[发明专利]电绝缘材料，电力设备和生产电绝缘材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及电绝缘材料，其由用浸渍介质浸渍的纤维基质形成。本发明也涉及电套管、电机绕组和包含这种材料的电力设备，以及生产所述材料的方法。

背景技术

在电力行业中环氧树脂广泛地用于设备比如电涌放电器、高压断路器和变压器中的电绝缘用途。然而环氧树脂的热导率相对低，这增加了在使用包含环氧树脂的电绝缘材料的某些应用中发生热问题和过热的风险。树脂浸渍纸(RIP-)电套管往往用于变换和切换几百伏到数千伏的AC或DC电压的电气系统。因为电绝缘材料需要具有相当的厚度，所以用于这种应用的电套管是相当大的。

在电套管内部金属箔的尖端周围也可能出现高的电应力，并且高的工作温度可能在电套管中和电套管周围引起热膨胀问题。这种苛刻条件与难以湿润性以及环氧树脂与其他材料之间热膨胀系数的不匹配相结合，也可以导致电绝缘材料的剥离，其反过来可导致破坏性的局部放电。

发明内容

本发明的目的是提供改进的电绝缘材料。

该目的通过具有权利要求1的特征的电绝缘材料实现。根据本发明的电绝缘材料由多孔的纤维基质形成，所述多孔的纤维基质被含有填料粒子的浸渍介质浸渍，即被浸渍介质部分或完全地填充，所述填料粒子具有比所述浸渍介质高的热导率并且在至少一个维度方向上，即宽度、长度和/或高度方向上，具有小于1μm的尺寸，优选在至少一个维度方向上具有小于100nm的尺寸，即″纳米粒子″。所述纤维基质中至少部分渗入所述浸渍介质的这种填料粒子。由此，与用不包含上述类型粒子的浸渍介质浸渍的纤维基质形成的常规绝缘材料相比，该被浸渍的纤维基质和由其形成的电绝缘材料的热导率将得到改进。

在本说明书和随后的权利要求中，术语″多孔纤维基质″指具有如此的渗透性的纤维基质，所述渗透性使得浸渍介质能够渗入基质纤维之间的空腔。

所述填料粒子可以为任何规则的或不规则的形状并且在几个或所有维度方向上的尺寸小于上述给定的尺寸。所述填料粒子例如可为球形、管状或纤维等的形式。然而至少一些填料粒子的尺寸应该小得足以允许所述粒子在浸渍阶段期间渗入多孔的纤维基质。因此至少一些填料粒子的尺寸应该小于所述多孔纤维基质中孔或空腔的尺寸。

已经发现适当的填充粒子的引入提高了电绝缘材料的热导率而同时保持其电绝缘性能。

利用本发明电绝缘材料增强的热导率的一种方法是增加已经用本发明电绝缘材料的电绝缘体代替常规电绝缘体的电力设备的载流量。

因为纳米粒子能更容易地渗入所述纤维基质并且它们分散在所述浸渍介质中不产生沉积并且不导致纤维基质的磨损，所以使用纳米粒子比使用微米粒子具有多个优点。也可使用纳米粒子以得到适合于控制高的场应力的场梯度性能。这可防止电绝缘材料的长期劣化性并允许更宽的设计领域，并因此减小绝缘体厚度。

根据本发明的一个实施方案，所述浸渍介质含有最多至25体积％的填料粒子，优选最多至15体积％的填料粒子，并最优选最多至5体积％的填料粒子。由于结合极其小的填料粒子到所述浸渍介质中，因此仅加入少量的填料粒子就可显著改善电绝缘材料的热、物理和电性能，从而能使得本发明的电绝缘材料保持低的重量和体积。此外，所述浸渍介质中的小填料粒子的浓度将不会明显地提高所述浸渍介质的粘度。

当填料粒子引入液体的时候，由于所述填料粒子高的极性特性使得它们与非极性浸渍介质不相容，所以液体的粘度往往增高。此外，随着粒度降低，由于粒子和浸渍介质之间的表面积增加，所以粘度提高。因为例如在真空浸渍期间，高粘性液体不会像低粘性液体一样浸渍多孔基体，所以这是缺点。为削弱该缺点，根据本发明的一个实施方案，表面改性所述填料粒子，以降低包含填料粒子的浸渍介质的粘度。通过化合物的常规反应实现表面改性，所述化合物能与填料粒子的表面基团反应和/或相互作用从而在填料粒子和表面改性组分之间产生共价键、离子键、氢键或范德华结合，并因此得到填料粒子和浸渍介质之间优良的相容性。

或者在填料粒子引入到浸渍介质中之前或之后、或者在包括在填料粒子引入到浸渍介质中之前或之后进行的步骤的方法中、或者在填料粒子引入浸渍介质的同时，改性所述填料粒子的表面。