HIGH-TENSION INSULATION FOR ROTARY ELECTRIC MACHINES

Abstract: 1. High voltage winding insulation of rotatable electrical machines, comprising a heat-shrinkable organic carrier material coated with hardenable bonding resin and mica, which is wound round all the parts of the winding and compresses these by shrinkage, characterised in that the carrier material is pre-stretched in the winding direction by 8% to 30% and in the transverse direction by 5% at the most, and has a shrinkage initiation temperature in the temperature range for softening the solid bonding resin in the unhardened state, whereby the carrier material is completely shrunk before reaching the hardened state of the bonding resin and is fixed in this state by the hardened bonding resin.

Description: Hochspannungsisolation für rotierende elektrische Maschinen ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ Die Erfindung betrifft eine Hochspannungsisolation für rotierende elektrische Maschinen, vorwiegend für Spannungen über 1000 Volt nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein hierfür geeignetes sc#rumpffähiges Isoliermaterial ist aus der DE-PS 16 65 865 bekannt, das sowohl als Breitbandmaterial für die Umpressung der in die Nuten eingelegten geraden Spulenteile als auch als Bandmaterial für die ausserhalb der Nuten liegenden gekrümmten Spulenkopfteile vorgesehen ist. Es besteht aus einer harzundurchlässigen schrumpffähigen Trägerfolie, auf die ein Binde- oder Klebeharz aufgebracht ist, auf das eine saugfähige Glimmerfolie (Glimmerpapier) kaschiert ist. Der Anteil des Bindeharzes beträgt im Mittel etwa 30 % des Gesamtgewichtes. Für die Umpressung der geraden Nutteile mit Breitbahnma terial lässt sich unter > UmstÅanden auch ohne Bügeln in sich eine faltenfreie Ausführung erhalten. Unter Druck und Wär meeinfluss können auch die aussenseitigen Zwickel und Unebenheiten der umgebenen Leitverbandsisolation aus Bandmaterial gleichen Aufbaus durch diese Umpressung ausgeglichen werden. Dagegen treten Schwierigkeiten bei der Isolierung der ausserhalb der Nuten befindlichen Spulenteile auf, wobei insbesondere der Übergangsbereich von den aus den Nuten ragenden umpressten Nutteilen, die gekrümmten Spulenkopf teile sowie die nachträglich zu isolierenden Schaltstellen problematisch sind. Die mit zunehmender Nennspannung der Maschine sich erhöhende Lagenzahl des im Ubergangsbereich und im Spulen kopfteil verwendeten Bandmaterials birgt die Gefahr der Faltenbildung, die mit den bekannten Isoliermaterialien nicht ausreichend beseitigt werden kann, zumal ein Pressen und Bügeln dieser Spulenteile nicht möglich ist, so dass an diesen Stellen Durchschlagskanäle entstehen können, die die Dberschlagsfestigkeit der Spulen beeinträchtigen und die beim Prüfen der Maschine mit Prüfspannung oder auch bei späteren Stossspannungsbeanspruchungen während des Betriebes zu Wicklungsfehlern führen können. Es ist daher die Aufgabe gestellt, ein schrumpffähiges Isoliermaterial und daraus gebildete Hochspannungsisolationen für elektrisch rotierende Maschinen zu schaffen, das insbesondere die Dbergangsbereiche ausserhalb der Nuten und die gekrümmten Spulenkopfteile sicher faltenfrei zu isolieren erlaubt und dabei auch keine Beschädigung der Glimmerschicht beim Schrumpfen des Trägermaterials ergibt Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt bei einer Hochspannungsisolation der eingangs genannten Art durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1. Als Trägermaterial dient vorzugsweise in bekannter Weise eine Polyesterfolie oder ein Polyestergewebe, das in der Hauptrichtung (Wickelrichtung) eine Schrumpffähigkeit von 8 % bis 30 % aufweist, was bei Gewebebändern bedeutet, dass die Kettfäden entsprechend schrumpffähig vorgereckt sind. In der Querrichtung soll das Trägermaterial entweder keine Schrumpfung oder höchstens bis 5 t erfahren, was bei Gewebeträgern durch unvorgereckte Schussfäden erreicht er- den kann. Es hat sich gezeigt, dass Längsschrumpfungen unter 8 Co keine in allen Fällen ausreichende Faltenbeseitigung erl au- ben und Längs schrumpfungen über 30 s zu Stauchungen der dünnen empfindlichen Glimmerschicht führen, was zu Hohlraumbildungen, Rissen oder anderen Beschädigungen der Glimmerschicht führen kann. Auch die Verwendung von Trägermaterial von in beiden Richtungen etwa gleichgrossen Schrumpfungen führt zu solchen Nachteilen, selbst dann, wenn die Schrumpfungen- in den genannten Bereichen zwischen 8 % und 30 % liegen. Es ist daher eine wesentlich zu erfüllende Forderung, dass die Querschrumpfung, wenn überhaupt zugelassen, kleiner als die kleinstzulässige Längsschrumpfung sein muss. Zur einwandfreien Verarbeitung des Isoliermaterials muss ausserdem noch die zweite Bedingung erfüllt sein, die darin besteht, dass das Bindeharz in aufgebrachtem Zustand der Isolation bei der nachfolgenden Wärmebehandlung in seiner Erweichungstemperatur und seiner Reaktionstemperatur mit dem auf die bewickelte Spule nachträglich aufgebrachten Imprägnierharz so abgestimmt ist, dass mit dem Erweichen des Bindeharzes auch die Schrumpfung einsetzt und vor dem Aushärten bereits beendet ist, so dass der Schrumpfzustand des Trägermaterials durch die Aushärtung des Binde- und Imprägnierharzes fixiert bleibt und nicht mehr verändert werden kann. Als Binde- oder Klebeharze dienen Harze, die im ungehärteten Zustand (B-Zustand) bei der zur Auslösung der Schrumpfung des Trägermaterials notwendigen Auslösetemperatur eine solche Erweichung, d. h. Viskositätsherabsetzung erfahren, dass die Trägermaterialien in allen Lagen der Hauptisolierung der Spulen aufeinander gleitend schrumpfen können. Die Auslösetemperatur beginnt bei Polyesterträger- material etwa bei 1100C und reicht bis nahe an die Aus härtetemperatur von etwa 180 C für das Bindehar#-Imprägnier- rrgemisch, bei dem dieses in den ausgehärteten zustand (A-ustand) gebracht wird und die vollendete Schrumpfung des Trägermaterials fixiert. Für elektrische Maschinen mit einer Nennspannung von 10 kV werden z. B. Hochspannungsisolationen vorgesehen, die eine 30 pm dicke Polyesterfolie mit einer geringfügigen Querschrumpfung bis zu 2 % und einer Längsschrumpfung von etwa 23 Co enthalten, auf die ein in Azeton gelöster Epoxynovolack mit einem Härteranteil von 2 t bis 3 % BF3-400 (Borfluorid) in einer etwa 30 t des Gesamtgewichtes der ausgehärteten Hochspannungsisolation entsprechenden Menge aufgetragen und diese mit einem 50 pm dicken Glimmerpapier kaschiert wird. Dieses Isolationsmaterial durchläuft eine Wärmestrecke von etwa 700C zum Verdunsten des Lösemittels Azeton. Das lösungsmittelfreie Isolationsmaterial mit im B-Zustand befindlichen Bindeharz wird als Breitbahnmaterial um den geraden Nutteil der Spule und als Bandmaterial um den Spulenkopfteil und den Ubergangsbereich von Hand oder maschinell unter Z;ug fest aufgewickelt, wobei unvermeidliche Wickelfalten und Zwickel entstehen. Die so isolierten Spulen werden in die Nuten des Ständerblechpaketes eingelegt, die Spulen am abisolierten Spulenkopfteil zusammengeschaltet und diese Schaltstellen mit dem gleichen Bandmaterial nachjsoliert. Danach wird der bewickelte Ständer mit aushärtbarem Imprägnierharz imprägniert und in einem Ofen auf 1500 bis 1800C erwärmt. Ab 1200C erweicht das Bindeharz (Epoxynovolack) und das Trägermaterial beginnt zu schrumpfen, wobei die Falten sich glätten und die Zwickel zwischen den Teilleitern und im Ubergangsbereich zur Umpressung des Nutteils sich mit dem Bindeharz füllen. Mit zunehmender Erwärmung auf 1500C und darüber beginnen das Bindeharz und das Imprägnierharz zu gelieren und in den festen A-ffi'ustand überzugehen, wobei die endgültige Aushärtung erfolgt, wenn der Schrumpfvorgang des Trägermaterials bereits beendet ist. Die gemessene Stossspannungsfestigkeit liegt im Mittel bei etwa 68 kV, bei einem Mindestwert von 58 kV für eine 10 kV-Maschine, wogegen die bisherigen Stossspannungswerte mit dem bekannten tochspannungsmaterial für solche Maschinen bei nur 45 kV im Mittel und bei 34 kV Mindestwert liegen. 5 Patentansprüche

Claims: Patentansprüche 1. Hochspannungsisolation für rotierende elektrische Maschinen unter Verwendung einer Breitbahn und/oder Bandisolierung, bestehend aus einem unter Temperatureinfluss schrumpffähigen Trägermaterial, das mit einem aushärtbaren Bindeharz und nach aussen trockenen Glimmerpapier beschichtet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Trägermaterial in Wickelrichtung wesentlich schrumpffähiger als in Querrichtung vorgereckt ist und seine Temperaturabhängigkeit so gewählt ist, dass die Schrumpfauslösetemperatur der Erweichungstemperatur aus dem B-Zustand des Bindeharzes entspricht und die Schrumpfung bis zum Erreichen des A-Zustandes des Bindeharzes beendet ist. 2. Hochspannungsisolation nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass als Trägermaterial Polyester mit einer in Längsrichtung 8 t bis 30 % und in Querrichtung höchstens 5 CC betragenden Schrumpffähigkeit und als Bindeharz ein in Azeton gelöster und mit einem BF3-Härter versetzter Epoxynovolack für das Glimmerpapier vorgesehen ist. 3. Hochspannungsisolation nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass als Trägermaterial Polyesterfolie oder Polyestergewebe vorgesehen ist. 4. Hochspannungsisolation nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass nur die Kettfäden des Polyestergewebes vorgereckt sind. 5. Hochspannungsisolation nach einem der vorliegenden Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n c t , dass auf eine 30 ;im dicke Polyesterfolie, die in Längsrichtung um 23 % und in Querrichtung um 2 % worge- reckt ist, der in Azeton gelöste und mit einem Härteranteil von 2 % bis 3 0o versetzte Epoxvnovolack mit einer Ereichungstemperatur von 1 200C und einer Aushärtetemperatur von 1600C bis 180 C im Gesamtgewichtsanteil von etwa 30 % aufgebracht und von einem 50 pm dicken Glimmerpapier kaschiert ist, als Breitbahn und/oder Band mehrlagig um die Spulen unter Zug gewickelt ist und die isolierte Wicklung in das Blechpaket eingebracht und diese Anordnung nach Imprägnieren mit einem Imprägnierharz einer bei 1200C beginnenden und bei höchstens 1800C endenden Wärmebehandlung ausgesetzt ist, bei der die Schrumpfung beendet und durch Aushärten des Harzes fixiert ist.

Inventors: ECKBAUER, LEOPOLD, DIPL.-ING., ROTTER, HANS-WERNER, DIPL.-MET.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1983
Main classification: H02K3
IPC codes: H01F27, H02K3