[發明專利]用于中壓和/或高壓機器的纏繞帶絕緣的電絕緣材料和/或浸漬樹脂以及由其制成的絕緣體系

在審

• 申請號: 201880061119.6
• 申請日: 2018-09-13
• 公開（公告）號: CN111133661A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: J.休伯;S.朗;N.米勒;M.納杰爾;M.于布勒
• 申請（專利權）人: 西門子股份公司
• 主分類號: H02K3/30
• 分類號: H02K3/30;H01B3/46;H01B3/30;C08L63/00;C08L83/06;C08L63/04;H01B3/40
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 任麗榮

本發明涉及用于纏繞帶絕緣的電絕緣材料和/或浸漬樹脂以及絕緣體系，例如用于旋轉電機、特別是中壓或高壓電機的絕緣體系。通過本發明，首次提供用于纏繞帶絕緣的絕緣材料和/或浸漬樹脂，所述絕緣材料和/或浸漬樹脂由于在經固化的樹脂中的形成SiR₂?O?骨架的化合物的存在而呈現顯著提高的耐局部放電性。由此，絕緣體系的厚度可大大減小，即例如減小了高達20％。

本發明涉及用于纏繞帶絕緣(Wickelbandisolierung)的電絕緣材料和/或浸漬樹脂以及絕緣體系，例如用于旋轉電機、特別是中壓或高壓電機的絕緣體系。

通常使用發電機形式的旋轉高壓機器來產生電能。EP 1 981 150 A2描述了一種發電機，其具有可旋轉的轉子和圍繞該轉子布置的定子。定子具有旋轉對稱配置的疊片鐵芯，其中導電繞組棒在疊片鐵芯處的凹槽中延伸。繞組頭部(端部繞組)在兩側上均連接至疊片鐵芯，該繞組頭部通過連接桿將繞組棒連接起來以形成一個封閉的繞組。

在功率超過500MVA的高壓機器的運行中可獲得超過10kV的額定電壓。部件相應地承受高的機械、熱和電應力。因此，電導體的絕緣體系的可靠性對操作可靠性至關重要。

絕緣體系的任務是使電導體例如電線、線圈和繞組棒永久地彼此絕緣，并相對于定子的疊片鐵芯或周圍環境絕緣。為此，絕緣體系在子導體(或稱為導體元件)之間(子導體絕緣)、在導體或繞組棒之間(導體或繞組絕緣)以及在導體與凹槽及繞組頭部區域中的接地電位之間(主絕緣)具有絕緣。

這種電應力絕緣中的根本問題在于局部放電引起的腐蝕，形成“茶環(Teering)”通道，其最終導致絕緣的電擊穿。通常，旋轉機器中的帶電壓的導體的永久絕緣使用基于云母的絕緣來實現。

為形成主絕緣，用云母帶纏繞由絕緣子導體制成的預制線圈，并通過真空壓力浸漬(VPI工藝)用樹脂浸漬。在此，云母帶以云母紙的形式使用。

通過浸漬，用絕緣材料填充了云母紙中的處于單個顆粒和/或帶褶皺之間的空腔。由浸漬樹脂和云母紙組成的復合材料經過固化，形成絕緣物，然后該絕緣物在絕緣體系中被處理并提供了絕緣體系的機械強度。電氣強度是由云母中大量的固體-固體界面產生的。因此，通過VPI工藝，絕緣體中即使最小的空腔也必須用樹脂填充，以最小化內部的氣體-固體界面的數量。

總體上，這對繞組導體相對于彼此的絕緣、繞組相對于疊片鐵芯的絕緣以及在導體從疊片鐵芯的出口處形成的滑動裝置提出了極高的電氣、熱和機械要求。在機器絕緣中，對銅導體組件和高壓絕緣體之間的內部電勢控制IPS、繞組與疊片鐵芯之間的外部電暈屏蔽(AGS)以及繞組棒從疊片鐵芯的出口處的末端電暈屏蔽(EGS)進行區分。

常規的絕緣體系的厚度在0.5至6mm的范圍內，其包括由以下構成的經浸漬的繞組：具有帶粘合劑和帶促進劑的云母帶，基礎樹脂如環氧樹脂和一種或多種固化劑，任選地，環氧官能化的固化劑。在旋轉電機的運行期間，隨著時間的流逝出現放電，放電繼而侵蝕絕緣體中的塑料。

在這種情況下會局部地破壞塑料并且導致電侵蝕(腐蝕)現象。通過延長侵蝕路徑，絕緣體系的這種破壞被絕緣體系中的耐局部放電的片狀形式的云母所延遲，從而可確保20年的最小壽命。然而，侵蝕路徑在整個使用壽命過程中不斷地貫穿絕緣體系地形成，直到最終在旋轉電機中出現接地故障為止。如果此時將電場強度從3.5kV/mm提高到例如4.5kV/mm，則電侵蝕路徑將形成得較早，并且在例如甚至5年后就導致接地故障，從而導致完全失效。

在此，原則上，絕緣體系的厚度應選擇為盡可能低，以實現機器的高效率。為了增加發電機和電動機中的功率密度，期望將絕緣體系的厚度減小例如約20％。不可避免地，這會導致絕緣體系中的電場強度又例如從3.5kV/mm上升至4.5kV/mm，并且從而導致增加的局部放電活動。

常規使用的絕緣體系在至少20年的技術上可行的使用壽命下允許3.5kV/mm的持續工作場強。