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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische
Hochspannungsvorrichtung, genauer gesagt eine Verbesserung
eines für die elektrische Hochspannungsvorrichtung
verwendeten Isolierbands, wobei die Vorrichtung elektrische Spulen
umfasst, die zur elektrischen Isolierung durch das
Isolierband mit anschließender Imprägnierung mit einem
wärmehärtbaren Harz umwickelt werden.
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Kunstglimmerbänder verschiedener Arten werden in weitem
Umfang zur elektrischen Isolierung der in der elektrischen
Hochspannungsvorrichtung, z. B. einer
Hochspannungsrotationsmaschine, eingebauten elektrischen Spulen im Lichte
ihrer hervorragenden Eigenschaften der elektrischen
Isolierung und Beständigkeit gegenüber Wärme verwendet. Im
allgemeinen umfassen diese Glimmerbänder Kunstglimmer, der aus
feinen Glimmerteilchen durch eine sog.
Langsiebpappenmaschine hergestellt wird, und ein Verstärkungsmaterial, wie
Papier, ein Glasgewebe oder eine Polyesterfolie, das an den
Kunstglimmer durch einen Klebstoff, wie ein Polyesterharz,
ein Epoxyharz oder ein Siliconharz, gebunden wird.
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Die den Kunstglimmer bildenden feinen Glimmerteilchen sind
aneinander durch das im Glimmer enthaltene Kristallwasser
gebunden und die Verbindung zwischen den Glimmerteilchen
ist schwach. Aufgrund dieser schwachen Verbindung neigt der
Kunstglimmer dazu, sich abzulösen oder sich zu verstreuen,
beispielsweise beim Prozess des Umwickelns der elektrischen
Spulen mit dem Kunstglimmerband zur Isolierung. Zur
Bewältigung dieser Probleme wird die Menge des Klebstoffs in
einem Versuch zur Bindung der Glimmerteilchen erhöht.
Alternativ werden Fasern eines aromatischen Polyamids mit den
Glimmerteilchen in der Papierherstellungsstufe gemischt, um
die Glimmertelichen mit den Fasern in dem Kunstglimmerband
zu halten.
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Wenn jedoch der Klebstoff mengenmäßig erhöht wird, wird der
Glimmergehalt des Kunstglimmerbands in der gegebenen Dicke
des Bandes relativ vermindert, was im Hinblick auf die
Durchschlagfestigkeit und Wärmebeständigkeit des Bands
unerwünscht ist. Ferner beeinflusst die Zunahme des
Klebstoffgehalts die Harztränkfähigkeit in der
Vakuumdruckimprägnierbehandlung mit einem wärmehärtbaren Harz für
beispielsweise die umwickelten elektrischen Spulen der
Hochspannungsrotationsmaschine. Im Falle der Beimischung von
Aramidfasern erzeugen die elektrischen Spulen beim
Verbrennen zum Zwecke einer Wiederverwendung Cyanwasserstoff
enthaltende schädliche Gase, was ein Hindernis für eine solche
Wiederverwendung der elektrischen Spulen oder eines
Leiterbündels derselben bedeutet.
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Eine Isolierlage aus einer dünnen Folie ist in der EP-A-0
059 866, die eine elektrische Hochspannungsvorrichtung
gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 4 beschreibt,
offenbart. Ebenfalls ein elektrisches Isoliermaterial ist in
der EP-A-0 660 336 offenbart.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
einer elektrischen Hochspannungsvorrichtung, die
vorzügliche Durchschlagfestigkeit und Wärmebeständigkeit zeigt und
im Hinblick auf die Umwelt bezüglich der Verwendung der
Isolierbänder gut ist, wobei diese eine gute Handhabbarkeit
zum Umwickeln der elektrischen Spulen und dergleichen
liefern und eine vorzügliche Harztränkfähigkeit bieten.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung erfolgt die
Bereitstellung einer elektrischen Hochspannungsvorrichtung,
die elektrische Spulen umfasst, deren Leiter von einem Isolierband
mit anschließender Tränkung mit einem
wärmehärtbaren Harz zur elektrischen Isolierung umwickelt sind, wobei
das Isolierband (1) ein aus Kunstglimmer (2) und einem
Verstärkungsmaterial (3) bestehender Laminatkörper ist,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kunstglimmer (2) 100
Gewichtsteile feiner Glimmerteilchen (4) und 2-12
Gewichtsteile einer aufgeschmolzenen und verfestigten
Polyolefinkunstpulpe zur Herbeiführung einer Bindung zwischen seinen
feinen Glimmerteilchen (4) und einer Bindung zwischen dem
Kunstglimmer (2) und dem Verstärkungsmaterial (3) enthält.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung
erfolgt die Bereitstellung einer elektrischen
Hochspannungsvorrichtung, umfassend eine durch Umwickeln eines Leiters
mit einem Isolierband hergestellte Spule und das
anschließende Imprägnieren des Isolierbands mit einem
wärmehärtbaren Harz zu Isolierzwecken, wobei das Isolierband in der
Form eines Laminatkörpers vorliegt, der aus einem feine
Glimmerteilchen und ein Paraffinpulver enthaltenden
Kunstglimmerband und einem Verstärkungselement besteht, wobei
das Paraffinpulver aufgeschmolzen und anschließend
verfestigt wird, um eine Bindung zwischen den feinen
Glimmerteilchen und zwischen dem Kunstglimmerband und dem
Verstärkungselement zu erreichen.
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Die Erfindung lässt sich aus der folgenden detaillierten
Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten
Zeichnungen genauer verstehen, wobei:
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Fig. 1 eine Querschnittsdarstellung ist, die schematisch
ein in Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung hergestelltes
Kunstglimmerband zeigt;
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Fig. 2 eine Querschnittsdarstellung ist, die schematisch
den Aufbau einer in einer erfindungsgemäßen elektrischen
Hochspannungsvorrichtung verwendeten isolierten Spule
zeigt;
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Fig. 3 ein Diagramm ist, das die Veränderungen bezüglich
der Kapazität der isolierten Spule in den einzelnen
Beispielen 1, 2 und dem Vergleichsbeispiel mit der Zeit zeigt;
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Fig. 4 ein Diagramm ist, das die Veränderungen bezüglich
der Werte von tan δ in den einzelnen Beispielen 1, 2 und
dem Vergleichsbeispiel mit der angelegten Spannung zeigt;
und
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Fig. 5 ein Diagramm ist, das die Veränderungen bezüglich
der Werte von tan δ in den einzelnen Beispielen 1, 2 und
dem Vergleichsbeispiel mit der Temperatur zeigt.
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Die vorliegende Erfindung ist auf eine elektrische
Hochspannungsvorrichtung, beispielsweise eine
Hochspannungsrotationsmaschine, mit elektrischen Spulen, die durch das
Isolierband mit der Imprägnierung mit einem wärmehärtbaren
Harz isoliert sind, ausgerichtet. Das in der elektrischen
Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete
Isolierband besteht aus einem Kunstglimmer, der aus feinen
Glimmerteilchen, einer Polyolefinkunstpulpe oder einem
Paraffinpulver aufgebaut ist und einem Verstärkungselement.
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Es können entweder natürlicher Glimmer oder ein
synthetischer Glimmer zur Herstellung des erfindungsgemäßen
Isolierbands verwendet werden. Als natürlicher Glimmer stehen
Muscovitglimmer und Phlogopitglimmer zur Verfügung, und der
Muscovitglimmer kann in der calcinierten oder
uncalcinierten Form verwendet werden. Die Eigenschaften hinsichtlich
elektrischer Isolierung und Wärmebeständigkeit von Glimmer
variieren mit dessen Art und Typ. Daher wird im Hinblick
auf die erforderlichen thermischen, elektrischen und mechanischen
Eigenschaften ein passender Glimmer zur Verwendung
in dem Isolierband ausgewählt.
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Die für das Isolierband gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendete Kunstpulpe besteht aus einem thermoplastischen
Polyolefinharz in der Form von pulpeähnlichen mehrfach
verzweigten Fasern mit einer großen Oberfläche pro
Einheitsvolumen oder Teilchen unregelmäßiger Größen, die durch
mechanische oder chemische Behandlungsverfahren aus Polyethylen,
Polypropylen, Polybutylen, Polyisobutylen und dgl. als
Ausgangsmaterial hergestellt wurden. Erfindungsgemäß ist es
günstig, die Kunstpulpe mit einem kanadischen
Standardmahlgrad von 20-1000 ml zu verwenden.
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Erfindungsgemäß ist die Kunstpulpe mit 2-12 Gewichtsteilen
bezogen auf 100 Gewichtsteile Glimmer enthalten. Wenn der
Mischungsanteil der Kunstpulpe geringer als 2 Gewichtsteile
ist, fungiert die Kunstpulpe nicht in ausreichender Weise,
um feine Glimmerteilchen zu halten. Ferner liefert die
Kunstpulpe nach dem Schmelzen und Verfestigen keine
ausreichende Haftfestigkeit, um die feinen Glimmerteilchen zu
binden sowie die feinen Glimmerteilchen mit dem
Verstärkungsmaterial zu verbinden. Infolgedessen bewirkt dies,
dass der Glimmer in dem Isolierband sich gerne ablöst oder
verstreut. Mehr als 12 Gewichtsteile Kunstpulpe machen das
Isolierband weniger porös und dies vermindert die
Tränkfähigkeit in dem Prozess der Vakuumdruckimprägnierung mit
einem wärmehärtbaren Harz und hat eine Verminderung der
elektrischen Isoliereigenschaften zur Folge.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Paraffinpulver
anstelle der genannten Polyolefinkunstpulpe verwendet
werden. Günstigerweise besitzt das Paraffinpulver, wenn es
verwendet wird, einen Schmelzpunkt von mindestens 75ºC und
eine Teilchengröße von 50-70 mesh.
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Das Paraffinpulver sollte in einer Menge von 5-30
Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile Glimmer, verwendet
werden. Wenn ein Mischungsanteil des Paraffinpulvers, das
aufgeschmolzen und anschließend verfestigt wird, weniger
als 5 Gewichtsteile beträgt, gelingt es dem
Kunstparaffinpulver nicht, eine ausreichende Bindungsfestigkeit unter
den feinen Glimmerteilchen und zwischen einer
Kunstglimmerlage und einem Verstärkungselement, die zur Herstellung des
in der vorliegenden Erfindung verwendeten Isolierbands
aufeinanderlaminiert werden, herzustellen. Infolgedessen löst
sich die Glimmerlage gerne ab oder die Glimmerteilchen
werden gerne verstreut. Andererseits wird, wenn der
Mischungsanteil des Paraffinpulvers 30 Gewichtsteile überschreitet,
das Band weniger porös gemacht. Infolgedessen gelingt es
nicht, dass das Band ausreichend mit einem wärmehärtbaren
Harz in dem Prozess der Vakuumdruckimprägnierung mit einem
wärmehärtbaren Harz getränkt wird, was zu einer geringen
Isolierfähigkeit führt.
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Als Verstärkungsmaterial können Papier, Kunststofffolie,
Gewebe (Tuch), Vlies und dgl. in dem erfindungsgemäßen
Isolierband verwendet werden. Das geeignete
Verstärkungsmaterial wird gemäß den erforderlichen Eigenschaften
hinsichtlich mechanischer Festigkeit, Isolierung und
Wärmebeständigkeit bestimmt. Beispielsweise ist es günstig, wenn das
Verstärkungsmaterial aus einem organischen Gewebe oder
Vlies die Haftfestigkeit der Polyolefinkunstpulpe
verstärkt. Ferner ist es günstig, wenn ein höherer Grad an
Wärmebeständigkeit erforderlich ist, als
Verstärkungsmaterial einen Polyimidfilm oder dgl., der hochwertig bezüglich
Wärmebeständigkeit ist, zu verwenden.
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Ein Kunstglimmerband wird als erfindungsgemäßes Isolierband
verwendet. Das Kunstglimmerband wird von einer Leitwalze
des auf dem Verstärkungsmaterial auflaminierten
Kunstglimmers durch Bandschneiden der Leitwalze erhalten. Es ist
daher anzumerken, dass eine von der Leitwalze auf die gleiche
Weise erhaltene Kunstglimmerfolie einer Länge von 2 m oder
weniger ebenfalls verwendet werden kann.
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Im folgenden wird das Verfahren beschrieben, nach dem das
erfindungsgemäß verwendete Kunstglimmerband hergestellt
wird. Zunächst wird eine Aufschlämmung als Mischung aus
pulverisierten feinen Glimmerteilchen und Kunstpulpe oder
einem Paraffinpulver hergestellt. Ausgehend von dieser
Aufschlämmung wird der Kunstglimmer in der bekannten Weise
unter Verwendung der Langsiebpappenmaschine oder
Zylinderpapierherstellungsmaschine hergestellt. Danach wird der
Kunstglimmer auf einem geeigneten Verstärkungsmaterial
aufgetragen und unter einem bestimmten Druck erhitzt. Das
genannte Erhitzen unter Druck wird beispielsweise mittels
einer allgemein verwendeten Heißkalanderwalze durchgeführt
und bei diesem Prozess des Erhitzens unter Druck schmelzen
die in dem Kunstglimmer enthaltene Pulpe oder die
entsprechenden Paraffinpulver ganz oder teilweise. Infolgedessen
verfestigen sich die Kunstpulpe oder die Paraffinpulver und
sie dienen zum Binden der Glimmerteilchen sowie zum Binden
der Glimmerteilchen und des Verstärkungsmaterials.
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Da die feinen Glimmerteilchen durch die verfestigte
Kunstpulpe oder die verfestigten Paraffinpulver stark
aneinander gebunden sind, kann der Glimmergehalt in dem
Isolierband erhöht werden. Dies bedeutet, dass das
erfindungsgemäße Isolierband sich der Vorteile der dem Glimmer
innewohnenden Eigenschaften bedienen kann und dass ferner das
Ablösen oder Verstreuen von Glimmerteilchen in der
Anwendung zu elektrischen Isolierzwecken verhindert werden kann.
Dadurch wird es möglich, eine elektrische
Hochspannungsvorrichtung bereitzustellen, die hervorragende Eigenschaften
bezüglich Durchschlagfestigkeit und Wärmebeständigkeit
aufweist. Es sollte ebenfalls angemerkt werden, dass die für
das erfindungsgemäße Kunstglimmerband verwendete Kunstpulpe
oder die entsprechenden Paraffinpulver keine
Stickstoffatome enthalten, und folglich können die von dem Isolierband
umhüllten elektrischen Spulen aufgrund der Tatsache, dass
die genannte Kunstpulpe oder die genannten Paraffinpulver
beim Verbrennen keine schädlichen Gase, wie
Cyanwasserstoff, entwickeln, zur Wiederverwendung aufgearbeitet
werden.
Beispiele
Beispiel 1:
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Es wurde eine Aufschlämmung, die 100 Gewichtsteile eines
Glimmerpapiers auf der Basis von calciniertem Muscovit und
3 Gewichtsteile einer Polypropylenkunstpulpe mit einer
mittleren Faserlänge 1,0 mm und einem Mahlgrad von 700 ml
enthielt, hergestellt. Dann wurde eine Kunstglimmerlage
nach einem Papierherstellungsverfahren unter Verwendung
einer bekannten Papierherstellungsmaschine vom
Rechtecksiebtyp hergestellt. Nach dem Entwässern und Trocknen wurde die
Kunstglimmerlage kontinuierlich auf die Oberfläche eines
als Verstärkungselement verwendeten Polyesterfilms
auflaminiert und anschließend der Laminatkörper unter Wärme über
ein Kalandrierwalze geführt, wobei ein Kunstglimmerband
erhalten wurde.
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Fig. 1 ist eine Querschnittsdarstellung, die schematisch
das erhaltene Kunstglimmerband 1 zeigt. Wie in der
Abbildung gezeigt, lag das Kunstglimmerband 1 in der Form eines
aus einer Kunstglimmerlage 2 und einem als
Verstärkungselement dienenden Polyesterfilm 3 bestehenden Laminatkörpers
vor, wobei die Kunstglimmerlage 2 aus feinen Glimmerteilchen
4 und einer Polypropylenkunstpulpe 5 bestand. Während
der Kalandrierstufe wurde die Kunstpulpe 5 aufgeschmolzen.
Beim späteren Verfestigen verband die verfestigte
Kunstpulpe 5 die feinen Glimmerteilchen 4 fest miteinander und sie
verband auch die Kunstglimmerlage 2 fest mit dem
Verstärkungselement (Polyesterfilm 3).
Beispiel 2:
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Es wurde eine Aufschlämmung, die 100 Gewichtsteile eines
harten Muscovitglimmers eines nicht-brennbaren Typs und 15
Gewichtsteile eines Paraffinpulvers mit einer mittleren
Teilchengröße von 60 mesh enthielt, hergestellt. Dann wurde
eine Kunstglimmerlage nach einem
Papierherstellungsverfahren unter Verwendung einer bekannten
Rechtecksiebpapierherstellungsmaschine hergestellt. Nach dem Entwässern und
Trocknen wurde die Kunstglimmerlage kontinuierlich auf eine
Oberfläche eines als Verstärkungselement verwendeten
Polyesterfilms auflaminiert und anschließend wurde der
Laminatkörper unter Wärme durch eine Kalanderwalze geführt, wobei
ein Kunstglimmerband erhalten wurde.
Vergleichsbeispiel:
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Eine Kunstglimmerlage wurde nach einem
Papierherstellungsverfahren unter Verwendung einer Aufschlämmung, die einen
harten Muscovitglimmer vom nicht-brennbaren Typ und
Aramidfasern enthielt, hergestellt. Dann wurde die auf diese
Weise hergestellte Kunstglimmerlage mit einem ein Epoxyharz
als Hauptkomponente enthaltenden Klebemittel an eine
Oberfläche eines Polyesterfilms gebunden, wobei ein
Kunstglimmerband erhalten wurde.
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Tabelle 1 zeigt die Eigenschaften des in den einzelnen
Beispielen 1, 2 und dem Vergleichsbeispiel erhaltenen Kunstglimmerbands.
Tabelle 1
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Die Zugfestigkeit und die Durchschlagspannung aus Tabelle 1
wurden nach dem in der japanischen Industrienorm JIS
(Japanese Industrial Standards)-C2116 angegebenen Verfahren
gemessen.
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Wie in Tabelle 1 gezeigt, betrug die mittlere Dicke des
Kunstglimmerbandes in den einzelnen Beispielen 1, 2 und dem
Vergleichsbeispiel 0,065 mm. Auch ist die Glimmermenge pro
Einheitsfläche in den einzelnen Beispielen 1 und 2 größer
als im Vergleichsbeispiel, da in den erfindungsgemäßen
Beispielen ein Klebstoff, beispielsweise ein Epoxyharz, nicht
verwendet wird. Ferner war das Kunstglimmerband in den
einzelnen Beispielen 1 und 2 gegenüber dem Kunstglimmerband im
Vergleichsbeispiel praktisch gleich bezüglich Zugfestigkeit
und höherwertig bezüglich Durchschlagspannung.
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Die einzelnen, in den Beispielen 1, 2 und dem
Vergleichsbeispiel hergestellten Kunstglimmerbänder wurden nach einem
üblichen Verfahren um einen Leiter gewickelt, und
anschließend wurde unter Verwendung des isolierten Leiters, wie in
Fig. 2 gezeigt, ein hexagonaler isolierter Spulenstrang 11
hergestellt. Eine Mehrzahl hexagonaler isolierter Spulenstränge
11 wurde aufeinander laminiert, wobei
anschließend ein Kunstglimmerband um die erhaltene Laminatstruktur
gewickelt wurde. Des weiteren wurde die isolierte
Laminatstruktur einer Imprägnierbehandlung unter einer
Kombination einer Vakuum-Druck-Bedingung mit einem Harzgemisch,
das aus einem Epoxyharz vom Bisphenol-A-Typ und
Methylhexahydrophthalsäureanhydrid bestand, unterworfen und
anschließend wurde das Harz thermisch gehärtet, wobei eine
isolierte Spule zur Verwendung in einer
Hochspannungsrotationsmaschine hergestellt wurde.
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Die Verarbeitbarkeit des Kunstglimmerbandes in dem Prozess
der Herstellung der isolierten Spule wurde geprüft. Es
zeigte sich, dass das in den einzelnen Beispielen 1 und 2
der vorliegenden Erfindung erhaltene Kunstglimmerband eine
ausreichende Biegungsfestigkeit und eine zufriedenstellende
Verarbeitbarkeit aufwies. Außerdem wurde ein Verstreuen der
feine Glimmerteilchen nicht bemerkt.
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Die Biegefestigkeit wurde gemäß dem in der japanischen
Industrienorm JIS-K6911 angegebenen Verfahren gemessen.
Genauer gesagt wurde eine laminierte Platte unter Verwendung
von von dem Kunstglimmerband abgeschnittenen Lagen
hergestellt, anschließend wurde die laminierte Platte mit den
zuvor angegebenen Harzen imprägniert. Die Biegefestigkeit
der harzimprägnierten laminierten Lage wurde zu 60 kg/mm²
für Beispiel 1,62 kg/mm² für Beispiel 2 und 54 kg/mm² für
das Vergleichsbeispiel, was deutlich niedriger als die
Werte für die Beispiele 1 und 2 war, festgestellt.
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Die Harztränkfähigkeit wurde ebenfalls auf der Basis der
Veränderung der Kapazität mit der Zeit überprüft, wobei mit
dem Beginn der Druckanwendung gestartet wurde. Die
Versuchsdaten sind in Fig. 3 gezeigt. Aus Fig. 3 ist
ersichtlich, dass die Beispiele 1 und 2 dem Vergleichsbeispiel
hinsichtlich der Harztränkfähigkeit überlegen waren.
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Ferner wurden die Beziehungen zwischen tan δ und der
angelegten Spannung und zwischen tan δ und der Temperatur im
Hinblick auf die Isolierschicht der Spule geprüft, wobei
die Ergebnisse in Fig. 4 und 5 gezeigt sind. Wie in Fig. 4
gezeigt, erwiesen sich die Beispiele 1 und 2 als praktisch
gleich zu dem Vergleichsbeispiel hinsichtlich der
tan δ/Spannung-Kennlinie. In einer isolierten Spule fließt
bekanntlich das imprägnierende Harz so, dass es eine
Hohlraumerzeugung innerhalb der Isolierschicht verursacht, was
zu einem erhöhten tan δ führt. Aus Fig. 5 ist ersichtlich,
dass die isolierte Spule in den einzelnen Beispielen 1 und
2 im Vergleich zum Vergleichsbeispiel mäßig bezüglich des
Anstiegs von tan δ, bezogen auf die Temperatur, war. Dies
unterstützt klar, dass ein Fließen des imprägnierenden
Harzes und eine Hohlraumerzeugung innerhalb der Isolierschicht
unterdrückt werden, was belegt, dass eine
zufriedenstellende Isolierschicht in den einzelnen erfindungsgemäßen
Beispielen gebildet wurde.