SE455246B - Herva for anordnande i spar i en stator eller rotor i en elektrisk maskin och sett att tillverka en sadan herva - Google Patents

Description

455 246 2 Det är ett starkt önskemål att huvudisoleringen har en god värmelednings- förmåga därför att en ökad värmeledningsförmåga medför ökade prestanda för maskinen.

För att förbättra värmeledningsförmågan hos en glimmerisolering för elektriska maskiner föreslås i den japanska patentskriften 12756U/1978 Gpubliceringsnummer 55-53802) att ett pulver av oorganiskt material med bättre värmeledningsförmåga än glimmer såsom bornitrid eller aluminiumoxid inkorporeras i glimmerskiktet tillsammans med syntetiska fibrer såsom polyamidfibrer. varvid fibrernas uppgift är att tjänstgöra som armerings- material för glimmerisoleringen. Framställningen av den kända glimmer- isoleringen sker genom att en uppslamning av små glimmerfjäll, pulvret av det oorganiska materialet och de syntetiska fibrerna behandlas enligt ett förfarande liknande det som användes vid papperstillverkning under bild- ning av en arkformig produkt. Pulvret av det oorganiska materialet blir därvid tillsammans med de syntetiska fibrerna inbäddat i glimmerskiktet.

När glimmerisoleringen senare impregneras med ett impregneringsharts underlättar de inbäddade pulverpartiklarna impregneringen. I det kända fallet användes en storlek hos partiklarna i pulvret av det oorganiska materialet av 30-100 gm.

Enligt den föreliggande uppfinningen har det visat sig möjligt att genom inkorporering av oorganiska fyllmedel i en huvudisolering för en härva till en elektrisk maskin avsevärt höja den elektriska hållfastheten sam- tidigt som isoleringens övriga egenskaper såsom mekaniska egenskaper, termiska egenskaper, inre glimningsnivå och förlustfaktor som funktion av temperatur och spänning kunnat bibehållas. Enligt uppfinningen uppnås detta genom inkorporering av ett pulver av oorganiskt material med god termisk ledningsförmåga och med en storlek hos pulverpartiklarna av O,l-1§ Fm.

Närmare bestämt avser den föreliggande uppfinningen en härva för anord- nande i spår i en stator eller rotor i en elektrisk maskin, vilken om- fattar ett knippe av ett flertal intill varandra anordnade ledare försedda med ledarisolering för isolering av ledarna från varandra samt en knippet omgivande huvudisolering för isolering av knippet mot maskinspàret, varvid huvudisoleringen omfattar ett bandage av ett i flera lager omkring knippet omlindat band- eller arkformigt isolermaterial omfattande ett skikt med små glimmerfjäll, vilket liksom utrymmen mellan skikt av glimmerfjäll i 455 246 bandaget innehåller ett härdat impregneringsharts, kännetecknad av att åtminstone den i utrymmena mellan glimmerskikt belägna delen av impregne- ringshartset är anordnad med partiklar av ett fyllmedel med en egenvärme- ledningsförmàga (intrinsisk värmeledningsförmàga) av minst 5 W/mK och med en storlek hos partiklarna av 0,1-15 ym hos minst 90 viktprocent av fyllmedlet. Företrädesvis uppgår egenvärmeledingsförmàgan hos fyllmedlet till minst 10 W/mK och uppgår storleken hos partiklarna till O.7:5 pm hos minst 90 viktprocent av fyllmedlet.

Uppfinningen är särskilt ägnad att komma till användning i elektriska maskiner för driftspänningar över 3 kV.

Fyllmedlet består företrädesvis av ett eller flera av ämnena bornitrid, aluminiumnitrid, kiselnitrid. aluminiumoxid, magnesiumoxid, berylliumoxid och kiselkarbid. Det kan vara fördelat såväl i den del av hartset som är anordnad i utrymmen mellan glimmerskikt som den del av hartset som är anordnad i glimmerskikt. Fyllmedlet kan också åtminstone i allt väsentligt vara fördelat enbart i den del av hartset som är anordnat i utrymmen mel- lan glimmerskikt, varvid glimmerskiktet åtminstone i allt väsentligt är fritt från fyllmedel.

Glimmerskiktet består av en matta av små glimmerfjäll, framställd på känt sätt genom spjälkning av vanlig glimmer och behandling av en uppslamning i vatten av de därvid bildade små glimmerfjällen enligt ett förfarande lik- nande det som användes vid papperstillverkning. Mattan, som är självbär- ande, består av varandra överlappande små glimmerfjäll med en storlek understigande 5 mmz, företrädesvis understigande 2 mm2, vilka hålls bundna vid varandra av mellan dem verkande molekylärkrafter. Spjälkningen av glimmern kan t ex ske genom att glimmern först upphettas och sedan utsattes för inverkan efter vartannat av två lösningar som reagerar under gasutveckling.

Glimmerskiktet fästes normalt till ett bärarmaterial, som företrädesvis utgöres av en glasfiberväv men som bland annat även kan bestå av papper eller av en väv eller matta av fibrer av bomull eller asbest eller en syntetisk polymer, såsom polyetylenglykoltereftalat eller polyamid.

Som exempel på lämpliga impregneringshartser, vilka kan vara av konven- tionellt slag, kan nämnas lösningsmedelsfria hartser såsom epoxihartser, 455 246 ” omättade polyesterhartser, modifierade epoxihartser såsom epoxinovolack- hartser och silikonhartser.

Av den sammanlagda volymen av impregneringsharts och det för värmeled- ningen aktiva fyllmedlet av ovan angivet slag i huvudisoleringen utgör volymen fyllmedel 5-50 X, företrädesvis 10-35 X.

Av den totala volymen av glimmer, eventuellt bärarmaterial. impregnerings- harts och för värmeledningen aktivt fyllmedel i huvudisoleringen utgör volymen glimmer företrädesvis 20-H0 Z, volymen bärarmaterial företrädesvis högst 15 Z, och helst 5-15 X, volymen impregneringsharts företrädesvis 30-60 X och volymen för värmeledningen aktivt fyllmedel företrädesvis 10-30 X. Vid sidan av de nämnda fyllmedlen kan isoleringen i begränsad omfattning innehålla andra pulverformiga tillsatser såsom finfördelad kiseldioxid.

En tänkbar förklaring till den markant förbättrade elektriska hàllfasthet som uppnås enligt den föreliggande uppfinningen är att de fina kornfrak- tioner av det för värmeledningen aktiva fyllmedel som användes enligt uppfinningen genom effektiv dispergering ger en mycket god homogenitet hos blandningen av impregneringsharts och fyllmedel. Detta medför att det de felställen som kan uppstå i isoleringen och som kan leda till genomslag blir mindre utpräglade än vid användning av grövre korn. En annan förkla- ring kan vara att benägenheten att skada glimmerskikten är mindre hos små korn än hos större. Detta torde vara av särskild betydelse för den utför- ingsform av uppfinningen, där glimmerskiktet åtminstone i allt väsentligt är fritt från fyllmedel.

Den föreliggande uppfinningen avser också ett sätt att tillverka en härva i enlighet med patentkraven 4-9. Såsom framgår av dessa kan isolermateria- let i huvudisoleringen impregneras med impregneringshartset antingen efter det att isolermaterialet i form av ett bandage anbringats omkring ledar- knippet eller innan isolermaterialet anbringas omkring ledarknippet för att bilda ett bandage. I förstnämnda fallet tillföras det för värmeled- ningen aktiva fyllmedlet till impregneringshartset före impregneringen. I sistnämnda fallet kan fyllmedlet tillföras före eller efter impregne- ringen. Vid tillförsel efter impregneringen kan fyllmedlet t ex anbringas som ett ytskikt på det impregnerade isolermaterialet, innan det formas till ett bandage omkring ledarknippet. ~ wnu uaa~ana h. 5 455 246 Uppfinningen skall förklaras närmare genom beskrivning av utföringsexempel under hänvisning till bifogade ritning, i vilken fig 1 visar en härva för en elektrisk maskin i sidovy, fig 2 samma härva i tvärsnitt och fig 3 en liten del av samma härvas isolering i tvärsnitt.

Exempel 1 Härvan enligt fig 1 har raka delar 10 och 11 avsedda att placeras i sta- torspàren på en högspänningsmaskin samt böjda änddelar 12 och 13 som kommer utanför maskinens spår. Den är försedd med en glimmerhaltig huvud- isolering 14 enligt den föreliggande uppfinningen. Härvan har uttag be- tecknade 15 och 16.

Härvan enligt fig 1 har såsom framgår av fig 2 ett knippe 17 av flera intill varandra anordnade enskilda ledare 18, var och en försedd med en ledarisolering 19. Ledarisoleringen 19 kan t ex bestå av en omspinning av glasgarn som impregnerats med ett bindemedel, t ex ett epoxiharts eller ett alkydharts, vilket därefter härdats, eller av en omspinning med ett tunt glimmerband eller av enbart ett lackskikt av sådan typ som normalt användes vid lackering av lindningstråd såsom tereftalsyraalkyder. poly- esterimider, polyimider, silikoner etc. Omkring ledarknippet är den tidi- gare nämnda glimmerhaltiga huvudisoleringen 14 anordnad. Den uppbygges genom omlindning med t ex halv överlapp av ett isolerband, t ex med en bredd av 25 mm och bestående av ett 0,09 mm tjockt självbärande skikt av varandra överlappande små glimmerfjäll fixerade vid ett 0,04 mm tjockt glasvävsband med en 0,006 mm tjock polyetylenglykoltereftalatfilm. Vid fixeringen smälter filmen partiellt och ansamlas vid kontaktytor mellan glimmerband och glasfibertrådar. Ett dylikt isolerband är beskrivet i det svenska patentet 200 820. Sedan knippet försetts med ett bandage av t ex tjugo ovanpå varandra belägna lager av glimmerbandet evakueras lindningen först vid ett tryck av 0.1 mm Hg och vid en temperatur av NO OC, varefter ett impregneringsharts innehållande bornitrid med en kornstorlek av 0,5-1,5 pm tillföres vid nämnda tryck för impregnering av bandaget. Sedan ant bax-ts' tillförts nöjes trycket till t ex 10 kp/cmz. Hartset kan ut- göras av 100 viktdelar av ett epoxiharts. vilket på känt sätt framställts av epiklorhydrin och 4,4'-dioxidifenyl-dimetylmetan och vilket har en epoxiekvivalent av 192, och 100 viktdelar av ett härdningsmedel bestående av en blandning av 75 viktdelar hexahydroftalsyraanhydrid och 25 viktdelar tetrahydroftalsyraanhydrid. Volymen bornitrid i hartset uppgår till'3O Z 455 246 6 av sammanlagda volymen av bornitrid och harts. Vid impregneringen tränger harts med bornitrid in i utrymmen mellan glimmerskikten och åtminstone hartset in i glimmerskikten själva. För att hartset inte skall tränga ut ur isoleringen under den påföljande härdningen kan det impregnerade ledar- knippet med glimmerbandsbandaget omges med ett tåtningsband av polytetra- fluoretylen eller dylikt. Härvan placeras sedan i ett formverktyg för härdning av hartsmaterialet. Härdningen sker vid en temperatur av cirka 160 OC under en tid av cirka 10 timmar. I fig 3 visas ett snitt genom ett fåtal av de lager av isolerbandet. varav isoleringen 14 är uppbyggd.

Glimmerskikten är här betecknade 20, glasfibertrådar i glasvävsbandet 21 och utrymmen mellan glimmerskikten 22. I den färdiga härvan utgöres huvud- isoleringens totalvolym till 27 % av glimmer, 45 X av harts. 20 X av bor- nitrid och 8 X av glasfiber.

Exempel 2 En härva tillverkas med användning av ett isolerband, som impregneras med impregneringsharts före dess omlindning omkring knippet 17 (fig 2), vilket kan vara av samma slag som i Exempel 1. Hartset innehåller ett omättat esterharts framställt av adipinsyra (11 molprocent), ftalsyraanhydrid (ll molprocent), maleinsyraanhydrid (23 molprocent) och etylenglykol (55 mol- procent) och försett dels med diallylftalat i sådan mängd att diallylfta- latet utgör 40 % av den sammanlagda vikten av esterharts och diallylftalat samt dels med bensoylperoxid i en mängd motsvarande 1 X av hela hartsets vikt. Hartset är dessutom försatt med aluminiumoxid med en kornstorlek hos alla korn av 2-4 ym i sådan mängd att aluminiumoxiden utgör 30 X av sammanlagda volymen av harts och aluminiumoxid.

Själva esterhartset kan framställas genom reaktion av en blandning av de nämnda syrorna och alkoholen i inert atmosfär genom höjning av temperatu- ren till 220 OC och bibehållande av denna temperatur tills reaktions- produktens syratal är cirka 30. Före impregneringen av isolerbandet för- sattes 100 viktdelar av hartset med aluminiumoxiden samt utspädes med 100 viktdelar aceton. Isolerbandet, som kan vara av samma slag som det i Exempel 1 beskrivna, kan impregneras med hartsmaterialet vid rumstempera- tur och atmosfärstryck. Det impregnerade glimmerbandet lindas efter av- drivning av lösningsmedlet därefter omkring ledarknippet 17 med halv över- lapp till trettio ovanpå varandra belägna lager för att bilda huvudisole- ringen 14. Härvan placeras sedan i ett formverktyg för härdning av harts- materialet vid en temperatur av 160 OC under en tid av tre timmar. 7 455 246 I den färdiga härvan utgöres huvudisoleringens totalvolym till 27 Z av glimmer, H5 I av harts, 20 Z av aluminiumoxid och 8 X av glasfiber.

Exempel 3 En härva tillverkas med användning av ett isolerband, som impregneras med impregneringsharts utan fyllmedelstillsats före omlindningen av isoler- bandet omkring ledarknippet 17 (fig 2), vilket kan vara av samma slag som i Exemplen 1 och 2. Impregneringshartset består av 100 viktdelar av epoxi- novolak "DEN 438" (Dow Chemical Co) och 3 viktdelar av bortrifluoridamin- komplexen "HZ 935 J50" (Ciba Geigy AG). Det impregnerade isolerbandets yta belägges med ett jämnt skikt av aluminiumoxid med en kornstorlek av 2-4 pm hos alla korn. Mängden aluminiumoxid utgör därvid 30 X av sammanlagda volymen av harts och aluminiumoxid. Det med beläggning försedda bandet lindas omkring ledarknippet 17 med halv överlapp till trettio ovanpå var- andra belägna lager för att bilda huvudisoleringen 15. Härvan placeras se- dan i ett formverktyg för hërdning av hartset vid en temperatur av 160 OC under en tid av 8 timmar. Fyllmedlet tränger därvid inte eller endast i ringa grad in i det i glimmerskiktet 20 befintliga hartset utan stannar helt eller i allt väsentligt i utrymmena 22 mellan glimmerskikten. I den färdiga härvan utgörs huvudisoleringens totalvolym till 27 X av glimmer, till 45 X av harts, till 20 Z av aluminiumoxid och till 8 X av glasfiber.

Exemgel Ä En härva tillverkas på samma sätt som i Exempel 3 men med användning av det i Exempel 1 beskrivna impregneringshartset och med användning av en kornstorlek av 10 gm hos aluminiumoxiden. Härdningen av hartset utföres vid 160 OC under en tid av 10 timmar.

Exemgel 5 En härva tillverkas på i Exempel 3 angivet sätt med den skillnaden att aluminiumoxiden inte anordnas som en beläggning på isolermaterialets yta utan i form av en beläggning på ett tunt band i form av en matta eller väv av en polymerfiber, t ex fiber av polyetylenglykoltereftalat eller poly- amid. Det tunna bandet med aluminiumoxidbeläggning lindas därvid tillsam- mans med isolerbandet omkring ledarknippet för att bilda huvudisoleringen.

Claims (7)

455 246 8 Bornitriden och aluminiumoxiden kan i Exemplen 1-5 ersättas med samma mängd aluminiumnitrid, kiselnitrid, magnesiumoxid, berylliumoxid eller kiselkarbid eller med samma mängd av en blandning av två eller flera av dessa ämnen eller med en blandning av bornitrid och aluminiumoxid. varvid kornen företrädesvis har en kornstorlek av 0,7-5 pm. Även om många omättade polyesterhartser och epoxihartser lämpade för impregnering av elektriska isoleringar är kända skall ytterligare några exempel på sådana hartser nämnas. Sålunda kan användas t ex ett polyester- harts bestående av 60 viktdelar av en reaktionsprodukt av 3 mol malein- syraanhydrid, l mol adipinsyra och 4,fl mol etylenglykol med ett syratal av 30. och av 40 viktdelar diallylftalat samt innehållande 0,75 X bensoyl- peroxid, och ett polyesterharts bestående av 70 viktdelar av en reaktions- produkt av 1 mol fumarsyra, 1 mol ftalsyra och 2,2 mol propylenglykol med ett syratal av 25, och av 30 viktdelar monostyren samt innehållande 0,5 X bensoylperoxid, liksom ett epoxiharts bestående av 100 viktdelar "Epon 828" (Shell Chemical Co) och 65 delar hexahydroftalsyraanhydrid. ett epoxiharts bestående av 85 viktdelar "Araldit F". 100 viktdelar "Hårdare 905" (båda från Ciba AG, Schweiz) och 15 viktdelar fenylglycidyleter eller ett epoxiharts bestående av 100 viktdelar "Dow 331" (Dow Chemical Co) och 65 viktdelar tetrahydroftalsyraanhydrid. PATENTKRAV '

1. Härva för anordnande i spår i en stator eller rotor i en elektrisk maskin. speciellt en högspänningshärva, vilken omfattar ett knippe (17) av ett flertal intill varandra anordnade ledare (18) försedda med ledarisole- ring (19) för isolering av ledarna från varandra samt en knippet omgivande huvudisolering (lä) för isolering av knippet mot maskinspåret. varvid huvudisoleringen.omfattar ett bandage av ett i flera lager omkring knippet omlindat band- eller arkformigt isolermaterial omfattande ett skikt (20) med små glimmerfjäll, vilket liksom utrymmena (22) mellan skikt av glim- merfjäll i bandaget innehåller ett härdat impregneringsharts, k ä n n e - t e c k n a d' därav, att åtminstone den i utrymmena mellan glimmerskikt belägna delen av impregneringshartset är anordnad med partiklar av ett fyllmedel med en egenvärmeledningsförmåga av minst 5 W/mK och med en kornstorlek hos partiklarna av 0,1-15 pm hos minst 90 viktprocent av fyllmedlet. nr »u 455 246

2. Härva enligt patentkrav 1. k ä n n e t e c k n a d därav, att fyll- medlet består av ett eller flera av ämnena bornitrid, aluminiumnitrid, kiselnitrid, aluminiumoxid. magnesiumoxid, berylliumoxid och kiselkarbid.

3. Härva enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att den del av hartset som är anordnad i glimmerskikt (20) är åtminstone i allt väsentligt fri från fyllmedel.

4. Sätt att tillverka en härva enligt något av patentkraven 1-3, k ä n n e t e c k n a t därav, att impregneringshartset anordnas i ban- daget (14) genom att härvan efter det att bandaget applicerats omkring ledarknippet (17) impregneras med impregneringsharts i ohärdat tillstånd innehållande fyllmedlet och impregneringshartset därefter härdas.

5. Sätt att tillverka en härva enligt något av patentkraven 1-3, k ä n n e t e c k n a t därav, att impregneringshartset anordnas i ban- daget (14) genom att det band- eller arkformiga isolermaterialet före omlindningen av ledarknippet impregneras med impregneringshartset i ohärdat tillstånd, att det impregnerade isolermaterialet lindas omkring ledarknippet (17) till ett bandage samt att impregneringshartset därefter härdas.

6. Sätt enligt patentkrav 5, k ä n n e t e c k n a t därav, att fyll- medlet tillföras impregneringshartset, innan isolermaterialet impregneras med impregneringshartset.

7. Sätt enligt patentkrav 5. k ä n n e t e c k n a t därav, att fyll- medlet tillföras impregneringshartset genom att anbringas på isolermate- rialets yta efter det att isolermaterialet impregnerats med impregnerings- hartset.