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Die Erfindung betrifft ein Glimmschutzsystem oder Teile eines Glimmschutzsystems einer elektrischen rotierenden Maschine, beispielsweise einem elektrischen Motor, insbesondere einem mit Umrichter betriebenen elektrischen Motor. Das Glimmschutzsystem ist aber auch für andere elektrische Betriebsmittel mit einer höheren Bemessungsspannung wie Generatoren, Trafos, Durchführungen und/oder Kabel geeignet. Die Erfindung betrifft auch die Verwendung eines Glimmschutzsystems als Teil der Hauptisolierung einer elektrischen Maschine.
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Es werden immer leistungsstärkere Maschinen, wie beispielsweise Generatoren, entwickelt, die immer höheren Leistungsdichten genügen müssen. Ein leistungsstarker Generator, wie beispielsweise ein Turbogenerator, weist insbesondere einen Ständer (Stator) mit einem Ständerblechpaket und einer Mehrzahl an Generatornuten auf, in denen sich die Generatorwicklung befindet.
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Eine Ständerwicklung einer elektrischen Maschine weist eine mit der Hauptisolierung elektrisch isolierte Spule auf, die in einer Nut gelagert ist, die in dem Blechpaket vorgesehen ist. Die Spule umfasst elektrisch leitende Teilleiter, die wiederum elektrisch durch eine so genannte Teilleiterisolation isoliert sind. Beim Betrieb der elektrischen Maschine ist der Ständer einer thermischen Wechselbeanspruchung ausgesetzt, wodurch - hervorgerufen durch unterschiedliche Wärmeausdehnungsgeschwindigkeiten - von der Hauptisolierung und dem Blechpaket mechanische Spannungen in der Hauptisolierung erzeugt werden können. Dadurch bedingt kann ein örtlich begrenztes Ablösen der Hauptisolierung von dem Blechpaket auftreten, wodurch Hohlräume zwischen der Hauptisolierung und dem Blechpaket entstehen, in denen Teilentladungen zünden können. Die Teilentladungen können zu einer Beschädigung der Hauptisolierung führen, wodurch die elektrische Maschine zerstört werden kann. An den Nutaustritten steht herkömmlich die Spule mit ihrer Hauptisolierung vor, wo die Grenzfläche zwischen der Hauptisolierung und dem umgebenden gasförmigen Dielektrikum, üblicherweise Luft, angeordnet ist. Bei entsprechend hoher elektrischer Spannung in der Spule, insbesondere beim Prüfen der elektrischen Maschine, kann eine Gleitentladung an der Grenzfläche, ausgehend vom Triple-Punkt Blechpaket, Hauptisolation und Luft, zünden. Dies führt zu einer hohen elektrischen Grenzflächenbeanspruchung, wodurch die elektrische Dauerfestigkeit der Ständerwicklung herabgesetzt ist. Abhilfe schafft das Vorsehen eines Aussenglimmschutzes (AGS), der an der Grenzfläche zwischen der Hauptisolation und dem Blechpaket vorgesehen ist und bei elektrisch rotierenden Maschinen ab einer Bemessungsspannung von etwa 4.000 V eingesetzt wird.
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Der Aussenglimmschutz ist elektrisch leitend und stellt dadurch sicher, dass bei den thermomechanisch bedingten Hohlräumen zwischen der Hauptisolierung und dem Blechpaket keine elektrischen Teilentladungen entstehen können. Auf den Aussenglimmschutz folgt jeweils am Nutaustritt der Spule auf der Hauptisolation angeordnet der Endenglimmschutz (EGS), der relativ hochohmig ist und als resistiv-kapazitive Feldsteuerung fungiert. Der EGS wird ab einer Bemessungspannung von etwa 6.000 V eingesetzt. Ein Endenglimmschutz ist von einem halbleitenden Lack oder einem halbleitenden Band vorwiegend auf der Basis von Siliziumkarbid bekannt. Ziel der Potentialsteuerung ist es, den tangentialen Potentialabbau entlang der Oberfläche der Hauptisolierung zu vergleichmässigen und im Idealfall zu linearisieren. Dies wird dann erreicht, wenn pro Längeneinheit entlang der Wicklung immer derselbe Spannungsbetrag abfällt, indem der Lack oder das Band als ein in Längsrichtung der Wicklung ortsabhängiger und spannungsabhängiger Widerstandsbelag hergestellt ist.
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Ferner ist zwischen der Hauptisolierung und dem Leiter eine weitere Grenzfläche ausgebildet, die ebenfalls einer hohen elektrischen Grenzflächenbeanspruchung ausgesetzt ist. Deshalb ist bei großen Generatoren, meist ab einer Bemessungsspannung von etwa 15.000 V zwischen der Hauptisolierung und der Spule eine leitfähige Innenpotentialsteuerung (IPS) angebracht. Ihre Aufgabe ist, ähnlich die des AGS, bei eventuellen Delaminationen zwischen Spule und Hauptisolation dafür zu sorgen, dass das Hochspannungspotential weiterhin direkt, ohne Fehlstellen, an der Hauptisolation anliegt und somit keine Teilentladungen in den Schadstellen entstehen können.
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Die Hauptisolierung dieser Wicklung gegen das Blechpaket ist - wie dargestellt - ein elektrisch hoch beanspruchtes System. Im Betrieb entstehen hohe Spannungen, welche in dem Isoliervolumen zwischen dem auf Hochspannung befindlichen Leiterstab und dem auf Erdpotential liegendem Blechpaket abgebaut werden müssen. An den Kanten der Bleche im Blechpaket entstehen dabei Feldüberhöhungen, die ihrerseits Teilentladungen hervorrufen können, wenn denn der Aussenglimmschutz Beschädigungen im Lauf des Betriebes aufweist. Diese Teilentladungen führen bei Auftreffen auf das Isolationssystem lokal zu sehr starken Erhitzungen. Dabei werden die organischen Materialien des Isoliersystems inklusive die des Außenglimmschutzsystems sukzessive in niedermolekulare, volatile Produkte, beispielsweise in CO2, Wasser, aber auch radikalische niedermolekulare Bestandteile zersetzt.
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Da systembedingt vor allem die Grenzfläche zwischen AGS und Hauptisolation nicht vollständig porenfrei hergestellt werden kann, kommt es bei entsprechend hohen elektrischen Feldstärken im Isolationssystem zu einer entsprechend hohen elektrischen Teilentladungsaktivität, die den Außenglimmschutz im Betrieb ebenfalls im Laufe der Zeit komplett verbrennt und somit zu einer vorzeitigen Alterung der Isolierung und im schlimmsten Fall zu einem Erdschluss der elektrischen Maschine führt. Das entspricht einem irreparablen Komplettausfall der Maschine.
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Der Außenglimmschutz weist einen gewissen Quadratwiderstand auf, welcher in einem bestimmten Bereich liegt. Ist er zu gering, können die Blechpakete elektrisch kurzgeschlossen werden, was zu hohen induzierten Kreisströmen führen kann, welche sich über die Enden des Blechpakets und dem Außenglimmschutz erschließen und zu stromstarken Lichtbögen führen. Bei zu hohem Widerstand kann es wiederum zu Hochspannungsfunkenerosion kommen. Idealerweise wäre der Widerstand im Außenglimmschutzsystem einstellbar, so dass eine Anisotropie herstellbar wäre, die erhöhte Leitfähigkeit in radialer Richtung, also vom stromführenden Leiter zum Blechpaket hin, und einen erhöhten Widerstand, also geringe Leitfähigkeit, in axialer Richtung, also in Stabrichtung zeigt. In der Praxis sind Quadratwiderstände für den AGS üblich zwischen 1.000 Ohm und 100.000 Ohm.
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Zur Reduzierung der Feldstärkeüberhöhung im Bereich des Endes des Außenglimmschutzes wird eine resistiv-kapazitive Feldsteuerung eingesetzt. Der kapazitive Anteil der Steuerung wird durch die Hauptisolierung realisiert, während der resistive Anteil der Steuerung durch den Endenglimmschutz (EGS) stattfindet. Hierbei handelt es sich um teilleitfähige Oberflächenbeläge, welche einen quadratischen Widerstand von ca. 108 bis 1011 Ohm, gemessen bei 100 V/mm, aufweisen. Mit Hilfe der starken Nichtlinearität des Widerstandes der eingesetzten Materialien im Endenglimmschutzsystem wird versucht, das elektrische Feld aus den Bereichen hoher Feldstärken zu verdrängen. Dieses hat in der Verringerung des spezifischen Widerstandes mit steigender elektrischer Feldstärke ihre Ursache.
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Die ohmschen Oberflächenbeläge können entweder durch Anstriche aus trocknenden und härtbaren Harzen, welche unmittelbar auf die Isolierstoffoberfläche aufgebracht werden, und/oder mit Bändern realisiert werden. Ein Glimmschutzsystem umfasst daher einen Lack und/oder ein Band, das zumindest eine Fraktion elektrisch leitfähiger Füllstoff-Partikel enthält, wobei als Bindemittel für die Füllstoffpartikel eine polymere Matrix dient. Üblicherweise wird die elektrische Leitfähigkeit im AGS durch Ruß und/oder Graphit als Füllstoff realisiert - im EGS durch mit Aluminium dotiertes Siliziumkarbid.
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Ein Glimmschutzsystem, respektive ein oder mehrere Teil(e) eines Glimmschutzsystems kann zum einen als Wickelbandisolation, die z.B. im Vakuum-Druck-Verfahren -VPI - imprägniert wird, vorliegen oder als Lack. Das Wickelband umfasst die eine oder mehrere Füllstofffraktionen auf einem Träger, wie z.B. Glasfasergelege und/oder auch Kunstfasergelege, die mit einem Bandkleber verbunden sind. Das Band dient dann als Wickelband und wird um die Hauptisolation herum gewickelt. Die Wickelbandisolation wird dann in ein Tauchbad mit einem flüssigen Imprägniermittel eingetaucht über Unterdruck wird das flüssige Imprägniermittel in die Falten und Taschen des Wickelbands gesogen. Schließlich wird das System durchgehärtet und es entsteht ein gehärteter Verguss, der Füllstoffpartikel im gleichen Bereich, ca. 35 Gew% bis 65 Gew%, enthält wie der Lack in der polymeren Lackmatrix. Das Gewicht des Trägers ist dabei nicht mitgerechnet. Im Folgenden wird der gehärtete Verguss, ebenso wie die gehärtete polymere Lackmatrix kurz als „polymere Matrix“ bezeichnet.
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Beispielsweise aus der
DE 102010009462 A1 und der
DE 19839285 C1 sind Glimmschutzsysteme wie AGS und EGS beschrieben, in denen ein anderer, nicht Ruß und/oder Graphit enthaltender planarer Füllstoff, gebunden im Polymer, eingesetzt wird. Dieser planare Füllstoff umfasst ein Glimmersubstrat, das mit einem dotierten Zinnoxid beschichtet ist. Diese Füllstoffe sind zwar resistent gegenüber Teilentladungen, aber es sind mindestens 40 Gew.% Füllstoff erforderlich, um einen überperkulären Verbundwerkstoff für das Glimmschutzsystem herstellen zu können. „Uberperkulär“ bedeutet dabei, dass ab einer Mindestkonzentration an Füllstoff sich mit steigendem Füllstoffgehalt im Polymer der elektrische Widerstand nicht weiter ändert.
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Nachteilig an diesem bekannten Glimmschutzsystem ist, dass der elektrische Widerstand in Band- oder Lackrichtung deutlich geringer ist als senkrecht durchs Band bzw. den Lack, was wie beschrieben, problematisch ist. Wünschenswert ist, wie oben bereits dargelegt, dass der Widerstand senkrecht zum Band/Lack kleiner ist als in Richtung der Wicklung oder zumindest so klein wie eben möglich, eingestellt ist.
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Aus dem Stand der Technik, wie oben angegeben, der
DE 102010009462 A1 und der
DE 19839285 C1 sind Glimmschutzbänder und Glimmschutzlacke bekannt, die Füllstoffpartikel aus Glimmer, Siliziumcarbid und/oder undotiertem Metalloxid, insbesondere Quarzgut, Glimmer, Quarzmehl aber auch Aluminiumoxid, beinhalten, die mit einem Metalloxid, das durch Dotierung leitfähig gemacht ist, beschichtet sind. Das die Partikel beschichtende Metalloxid wird dabei aus der Gruppe gewählt: Metalloxid in binärer und tertiärer Mischphase, insbesondere Indiumoxid, Zinnoxid, Zinkoxid, Zinkstannat, Titanoxid, Bleioxid, Siliziumcarbid. Das Dotierungselement wird bevorzugt aus der Gruppe gewählt: Antimon, Indium, Cadmium.
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Es hat sich gezeigt, dass diese Partikel als Füllstoffe für alle elektrischen rotierenden Maschinen eingesetzt werden können, die nicht mit Umrichtern betrieben werden. Bei den elektrischen rotierenden Maschinen aber, die mit Umrichtern betrieben werden, ist regelmäßig die im IPS, AGS und/oder EGS auftretende Stromdichte zu hoch und es kann zu Schädigungen im Glimmschutzsystem kommen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und ein stabiles Glimmschutzsystem, das auch für elektrische rotierende Maschinen, die mit Umrichter betrieben werden, nutzbar ist, zur Verfügung zu stellen. Ein Glimmschutzsystem umfasst dabei zumindest einen AGS, ab einer Bemessungsspannung von etwa 6.000 V zusätzlich einen EGS und ab einer Bemessungsspannung von etwa 15.000 V gegebenenfalls auch eine IPS. Als „Teil des Glimmschutzsystems wird daher z.B. ein AGS, ein IPS und/oder ein EGS bezeichnet.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, wie er in der Beschreibung und den Ansprüchen offenbart ist, gelöst.
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Dementsprechend ist Gegenstand der Erfindung ein Glimmschutzsystem oder Teil eines Glimmschutzsystems einer elektrischen Maschine, als imprägniertes Band und/oder als Lack vorliegend, zumindest folgende Elemente umfassend:
- eine polymere Matrix in der eine Kombination
- aus planaren und globularen Füllstoffen in zwei oder mehreren Füllstofffraktionen vorliegt,
- wobei in der mengenmäßig überwiegenden ersten Füllstofffraktion ein dotiertes Metalloxid zumindest teilweise an der Oberfläche der Füllstoffpartikel vorliegt - und dadurch dem einzelnen Füllstoff-Partikel elektrische Leitfähigkeit verleiht - und in der Kombination aus planaren und globularen Füllstoffen zusätzlich ein zweiter, kohlenstoffbasierter Füllstoff vorgesehen ist, der in einem geringeren Anteil als die erste Füllstofffraktion, insbesondere im Bereich von 0,1 Gew% bis 20 Gew%, bezogen auf die Gesamtmasse des Füllstoffes und der ihn umgebenden polymeren Matrix, vorgesehen ist.
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Allgemeine Erkenntnis der Erfindung ist es, dass Glimmschutzsysteme, die - wie bisher üblich - als Füllstoff kohlenstoffbasierte und elektrisch leitfähige Füllstoff-Partikel, wie Ruß und/oder Graphit umfassen, nicht resistent gegenüber Teilentladungen sind. Wenn der Glimmschutz statt der elektrisch leitfähigen Kohlenstoffmodifikationen Ruß und/oder Graphit ein dotiertes Metalloxid als leitfähigen Füllstoff hat, ist die Teilentladungsresistenz deutlich besser. Bei Glimmschutzsystemen - oder Teilen davon -, die eine hohe Stromtragfähigkeit benötigen, wie es beim Umrichterbetrieb der Fall ist, wird Glimmschutz mit dotiertem Metalloxid relativ schnell zerstört. Es wurde hier mit der vorliegenden Erfindung erstmals erkannt, dass ein Glimmschutz, umfassend dotiertes Metalloxid und gleichzeitig eine relativ geringe Zugabe an kohlenstoffbasierten Füllstoffpartikeln, zum einen teilentladungsresistent ist und gleichzeitig eine deutlich höhere Stromtragfähigkeit - also Eignung für Glimmschutzsysteme von mit Umrichtern betriebenen elektrischen Maschinen - besitzt. Dabei ist es vorteilhaft, aber nicht zwingend, dass die Kohlenstoff-basierten Füllstoffpartikel aus einer elektrisch leitfähigen Kohlenstoffmodifikation wie Ruß, Graphit, CNTs, Graphen, sind.
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Die dotierten Metalloxide können zur Formgebung und zur Reduzierung der Dichte des Füllstoffes einen globularen und/oder stäbchenförmigen und/oder plättchenförmigen, isolierenden Kern besitzen. So kann das dotierte Metalloxid, z.B. Antimon dotiertes Zinnoxid, als Beschichtung auf z.B. Quarzmehl (globular) und Glimmer (planar) aufgebracht vorliegen. Solche Partikel sind am Markt unter dem Handelsnamen Iriotec® von der Firma Merck® verfügbar. Wenn denn aber die Füllstoffpartikel, wie beschrieben, mit isolierendem Kern hergestellt werden, wird dadurch deren Stromtragfähigkeit reduziert, da der Strom nun nur noch in den wenige 100 um dicken Beschichtungen fließen kann statt durch einen massiven Füllstoff-Partikel direkt.
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Ruß, Graphit, Graphen und/oder Kohlenstoffnanoröhrchen (CNT) sind hingegen Vollmaterialien und haben keinen isolierenden Kern. Diese sind nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ein elektrisch leitfähiges Vollmaterial ohne isolierenden Grundkörper, der über seinen insbesondere bevorzugt über seinen kompletten geometrischen Querschnitt elektrisch leitfähig ist. Dieser Vorteil soll ausgenutzt werden, um die Stromtragfähigkeit eines Glimmschutzsystems und/oder eines oder mehrerer Teile davon und insbesondere, um die Stromtragfähigkeit eines AGS, zu erhöhen. Um die Teilentladungsresistenz des Glimmschutzsystems nicht zu verlieren, sollen nur etwa 0,1 Gew% bis 20 Gew. %, beispielsweise solche aus Ruß, Graphen, CNTs und / oder Graphit in den Glimmschutz eingebracht werden.
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Der Begriff „teilentladungsresistent“ bezieht sich dabei auf Materialien, die - beispielsweise - bei Teilentladungen an Luft gegen Oxidation resistent sind und/oder die ansonsten bei Teilentladungen stabil bleiben, wie Keramiken und/oder Gläser.
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Die polymere Matrix ist beispielsweise ein Thermoplast, Duromer und/oder ein Elastomer.
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Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung liegen die dotierten Metalloxidpartikel, die teilentladungsresistent sind, als Core-Shell Partikel vor, so dass ein Kern und eine Schale oder Beschichtung vorhanden sind, wobei der nicht leitfähige Kern beispielsweise aus einem Metalloxid, Mischmetalloxid, Keramik, Glimmer, Quarz, Aluminiumoxid, Glas, Verbundwerkstoff, Kunststoff ist. Die Beschichtung und/oder die Schale ist hingegen elektrisch leitfähig, weil der Partikel an sich in der polymeren Matrix elektrische Leitfähigkeit zeigt.
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Bei einer planaren Struktur der Partikel wird eine verbesserte Kontaktierung der leitfähigen Partikel untereinander erreicht. Bevorzugtermaßen wird das, die Partikel beschichtende, Material ein Metalloxid sein und aus der Gruppe Zinnoxid, Zinkoxid, Indiumoxid, Zinkstannat, Titandioxid, Bleioxid oder nichtoxidisch - aber im Folgenden unter dem Oberbegriff „Metalloxid“ auch gemeintem - Siliziumcarbid umfassend, oder einem anderen gemischten Metalloxid, wie z. B. Titanat etc. ausgewählt. Das Dotierungselement wird bevorzugt aus der Gruppe: Antimon, Indium, Cadmium ausgewählt.
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Ferner ist es bevorzugt, dass die Partikelmassenkonzentration der Partikel in der Trägermatrix derart gewählt wird, dass das Glimmschutzmaterial oberhalb der Perkulationsschwelle ist. Hierbei ist es bevorzugt, dass die Partikelmassenkonzentration der Partikel bei mehr als 15 Gew.% liegt, insbesondere über 40 Gew.%, wie z.B. im Fall von Iriotec®-Partikeln. Ab dieser bestimmten Partikelmassenkonzentration in der Trägermatrix befindet sich der Verbundwerkstoff oberhalb der Perkulationsschwelle und der Oberflächenwiderstand des Glimmschutzmaterials ändert sich nicht oder kaum mit steigender Partikelmassenkonzentration. Dadurch unterliegt das Glimmschutzmaterial kaum Schwankungen im Oberflächenwiderstand, der dadurch gut reproduzierbar ist.
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Bevorzugt werden die Partikel in Mikrogröße eingesetzt, beispielsweise haben die Plättchen eine Breite und Länge im Mikrometerbereich, also beispielsweise im Bereich von 1 bis 300 pm, insbesondere von 1 bis 100 µm und insbesondere bevorzugt von 1 bis 40 µm, wohingegen ihr Durchmesser in Dickenrichtung im Nanometerbereich also zwischen 50 und 1000 nm liegt, insbesondere im Bereich von 100nm bis 1000 nm.
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Die sphärischen Partikel, also Partikel in Kugel und/oder Körner-Form, haben beispielsweise einen Durchmesser im Bereich von 0,5 bis 50pm, insbesondere von 1 bis 20pm.
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Durch Zugabe von globularen, also sphärischen Füllstoffen zu planaren oder stäbchenförmigen Füllstoffen verschiebt sich die Perkolationsschwelle des Glimmschutzsystems in Dickenrichtung, also in die Richtung, in die eine gute elektrische Leitfähigkeit wünschenswert ist, zu deutlich niedrigeren Füllstoffkonzentrationen. Dadurch und durch die Tatsache, dass globulare Füllstoffe eine geringere spezifische Oberfläche besitzen als planare Partikel, wird die absolute Fläche an Grenzflächen im Verbundwerkstoff deutlich reduziert, wobei das System dennoch überperkulär, also oberhalb der oben beschriebenen Perkulationsschwelle, vorliegt.
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Beispielsweise liegen die planaren Partikel im Verhältnis zu den sphärischen Partikeln im Bereich von 0,5:1 bis 2:1, insbesondere 1:1 vor. Bevorzugt sind also ungefähr gleich viele globulare und planare Füllstoffpartikel im Glimmschutz.
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Typischer Weise sind in einem Glimmschutz, der als Lack oder als imprägniertes Band vorliegt, 40 Gew% - 60 Gew% an planaren und globularen metalloxidischen Füllstoffpartikeln der mengenmäßig überwiegenden ersten Füllstofffrkation, die einen Glimmer bzw. Quarzmehlkern besitzen, vorhanden. Diese Mengenangaben liegen, bezogen auf die Gesamtmasse aus Polymer und Füllstoff, also inklusive polymerer Matrix vor.
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In einem Glimmschutz können beispielsweise die Füllstoffpartikel der ersten Füllstofffraktion mit Beschichtung aus dotiertem Metalloxid mit Kern und auch ohne Kern, also hohl vorliegen. Dann wird entsprechend der Gewichtsanteil in Masseanteile umgerechnet.
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Bezogen auf die gesamte Füllstoffmenge der Kombination aus planaren und globularen Füllstoffe als „100 %Anteil“ Füllstoff liegen die planaren und globularen metalloxidischen Füllstoffe der ersten Füllstofffraktion bei ca. 75 % der Anteile bis 99,9% der Anteile und die Ruß-, Graphit,-CNT oder sonstigen-Kohlenstoff-basierten Füllstoffpartikel der zweiten Füllstofffraktion entsprechend bei den restlichen Prozent, die auf 100% fehlen.
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Um einem teilentladungsresistenten, weil auf metalloxidischen Füllstoffpartikeln der ersten Füllstofffraktion basierendem, Glimmschutz eine für den Umrichter-Betrieb ausreichende Stromtragfähigkeit zu verleihen werden 0,1 - 20 Gew.% Ruß, Graphen, CNTs und/oder Graphit zusätzlich in den Glimmschutz eingebracht. Dabei ist es völlig egal ob Ruß oder Graphit oder CNTs oder Mischungen aus den genannten kohlenstoffbasierten Materialien eingebracht werden - sie verleihen alle dem Glimmschutz die notwendige Stromtragfähigkeit, sogar unabhängig von ihrer eigenen elektrischen Leitfähigkeit.
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Nach einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst eine Füllstofffraktion Partikel aus Ruß, Graphen, CNT, Diamant und/oder Graphit. Dabei ist insbesondere gegebenenfalls auch vorteilhaft, dass Graphit auch schmierende Eigenschaften hat, weil sich durch die Schmierwirkung des Graphits gegebenenfalls die Spule sich leichter in die Nut einlegen lässt.
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Die Füllstofffraktion mit teilentladungsresistenten und elektrisch leitfähigen Partikeln liegt - bezogen auf die Gesamtmasse aller Füllstofffraktionen in der Trägermatrix - im Bereich von 0,01 Gew% bis 99 Gew.% vor, nach einer vorteilhaften Ausführungsform im Bereich von 15 Gew% bis 70 Gew% und besonders bevorzugt im Bereich von 40 Gew% bis 60 Gew%.
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Die zweite Füllstofffraktion mit kohlenstoffbasierten Füllstoff-Partikeln, insbesondere aus Ruß und/oder Graphit, liegt - bezogen auf die Gesamtmasse der Trägermatrix - im Bereich von 0,1 Gew % bis 30 Gew%, insbesondere im Bereich von 0,5 Gew% bis 10 Gew% und besonders bevorzugt im Bereich von 1 Gew% bis 5 Gew%, beispielsweise auch im Bereich von 1 Gew% bis 3 Gew%, vor.
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Die IPS und der AGS werden üblicherweise als elektrisch leitfähiges und wickelbares Band bereitgestellt. Dabei wird ein Trägermaterial aus einem Vlies oder Gewebe mit Ruß und / oder Graphit beschichtet. Damit der kohlenstoffbasierte Füllstoff auf dem Träger haften bleibt wird hier in geringen Mengen ein polymeres Bindemittel mit aufgebracht typisch ist ein Bindemittel auf Acrylat- und/oder Alkohol -Basis.
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Die Hauptisolation einer rotierenden Hochspannungsmaschine wird derart hergestellt, dass die Hauptisolation aus Glimmerbändern um eine Spule gewickelt wird. Anschließend wird die Spule in die Statornut eingelegt. Sind alle Spulen eingelegt und miteinander verschalten und der Wickelkopf ist versteift, dann wird der komplette Ständer in einem Impägnierprozess komplett in ein Harz (evtl Härter) - Gemisch eingetaucht (global VPI-Prozess). Dies geschieht und Vakuum und Nach der Tränkung unter Druck (VPI-Prozess). Anschließend wird der Stator im Ofen ausgehärtet.
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Das IPS-Band wird dabei direkt auf die Spule gewickelt und befindet sich demnach zwischen Spule und Glimmerbandwicklung. Das AGS-Band wird auf die Glimmerbandwicklung obendrauf gewickelt. Das IPS-Band und das AGS-Band werden während der Imprägnierung ebenfalls mit Harz getränkt. Erst in diesem getränkten Zustand liegen die Füllstoffe nun in der richtigen, wie oben beschriebenen Konzentration vor. Naturgemäß liegt die Füllstoffkonzentration vor der Imrägnierung viel höher im Band vor.
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In einem weiteren Herstellungsverfahren werden Spulen bzw. Stäbe nicht alle gleichzeitig im Stator imprägniert, sondern einzeln imprägniert (single VPI-Prozess) und ausgehärtet und anschließend erst in den Stator, also bereits im ausgehärteten Zustand in den Statornut eingebaut. So hergestellte Spulen bzw. Stäbe können auch mit einem AGS-Lack nach der Aushärtung beschichtet werden. Ein solcher Lack besitzt die Füllstoffkonzentrationen, wie sie in den Ansprüchen stehen, nach Abdampfen der Lösemittel. Solche Lacke können nach verschiedenen Methoden aufgebracht werden, z.B. aufgepinselt, aber auch aufgesprüht.
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Durch die vorliegende Erfindung wird erstmals ein Glimmschutzsystem oder ein Teil eines Glimmschutzsystems offenbart, das eine Kombination aus Füllstofffraktionen hinsichtlich der Form, sphärisch und planar und eine Kombination aus Füllstofffraktionen hinsichtlich des Materials ihrer Partikel aus metalloxidischen einerseits und Kohlenstoff-basierten Füllstoffpartikel andererseits umfasst. So lassen sich insbesondere auch Glimmschutzsysteme für elektrische rotierende Maschinen, die mit Umrichter betrieben werden, verbessert herstellen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010009462 A1 [0012, 0014]
- DE 19839285 C1 [0012, 0014]