KR20170109679A - 무기 전기 절연 재료 - Google Patents

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오를란도 기를란다
파벨 클리스
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에이비비 슈바이쯔 아게
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Abstract

본 개시물은 전기 디바이스, 예를 들어, 전력 변압기에서 솔리드 절연체로서 사용하기 위해, 적어도 90 중량%의 무기 입자 (2) 및 입자들을 함께 결합시켜 시트를 형성하는 바인더 (3) 를 포함하는, 전기 절연성 무기 시트에 관한 것이다.

Description

무기 전기 절연 재료{INORGANIC ELECTRICAL INSULATION MATERIAL}
본 개시물은 전기 디바이스용 솔리드 절연 재료에 관한 것이다.
통상적으로, 오일 충전된 변압기는 절연 및 냉각의 양자의 목적으로 유전체 액체로 미네랄 오일을 사용하고, 전도체, 층 및 메인 절연체를 위한 솔리드 절연체로 셀룰로오스 또는 아라미드 페이퍼를 사용한다. 셀룰로오스계 재료는 비용이 저렴하고 변압기 산업은 오랜 기간 동안 셀룰로오스-오일 절연 시스템에 대한 훌륭한 경험을 가지고 있다. 이에 비해 아라미드 절연체는 비싸지만 고온에서 사용하기에 더 적합한다.
셀룰로오스 절연 재료는 변압기 절연 목적, 예컨대 비교적 낮은 유전 강도, 물에 대한 친화력, 불량한 열분해 특성 및 고수축에 대한 몇 가지 고유한 단점을 갖는다. 셀룰로오스 재료를 사용한 변압기 절연 설계의 경우, 이러한 불량한 특성은 낮은 유전 응력을 갖는 유전체 설계 기준을 갖는 것에 의해 및/또는 과량의 셀룰로오스 절연 재료의 사용을 통해 보완되어야 한다. 변압기의 과량의 셀룰로오스 재료는 절연체의 건조 시간을 증가시키고, 변압기의 전체 크기를 증가시키며, 그리고 절연 시스템의 유전체 무결성에 부정적인 영향을 미친다. 또한, 열분해 특성 및 물에 대한 친화력과 같은 셀룰로오스 특성 중 일부는 고온에서 (예를 들어, 과부하 조건하에서) 변압기의 연속 작동을 제한한다.
전기 변압기의 다른 부분에서는, 절연 재료가 플래시 오버 등을 피하기 위해 사용된다. 이러한 절연 재료는 통상적으로 셀룰로오스계인데, 그 이유는 이러한 페이퍼 또는 프레스보드 재료가 적절한 절연을 제공하면서 저렴하고 취급하기 쉽기 때문이다. 오일 충전된 변압기의 절연체의 예는 다음과 같다.
- 권선의 턴/디스크 사이에 위치하여 오일이 그 사이를 순환할 수 있게 하는 스페이서.
- 권선과 코어 사이 또는 다른 권선 사이에 위치하는 축방향 스틱.
- 권선과 그 코어 사이, 또는 상이한 권선 사이에서, 권선 주위에 위치하는 실린더.
- 복수의 권선의 상부 및 하부에 위치하며 이를 지지하는 권선 테이블.
- 변압기 권선의 전도체의 전도체 절연체.
절연 재료의 전기적 특성을 개선하기 위해, 솔리드 절연 재료, 예를 셀룰로오스계 절연 재료에서의 필러 재료로서 무기 나노입자를 사용하려는 시도가 있어왔다.
US 2014/022039에는 오일 충전된 변압기에서 절연 코일용 지방족 폴리아미드 절연 재료에 나노필러를 사용하는 것이 개시되어 있다. 나노필러는 이산화 티탄 (TiO2), 이산화 규소 (SiO2) 또는 산화 알루미늄 (Al2O3), 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
US 2010/148903에는 폴리디시클로펜타디엔을 포함하는 솔리드 절연 재료를 갖는 전압 변압기가 개시되어 있다. 절연 재료는 나노 크기의 무기 필러, 예를 들면, 규토질 재료, 탄소질 재료, 금속 수화물, 금속 산화물, 금속 붕화물, 금속 질화물, 및 상기 둘 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.
WO 2011/003635에는 특히 붕소 질화물 나노튜브 (BNNT) 로 구성되고 셀룰로오스 섬유와 같은 전기 절연체에 분포되는 반도체성 나노입자를 포함하는 나노 복합체 절연 재료가 개시되어 있다.
그러나, 소량의 필러 재료의 사용은 전기 특성에 대한 제한된 개선만을 제공하는 반면, 보다 많은 양은 절연 재료의 기계적 특성을 현저하게 악화시키며, 예를 들어 부서지기 쉽게 만든다.
본 발명의 목적은 개선된 전기 절연 특성을 갖는 전기 디바이스용의 개선된 절연 재료를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 적어도 90 중량%의 무기 입자 및 입자를 함께 결합시켜 시트를 형성하는 바인더를 포함하는 전기 절연성 무기 시트가 제공된다. 따라서, 바인더는 무기 시트의 10 중량% (wt%) 미만을 구성한다. 시트는 전기 디바이스, 예를 들어, 전기 디바이스의 솔리드 절연체로서 사용하기에 적합하며, 예를 들어 절연 적층체 내에 층을 형성할 수도 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 전기 디바이스의 솔리드 절연체로서 본 개시물의 전기 절연성 무기 시트의 실시형태를 포함하는 전기 디바이스가 제공된다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 또 다른 전기 절연층에 적층된 전기 절연성 무기 층을 포함하는 적층체가 제공되며, 전기 절연성 무기층은 적어도 90 중량% 의 무기 입자 및 입자를 결합시키는 바인더를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 전기 디바이스에서 솔리드 절연체로서 사용하기 위한 전기 절연성 무기 시트를 제조하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 적어도 90 중량%의 무기 입자와 입자를 함께 결합시키는 바인더의 혼합물로부터 시트를 형성하는 단계를 포함한다
본 발명은 절연 시스템, 예를 들어, 무기 시트를 포함하는 배전용 변압기 (DTR) 용 절연 시스템을 제안한다. 무기 시트 재료는 절연 시스템에서 단일 재료로서 사용될 수 있거나 또는 다른 절연 재료와 함께 복합재 (적층체) 로 사용될 수 있으며, 이러한 것은 변압기 또는 다른 전기 디바이스, 예를 들어, 셀룰로오스계 페이퍼/프레스보드 또는 아라미드 페이퍼/프레스보드에 공통으로 사용된다. 무기 시트를 사용하면 솔리드 절연체의 절연 내력이 높아지고, 결국 전기 디바이스의 재료 사용을 줄여 크기를 줄이는 동시에 플래시 오버의 위험을 줄일 수 있다.
또한, 종래의 솔리드 절연 재료의 양이 감소될 수 있기 때문에 건조 시간이 또한 감소될 수 있다. 무기 시트는 또한 더 높은 열 전도성을 가질 수 있다.
제안된 재료 솔루션은 또한 다른 변압기 유형, 예를 들어, 다른 액체 충전된 변압기 또는 건식 변압기에서 구현될 수 있다. 그러나, 이들 변압기의 장점 중 일부는 DTR의 경우보다 다른 영역 (예를 들어, 높은 작동 온도를 허용하는 전도체 절연체) 에서 비롯될 수 있다.
임의의 양태의 임의의 특징은 적절한 경우 임의의 다른 양태에 적용될 수 있음을 알아야 한다. 마찬가지로, 임의의 양태의 임의의 이점은 임의의 다른 양태에 적용될 수 있다. 첨부된 실시형태의 다른 목적, 특징 및 이점은 첨부된 종속 청구항 및 도면으로부터 다음의 상세한 개시로부터 명백해질 것이다.
일반적으로, 청구 범위에서 사용된 모든 용어는 달리 명시적으로 정의되지 않는 한, 기술 분야에서 통상적인 의미에 따라 해석되어야 한다. "a/an/엘리먼트, 장치, 컴포넌트, 수단, 단계 등"에 대한 모든 언급은, 달리 명시되지 않는 한, 엘리먼트, 장치, 컴포넌트, 수단, 단계 등의 적어도 하나의 경우를 언급하는 것으로 공개적으로 해석되어야 한다. 본원에 개시된 임의의 방법의 단계들은 명시적으로 언급되지 않는 한, 개시된 정확한 순서대로 수행될 필요는 없다. 본 개시의 상이한 특징/컴포넌트에 대한 "제 1", "제 2" 등의 사용은 특징/컴포넌트를 다른 유사한 특징/컴포넌트와 구별하고 특징/컴포넌트에 임의의 순서 또는 계층을 부여하지 않기 위한 것이다.
이하, 실시형태를 예로써 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른, 솔리드 절연체를 갖는 변압기의 실시형태의 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 무기 시트의 일 실시형태의 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 복수의 무기 시트의 적층체의 실시형태의 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 적어도 하나의 무기 시트를 포함하는 복수의 상이한 층들의 적층체의 실시형태의 개략도이다.
이하, 소정의 실시형태가 도시되어 있는 첨부된 도면을 참조하여 실시형태를 보다 상세히 아래에서 설명할 것이다. 그러나, 본 개시의 범위 내에서 많은 다른 형태의 다른 실시형태가 가능하다. 오히려, 이하의 실시형태는 예로써 제공되어 본 개시물이 철저하고 완벽하게 될 것이고, 당업자들에게 본 개시물의 범위를 충분히 전달할 것이다. 동일한 번호는 설명 전반에 걸쳐 동일한 엘리먼트를 나타낸다.
본 발명에 따르면, 전기 절연성 무기 시트는 적어도 90 중량%의 무기 입자를 포함하고, 결과적으로 10 중량% 미만의 바인더를 포함한다. 본원에서 시트가 무기 시트로 언급되는 이유는 무기 재료의 입자가 다량으로 존재하기 때문이다. 그러나, 바인더는 무기물일 필요는 없다. 오히려, 바인더는 무기 입자를 서로 결합시키는 임의의 적합한 바인더일 수 있으며, 예를 들어 에폭시 또는 폴리에스테르 등의 경화성 바인더 또는 페놀성 수지를 들 수 있다.
또한, 무기 시트는 다공성일 수 있으며, 예를 들어 가스 및/또는 액체가 함침 및/또는 통과할 수 있게 한다. 이는, 예를 들어, 절연 액체가 바람직하게 솔리드 절연 재료를 함침시켜 절연 재료 내의 기포 또는 포켓으로 인한 섬광 (flash-over) 의 위험을 감소시키는 액체 충전된 전기 디바이스에서 유리할 수 있다. 그러나, 다른 실시형태에서, 무기 시트는 (가스 및/또는 액체가 함침 및/또는 통과할 수 없도록) 비-다공성 및/또는 함침성일 수 있다.
도 1은, (도면에 표시된 물결 모양의 오일-공기 인터페이스로 개략적으로 나타낸), 예를 들어 미네랄 오일 또는 에스테르 액체를 이용하여, 적어도 부분적으로 액체 충전된 전력 변압기의 형태인 전기 디바이스 (100) 의 일 실시형태를 개략적으로 도시한다. 예로서 변압기가 사용되지만, 본 발명의 무기 시트는 건식 또는 액체 충전된 다른 전기 디바이스, 예를 들면, 모터 또는 스위치/회로 차단기에서 또한 유용할 수 있다. 도 1의 변압기는 단상 변압기이지만, 임의의 유형의 변압기, 예를 들어 3개 또는 5개의 다리가 있는 코어와 같은 3상 변압기와 관련된 적용가능한 부분에 대한 설명이 있다. 이 도면은 개략적인 것일 뿐이며, 특히 본 발명의 무기 시트가 포함될 수 있는 상이한 종류의 솔리드 절연체 중 일부를 예시하기 위해 제공됨에 유의한다.
코어 (103) (a 및 b) 주위의 전기 전도체 (102) (a 및 b) 의 코일을 각각 포함하는 2 개의 인접한 권선 (101) (a 및 b) 이 도시되어 있다. 코어들 (103a 및 103b) 은 상부 및 하부 요크들 (104) 에 의해 서로 연결되고 고정된다. 즉 이것은 변압기의 일 예시적인 설정이지만, 임의의 다른 변압기 설정도 본 발명과 함께 대안적으로 사용될 수 있으며, 이는 당업자에 의해 달성된다.
전도체 (102) 는 변압기가 함유하는 유체 (예를 들어, 오일) 에 의해 변압기 (100) 의 다른 부분과 서로 절연되어 있다. 그러나, 변압기의 전도체 및 다른 부분을 구조적으로 의도된 위치에 움직이지 않게 유지하려면 솔리드 절연체가 필요한다. 오늘날, 그러한 솔리드 상 절연체는 통상적으로 셀룰로오스계 프레스보드 또는 절연 유체에 함침된 Nomex ™ 로 제조된다. 대조적으로, 본 발명에 따르면, 예를 들어 셀룰로오스 또는 아라미드계의 종래의 절연 재료의 시트(들)로 적층될 수 있는 무기 시트가 사용된다. 절연체는 예를 들어 서로 권선 (101) 의 턴 또는 디스크를 분리하는 스페이서 (105), 예를 들어 전도체 (105) 권선 (101) 을 그 코어 (103) 또는 다른 권선 (101) 으로부터 분리하는 축방향 스틱 (106), 변압기 (100) 의 다른 부분으로부터 권선을 분리하는, 예를 들어 권선, 코어, 요크 등이 놓이는 지지체 또는 테이블을 형성하는, 권선 테이블 (107), 그리고 전도체 (102) 의 절연 코팅 또는 그 둘레의 권선의 형태일 수 있다. 도 1에서, 명확성을 위해 단지 몇 개의 상이한 예시적인 절연체만이 도시되어 있다. 예를 들어, 절연성 무기 시트로 제조된, 권선 둘레, 권선과 그 코어 사이 또는 상이한 권선 사이 (예를 들어, 고전압 권선과 저전압 권선 사이) 의 실린더가 일부 실시형태에서 사용될 수 있다. 이러한 실린더는 전도체가 예를 들어 실린더 상부에/상에 권취될 때 권선에 기계적 안정성을 제공할 수 있고, 그리고 2개의 권선 (101) (예를 들어, 저전압 및 고전압 권선) 사이의 큰 오일 갭을 브레이킹할 수 있으며, 이는 2개의 권선 사이의 갭의 전체 절연 강도를 향상시킨다. 일부 실시형태에서, 코어 둘레의 동심원의 실린더는 서로 권선의 상이한 전도체 층을 분리하고 절연하는데 사용될 수 있다.
전기 변압기 (100) 는 적어도 105 ℃, 적어도 130 ℃ 또는 적어도 155 ℃의 작동 온도로 구성될 수 있다. IEC 60076-14 (표 4) 에 정의된 바와 같이, 변압기는 고온 등급의 재료를 사용하므로 하이브리드 절연 시스템 또는 세미 하이브리드 절연 시스템 또는 혼합 절연 시스템 또는 기존 절연 시스템으로 설계될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 절연체는 예를 들어 105 ℃ (등급 A) 로부터, 130 ℃ (등급 B) 까지/로부터, 155 ℃ (등급 F) 까지/로부터 또는 180 ℃ (등급 H) 까지/로부터 시작하는 솔리드 절연 재로의 온도 등급일 수 있다.
전술한 바와 같이, 전기 변압기는 개선된 절연 및/또는 열 교환을 위해 유체 충전될 수 있다. 유체는 예를 들어 미네랄 오일, 실리콘 오일, 합성 에스테르 또는 천연 에스테르 또는 (건식 변압기에서는) 가스일 수 있다. 고온 적용을 위해, 에스테르 오일, 예를 들어, 천연 또는 합성 에스테르 오일을 사용하는 것이 편리할 수 있다. 바람직하게, 절연 재료 및 유체는 서로의 특성에 영향을 주어서는 안되며, 서로 반응하여 예를 들어 무기 시트를 용해하지 않아야 한다.
도 2는 본 발명에 따른 무기 시트 (1) 의 일 실시형태를 나타낸다. 시트 (1) 는 무기 입자 (2) 및 바인더 (3) 를 포함하며, 여기서 무기 입자 (2) 는 섬유 형태이지만, 클라우드 형태일 수 있고, 예를 들어 플레이크 형태 또는 다른 형태일 수 있다. 명료성을 위해, 도면은 시트 (1) 의 주성분이 바인더 (3) 라는 인상을 줄 수 있다. 그러나, 바인더는 시트 (1) 의 10 중량% 미만이고, 통상적으로 5 중량% 미만 또는 3 또는 1 중량% 미만이다. 따라서, 시트 (1) 의 주성분은 시트 (1) 의 적어도 90 중량%, 적어도 95 중량%, 예컨대 97 중량 % 또는 99 중량 % 를 구성하는 무기 입자 (2) 이다.
무기 입자는 통상 사용된 미네랄, 예를 들어 TiO2 (이산화 티타늄), SiO2 (이산화 규소), Al2O3 (산화 알루미늄), BaTiO3 (바륨 티타네이트), SrTiO3 (스트론튬 티타네이트), ZrO2 (지르코늄 이산화물) 및/또는 BN (질화 붕소) 중에서의 전기 절연성 재료일 수 있다.
섬유가 쉽게 생성되고 소량의 바인더 (3) 와 함께 결합하기 쉽기 때문에 무기 입자 (2) 를 섬유 형태로 사용하는 것이 편리할 수 있다. 무기 섬유는 예를 들어 일렉트로스피닝 (electrospinning) 기법에 의해 제조될 수 있다. 섬유는 일부 실시형태에서 1 밀리미터 내지 1 센티미터의 평균 길이를 가질 수 있지만, 다른 실시형태에서는 평균적으로 1 밀리미터보다 짧을 수 있으며, 예를 들어 나노섬유일 수 있다. 섬유는 1 나노미터 내지 200 마이크로미터, 통상적으로는 1 내지 10 마이크로미터 범위 내의 평균 직경을 가질 수 있다. 섬유는 1:5 내지 1:20, 예를 들어 1:7 내지 1:15 범위 내의 종횡비 (직경 대 길이) 를 가질 수 있다.
다른 실시형태들에서, 예를 들어, 두께가 1 내지 100 마이크로미터, 예를 들어 1 내지 10 마이크로미터이고, 평균 면적이 1 ㎟ 내지 1 ㎠ 범위 내에 있는 플레이크가 바람직할 수 있다.
무기 시트, 및 시트가 적층체 내의 층으로 사용되는 경우 적층체 층은 임의의 두께를 가질 수 있지만, 보다 양호한 전기적 특성을 가지고 더 구부러질 수 있기 때문에 얇은 무기 시트가 바람직할 수 있다. 통상적으로, 무기 시트 (1) 는 10 나노미터 내지 100 마이크로미터, 예를 들어 0.1 내지 10 마이크로미터, 예컨대 0.5 내지 5 마이크로미터의 범위 내의 두께를 가질 수 있다. 대안으로, 일부 실시형태들에 있어서, 다소 두꺼운 시트이지만, 최신 기술의 절연 시트의 상태와 비교하여 여전히 비교적 얇으며, 예를 들어 10 내지 1500 마이크로미터, 예를 들어 10 내지 900 마이크로미터, 예컨대 10 내지 500 마이크로미터 범위의 두께를 갖는다.
무기 시트 (1) 의 적층의 제조시, 일부 실시형태에서, 무기 시트를 또 다른 전기적 절연 시트에 결합시켜 적층체를 형성하거나 또는 금속 표면 (예를 들어, 전도체) 에 결합하는 것을 용이하게 하기 위해 표면 바인더에 도트를 제공할 수 있다. 일부 실시형태에서, 표면 바인더는 무기 입자를 함께 결합시키는 바인더 (3) 와 같은 재료, 또는 임의의 다른 적합한 표면 바인더일 수 있다.
전기 절연성 무기층 (1) 을 포함하는 적층체는, 전기 절연성 무기 시트 (1) 를 다른 전기 절연성 시트에 적층하거나, 또는 롤상으로 그 자체에 적층하거나, 또는 다른 전기 절연성 시트를 바인더 (3) 로 코팅하고 무기 입자 (2) 를 첨가함으로써 다른 전기 절연성 시트 상에 직접 전기 절연성 무기 시트/층 (1) 을 형성함으로써 형성될 수 있다.
도 3은 무기 시트 (들)(1) 의 복수의 층으로 형성된 적층체 (10) 의 일 실시형태를 도시한다. 무기 시트 (1) 는 그대로 사용하기에는 너무 얇을 수 있고, 따라서 절연체 적층체 (10) 의 층으로서 편리하게 사용될 수 있다. 적층체 (10) 는 예를 들어 서로의 상부에 적층되고 표면 바인더, 예를 들면, 에폭시 등과 같은 경화성 표면 바인더에 의해 함께 결합된 복수의 시트 (1) 에 의해 형성될 수 있다. 대안으로, 적층체 (10) 는 시트 (1) 가 그 자체에 롤업되어 형성되어, 복수의 층들이 동일한 원래 시트 (1) 로 구성되는 적층체 롤을 형성할 수 있다. 이러한 적층체 롤은 예를 들어 전도체 (102) 를 절연하기 위해 사용될 수 있다. 적층체 (10) 는 일부 실시형태에서 절연체가 사용되는 곳에 따라 0.1 마이크로 미터 내지 1 센티미터 범위 내의 두께를 가질 수 있다. 통상적으로, 적층체 (10) 는 10 마이크로미터 내지 15 밀리미터, 통상적으로 50 마이크로미터 내지 5 밀리미터의 범위 내의 두께를 가질 수 있다.
도 4는 무기 시트 (1) 의 적어도 하나의 층 및 다른 절연 재료, 예를 들어 셀룰로오스 또는 아라미드 계 (또는 다른 합성 중합체 계) 의 적어도 하나의 층 (5) 으로 형성되어 복합체를 형성하는 적층체 (10) 의 일 실시형태를 나타낸다. 일부 실시형태에서 무기 시트 (1) 재료는 소망하는 용도에 사용하기에는 너무 취성이거나 그렇지 않으면 불안정할 수 있으며, 이 경우 무기 시트 (1) 는 다른 절연 시트 (5) 에, 예를 들어 셀룰로오스 또는 아라미드의 전기 절연성 중합체 시트에 적층되어 적층체 (10) 를 형성할 수 있다. 도 3의 적층체에서와 같이, 적층체 (10) 는 예를 들어 서로 상부에 교호로 적층된 복수의 시트 (1 및 5) 에 의해 형성될 수 있고 표면 바인더, 예를 들어 에폭시 등과 같은 경화성 표면 바인더에 의해 함께 결합될 수 있다. 대안으로, 적층체 (10) 는 시트 (1) 에 의해 형성되거나, 중합체 시트 (5) 에 또는 2개의 중합체 시트 (5) 사이에 적층되거나, 그 자체에 롤업되어 적층체 롤을 형성할 수 있다. 이러한 적층체 롤은 예를 들어 전도체 (102) 를 절연하기 위해 사용될 수 있다. 적층체 (10) 의 2개의 외부적으로 면하는 층이 중합체 시트 (5) 여서, 무기 시트(들) (1) 가 중합체 시트 (5) 에 의해 적층체의 주변 환경으로부터 보호되는 것이 편리할 수 있다.
일부 실시형태에서, 절연체 적층체 (10) 는 권선 (101) 의 턴 또는 디스크 사이의 스페이서 (105), 권선 (101) 의 외부 또는 내부의, 예를 들어 권선과 코어 (103) 사이의 축방향 스틱 (106), 권선 및 그 코어 사이 또는 권선 사이에서 권선 둘레의 실린더, 코일 권선 상부 또는 아래에 위치한 권선 테이블 (107) 및 권선 코일의 전도체 (102) 에 및 그 둘레에 부착된 전도체 절연체 중 적어도 하나의 형태이다. 전기 전도체 (102) 는 예를 들어 일부 실시형태에서는 무기 시트 (1) 또는 본 발명에 따른 무기 시트를 포함하는 적층체 (10) 로 권취되거나 코팅됨으로써 적절하게 절연될 수 있는 전기 전도성 와이어, 스레드 또는 스트립일 수 있다. 이들은 본 개시물의 무기 시트 재료가 유리하게 사용될 수 있는 변압기 내의 절연체의 예이다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 무기 시트 (1) 가 사용되는 적용예에 따라 일부 이점이 얻어질 수 있다.
- 무기 입자 (2) 가 전통적인 셀룰로오스 또는 중합체 절연체와 비교하여 (개별 시트 (1) 및 적층체/복합체 (10) 양자 모두) 더 높은 항복 강도를 갖기 때문에 절연 항복 강도가 상당히 증가한다.
- 무기 입자 (2) 의 기계적 특성이 적층체/복합체 (10) 의 전체적인 기계적 강도에 영향을 줄 수 있기 때문에 솔리드 절연체의 기계적 강도가 조정될 수 있다. 또한, 무기 섬유 (2) 가 사용되는 경우, 기계적 강도는 섬유 방향에 의해 조정될 수 있다.
- 절연체의 열 등급을 향상시킬 수 있다.
- 무기 시트 (1) 의 느린 열화로 인하여 절연체의 수명이 증가한다.
- 절연체의 열 전도율이 높은 열 전도율을 갖는 무기 입자 (2) 에 의해 향상될 수 있기 때문에 열 전도율이 향상된다.
- 솔리드 절연체의 항복 강도가 높아서 변압기 (100) 의 재료 사용량이 감소한다.
변압기 (100) 에서의 보다 적은 재료의 사용은 다음과 같은 유리한 효과를 가질 수 있다:
* 보다 작은 변압기 크기.
* 권선 조립 시간 단축.
* 변압기의 건조 시간 단축.
* 제조 공정의 효율성 향상.
본 개시물은 일부 실시형태를 참조하여 주로 상술되었다. 그러나, 당업자라면 쉽게 알 수 있듯이, 상기 개시된 것들 이외의 다른 실시형태들은 첨부된 청구범위에 의해 정의된 바와 같이 본 개시물의 범위 내에서 동일하게 가능하다.

Claims (16)

  1. 전기 절연성 무기 시트 (1) 로서,
    전기 디바이스 (100) 에서 솔리드 절연체로서 사용하기 위해, 적어도 90 중량% 의 무기 입자들 (2), 및 상기 무기 입자들을 함께 결합시켜 시트를 형성하는 바인더 (3) 를 포함하는, 전기 절연성 무기 시트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 무기 입자들 (2) 은 섬유들 또는 플레이크들, 바람직하게는 섬유들의 형태인, 전기 절연성 무기 시트.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 섬유들은 평균 길이가 1 밀리미터와 1 센티미터 사이인, 전기 절연성 무기 시트.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무기 시트 (1) 는 적어도 95 중량%, 예를 들어 97 또는 99 중량%의 무기 입자들 (2) 을 포함하는, 전기 절연성 무기 시트.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무기 시트 (1) 는 두께가 10 나노미터 내지 100 마이크로미터 범위내이고, 예를 들어, 0.1 내지 10 마이크로미터, 예컨대 0.5 내지 5 마이크로미터인, 전기 절연성 무기 시트.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무기 시트 (1) 는 두께가 10 내지 1500 마이크로미터 범위내이고, 예를 들어, 10 내지 900 마이크로미터, 예컨대 10 내지 500 마이크로미터인, 전기 절연성 무기 시트.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무기 시트 (1) 에는, 상기 무기 시트 (1) 의 표면에, 상기 무기 시트를 또 다른 전기 절연성 시트 (1 또는 5) 에 결합시켜 적층체 (10) 를 형성하는 것을 용이하게 하기 위한 표면 바인더의 도트들이 제공되는, 전기 절연성 무기 시트.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무기 시트 (1) 는 적층체 (10) 의 층인, 전기 절연성 무기 시트.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 무기 시트 (1) 는 또 다른 무기 시트 (1) 에 적층되거나 또는 전기 절연성 중합체 시트 (5) 에 적층되어 적층체 (10) 를 형성하는, 전기 절연성 무기 시트.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 중합체 시트 (5) 는 셀룰로오스계 또는 아라미드계인, 전기 절연성 무기 시트.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무기 입자들 (2) 은 무기 재료들인 이산화 티탄, 이산화 규소, 산화 알루미늄, 티탄산 바륨, 티탄산 스트론튬, 이산화 지르코늄 및 질화 붕소 중 적어도 하나로부터 이루어지는, 전기 절연성 무기 시트.
  12. 또 다른 전기 절연층 (1 또는 5) 에 적층된 전기 절연성 무기층 (1) 을 포함하는 적층체 (10) 로서,
    상기 전기 절연성 무기층 (1) 은 적어도 90 중량% 의 무기 입자들 (2) 및 상기 무기 입자들을 함께 결합시키는 바인더 (3) 를 포함하는, 적층체.
  13. 전기 디바이스 (100) 로서,
    제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 전기 절연성 무기 시트 (1) 를 솔리드 절연체로서 포함하는, 전기 디바이스.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 전기 디바이스 (100) 는 상기 무기 시트 (1) 가 액체에 적어도 부분적으로 잠기도록 액체 충전되는, 전기 디바이스.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 전기 디바이스는 전력 변압기 (100) 인, 전기 디바이스.
  16. 전기 디바이스 (100) 에서 솔리드 절연체로서 사용하기 위한 전기 절연성 무기 시트 (1) 를 제조하는 방법으로서,
    상기 방법은,
    적어도 90 중량%의 무기 입자들 (2) 및 상기 무기 입자들을 함께 결합시키는 바인더 (3) 의 혼합물로부터 시트를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 방법은 선택적으로,
    상기 무기 시트 (1) 를 또 다른 무기 시트 (1) 에 또는 전기 절연성 중합체 시트 (5) 에 적층하여 적층체 (10) 를 형성하는 단계를 더 포함하는, 전기 절연성 무기 시트를 제조하는 방법.
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