PL194824B1

PL194824B1 - Sposób wytwarzania mikonośnej taśmy izolacyjnej dla uzwojeń wirujących elektrycznych maszyn wysokonapięciowych

Info

Publication number: PL194824B1
Application number: PL341244A
Authority: PL
Inventors: Helmut Gsellmann
Original assignee: Isovolta
Priority date: 1998-10-16
Filing date: 1999-10-13
Publication date: 2007-07-31
Also published as: PT1042758E; KR20010033205A; KR100610321B1; ATE245848T1; BR9906876B1; SK8842000A3; CA2314932A1; PL341244A1; CA2314932C; EP1042758B2; ES2201789T5; JP2002528854A; US6524710B1; DE59906351D1; CN1217343C; WO2000024007A1; EP0996131A1; BR9906876A; CZ295470B6; AU6470799A

Abstract

1. Sposób wytwarzania mikonosnej tasmy izolacyjnej dla uzwojen wirujacych elektrycznych ma- szyn wysokonapieciowych, która to tasma po nawinieciu jest pod próznia i pod cisnieniem impregno- walna bezrozpuszczalnikowa zywica syntetyczna i jest nastepnie utwardzalna pod dzialaniem ciepla, znamienny tym, ze wlóknonosna folie mikowa, która obok drobnej miki dodatkowo zawiera wlókna organiczne i/lub nieorganiczne, posypuje sie mieszanka zywicy epoksydowej w postaci lakieru prosz- kowego i ze posypana lakierem proszkowym strone wlóknonosnej folii mikowej skleja sie pod cisnie- niem i w podwyzszonej temperaturze z materialem nosnikowym. PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania mikonośnej taśmy izolacyjnej dla uzwojeń wirujących elektrycznych maszyn wysokonapięciowych, która to taśma po nawinięciu jest pod próżnią i pod ciśnieniem impregnowalna bezrozpuszczalnikową żywicą syntetyczną i jest następnie utwardzalna pod działaniem ciepła.

Stan techniki

W celu izolowania elementów uzwojeń w wirujących elektrycznych maszynach wysokonapięciowych, zdobyła silne uznanie w ostatnich latach technika nasycania na osnowie impregnowania próżniowo-ciśnieniowego. Przy tym z powodów konstrukcyjno-technicznych elementy uzwojeń kształtują się albo jako zezwoje wzornikowe albo jako pręty przewodowe, korzystnie przewodniki przeplatane (przewodniki Robela). Te elementy uzwojeń zaopatruje się w zawierającą mikę izolację główną i poddaje dalszej obróbce w postępowaniu próżniowo-ciśnieniowym. Przy tym jako żywice impregnacyjne stosuje się żywice epoksydowe, korzystnie niskolepkie bezrozpuszczalnikowe kompozycje żywiczne.

Nasycają one teraz utworzoną z kilku warstw międzyzwojowych, mikonośną izolację główną, tak więc puste przestrzenie, które mogą powodować cząstkowe wyładowania między warstwami uzwojeń, wypełniają się całkowicie, toteż po utwardzeniu żywicy impregnacyjnej tworzy się elektrycznie i mechanicznie stabilna pochewka izolacyjna.

Warstwy międzyzwojowe izolacji głównej tworzy się dzięki mikonośnym taśmom izolacyjnym. Wytwarza się je tak, że folię mikową skleja się z porowatym materiałem nośnikowym wobec stosowania środka wiążącego. Zadaniem tej porowatej, mikonośnej taśmy izolacyjnej jest w warunkach próżni i ciśnienia wchłanianie poprzednio omówionej żywicy impregnacyjnej w możliwie najwyższym stopniu.

Przede wszystkim w budowie generatorów powstało w ostatnich latach rosnące zapotrzebowanie na mikonośne taśmy izolacyjne, które obok bardzo łatwej przetwarzalności na nowoczesnych nawijarkach powinny dysponować zadowalającą impregnowalnością, gdyż wskutek rosnącej wielkości konstrukcji i mocy generatorów niezbędne stały się również wysokie grubości ścianek izolacyjnych.

Znane taśmy izolacyjne mogą to wymaganie spełnić tylko częściowo, ponieważ z uwagi na ich budowę fizyczną oraz chemiczną działają wobec wnikającej żywicy impregnacyjnej raczej jako bariera, tak więc przy dłuższych czasach impregnacji głębokość impregnacji, tzn. liczba zaimpregnowanych warstw międzyzwojowych dla wysokich grubości ścianek izolacyjnych, jest nie wystarczająca.

Istota wynalazku

Zadaniem niniejszego wynalazku jest zatem opracowanie mikonośnej taśmy izolacyjnej rodzaju omówionego we wstępie, która obok bardzo dobrych właściwości nawijania na nowoczesnych nawijarkach automatycznych wykazywałaby też znacznie polepszoną podatność na impregnację podczas impregnowania próżniowo-ciśnieniowego. Dodatkowo ta mikonośna taśma izolacyjna powinna być łatwo wytwarzalna oraz stabilna podczas składowania.

Sposób wytwarzania mikonośnej taśmy izolacyjnej dla uzwojeń wirujących elektrycznych maszyn wysokonapięciowych, która to taśma po nawinięciu jest pod próżnią i pod ciśnieniem impregnowalna bezrozpuszczalnikową żywicą syntetyczną i jest następnie utwardzalna pod działaniem ciepła, polega według wynalazku na tym, że włóknonośną folię mikową, która obok drobnej miki dodatkowo zawiera włókna organiczne i/lub nieorganiczne, posypuje się mieszanką żywicy epoksydowej w postaci lakieru proszkowego i że posypaną lakierem proszkowym stronę włóknonośnej folii mikowej skleja się pod ciśnieniem i w podwyższonej temperaturze z materiałem nośnikowym.

Korzystnie ten materiał nośnikowy składa się z tkaniny szklanej, włókniny lub folii z tworzywa sztucznego.

Przez wprowadzenie włókien do folii mikowej staje się ona porowata, tak więc jej działanie kapilarne wobec żywicy impregnacyjnej podwyższa się podczas impregnowania próżniowo-ciśnieniowego. Wynikającymi z tego zaletami są krótsze czasy impregnowania oraz impregnowanie za pomocą żywic o wyższej lepkości, aby móc całkowicie za pomocą żywicy impregnacyjnej nasycić też ścianki izolacyjne o bardzo dużych grubościach.

Nadto wybiera się korzystnie zawartość włókna, która plasuje się w zakresie od co najmniej 3% wagowych do co najwyżej 60% wagowych, w odniesieniu do 100% wagowych włóknonośnej folii mikowej. Zawartość włókna, mieszcząca się poniżej 3% wagowych, nie przyczynia się do polepszenia impregnowalności; zawartość włókna powyżej 50% wagowych obniża nawet wytrzymałość elektryczną mikonośnej taśmy izolacyjnej.

PL 194 824 B1

Dalsze zalety sposobu według wynalazku polegają na tym, że włókna organiczne i/lub nieorganiczne we włóknonośnej folii mikowej mają przeciętną średnicę 0,1-20 pm i przeciętną długość 0,5-10 mm.

Zgodnie z wynalazkiem wybiera się nadto włókna organiczne ze zbioru obejmującego aromatyczne poliamidy lub aromatyczne poliestry, takie jak politereftalan etylenowy, a włókna nieorganiczne ze zbioru obejmującego szkło typu E, szkło typu S, szkło krzemowe i glin.

Zgodnie z dalszym wariantem sposobu według wynalazku włóknonośna folia mikowa zawiera działający na bezrozpuszczalnikową żywicę syntetyczną przyspieszacz utwardzania, korzystnie naftenian cynku.

Lakier proszkowy na osnowie mieszanki żywicy epoksydowej dodatkowo może zawierać utwardzacz, korzystnie utwardzacz aminowy.

Zgodnie ze sposobem według wynalazku mieszanka żywicy epoksydowej, stosowana w postaci lakieru proszkowego, wykazuje temperaturę mięknienia powyżej 85°C.

Nadto w przypadku impregnowania próżniowo-ciśnieniowego korzystnie stosuje się bezrozpuszczalnikową żywicę syntetyczną, taką jak np. mieszanki żywica epoksydowa-bezwodnik kwasowy na osnowie żywic epoksydowych z bisfenolu-A lub bisfenolu-F.

Mieszanki żywica epoksydowa-bezwodnik kwasowy ogrzewa się zwykle do temperatury 60-70°C w celu otrzymania lepkości wystarczająco niskiej dla procesu impregnacji. Wytworzone sposobem według wynalazku, mikonośne taśmy izolacyjne można jednak zadowalająco impregnować już przy znacznie wyższej lepkości żywicy, stąd też nadają się one zwłaszcza do impregnowania żywicami, które można ogrzać tylko do temperatury około 30°C i które przeto wykazują przeważnie bardzo wysoką lepkość impregnacyjną, takimi jak np. żywice poliestrowe ze styrenem lub alkoholem winylowym jako monomerem.

Przykłady realizacji wynalazku.

Sposób według wynalazku w przykładach realizacji został objaśniony w oparciu o rysunek, na którym fig. 1 przedstawia grubości izolacji próbek A i B a fig. 2 przedstawia wartość współczynnika strat dielektrycznych (tg δ) dla próbek A i B w termicznych cyklach starzeniowych.

P r z y k ł a d 1. Włóknonośną folię mikową o gramaturze 160 g/m², składającą się z mieszanki nieprażonego muskowitu lub flogopitu i 5% wagowych krótkich włókien bezalkalicznego szkła typu E, które wykazują przeciętną średnicę 8 pm i długość włókien około 3 mm, impregnuje się roztworem naftenianu cynku w metyloetyloketonie i odparowuje się rozpuszczalnik. Wstępnie zaimpregnowaną za pomocą około 4 g/m naftenianu cynku, włóknonośną folię mikową posypuje się sproszkowaną mieszanką żywicy epoksydowej o temperaturze mięknienia > 85°C i za pomocą ogrzewanego kalandra skleja się pod ciśnieniem i pod działaniem ciepła z materiałem nośnikowym. W celu osiągnięcia zadowalającej wartości impregnacji podczas impregnowania próżniowo-ciśnieniowego można do mieszanki żywicy epoksydowej dodatkowo wprowadzać utwardzacz, korzystnie utwardzacz aminowy.

Jako materiał nośnikowy stosuje się

a) tkaninę szklaną o gramaturze 23 g/m , którą powleka się za pomocą 2 g/m elastycznie sieciującej żywicy akrylowej i następnie w celu utwardzenia tej żywicy akrylowej wygrzewa się w piecu w temperaturze 100°C;

b) albo jako materiał nośnikowy stosuje się tkaninę szklaną o gramaturze 23 g/m2, powleczoną za pomocą0,5 g/m naftenianu cynku, albo

c) włókninę poliestrową o gramaturze 20 g/m2, albo

d) folię poliestrową o gramaturze 42 g/m2.

P r z y k ł a d 2. Włóknonośną folię mikową o gramaturze 160 g/m2, składającą się z mieszanki nieprażonego muskowitu lub flogopitu i 5% wagowych krótkich włókien bezalkalicznego szkła typu E, które wykazują przeciętną średnicę 8 pm i długość włókien około 3 mm, wstępnie impregnuje się roztworem mieszanki epoksydowej w metyloetyloketonie. Po odparowaniu tego rozpuszczalnika pozostaje około 4 g/m2 żywicy epoksydowej na włóknonośnej folii mikowej. Dzięki tym zabiegom ogranicza się odrywanie łusek miki podczas dalszego przetwarzania, tak więc włóknonośna folia mikowa staje się odporna na obciążenia mechaniczne.

Tę, tak wstępnie zaimpregnowaną folię mikową posypuje się sproszkowaną mieszanką żywicy epoksydowej o temperaturze mięknienia > 85°C. Tę, tak posypaną włóknonośną folię mikową następnie skleja się za materiałem nośnikowym za pomocą kalandra pod ciśnieniem i pod działaniem ciepła.

PL 194 824 B1

Jako materiał nośnikowy stosuje się

a) tkaninę szklaną o gramaturze 23 g/m², powleczoną za pomocą 2 g/m² elastycznie sieciującej żywicy akrylowej, którą następnie w celu utwardzenia wygrzewa się w piecu w temperaturze 100°C;

b) albo włókninę poliestrową o gramaturze 20 g/m2, albo

c) folię poliestrową o gramaturze 42 g/m,.

Zaletę wytworzonej sposobem według wynalazku mikonośnej taśmy izolacyjnej można bardzo łatwo przedstawić za pomocą liczby zaimpregnowanych warstw podczas impregnowania próżniowociśnieniowego w porównaniu ze znanymi mikonośnymi taśmami izolacyjnymi.

W tym celu pręty profilowe każdorazowo owija się półzakładkowo 20 warstwami taśmy izolacyjnej, strony czołowe tej izolacji zalewa się żywicą i tak wytworzone pręty modelowe, które symulują element uzwojenia w postaci prętu przewodowego, impregnuje się w ciągu 3 godzin w temperaturze 60°C bezrozpuszczalnikową, impregnacyjną żywicą epoksydową z bezwodnikiem kwasowym. Po tym utwardzaniu pręty modelowe przecina się poprzecznie w celu zmierzenia głębokości impregnacji.

Na tej drodze stosuje się mikonośną taśmę izolacyjną, wytworzoną zgodnie z wynalazkiem według przykładu 1a) (próbka A) bądź porównywalną pod względem budowy, znaną mikonośną taśmę izolacyjną, nie zawierającą jednakże dodatku włókien (próbka B).

Wyniki przedstawiono na fig. 1 i 2 rysunku. Z wykresu według fig. 1 wynika, że w przypadku stosowania wytworzonej według wynalazku, mikonośnej taśmy izolacyjnej A łącznie zaimpregnowana jest grubość izolacji, tj. grubość 20 warstw, natomiast w przypadku znanych taśm izolacyjnych B bez dodatku włókien zaimpregnowane są zaledwie dwie trzecie grubości izolacji. Wynikają z tego nieuchronnie puste przestrzenie między poszczególnymi warstwami, które prowadzą do wyładowań cząstkowych i tym samym do awarii układu izolacyjnego.

W dalszej próbie pręty profilowe każdorazowo owija się półzakładkowo 10 warstwami taśmy izolacyjnej, strony czołowe tej izolacji zalewa się żywicą i tak wytwarza się pręty modelowe, które symulują element uzwojenia w postaci prętu przewodowego. Jako mikonośne taśmy izolacyjne stosuje się wytworzoną zgodnie z wynalazkiem według przykładu 1a) próbkę A i mikonośną taśmę izolacyjną według stanu techniki (próbka B) bez dodatku włókien.

Następnie te utwardzone, w próbkę A względnie w próbkę B wyposażone pręty modelowe poddaje się termicznemu cyklowi starzeniowemu, przy czym cykl oznacza ogrzewanie pręta do temperatury 155°C w ciągu 16 godzin i następne ochłodzenie do temperatury pokojowej. Po każdym cyklu mierzy się wartość współczynnika strat dielektrycznych (tg δ) jako funkcję napięcia. Wynikający z tego maksymalny przyrost (Δ tg δ max) odtwarza optyczny i mechaniczny stan izolacji po każdym cyklu. Wyższe wartości przyrostu oznaczają wcześniejsze „pęknięcie” tej izolacji, co w dalszym następstwie prowadzi do przebicia elektrycznego i do awarii izolacji.

Na wykresie według fig. 2 przedstawiono liczbę termicznych cykli starzeniowych wobec maksymalnego przyrostu współczynnika strat dielektrycznych (tg δ max w %).

Wynika z tego, że mikonośna taśma izolacyjna bez dodatku włókien (próbka B) już po niewielu cyklach starzeniowych wykazuje wyższy maksymalny przyrost współczynnika strat niż porównawczo przedstawiona, wytworzona sposobem według wynalazku próbka A, co pozwala wnosić o bardzo szybkim rozwarstwieniu znanej izolacji.

Zastosowanie przemysłowe

Włókno- i mikonośne taśmy izolacyjne, takie jakie wytwarza się sposobem według wynalazku, w przypadku ich stosowania w postaci elementów uzwojeń, takich jak pręty przewodowe, wykazują nadzwyczaj zadowalające zachowanie długotrwałe, nawet po wielu termicznych cyklach starzeniowych, oraz wykazują skrajnie nikłą skłonność do rozwarstwienia.

Claims

1. Sf^c^;^(^l^ww^ttv;^rr^i^rn;ami^(^rK^i^rn^j taśmy izolacyjnej dla uzwojeń wirującychelektrycznych maszyn wysokonapięciowych, która to taśma po nawinięciu jest pod próżnią i pod ciśnieniem impregnowalna bezrozpuszczalnikową żywicą syntetyczną i jest następnie utwardzalna pod działaniem ciepła, znamienny tym, że włóknonośną folię mikową, która obok drobnej miki dodatkowo zawiera włókna organiczne i/lub nieorganiczne, posypuje się mieszanką żywicy epoksydowej w postaci lakieru proszkowego i że posypaną lakierem proszkowym stronę włóknonośnej folii mikowej skleja się pod ciśnieniem i w podwyższonej temperaturze z materiałem nośnikowym.

PL 194 824 B1

2. Sposóbwedługzastrz. 1, znamiennytym, że materiałem nośnikowym jesttkanina szklana, włóknina lub fslis a tworzywa zatgcaosgs.

3. Poszbb według aaztra. 1, nnaminnny tym, że organiczne i/lub nieorganiczne włókna ws włbknsnsnndj folii mikowej mają oraeciętną średnicę 0,1-20 pm.

4. Poozób według aaztra. 1, nnaminnny tym, że organicane i/lub nieorganicane włókna we włóknononnej folii mikowej mają oraeciętną długość 0,5-10 mm.

5. Poozób według aaztra. 1, nnaminnny tym, że aawartość włókien we włóknononnej folii mikowej ztanowi 3-50% wagowych.

6. Poozób według aaztra. 1, nnaminnny tym, że włóknononna folia mikowa aawiera włókna organicane wybrane ae abioru obejmującego aromatycane ooliamidy lub aromatycane oolieztry, takie jak oolitereftalan etylenowy.

7. Poozób według aaztra. 1, nnaminnny tym, że włóknononna folia mikowa aawiera włókna nieorganicane wybrane ae abioru obejmującego zakło tyou E, zakło tyou P, zakło krzemowe i glin.

8. Poozób według aaztra. 1, nnaminnny tym, że włóknononna folia mikowa aawiera daiałający na bearoaouzacaalnikową żywicę zyntetycaną orayzoiezaaca utwardaania, korayztnie naftenian cynku.

9. Poozób według aaztra. 1, nnaminnny tym, że lakier orozakowy na oznowie miezaanki żywicy dooOzydowdj dodatkowo aawiera utwardaaca, korzyztnie utwardaaca aminowy.

10. SposZó według za^rz. 1, ζ^Γ-πιε^ν tym, żż miesóar^0a żżwicy edośoóyower, stośówar^a w ooztaci lakieru orszakowego, wykaauje temoeraturę mięknienia oowyżej 85°C.