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Isolierung für Hochspannungsleiter
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Isolierung für Hochspannungsleiter, z. B. Spulen für elektrische Maschinen für hohe Spannungen, die aus einem Isolierband besteht, das um den Leiter in mehreren Schichten gewickelt ist und aus einem Imprägnierungsmittel, das Hohlräume und Poren in der Bandisolierung ausfüllt.
Hochspannungsspulen für elektrische Maschinen werden gewöhnlich mit Glimmerband isoliert, das um den Leiter oder das Leiterbündel der Spule in mehreren Schichten gewickelt wird. Oft werden Bänder verwendet, die aus Glimmerschuppen bestehen, die an einem bandförmigen Trägermaterial, wie z. B.
Papier, Seide oder Glasfasergewebe befestigt sind. Nachdem die Bandisolierung auf den Leiter aufgebracht worden ist, wird sie, gewöhnlich in Vakuum, mit einem Imprägniermittel imprägniert, das z. B. aus Asphalt oder aus einem lösungsmittelfreien Harz besteht. Die Imprägnierung bezweckt in möglichst gro- ssem Ausmass Hohlräume in der Bandisolierung auszufüllen und damit der Isolierung gute elektrische und mechanische Eigenschaften zu geben. Eine unvollständige Ausfüllung hat zur Folge, dass ein Glimmen, d. h. elektrische Gasentladungen in den noch verbliebenen Hohlräumen der Isolierung auftreten können, was infolge der schädlichen Wirkung des Glimmens die Verwendung der Isolierung auf niedrigere Spannungen begrenzt als sie aushalten würde, wenn keine Hohlräume vorhanden wären.
Es hat sich beim Imprägnieren von in der obengenannten Weise aufgebauten Isolierungen gezeigt, dass das Bindemittel in denGlimmerbändern das Eindringen des Imprägniermittels erheblich erschwert und dass daher die Hohlräume nur unvollständig ausgefüllt werden. Um die Imprägnierungsmöglichkeiten zu verbessern, ist vorgeschlagen worden, in den Bändern ein leichtflüchtiges Bindemittel zu verwenden, das, nachdem die Bänder aufgewickelt sind, verflüchtigt, ehe die Isolierung imprägniert wird, oder in den Bändern ein Bindemittel zu verwenden, das in dem Imprägniermittel löslich ist.
Die Verwendung eines leichtflüchtigen Bindemittels in den Bändern hat jedoch zur Folge, dass die Herstellung der Isolierung durch den Prozess, der für die Entfernung des Bindemittels erforderlich ist, kompliziert und verteuert wird und ausserdem müssen infolge der Flüchtigkeit des Bindemittels besondere Massnahmen bei der Lagerung der Bänder getroffen werden. Die Verwendung eines Bindemittels, das in dem Imprägniermittel löslich ist, ist mit der Ungelegenheit verbunden, dass der Imprägnierungsprozess sehr zeitraubend wird, weil das Imprägniermittel während des Eindringens das Bindemittel lösen muss.
Glimmerbänder, bestehend aus einem Trägermaterial, z. B. Glasgewebe, und auf diesem durch punktweises Festkleben oder Aufnähen befestigte Glimmerschuppen sind auch bekannt. Solche Glimmerbänder enthalten praktisch kein für das Eindringen des Imprägniermittels hinderliches Bindemittel, oder gar keines.
Bei punktweise Festkleben der Glimmerschuppen erhalten aber die hergestellten Bänder einen unbefriedigenden Zusammenhalt, so dass die Glimmerschuppen bei Umbandelung eines Leiters leicht von dem Trägermaterial abfallen und ein mechanisches Aufnähen der Glimmerschuppen führt zu einer elektrischen und mechanischen Schwächung des Glimmers. Ausserdem sind die Bänder schwer zu handhaben, da die Glimmerschuppen leicht dadurch beschädigt werden können, dass die Teile der Glimmerschuppen, die ausserhalb der Befestigungspunkte liegen, zerbrochen werden können. Ferner haben die Bänder eine durch die punktweise Befestigung verursachte unerwünschte Starrheit.
Um Ungelegenheiten der Bänder mit punktweise befestigten Glimmerschuppen zu vermeiden, hat man die Glimmerschuppen oder ein aus Glimmerschüppchen bestehendes Papier in der Weise befestigt, dass man die Glimmerschuppen und das
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Trägermaterial mit Fäden in der Querrichtung der Bänder umsponnen hat. Diese letztgenannten Bänder haben aber, ausser der umständlichen Herstellung, den Nachteil, dass die Fäden an den Oberflächen der B nder bei Umbandelung eines Leiters ein wirksames Zuziehen verschiedener aufeinanderfolgender Schichten verhindern oder erschweren, wodurch die aus verschiedenen Schichten der umwickelten Bänder bestehende Isolation nicht befriedigend dicht wird.
In einer Isolierung, die, wie die genannten, aus mehreren aufeinanderfolgenden Schichten von einem Material gebildet ist, das aus an einem Trägermaterial befestigten Glimmerschuppen besteht, ist jede Schicht von Glimmerschuppen von einer benachbarten solchenSchicht durch eine Schicht von Trägermaterial getrennt. Für Materialien, die bisher als Trägermaterial verwendet worden sind, ist sowohl die Dielektrizitäts-
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als die elektrische Festigkeitschwächste Komponente die grösste Beanspruchung aufnehmen muss und der Aufbau der Isolierung in verschiedenen Schichten macht es dadurch unmöglich, die ausgezeichnete elektrische Festigkeit des Glimmers auszunützen.
Bei einer Isolierung gemäss der vorliegenden Erfindung werden in grossem Ausmass die Schwierigkeiten bei der Imprägnierung und die ungünstige Verteilung der Dielektrizitätszahlen und der elektrischen Festigkeit in der Isolierung vermieden, die bei früher hergestellten Isolierungen vorgelegen haben. Die Schwierigkeiten bei der Imprägnierung werden beseitigt, ohne dass man Materialien zu verwenden braucht, die schwer zu handhaben oder schwer in einer befriedigenden Weise um die Leiter zu wickeln sind.
Gegenstand der Erfindung ist eine Isolierung für Hochspannungsleiter, bestehend aus einem Isolierband, das um den Leiter oder das Leiterbündel in mehreren Schichten gewickelt ist, und aus einem nach der Aufwicklung des Bandes zugeführten Imprägniermittel, das die Hohlräume und Poren in der Bandisolierung ausfüllt. Die Isolierung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Isolierband aus einer bandförmigen, vor der Imprägnierung bindemittelfreien, selbsttragenden Folie von einander überlappenden Glimmerschüppchen und aus Glasfaserf1 ! den besteht, die parallel mit der Längsrichtung des Bandes an der Folie befestigt sind und nur einen geringen Teil der Oberfläche der Folie bedecken. Die Dicke der Glasfaserfäden wird zweckmässigerweise kleiner als die Dicke der Folie gewählt.
Die Fäden werden in solchem Abstand voneinander angeordnet, dass sie vorzugsweise weniger als ein Zehntel der Oberfläche der Folie bedecken. Mit der genannten bindemittelfreien Glimmerfolie ist eine Folie gemeint aus kleinen Glimmerschuppen, die in bekannter Weise dadurch hergestellt werden kann, dass gewöhnlicher Glimmer durch Erwärmung gespalten und danach in Wasser unter Bildung eines Breies von Glimmerschüppchen fein verteilt wird, der nach einem Verfahren ähnlich dem, das man bei der Papierherstellung verwendet, weiterbehandelt wird. Die Folie, die selbsttragend ist, besteht aus einander überlappenden, beliebig verteilten Glimmerschüppchen, die von wechselweise wirkenden Molekularkräften aneinander gebunden gehalten werden. Die Aufgabe der Glasfaserfäden ist, die Zugfestigkeit des Isolierbandes in der Längsrichtung zu vergrössern.
Die Glasfaserfäden haben einen höheren Elastizitätsmodul als das Glimmerband und deswegen nehmen die Glasfäden die bei einer Beanspruchung vorkommenden Spannungen auf, während das Glimmerband annähernd unbelastet bleibt. Als Bindemittel für das Befestigen der Glasfäden an der Glimmerfolie können z. B. Thermoplastfasem verwendet werden, die parallel mit den Glasfasern des Fadens gelegt werden und zur Befestigung auf die Schmelztemperatur des Thermoplastes erwärmt werden.
Isolierbänder für die Herstellung von Isolierungen gemäss der Erfindung werden näher in den folgenden Beispielen beschrieben und im Anschluss an die Fig. 1 und 2, in welchen das Isolierband mit 1 bezeichnet ist.
Beispiel l : Die bandförmige, bindemittelfreie, selbsttragende Glimmerfolie 2 hat eine Dicke von 0, 09 mm und eine Breite von 25 mm. An einer Seite des Bandes, parallel mit seiner Längsrichtung, sind Glasfaserfäden 3 im Abstand von zirka 2,5 mm befestigt. Jeder Glasfaden besteht aus 102 Glasfasern mit einem Durchmesser von zirka 5 Jl. Als Bindemittel, um die Glasfäden an der bandförmigen Folie zu befestigen, wird für jeden Glasfaden ein 50 Denier Thermoplastfaserfaden verwendet, der aus 24 Fasern aus Polyäthylenglykolterephthalai besteht. Der letztgenannte Faden wird, ehe der Glasfaden an der bandförmigen Folie befestigt wird, auf die Oberfläche des Glasfadens durch Zusammenverzwirnen des Glasfadens und des Thermoplastfadens angebracht.
Die Glasfäden werden in einer Weise befestigt, die aus Fig. 2 hervorgeht. Die bandförmige Folie 2 und die Fäden 3 aus Glasfaser mit aufgebrachten Thermoplastfasern lässt man durch eine Erwärmungsvorrichtung 4 laufen, wo sie während einiger Sekunden einer Temperatur von zirka 3000C ausgesetzt werden, so dass die Thermoplastfasern schmelzen, wobei das geschmolzene Thermoplast wenigstens um einen Teil der Glasfasern herumfliesst, wobei es gleichzeitig die Oberfläche der Folie benetzt.
Wenn das Isolierband nach dem Passieren der Erwärmungsvorrichtung abgekühlt wird, geht das Thermoplast bei zirka 2600C in festen Zustand über, wonach durch das Anhaften des Thermoplastes die Glasfäden an der Oberfläche der Folie fixiert und befestigt liegen.
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Durchmesser von zirka 5 li. Um die Glasfäden an der Folie zu befestigen, wird ein Chloroprenpolymerisat ("Plioboud 20"von Goodyear Tire Rubber Co. ) verwendet. Der Glasfaden wird dabei zuerst mit diesem Polymerisat unter Verwendung einer polymerisat enthaltenden Methyläthylketonlösung überzogen.
Der überzogene Glasfaden wird getrocknet und danach an die Glimmerfolie in der Weise angebracht, die
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Nachdem das Isolierband um den Leiter gewickelt worden ist, wird die Bandisolierung in Vakuum mit einem lösungsmittelfreien, vollständig polymerisierbaren Harz imprägniert, das z. B. aus einem ungesättigten Polyesterharz oder einem Epoxyharz bestehen kann. Weil die Glimmerfolie des Isolierbandes frei von Bindemittel ist, kann das Imprägniermittel die Folie durchdringen und alle Hohlräume in der Isolierung gut ausfüllen. Die imprägnierte Isolierung wird vor und während der Härtung des Imprägniermittels in einer Pressform oder in anderer Weise einem Druck ausgesetzt, so dass aberflüssiges Imprägniermittel aus der Isolierung ausgetrieben wird, u. zw. so, dass die Glimmerfolien in benachbarten Bandschichten der Isolierung in unmittelbarem Kontakt miteinander praktisch längs der ganzen Oberfläche kommen.
Es hat sich erwiesen, dass dies dadurch erreicht werden kann, dass die Glasfäden so angebracht werden, dass sie nur einen geringen Teil der Oberfläche der Glimmerfolie bedecken und dadurch, dass die Glimmerfolie, während das Imprägniermittel sich in flüssigem Zustand befindet, weich und etwas formbar ist, so dass die Glasfäden in die Glimmerfolie hineingepresst werden, wenn der Druck ausgeübt wird. Die fertige Isolierung ist so praktisch homogen und der Glimmergehalt, der bei früher hergestellten Isolierungen mit Glimmerband bei 40-50ci gelegen hat, ist bei einer Isolierung gemäss der vorliegenden Erfindung zirka 75%des totalen Gewichtes der Isolierung.