[发明专利]旋转机械用的绝缘材料

说明书

本发明涉及用于旋转机械如电动机和发电机的绝缘材料及其应用。

电气机械如电动机和发电机具有电导体、电绝缘和定子叠片铁心。绝缘体系的可靠性对其运行安全性起决定性作用。绝缘体系的任务是使电导体(导线、线圈、棒)长期地相互绝缘并对定子叠片铁心或外界绝缘。在高压绝缘内，区分为部分导体之间的绝缘(部分导体绝缘)、导体或线圈之间的绝缘(导体绝缘或线圈绝缘)和槽-和绕组-头部区域中的导体和机壳电位之间的绝缘(主绝缘)。主绝缘的厚度不仅适配于该机械的额定电压，也适配于运行条件和制造条件。将来的用于发电的设备的竞争能力、其分布和利用决定性地取决于为绝缘所使用的材料和应用的技术。

这类带电的绝缘体中的主要问题在于所谓的局部放电引起的侵蚀。在机械运行时机械负荷或热负荷的情况下，在绝缘和导体之间或在绝缘和定子叠片铁心之间的界面上会形成空腔，在空腔中由于局部放电会产生火花。通过火花可在该绝缘中形成所谓的“树枝状”通道。最终，此形成的树枝状通道可导致绝缘的电击穿。基于此原因，现有技术是，为持续绝缘，旋转机械(电动机、发电机、涡轮发电机、水力发电机、风力发电机)中定子的带电压的导体使用基于云母的绝缘材料。

现今，在高压电动机和中压电动机和高压发电机和中压发电机中使用层状云母绝缘体。在此种情况下，由绝缘的绕组线段制备的成型线圈用云母带缠绕，并优先在真空-压力-过程中(VPI＝真空压力浸渍)中用人造树脂浸渍。对此，云母以云母纸的形式使用，由此在浸渍过程中，位于云母纸中各颗粒间的空腔被树脂所填充。浸渍树脂和云母的载体材料的复合提供了该绝缘的机械强度。电气强度由所用云母的大量的固-固界面产生。该如出产生的由有机和无机材料构成的层形成微观界面，其抗局部放电和抗热应力的稳定性由云母片的特性确定。通过复杂的VPI-过程还必需用树脂充满绝缘中最小的空腔，以使内部的气-固-界面的数目最小化。

为进一步改进稳定性，还述及使用纳米颗粒的填料。由文献(和通过使用云母的经验)已知，与聚合物绝缘材料相反，在局部放电作用下无机颗粒不会或仅在非常有限的范围内受损或遭破坏。在此，产在的抑制侵蚀的效应尤其取决于颗粒直径和由此产生的颗粒表面积。这表明，颗粒的比表面积越大，对颗粒的抗侵蚀性作用就越强。无机纳米颗粒具有非常大的比表面积，即50 m²/g或更大。

为此，主要使用下列技术：

真空-压力-浸渍技术(VPI-过程)

富含树脂 (Resin Rich)技术

该两种技术之间的主要区别是线圈的实际绝缘体系的结构和制备。在VPI体系中绕组经浸渍和在循环空气炉中硬化后才制成，而单独在温度和压力下硬化的富含树脂线圈的铁心在安装进定子之前已是起作用的和可检验的绝缘体系。

VPI-过程使用多孔带，其在真空和接着的对浸渍容器施加过压下，经在循环空气炉中硬化后形成牢固的和连续的绝缘体系。

与此相反，制备富含树脂的线圈是复杂的，因为每个线圈铁心或绕组棒必须以特定的烘焙压制单独制备，这导致各个线圈的成本可比增加。在此使用浸渍有聚合物绝缘材料的云母带，该绝缘材料以所谓的B-状态存在。这意味着该聚合物，大多为芳族环氧树脂(BADGE、BFDGE、环氧化的酚醛树脂、环氧化的甲酚-线型酚醛树脂和酸酐或胺作为硬化剂)，是部分交联的，并因此具有无粘性状态，但在再次加热时又重新熔化并且随后可硬化，以由此最终成型。因为以过量引入该树脂，所以在接着的压制中树脂可流入所有的空腔和空穴中，以达到相应的绝缘品质。多余的树脂通过压制过程从容器中压出。由文献已知，在聚合物绝缘材料中使用纳米颗粒填料明显改进了在电气使用寿命方面的绝缘。

EP 1366112 B1中描述了一种体系，该体系述及纳米颗粒聚合物的制备和特性。其中描述含基于二氧化硅的纳米颗粒填料的聚合物，该二氧化硅的分布曲线的最大半值宽度为1.5 d_max。

那里所提出的解决办法的缺点在于，在形成钝化层方面，所提出的绝缘仍并非是最佳的。当充填纳米颗粒的聚合物经受局部放电时，由于施加绝缘材料形成钝化层。在局部放电作用下该聚合物基质降解，并释放出填料即例如纳米颗粒，然后该纳米颗粒在表面上形成牢固粘附的层，并由此钝化该覆盖有绝缘的基体。在上述EP 1366112 B1的情况下，形成该鈍化层的持续时间长，并且附聚作用不完全。

因此，本发明的目的是提供用于绝缘材料的填料，该填料在局部放电作用和聚合物基质分解时有助于形成侵蚀-钝化保护层。