SE457031B - Elektrisk ledare foersedd med en omgivande isolering omfattande ett skikt av en organisk polymer samt anvaendning av ledaren i en haerva. - Google Patents

Description

457 051 _ z Närmare bestämt avser den föreliggande uppfinningen en ledare försedd med en ledaren omgivande elektrisk isolering, och ett isoleringen omgivande. av en organisk polymer och ett pulverformigt fyllmedel uppbyggt skydds- skikt, som skyddar isoleringen mot en av glimning orsakad nedbrytning, kännetecknad av att skyddsskiktet innehåller 10-40 volymprocent av ett pulverformigt fyllmedel i form av kromoxid (Cr203), järnoxid (Fe203) eller en blandning av kromoxid (Cr203) och järnoxid (Fe203). Detspulverformiga fyllmedlet har företrädesvis en egenresistivitet av 10 -10 ohm m. Skydds- skiktet innehållande fyllmedlet har företrädesvis en tjocklek som är mindre än tjockleken hos den underliggande isoleringen dvs hos den mellan ledaren och skyddsskiktet belägna isoleringen. Skyddsskiktet har före- trädesvis en resistivitet av över 1010 ohm m.

Den elektriska ledaren enligt uppfinningen har formen av en tråd, stång, band eller skena, dvs är långsträckt med runt eller flerhörnigt konstant tvärsnitt. Den kan med fördel användas i lindningar för elektriska maskiner, elektriska transformatorer och annan elektrisk högspännings- utrustning av varierande slag där ledarens isolering kan utsättas för glimning.

Kromoxid företrädesvis som fyllmedel på grund av dess egenskap att ge skydsskiktet en glimningsresistens som inte eller endast i obetydlig grad nedsättes genom inverkan av yttre faktorer, såsom fukt. Kornstorleken hos det pulverformiga fyllmedlet är lämpligen 0,005-30 pm och företrädesvis 0,005-5 ym.Sërskilt föredrages en halt pulverformigt fyllmedel av 10-30 Z av skyddsskiktets volym Den organiska polymeren i skyddsskiktet kan bl a bestå av en lack av sådana typer som normalt användes vid lackering av lindningstràd såsom tereftalsyraalkyder, polyester-imider, polyamid-imider. polyimider, polyuretaner. epoxihartser, polysulfoner. silikoner, polyamider och polymerer baserade på polyhydantoin.

'Den av skyddskiktet omgivna isoleringen kan bestå av i föregående stycke exemplifierade hartser utan fyllmedel. Den kan emellertid också bestå av en prefabricerad polymerfilm, t ex en film av polyamidimid, polyimid. polypropen, polymetylpenten. polyetylenglykoltereftalat. polykarbonat eller polysulfon lindad spiralgàende omkring ledaren eller omvikt omkring 3 457 031 ledaren med en längsgående skarv, eller av en med ett harts. t ex ett epoxiharts, impregnerad omkring ledaren applicerad omspinning av en glas- fibertråd eller omlindning av ett band uppbyggt av en matta av fibrer av en organisk polymer såsom en aromatisk polyamid (t ex NOMEX Ä10 från Du Pont. USA).

Skyddsskiktet kan vara anordnat som yttersta skikt på ledaren. Det kan emellertid vara försett med ett överdrag då man ställer särskilda krav på den isolerade ledarens yta såsom diffusionstäthet eller ytfinhet och därför applicerar en relativt tunn fyllmedelsfri organisk polymer som ytskikt. Denna organiska polymer kan vara av något slag som exemplifierats för den organiska polymeren i skyddsskiktet. I vissa fall, såsom då risk föreligger att isoleringen kan släppa från ledarens yta t ex på grund av inverkan av indiffunderat syre, kan det vara lämpligt att applicera ett skikt av samma slag som skyddsskiktet närmast ledaren, dvs innanför den isolering som omges av skyddsskiktet.

Tjockleken hos skyddsskiktet uppgår lämpligen till 5-100 gm och före- trädesvis till 10-50 pm, tjockleken hos den mellan ledaren och skydds- skiktet belägna isoleringen lämpligen till 10-500 pm och företrädesvis till 10-200 pm.

Uppfinningen skall förklaras närmare genom beskrivning av exempel under hänvisning till bifogade ritning i vilken fig 1-1» visar olika utmaninga- former av en isolerad elektrisk ledare enligt uppfinningen. fig 5 en härva för en elektrisk maskin, uppbyggd med en ledare enligt den föreliggande uppfinningen i sidovy och fig 6 samma härva i tvärsnitt.

Exempel 1 En fyrkanttråd 10 enligt fig 1 med tvärsnittet 10 mm x 2 mm lackeras med polyesterimidlack, t ex Terebec 533 L-33 från BASF, BRD på konven- tionellt sätt med avstrykningsmetoden. varvid tråden passerar avstrykarna och en uppvärmningsanordning med en temperatur av omkring 400 OC för härdning av lacken tolv gånger och tjockleksökningen vid varje passage blir ungefär 5 pm. Det färdiga skiktet ll har därvid en tjocklek av omkring 60 pm. Utanpå skiktet 11 anbringas genom användning av en 457 051 Q utrustning av samma slag med fyra paasager av avstrykare och tillhörande uppvärmningsanordningar ett skyddsskikt 12 bestående av ett epoxiharts och kromoxid (Cr203) med en kornstorlek av under 5 gm. Skyddsskiktet har en tjocklek av 20 pm och av dess volym utgör 25 X kromoxid. Det vid applice- ringen av skyddsskiktet använda epoxihartset kan bestå av 100 viktdelar av ett epoxiharts av bisfenol A-typ innehållande 5,15-5.5 mol epoxigrupper per kg (t ex Epikote 828 från Shell, Holland), och 50 vikt- delar hårdare av amintyp med ett aminvärde av ÄOO-H60 mg KOH/g, löst i lika delar xylen och butanol. Epoxihartset innehåller 25 volymprocent kromoxid, räknat på hartsets fasta beståndsdelar utan lösningsmedel. Skyddsskiktets 12 tjock- lek utgör 33 X av isoleringens 11 tjocklek.

Exempel 2 På en fyrkanttråd 10 med tvärsnittet 8 mm x 2,5 mm som år försedd med ett lackskikt ll av samma slag som beskrivits i Exempel 1 anbringas ett 7 skyddsskikt 12 bestående av en polyester-imid innehållande kromoxid av samma slag som beskrivits i Exempel 1. Skyddsskiktet 12 har en tjocklek av 20 pm och 30 X av dess volym utgöres av kromoxid. Den vid appliceringen av skyddsskiktet använda polyester-imidlacken kan vara av samma slag som den i lackskiktet 11. men försatt med kromoxid och vidare med kresol så att viskositeten blir lämplig för applicering av skyddsskiktet med samma metod som beskrivits i Exempel 1. Lacken innehåller därvid 30 volymprocent kromoxid, räknat på lackens innehåll av fast substans utan lösningsmedel.

Skyddsskiktets 12 tjocklek utgör 33 X av isoleringens 11 tjocklek.

Exempel 3 På en fyrkanttråd med tvärsnittet 8 x 2,5 mm, som är försedd med ett lackskikt 11 av samma slag som beskrivits i Exempel 1 anbringas ett skyddsskikt 12 bestående av en polyamid-imid innehållande kromoxid av samma slag som i beskrivits i Exempel 1. Skyddsskiktet 12 har en tjocklek av 20ym och 25 X av dess volym utgöres av kromoxid. Den vid appliceringen av skyddsskiktet anvanda polyamid-imidlacken kan utgöras av t ex Lack E 3561/27 från Herberts Gbmfi, BRD, vilken försatts med kromoxid och N-metylpyrrolidon så att viskositeten blir lämplig för applicering av skyddsskiktet med samma metod som beskrivits i Exempel 1. Lacken inne- håller därvid 25 volymprocent kromoxid, räknat på lackens innehåll av fast substans utan lösningsmedel. Skyddsskiktets 12 tjocklek utgör 33 X av isoleringens 11 tjocklek. 457 031 Exempel Å En rundtråd 13 enligt fig 2 med en diameter av 1 mm lackeras med en poly- amidimidlack t ex Lack E 3560/32 från Herberts GmbH. Den appliceras på i Exempel 1 beskrivet sätt men med användning av dysor i stället för avstrykare till ett lackskikt lü med en tjocklek av H0 pm. På skiktet anbringas ett skyddsskikt 15 av samma slag som skyddskiktet 12 i Exempel 3 men med en tjocklek av 10 pm och med en volymprocent kromoxid av 15 X.

Appliceringen av skyddsskiktet utföres också med dysor. Skyddsskiktets 15 tjocklek utgör 25 X av isoleringens lä tjocklek.

Exempel Q Runt en fyrkanttråd 16 enligt fig 3 med tvärsnittet 10 mm x 4 mm omlindas med halv överlapp ett band av en polyimidfilm (t ex Kapton Typ F från Du Pont, USA) med en tjocklek av 25 pm vilken på den mot ledaren vända sidan är försedd med ett 12 Fm tjockt skikt av fluorerad etylenpropylenpolymer (t ex Teflon FEP från Du Pont, USA). Därvid uppkommer ett 12 gm tjockt skikt 17 av fluorpolymeren närmast ledaren och utanpå detta ett skikt 18 av polyimid-fluorpolymer-polyimid med en tjocklek av 62 pm. Överlappande delar av bandet fixeras till varandra och mot ledaren 16 anliggande delar av bandet fixeras till ledaren av den fluorerade etylenpropylenen genom att filmen uppvärmes till en temperatur av 270 °C i en härför lämpad uppvärmningsanordning. Omkring den så isolerade ledaren anbringas ett skyddsskikt 19 av samma slag och tjocklek som skyddsskiktet 12 i Exempel 1 och på där angivet sätt med den skillnaden att volymprocenten kromoxid uppgår till 15 X i stället för till 25 X. Skyddsskiktets 12 tjocklek utgör 20 Z av isoleringens (skikten 17 och 18) tjocklek.

Exempel 6 En fyrkanttràd 10 enligt fig 1 med tvärsnittet 10 mm x 2 mm förses med ett isolerskikt 11 i form av en omspinning 11 av glasgarn som impregnerats med ett bindemedel i form av ett epoxiharts. vilket därefter härdats. Epoxi- hartset kan bestå av ett polyamidmodifierat epoxiharts (såsom AF-H2 från Z Minnesota Mining and Manufacturing Company USA) eller av ett epoxiharts av 457 031 g 6 i Exempel l beskrivet slag. Isolerskiktet 11 har en tjocklek av 100 pm.

Omkring skiktet 11 anbringas ett skyddsskikt 12 av samma slag som skydds- skiktet 12 i Exempel 1 och på där angivet sätt med den skillnaden att volymproçenten kromoxid uppgår till 10 X i stället för till 25 X och skyddsskiktets 12 tjocklek till 40 pm i stället för 20 pm. Skyddsskik- tets 12 tjocklek utgör U0 Z av isoleringens 11 tjocklek.

Exempel 1 En fyrkanttråd 10 enligt fig H med tvarsnittet 10 mm x 2 mm lackeras med ett skikt 11 av en polyesterimidlack pà i Exempel 1 beskrivet sätt till en tjocklek av 60 pm och förses med ett skyddsskikt 12 av epoxiharts med kromoxidtillsats likaledes på i Exempel 1 angivet sätt. På skyddsskiktet 12 anbringas ett överdrag 20 i form av en polyamid-imidlack, t ex Lack E 3561/27 från Herberts GmbH, BHD i en tjocklek av 20 pm. Överdraget kan appliceras enligt avstrykningsmetoden, varvid tråden passerar avstryk- ningsanordning och tillhörande uppvärmningsanordning med en temperatur av omkring 400 °C 4 gånger med en tjockleksökning hos överdraget av omkring 5 pm vid varje passage, så att det färdiga överdraget får en tjocklek av omkring 20 Fm.

I stället för kromoxid (Cr203) i ovan exemplifierade fall användas lika stor volymprocent järnoxid (Fe203) med samma storlek hos kornen, liksom lika stor volymprocent av en blandning av järnoxid och kromoxid i god- tyckliga proportioner t ex i lika viktdelar.

En ledare enligt den föreliggande uppfinningen lämpar sig utmärkt för användning i härvor till elektriska maskiner för driftspönningar av över 3 kV. I sådana hërvor anordnas omkring ledarisoleringen skikt av glimmer för att göra ledarisoleringarna motståndskraftiga mot glimningsangrepp.

Vid användning av ledare enligt den föreliggande uppfinningen i sådana härvor är det möjligt at göra isolering och glimskydd omkring ledarna avsevärt tunnare än vid användning av den beskrivna kända glimnings- resistenta ledarisoleringen. Därigenom kan mer ledarmaterial inkorporeras i härvan och för en viss maskindimension en större effekt uppnås. liksom för en viss effekt maskindimensionen kan minskas. _ I En sådan härva omfattar ett knippe av flera intill varandra anordnade längder av en ledare enligt den föreliggande uppfinningen med rektangulärt v; 7 457 031 tvärsnitt och en ledarknippet omgivande huvudisolering för isolering av knippet mot maskinspåret.

Ledarknippet kan bestå av flera varav av en enda isolerad ledare. som bockats under bildning av knippets slutliga form. Det kan också bestå av flera separata isolerade ledare. ofta kallade parter. vilka vid sina ändar är elektriskt förbundna med varandra. vanligtvis parallellkopplade. Sär- skilt stora fördelar uppnås enligt uppfinningen för den förstnämnda typen av ledarknippe, eftersom påkänningarna mellan närliggande ledare i detta fall är större och en kortslutning på grund av skadad ledarisolering är allvarligare.

Huvudisoleringen kan utformas på olika tidigare välkända sätt. Den kan sålunda bestå av ett bandage av glimmerband eller glimmerark. Dessa kan vara gjorda av stora glimmerfjäll av konventionellt slag, som t ex med ett lackbindemedel såsom ett alkydharts eller en tunn termoplastfilm fästs vid ett bårarmaterial av papper, glasväv eller dylikt. Glimmermaterialen kan också bestå av självbärande band eller ark av varandra överlappande små glimmerfjäll framställda genom spjälkning av vanlig glimmer. varvid dessa glimmermaterial vanligen också år fästa vid ett bärarmaterial.

På den nämnda glimmerbanden eller -arken kan ett bindemedel vara an- bringat. som senare då materialen appliceras runt ledarknippet binder de olika lagren i ledarens isolering till varandra. Ett dylikt bindemedel kan emellertid tillföras efter det att isolermaterialet anbringats runt ledar- knippet genom en impregnering. Som exempel på lämpliga bindemedel för var- ven i bandaget kan nämnas lösningsmedelsfria hartser såsom epoxihartser och omättade polyesterhartser.

En ledare av i något av Exempel 1-3 och 5-6 beskrivet slag bockas till en härva innehållande flera varv av ledaren liggande intill varandra såsom visas i fig 5 resp fig 6. De nämnda intill varandra liggande varven bildar härvans ledarknippe 21. Såsom framgår av fig 5 är bockningen utförd så att härvan har raka delar 22 och 23 avsedda att placeras i maskinens spår 24, samt böjda ånddelar 25 och 26 som kommer utanför spåren. Härvans uttag är betecknade 27 och 2§. 457 051 8 Ledarknippet 21 omlindas sedan varvsvis med t ex halv överlapp med ett 25 mm brett glimmerband bestående av ett 0,09 mm tjockt självbärande skikt av varandra överlappande små glimmerfjäll fixerade vid ett 0,04 mm tjockt glasvävsband med 0,006 mm tjock polyetylenglykoltereftalatfolie. Ett dylikt isolerband är beskrivet i det svenska patentet 200 820. Sedan knippet försetts med ett bandage 29 av t ex tjugo ovanpå varandra belägna lager av glimmerbandet torkas lindningen först vid ett tryck av 0,1 mm Hg och vid en temperatur av #0 °C. varefter ett impregneringsharts tillföras vid nämnda tryck. Sedan allt impregneringsharts tillförts höjes trycket till t ex 10 kp/cmz. Hartset kan utgöras av 100 viktdelar av ett epoxiharts, vilket på känt sätt framställts av epiklorhydrin och 4,4'-dioxidifenyl-dimetylmetan och vilket har en epoxiekvivalent av 192, och 100 viktdelar av ett härdningsmedel bestående av en blandning av 75 viktdelar hexahydroftalsyraanhydrid och 25 viktdelar tetrahydroftalsyra- anhydrid. För att hartset inte skall tränga ut ur isoleringen under en påföljande härdningen kan det impregnerade ledarknippet med glimmer- bandsbandaget omges med ett tätningsband av polytetrafluoretylen eller dylikt. Hërvan placeras sedan i ett formverktyg för härdning av harts- materialet. Härdningen sker vid en temperatur av cirka 160 °C under en tid av cirka 10 timmar.

I ett alternativt utförande tillverkas en härva med användning av ett isolerband som impregneras med impregneringsharts före dess omlindning omkring knippet 21 (fig 6), vilket kan vara av samma slag som i exemplet ovan. Hartset innehåller ett omättat esterharts framställt av adipinsyra (11 molprocent). ftalsyraanhydrid (11 molprocent), maleinsyraanhydrid (23 molprocent) och etylenglykol (55 molprocent) och försatt dels med diallylftalat i sådan mängd att diallylftalatet utgör H0 X av den sam- manlagda vikten av esterharts och diallylftalat samt dels med bensoyl- peroxid i en mängd motsvarande 1 X av hela hartsets vikt. Själva ester- hartset kan framställas genom reaktion av en blandning av de nämnda syrorna och alkoholen i inert atmosfär genom höjning av temperaturen till 220 °C och bibehållande av denna temperatur tills reaktionsproduktens syratal är cirka 30. Före impregneringen av isolerbandet utspädes 100 viktdelar av hartset med 100 viktdelar aceton. Isolerbandet, som kan vara av samma slag som det 1 Exempel 1 beskrivna, kan impregneras med harts- materialet vid rumstemperatur och atmosfärstryck. Det impregnerade glimmerbandet lindas efter avdrivning av lösningsmedlet därefter omkring ledarknippet 21 med halv överlapp till trettio ovanpå varandra belägna fw

Claims (10)

457 051 lager för att bilda huvudisoleringen 29. Härvan placeras sedan i ett formverktyg för hardning av hartsmaterialet vid en temperatur av 160 OC under en tid av tre timmar. Även om manga omättade polyesterhartser och epoxihartser lämpade för impregnering av elektriska isoleringar är kända skall ytterligare några exempel pà sådana hartser nämnas. Sålunda kan användas t ex ett poly- esterharts bestående av 60 viktdelar av en reaktionaprodukt av 3 mol maleinsyraanhydrid, 1 mol adipinsyra och 4,4 mol etylenglykol med ett syratal av 30. och av #0 viktdelar diallylftalat samt innehållande 0.75 X bensoylperoxid. och ett polyesterharts bestånde av 70 viktdelar av en reaktionsprodukt av 1 mol fumarsyra, 1 mol ftalsyra och 2,2 mol propylen- glykol med ett syratal av 25, och av 30 viktdelar monostyren samt inne- hållande 0.5 X bensoylperoxid, liksom ett epoxiharts bestående av 100 viktdelar "Epon 828" (Shell Chemical Co) och 65 delar hexahydroftalsyra- anhydrid, ett epoxiharts bestående av 85 viktdelar "Araldit F", 100 vikt- delar "Hårdare 905" (båda från Ciba AG, Schweiz) och 15 viktdelar fenyl- glycidyleter, ett epoxiharts bestående av 100 viktdelar "DER 331" (Dow Chemical Co) och 65 viktdelar tetrahydroftalsyraanhydrid eller 100 vikt- delar av epoxinovolak "DEN 438" (Dow Chemical Co) och 3 viktdelar av bortrifluoridkomplexen "HZ 935 J 50" (Ciba Geigy AG). PATENTKRAV

1. Elektrisk ledare (10, 13, 16) försedd med en ledaren omgivande elektrisk isolering (11, lä, 17, 18) och ett denna isolering omgivande, av en organisk polymer och ett pulverformigt fyllmedel uppbyggt skydsskikt (12, 15, 19). som skyddar isoleringen mot en av glimning orsakad ned- brytning k ä"n n e t e c k n a d därav att skyddsskiktet innehåller 10-#0 volymprocent av ett pulverformigt fyllmedel i form av kromoxid (Cr203), järnoxid (Fe203) eller en blandning av kromoxid (Cr203) och Järnoxid (Fe203).

2. Elektrisk ledare enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav att det pulverformiga materialet i skyddsskiktet (12, 15, 19) har en egenresistivitet av 1Ou-108 ohm m. (457 051 10

3. Elektrisk ledare enligt patentkrav 1 eller 2, k a n n e t e c k - n a d därav att skyddsskiktet (12. 15, 19) har en tjocklek som är mindre än tjockleken hos isoleringen (11: 14; 17. 18).

4. Elektrisk ledare enligt något av patentkraven 1-3. k ä n n e - t e c k n a d därav att skyddsskiktet (12. 15. 19) har en resistivitet 10 av över 10 ohm m.

5. Elektrisk ledare enligt något av patentkraven 1-Ü. k ä n n e - t e c k n a d därav att halten kromoxid, Järnoxid eller blandning av kromoxid och jërnoxid utgör 10-30 X av skyddsskiktets (12) volym.

6. Elektrisk ledare enligt något av patentkraven 1-5, k ä n n e - t e c k n a d därav att utanpå skyddsskiktet (12) ar anordnat ett ytskikt (20) av en fyllmedelsfri organisk polymer.

7. Elektrisk ledare enligt något av patentkraven 1-6, k ä n n e - t e c k n a d därav att skyddsskiktets (12, 15, 19) tjocklek-uppgår till högst 30 X av isoleringens (l1; lfl; 17, 18) tjocklek.

8. Elektrisk ledare enligt något av patentkraven 1-7, k E n n e - t e c k n a d därav att den organiska polymeren i skyddsskiktet (12. 15. 19) består av ett härdat hartsbindemedel och isoleringen (11; 19; 17. 18) av ett eller flera skikt av en organisk polymer.

9. Elektrisk ledare enligt patentkrav 8. k ä n n e t e c k n a d därav att den organiska polymeren i isoleringen (11; 14; 17. 18) utgöres av ett organiskt hartsbindemedel.

10. Användning av en ledare (10, 16) av i något av föregående patentkrav angivet slag i en härva. vilken är anordnad i spår (24) 1 en stater eller rotor i en elektrisk maskin och vilken omfattar ett knippe (21) av ett flertal intill varandra anordnade längder av en sådan ledare med rektangu- lärt tvärsnitt och en knippet omgivande huvudisolering (29) för isolering av knippet mot maskinspâret. fr"