KR19980032682A - 고전압기기 - Google Patents
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Abstract
도체가 전기적 절연을 위하여 열경화성 수지의 차후 함침이 있는 절연 테이프에 의해 감겨진 도체를 구비한 전기 코일을 포함하는 고전압기기에 관한 기재이다. 절연테이프는 고운운모입자들과 합성 펄프 또는 파라핀 분말과 보강 부재로 구성되는 적층된 몸체이다. 고운 운모 입자들 사이의 그리고 고운 운모 입자들과 보강제 사이의 결합은 용융되어 고화된 합성 펄프에 의해 영향을 받는다.
Description
본 발명은 고전압기기에 관련한 것으로, 더 상세히는 전기적 절연을 위해 차후 열 경화성 수지 함침이 있는 절연 테이프에 의해 감겨진 전기 코일을 포함하는 고전압기기에 사용되는 절연 테이프의 개선에 관련한 것이다.
여러 타입의 축적(built-up) 운모 테이프가 그것의 전기적 절연과 열에대한 저항의 훌륭한 특성때문에 고전압기기(예, 고전압로터리머신)내에서 조합된 전기 코일의 전기적 절연을 위해 널리 사용되고 있다. 일반적으로, 이 운모 테이프들은 고운 운모 입자로부터 소위 장망식 초지기(fourdrinier paper making machine)에 의해 만들어지는 축적운모와, 이 축적운모에 폴리에스테르 수지나 에폭시수지 또는 실리콘 수지와 같은 접착제에 의해 접합되는 종이나 유리면 또는 폴리에스테르 필름과 같은 보강제를 포함한다.
축적운모를 형성하는 고운 운모 입자들은 운모 내에 함유된 결정수(結晶水)에 의해 서로 연결되고 운모입자들 사이의 연결은 부서지기가 쉽다. 그러한 약한 연결때문에 예를 들어 절연을 위해 전기 코일 둘레로 합성 테이프를 감싸는 공정시에 축적운모는 벗겨지거나 떨어져 나가기 쉽다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 운모 입자들을 접합시키려는 목적으로 접착제의 양이 증가된다. 대신으로 방향성 폴리아마이드 섬유가 축적운모 테이프 내에서 운모 입자들을 섬유들로 붙들도록 종이를 만드는 단계에서 운모 입자들과 혼합된다.
그러나, 접착제가 그 양에 있어서 증가함에 따라, 주어진 테이프의 두께내에서 축적 운모 테이프의 운모 함량은 상대적으로 줄어들게되는데 이것은 테이프의 절연 내력과 열저항성에 있어서 바람직하지 못하다. 또한 접착제 함량의 증가는 예를 들어 고전압로터리머신의 피복된 전기 코일을 위한 열경화성 수지로의 진공 압력 함침 처리에서 수지 함침능력에 영향을 미친다. 방향성 아마이드 섬유의 혼합물의 경우에 전기 코일은 재사용의 목적으로 연소될 때 수소시안화물을 함유하는 유독 기체를 발생하는데 이는 전기 코일 또는 한 묶음의 도체의 재사용에 있어서 방해가 되어왔다.
본 발명의 목적은 뛰어난 절연 내력과 내열성을 보이고 전기 코일 등을 감기 위한 좋은 작업성을 제공하며 뛰어난 수지 함침능력을 제공하는 절연 테이프의 이용에 있어서 환경친화적인 면을 가지는 고전압기기를 제공하는 것이다.
본 발명의 견지에 따라, 도체 주위로 절연 테이프를 감은후 절연의 목적을 위해 절연테이프를 열경화성 수지로의 함침에 의해 준비되는 코일을 포함하는 고전압기기가 제공되는데, 여기서 절연 테이프는 고운 운모 입자들과 폴리올레핀-계열 합성 펄프를 함유한 축적운모테이프와 보강제로 구성되는 적층된 몸체의 형태를 하고 있으며, 폴리올레핀 합성펄프는 고운 운모 입자들 사이와 축적운모 테이프와 보강 부재 사이의 결합을 이루기 위하여 용융된 후 고화된다.
본 발명의 또다른 견지에 따라, 도체 주위로 절연 테이프를 감은 후 준비되고 절연의 목적을 위해 절연테이프를 열경화성 수지로의 함침에 의해 준비된 코일을 포함하는 고전압기기가 제공되는데, 여기서 절연 테이프는 고운 운모 입자들을 함유한 축적운모테이프와 파라핀 분말을 함유하는 축적운모테이프와 보강 부재로 구성되는 적층된 몸체의 형태를 하고 있으며, 파라핀 분말은 고운 운모 입자들 사이와 축적운모 테이프와 보강 부재 사이의 결합을 이루기 위하여 용융된 후 고화된다.
본 발명의 부가되는 목적과 장점이 다음의 기재에서 기술될 것이고, 부분적으로는 기재로부터 분명해질 것이며, 또는 본 발명의 실시예에 의해 이해될 것이다. 본 발명의 목적과 장점은 첨부된 청구범위 내에서 특별히 지적되는 수단과 조합에 의해 이해되고 얻어질 것이다.
통합되어 명세서의 일부를 구성하는 수반되는 도면들은 본 발명의 현재 바람직한 실시예를 나타내고, 간단한 설명과 바람직한 실시예의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리의 설명을 돕는다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에서 준비되는 축적(built-up)운모 테이프를 도식적으로 보여주는 단면도;
도 2는 본 발명의 고전압기기에서 사용되는 절연코일의 구성을 도식적으로 보여주는 단면도;
도 3은 실시예 1, 2 그리고 비교 실시예의 각각에서 절연된 코일의 정전용량에 있어서 시간에따른 변화를 나타내는 그래프;
도 4는 실시예 1, 2 그리고 비교 실시예의 각각에서 탄젠트 δ의 값에 있어서 적용된 전압에 따른 변화를 보여주는 그래프; 그리고
도 5 는 실시예 1, 2 그리고 비교 실시예의 각각에서 탄젠트 δ의 값에 있어서 온도에 따른 변화를 보여주는 그래프 이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 축적운모테이프 4 : 운모입자
2 : 축적운모시트 5 : 합성펄프
3 : 폴리에스테르필름
본 발명은 열경화성 수지 함침이 있는 절연테이프에 의해 절연된 전기 코일들 구비하는 고전압 로터리 머신과 같은 고전압기기에 관한 것이다. 본 발명에 따르는 전기기기에 사용되는 절연테이프는 고운 운모 입자들로 이루어진 축적 운모와, 폴리올레핀-계열 합성 펄프 또는 파라핀 분말과, 보강 부재로 구성된다.
본 발명에 따르는 절연 테이프를 만들기 위하여 천연 운모 또는 합성 운모가 사용될 수 있다. 천연운모에 있어서는 백운모와 금운모가 있는데 백운모는 그것의 소성 또는 비소성 타입으로 이용된다. 운모의 전기적 절연성과 내열성에 관한 특성은 그것의 종류와 타입에 따라 다르다. 따라서, 요구되는 열적, 전기적 그리고 기계적 특성들의 관점에서, 절연 테이프에 사용을 위해 적합한 운모가 선택된다.
본 발명에 따르는 절연테이프에 이용되는 합성 펄프는 재료로서 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리이소부틸렌, 등으로부터 기계적 또는 화학적 처리에 의해 만들어지는 단위 부피당 큰 표면적 또는 불균일한 크기의 입자들을 가지는 펄프와같은 다중-가지 섬유 형태를 하는 폴리올레핀-계열 열경화성수지로 되어있다. 본 발명에 있어서, 20 내지 1,000 mL의 캐나다 표준 여수도(濾水度)를 구비한 합성 펄프를 사용할 것이 요구된다.
본 발명에 있어서, 합성 펄프가 무게로 100의 운모에 대하여 무게로 2 내지 12가 함유될 것이 요구된다. 만약 합성 펄프의 혼합 비율이 무게로 2 보다 적다면 합성펄프는 고운 운모 입자들을 붙들기 위하여 충분하게 역할을 다하지 못한다. 또한, 용융되어 고화된 합성펄프는 보강제로 고운 운모 입자들을 결합하는것 만큼 고운 운모 입자들을 결합하기 위한 충분한 접착 강도를 제공하지 않는다. 그 결과 이것들은 절연테이프 내의 운모가 벗겨지거나 떨어져나가는 것을 야기 시킨다. 무게로 12 이상의 합성 펄프는 절연테이프에 더적은 다공성을 부여하며, 이것은 열경화성 수지의 진공 압력 함침의 공정에 있어서 함침성을 줄어들게 하고 전기 절연 특성을 낮춘다.
본 발명에 있어서, 상기 언급된 폴리올레핀-계열 합성 펄프 대신에 파라핀 분말이 사용될 수 있다. 필요하게는 사용된 파라핀 분말은 최소한 75℃의 융점을 가지며, 50 내지 70 메시의 입자 크기를 가진다.
파라핀 분말은 운모의 무게 100에 대하여 무게 5 내지 30의 양이 사용되어야 한다. 만약 용융되어 고화된 파라핀 분말의 혼합비율이 무게로 5 이하이면, 합성 파라핀 분말은 고운 운모 입자사이에서 그리고 축적 운모 시트와 본 발명에서 사용되는 절연 테이프를 준비하기 위하여 하나씩 적층된 보강 부재 사이의 충분한 결합력을 나타내지 못한다. 그 결과로, 운모 시트가 벗겨지거나 또는 운모 입자가 떨어져 나가는 경향을 보인다. 반면에, 만약 파라핀 분말의 혼합 비율이 무게로 30을 초과하면, 테이프는 더 적은 다공성을 부여한다. 그 결과, 테이프는 열경화성 수지의 진공 압력 함침의 공정 동안에 열경화성 수지로 충분하게 함침되질 못하여, 낮은 절연 성능의 결과를 낳는다.
보강제로서, 종이, 플라스틱 필름, 엮어진 섬유(면), 엮어지지않은 섬유 등이 본 발명에 따르는 절연 테이프에 사용될 수 있다. 적합한 보강제는 기계적 강도, 절연 그리고 열저항에 관한 요구되는 특성들에 따라 결정된다. 예를들면, 폴리올레핀-계열 합성 펄프의 접착 강도를 증가시키기 위하여 엮어진 또는 엮어지지 않은 유기 섬유의 보강제가 요구된다. 또한, 더 높은 레벨의 열 저항이 요구되는 곳에서는, 보강제로서 열 저항에 있어서 뛰어난 폴리이미드 필름 등을 사용하는 것이 요구된다.
축적 운모 테이프는 본 발명에 있어서 절연테이프로서 이용된다. 축적 운모 테이프는 보강제 상부에 적층된 축적 운모의 마스터 롤(master roll)로 부터 이를 세로로 잘라서 얻어진다. 그러므로, 동일한 방법으로 마스터 롤로부터 얻어진 길이가 2m 또는 그보다 이하인 적층 운모 시트가 또한 적용될 수 있다라는 것을 염두해 두어야 한다.
이하에서 본 발명에서 이용되는 축적 운모 테이프가 생성되는 방법이 기술된다. 먼저 분쇄된 고운 운모 입자들과 합성 펄프 또는 파라핀 분말의 혼합물로 된 슬러리를 준비한다. 이 슬러리로부터, 축적 운모는 장망식 초지기 또는 실린더 페이퍼를 만드는 기계를 사용하여 알려진 방법으로 만들어진다. 다음, 축적 운모는 적합한 보강제 상부에 적층되고 임의의 압력 하에서 가열된다. 압력하의 가열은 상기에서 기재되었듯이 예를들어 일반적으로 사용되는 뜨거운 캘린더 롤을 통하여 영향을 받고, 부분적으로 또는 전부 용융된 축적 운모 내에 함유된 합성 펄프 또는 파라핀 분말을 처리하는 압력하의 이 가열에 있어서 그러하다. 그 결과, 합성펄프 또는 파라핀 분말은 고화하여 운모 입자들과 보강제를 결합하는 것은 물론 운모입자들을 결합하는데 이용된다.
고운 운모 입자들이 고화된 합성 펄프 또는 파라핀 분말에 의해 서로 강하게 결합되어있기 때문에 절연 테이프 내의 운모 함량은 증가될 수 있다. 이것은 본 발명에 따르는 절연테이프가 운모의 고유의 특성의 잇점을 가질 수 있고, 또한 운모입자들의 벗겨짐이나 또는 나가떨어짐이 막아질 수 있다는 것을 의미한다. 그래서, 그것은 절연 내력과 열 저항에 있어서 훌륭한 특성을 나타내는 고전압기기를 제공하는 것이 가능하게 한다. 또한 주목해야 할 것은 본 발명에 따르는 축적 운모 테이프에 사용되는 합성 펄프 또는 파라핀 분말이 질소 원자를 함유하지 않는다는 것이고, 절연 테이프에 의해 감싸여진 전기 코일이 상기 언급된 합성펄프 또는 파라핀 분말이 만약 연소된다면 수소 시안화물과 같은 해로운 기체들을 발생시키지 않는다는 것에 기인하여 재사용을 위해 재생산될 수 있다.
실시예
제 1 실시예 :
소성 백운모에 기초를 둔 운모 페이퍼의 무게로 100과 1.0 mm의 평균 섬유 길이와 700 mL의 여수도를 가지는 폴리프로필렌 합성 펄프의 무게로 3을 함유하는 슬러리가 준비되었다. 다음, 축적 운모 시트는 장타원형 메시 타입 초지기를 이용하는 종이를 만드는 방법에 의해 준비되었다. 수분이 제거되고 건조된 후에, 축적 운모 시트는 보강 부재로서 사용되는 폴리에스테르 필름의 한 표면 상부에 계속적으로 적층되었고, 축적 운모 테입을 얻기 위하여 적층된 몸체를 캘린더 롤을 통하여 열 하에 통과시키는 것이 뒤따랐다.
도 1 은 최종의 축적 운모 테이프(1)를 도식적으로 보여주는 단면도이다. 도면에서 보여주듯이, 축적 운모 테이프(1)는 축적 운모 시트(2)와 보강제로서 역할을 하는 폴리에스테르 필름(3)으로 구성되는 적층된 몸체의 형태를 하였고, 상기 축적 운모 시트(2)는 고운 운모 입자들(4)과 폴리프로필렌 합성펄프(5)로 구성된다. 캘린더링 단계 동안에, 합성 펄프(5)는 용융되었다. 나중에 고화되었을 때, 고화된 합성펄프(5)는 고운 운모 입자들(4)을 서로 강하게 결합시켰으며, 축적 운모 시트(2)를 보강 부재(폴리에스테르 필름(3))에 또한 강하게 결합시켰다.
제 2 실시예:
단단한 내화 타입의 백운모의 무게로 100과 60 메시의 평균 입자 크기를 가지는 파라핀 분말의 무게로 15를 함유하는 슬러리가 준비되었다. 다음, 축적 운모시트는 알려진 장타원형 메시 타입 초지기를 이용하는 종이를 만드는 방법에 의해 준비되었다. 수분이 제거되고 건조된 후에, 축적 운모 시트는 보강 부재로서 사용되는 폴리에스테르 필름의 한 표면 상부에 계속적으로 적층되었고, 축적 운모 테입을 얻기 위하여 적층된 몸체를 캘린더 롤을 통하여 열 하에 통과시키는 것이 뒤따랐다.
비교 실시예:
축적 운모 시트는 단단한 내화 타입 백운모와 방향족아미드 섬유를 함유하는 슬러리를 이용하여 종이를 만드는 방법에 의해 준비되었다. 다음, 그렇게 준비된 축적 운모 시트는 주 성분으로 에폭시 수지를 함유하는 접착제로 폴리에스테르의 한 표면에 결합되어, 축적 운모 테이프를 얻었다.
표 1은 제 1, 2 그리고 비교 실시예의 각각에서 얻어진 축적 운모 테이프의 특성을 나타낸다.
표 1
| 제 1 실시예 | 제 2 실시예 | 비교 실시예 | |
| 두께(mm) | 0.065 | 0.065 | 0.065 |
| 접착제(g/m2) | 0 | 0 | 6.6 |
| 운모(g/m2) | 53 | 52 | 43 |
| 인장강도(kg/cm) | 3.6 | 3.5 | 3.5 |
| 파괴전압(kV) | 6.9 | 6.9 | 6.3 |
표 1 에서 나타나는 인장강도와 파괴전압은 JIS(일본산업표준)-C2116에서 명시되어 있는 방법에 의해 측정되었다.
표 1 에서 보여주듯이, 제 1 실시예, 제 2 실시예 그리고 비교실시예의 각각에 있어서, 축적 운모 테이프의 평균 두께는 0.065 였다. 또한, 에폭시 수지와 같은 접착제가 본 발명의 실시예에서 사용되지 않기 때문에 단위 면적당 운모의 양은 제 1 그리고 제 2 실시예 각각에 있어서 비교실시예에서 보다 더 크다. 또한, 제 1 그리고 제 2 실시예의 각각에 있어서, 비교 실시에 에서의 축적 운모 테이프에 비하여 축적 운모 테이프는 인장강도에 있어서 실질적으로 동일하고, 파괴전압에 있어서 우수했다.
제 1 실시예, 제 2 실시예 그리고 비교 실시예에서 준비된 각각의 축적 운모 테이프는 도체의 둘레에 일반 방법에 의해 감겨졌고, 도 2에서 보여주듯이 육각형의 절연 코일 가닥(11)을 준비하는 것이 뒤따랐다. 복수의 육각형 절연 코일 가닥들(11)은 겹쳐서 적층되었으며, 적층 테이프를 절연 적층 구조 둘레에 감는 것이 뒤따랐다. 또한, 절연된 적층 구조는 비스페놀 A 타입 에폭시수지와 메틸헥사히드로프탈릭 무수물로 구성되는 수지 혼합물과 함께 진공-압력 상태의 조화하의 함침 처리에 놓여졌고, 고전압로우터리머신에 사용을 위한 절연 코일을 준비하기 위하여 수지를 열적으로 경화시키는 것이 뒤따른다.
절연된 코일을 준비하는 공정에 있어서, 축적 운모 테이프의 가공성능이 관찰되었다. 제 1 실시에 또는 제 2 실시예의 각각에서 얻어진 축적 운모 테이프는 충분한 휨 강도를 구비하고 있고, 가공성능에서 만족할 만 하다고 밝혀졌다. 또한, 고운 운모 입자들의 떨어져나감은 발견되지 않았다.
휨강도는 JIS-K6911에서 명시된 방법에 따라 측정되었다. 상세히 말하면, 적층된 플레이트는 축적 운모 테이프로부터 잘라낸 시트를 사용하여 준비되었고, 이전에 언급된 수지로 적층된 플레이트의 함침이 뒤따랐다. 수지-함침된 적층된 시트의 휨강도는 제 1 실시예에서 60 kg/mm2그리고 제 2 실시예에서는 62 kg/mm2으로 밝혀졌고, 비교 실시예에서는 54 kg/mm2으로 밝혀졌는데, 이는 제 1 및 제 2 실시예에서보다 두드러지게 낮다.
수지 함침 가능성이 정전용량에 있어서 시간에 따른 변화를 기준으로 관찰되었고, 압력 적용의 개시로 시작하였다. 실험적 데이터가 도 3에 나타난다. 도 3 으로부터 분명하듯이 제 1 실시예 그리고 제 2 실시예는 수지 함침 가능성에 있어서 비교실시예에 비하여 더 우수한 것으로 밝혀졌다.
또한, 탄젠트δ와 적용된 전압 사이와 탄젠트δ와 온도사이에서의 관계는 코일의 절연층에 대하여 측정되었고 결과는 도 4와 5에 나타나 있다. 도 4에서 보여주는 것처럼, 탄젠트δ-전압 특성에 있어서 제 1 그리고 제 2 실시예는 실질적으로 비교실시예와 동일하다. 절연된 코일에 있어서, 함침수지는 절연층 내에서 유동하여 빈공간의 결과를 야기시키는 것으로 알려져 있고, 증가된 탄젠트δ의 결과로 이끈다. 도 5로부터 분명하듯이, 온도에 대한 탄젠트δ의 상승에 있어서 제 1 그리고 제 2 실시예의 각각에 있어서의 절연된 코일은 비교 실시예에 비해서 작다. 이것은 함침수지의 유동과 절연 층 내의 빈공간 발생이 저지되며, 만족할 만한 절연층이 본 발명의 각 실시예 내에 형성됨을 가리킨다.
추가의 장점이나, 변형이 당업자에게 당연히 일어날 것이다. 그러므로, 넓은 관점에서 본 발명은 여기에 나타난 기재된 상세한 설명 및 대표적인 실시예에 국한되지는 않는다. 따라서, 각종 변형이 첨부된 청구항 등에 의해 한정되는 일반적인 신규 개념의 정신 또는 범위로부터 출발하지 아니하고 만들어 질 수 있다.
Claims (7)
- 전기 절연을 위한 열경화성 수지의 차후 수지함침이 있는 절연테이프에 의해 감겨진 도체를 구비한 전기 코일들을 포함하는 고전압기기에 있어서,절연테이프가 고운 운모 입자들의 축적 운모와 합성 펄프와 보강제로 구성되는 적층된 몸체이고, 고운 운모 입자들 사이의 그리고 고운 운모 입자들과 보강제 사이의 결합은 용융되어 고화되는 합성 펄프에 의해 영향을 받는 것을 특징으로 하는 고전압기기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 축적 운모가 고운운모입자를 무게로 100을 그리고 합성 펄프를 무게로 2 내지 12 를함유하는 것을 특징으로 하는 고전압기기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 합성 펄프는 폴리에틸렌과 폴리프로필렌과 폴리부틸렌과 폴리이소부틸렌 또는 이들의 혼합물의 복수의 가지모양 섬유들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고전압기기.
- 제 1 항에 있어서 상기 합성 펄프는 20 내지 100 mL의 여수도를 구비하는 것을 특징으로 하는 고전압기기.
- 도체 주위에 절연테이프를 감은후, 절연 목적을 위해 열경화성 수지로 상기 절연 테이프를 함침시켜 준비되는 코일을 포함하는 고전압기기에 있어서,상기 절연 테이프는 고운 운모 입자들과 파라핀 분말과 보강 부재를 함유하는 축적 운모로 구성되는 적층된 몸체의 형태를 하고, 상기 파라핀 분말은 상기 고운 운모 입자들 사이의 그리고 상기 축적 운모와 상기 보강 부재 사이의 결합을 얻기 위하여 용융된후 고화되는 것을 특징으로 하는 고전압기기.
- 제 5 항에 있어서, 상기 축적 운모는 고운 운모입자들을 무게로 100 그리고 파라핀 분말을 무게로 5 내지 30을 함유하는 것을 특징으로 하는 고전압기기.
- 제 5 항에 있어서, 상기 파라핀 분말은 50 내지 70 메시의 입자 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 고전압기기.
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