 서로 그리고 작은 입자(4) 바로 가까이 위치된다. 따라서, 이들은 실리콘 코어(3)를 통해 교차결합된다.
이러한 인 시튜(in situ) 소결은 입자들의 표면 상에서 발생한다. 이러한 프로세스에 참여하는 작용기들은, 예를 들어, 수산기, 알콕시, 알킬기, 비닐, 및 글리시딜옥시 화합물들의 시리즈로부터 비롯될 수 있다. 그러나, 이들 고-에너지 컨디션들 하에서, 표면 기능화(functionalization)에 대한 어떠한 제약도 없고, 그러므로 일반적으로 표면 상에 로컬라이징된 모든 작용기들은 소결에 관련되는 것으로 가정될 수 있다.
테스트들은, 마이카에 기반하는 현재 이용된 절연 재료들과 협력하여 적어도 바이모달로 분포된 나노미립자 필러들의 이용과 연관된 이점들을 조사한다. 이러한 조사의 목적을 위해, 절연 파괴라 할 수 있을 정도의 전기장 로딩 하에서, 수력전기 발전기(hydroelectric generator)들 또는 터빈발전기(turbogenerator)들의 고정자들의 절연된 Cu 전도체들에서 종래 기술에 ― 감소된-크기 형태로 ― 대응하는 실험 시료(experimental specimen)들의 수명의 측정이 이루어진다. 가동 노출(operational exposure) 하의 절연 시스템의 전기적인 강도가 수십년에 달하기 때문에, 전기적인 내구성 테스트들은 멀티플라이 오버디멘셔닝 전기장 세기(multiply overdimensioned electrical field strength)들을 이용하여 발생한다.
도면들에 도시된 그래프들은, 표준 절연 시스템(마이카)에 대한 그리고 나노미립자/실란이 채워진 절연 시스템에 대한 3번의 상이한 필드 노출들 하에서, 7개의 테스트 시료들의 배치(batch)들의 전기적인 수명에 대한 평균 값들을 표시한다. 언필드 시스템들(마이카래스틱(Micalastic)으로 지시됨)은 약 50wt% 마이카 및 50wt% 수지의 프랙션을 갖는다. 기술된 나노입자들의 프랙션은 상응하게 수지의 프랙션을 감소시킨다. 마이카의 프랙션은 각각의 경우에서 일정하게 유지된다.
도 3 내지 도 5에서, (중간에 서클들을 갖는 단절된(interrupted) 라인들에 의해 표시되는) 실험 시료들인 참조 샘플들은 각각의 경우에서, 본 발명의 실시예들과 대조된다. 실험 시료들은 감소된 -크기 형태로, 수력전기 발전기들 또는 터빈발전기들의 고정자들의 절연된 Cu 전도체들과 관련하여 종래기술에 대응한다. 이들은, 절연 파괴라 할 수 있을 정도의 전기장 로딩 하에서 측정된다. 가동 노출 하의 절연 시스템의 전기적인 강도가 수십년에 달하기 때문에, 전기적인 내구성 테스트들은 멀티플라이 오버디멘셔닝 전기장 세기들을 이용하여 발생한다.
도 3에 도시된 그래프는, 표준 절연 시스템(마이카) 및 나노미립자/실란이 채워진 절연 시스템 양측 모두에 대한 3번의 상이한 필드 노출들 하에서, 7개의 테스트 시료들의 배치들의 전기적인 수명에 대한 평균 값들을 표시한다. 언필드 시스템들(마이카래스틱으로 지시됨)은 약 50wt% 마이카 및 50wt% 수지의 프랙션을 갖는다. 기술된 나노입자들의 프랙션은 상응하게 수지의 프랙션을 감소시킨다. 마이카의 프랙션은 각각의 경우에서 일정하게 유지된다.
언필드 및 나노미립자-채워진 고-전압 절연 시스템들(마이카래스틱(흑색)과, 나노입자들 20wt%(약 20㎚의 직경, SiO2) 및 나노입자들 5wt%(약 5㎚의 직경, SiO2)를 갖는 마이카래스틱)에 대해 도 3에 도시된 수명 곡선들은 명백하게, 후자의 시스템들이, 주어진 로딩 하에서 상당히 연장된 수명을 나타낸다는 것을 도시한다.
도 4는, 언필드 및 나노미립자-채워진 고-전압 절연 시스템들(마이카래스틱(흑색)과, 나노입자들 20wt%(약 20㎚의 직경, SiO2) 및 나노입자들 5wt%(약 5㎚의 직경, Al2O3)를 갖는 마이카래스틱)에 대한 대응하는 수명 곡선들을 도시한다. 여기서 다시, 더 긴 시간들로 향하는 수명들에서의 사실상 평행 시프트가 용이하게 명백해진다.
마지막으로, 도 5는 언필드 및 나노미립자-채워진 고-전압 절연 시스템들(마이카래스틱(흑색)과, 나노입자들 25wt%(약 20㎚의 직경, SiO2) 및 나노입자들 2.5wt%(약 5㎚의 직경, SiO2)를 갖는 마이카래스틱)에 대한 수명 곡선들을 도시한다.
그룹들 각각의 수명을 비교하면, 30배까지의 수명의 개선들이 달성된다는 것이 밝혀졌다. 수명 프로파일들 양측 모두는 동일한 기울기를 갖고, 그러므로 이는, 연장된 수명을 직접적으로 가동 컨디션들로 트랜스포즈(transpose)하는 것이 가능하다는 것을 나타낸다.
35wt%까지의 나노미립자 프랙션을 갖는 절연 시스템들이 가능하다.
본 발명은 처음으로, 바이모달로 존재하는 나노미립자 필러의 놀라운 부식-억제 효과를 보여주었다. 도 3 내지 도 5에 예시된 바와 같은 우수한 결과들이, 서로 간의 응집에 의해 나노입자들의 일종의 입자 교차결합에 기여가능한지에 관한 논의가 있다. 어쨌든, 나노미립자 필러의 제 2의, 바람직하게는 더 작은 프랙션의 혼합이 상당한 이점들을 초래할 수 있다는 것을 인상 깊게 보여주는 것이 가능하다.
Claims (13)
- 개선된 부분 방전 내성이 존재하는 절연 시스템을 생산하기 위한 방법으로서,
마이카 페이퍼(mica paper) 및 캐리어 재료를 포함하는 절연 테이프를 제공하는 단계 ― 상기 마이카 페이퍼 및 상기 캐리어 재료는 접착제에 의해 서로 본딩됨 ―,
전기 전도체에 상기 절연 테이프를 감는 단계, 및
상기 전도체 둘레에 감긴 상기 절연 테이프를, 나노미립자 필러(nanoparticulate filler)를 포함하는 합성 수지로 함침(impregnating)하는 단계
를 포함하고,
상기 나노미립자 필러는, 2개의 프랙션(fraction)들의 결합으로서, 바이모달(bimodal) 형태로 존재하는,
개선된 부분 방전 내성이 존재하는 절연 시스템을 생산하기 위한 방법. - 개선된 부분 방전 내성을 갖고, 전기 전도체 둘레에 감기고, 캐리어 재료에 접합된 마이카 테이프를 포함하는 절연 테이프를 갖는 절연 시스템으로서,
상기 절연 테이프는 합성 수지로 함침되고,
상기 함침된 절연 테이프에는, 나노미립자 필러의 2개의 프랙션들의 형태로, 바이모달로(bimodally) 존재하는 나노미립자 필러가 산재(intersperse)되는,
절연 시스템. - 제 2 항에 있어서,
상기 나노미립자 필러의 상기 2개의 프랙션들은, 상기 2개의 프랙션들의 평균 입자 크기가 상이한,
절연 시스템. - 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
제 1 프랙션은 10 내지 50㎚ 범위의 평균 입자 크기를 갖는,
절연 시스템. - 제 4 항에 있어서,
제 2 프랙션은 상기 제 1 프랙션보다 더 작은,
절연 시스템. - 제 5 항에 있어서,
상기 더 작은 프랙션은, 1 내지 7㎚의 평균 입자 직경을 갖는,
절연 시스템. - 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 나노미립자 필러의 더 작은 프랙션은, 더 큰 입자들을 갖는 프랙션보다 더 적은 양으로 존재하는,
절연 시스템. - 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 합성 수지 시스템의 수지 베이시스(resin basis)는, 에폭시드-기반 수지들 및 폴리우레탄들 중 적어도 하나의 그룹으로부터 선택되는,
절연 시스템. - 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
유기실리콘(organosilicon) 화합물이 접착 촉진제(adhesion promoter)로서 이용되는,
절연 시스템. - 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 나노미립자 필러의 적어도 하나의 프랙션의 재료는, 금속 산화물들, 금속 질화물들, 금속 황화물들, 및 금속 탄화물들 중 적어도 하나의 그룹으로부터 선택되는,
절연 시스템. - 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 나노미립자 필러는 0.5㎚ 내지 80㎚의 평균 입자 직경들을 포함하는,
절연 시스템. - 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 나노미립자 필러는, 3 내지 80wt%의 농도로 상기 합성 수지에 존재하는,
절연 시스템. - 제 5 항에 있어서,
상기 접착 촉진제는, 0.1 내지 45wt%의 농도로 상기 합성 수지에 존재하는,
절연 시스템.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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