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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
Anmeldung bezieht sich auf elektrische Vorrichtungen, wie Transformatoren,
die mit einer Papierisolierung verwendet werden.
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STAND DER
TECHNIK
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Elektrische
Vorrichtungen und Komponenten werden häufig mit einer Papierisolierung
verwendet, die einen elektrischen Leiter umgibt und elektrisch isoliert.
Eine solche elektrische Vorrichtung ist ein Transformator, der wenigstens
zwei elektrische Schaltungen aufweist, die sich einen gemeinsamen
Magnetfluss teilen, so dass eine Spannung in einem Schaltkreis eine
Spannung in dem anderen Schaltkreis magnetisch induziert. Eine andere
solche elektrische Vorrichtung ist ein Reaktor, der mit einem elektrischen
Schaltkreis und einem Magnetfluss so angeordnet ist, dass die Impedanz
eines elektrischen Schaltkreises erhöht wird. In einer anderen Vorrichtung
kann ein magnetischer Kraftlinienweg durch einen Eisenkern geschaffen
werden. Die elektrischen Schaltkreise und der Kern können in
einem Behältnis
in ein Nichtleiterfluid eingetaucht sein. Die Leiter, welche die
elektrischen Schaltkreise bilden, sind voneinander und von anderen
Bauteilen, wie dem Kern und dem Behältnis, durch eine Papierisolierung
getrennt und elektrisch isoliert.
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Das
britische Patent Nr.
GB 1368647 richtet
sich auf eine isolierende Beschichtung für elektrische Leiter, wie Kupferdrähte. Dort
ist ein Isolierpapier zum Umschließen wenigstens eines Teils
des Leiters offenbart, wobei die Isolierschicht Holzzellstoff vermischt
mit Polyolefin-, Polethylen- oder Polypropylen-Fasern aufweist, wobei
die Fasern in einer Menge von 10 Gew.% bis 90 Gew.% vorliegen. Dort
ist auch ein Verfahren zum Herstellen eines isolierten Leiters offenbart,
welches ein Bereitstellen eines Leiters, ein Bereitstellen eines
Isolierpapiers umfassend eine Holzzellstofffaser und ein Bindematerial
und ein Abdecken des Leiters mit dem Isolierpapier umfasst.
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Die
japanische Patentanmeldung Nr. JP-A-4262317 ist auf eine elektrisch
isolierte Presspappe und deren Herstellung gerichtet.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Vorrichtung bereit
gestellt, mit:
wenigstens einem Leiter mit wenigstens einer
Wicklung; und
einem Isolierpapier, welches wenigstens einen
Teil des Leiters umschließt,
wobei
das Isolierpapier eine Holzzellstofffaser, zwischen etwa 2 und 25
Gewichtsprozent einer synthetischen Faser und ein Bindematerial
umfasst.
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Ausführungsformen
können
ein oder mehrere der folgenden Merkmale enthalten.
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Zum
Beispiel kann das Isolierpapier eine Zusammensetzung haben, welche
zwischen etwa 7 und 15 Gewichtsprozent einer synthetischen Faser
beinhaltet. Idealerweise hat die synthetische Faser gute langzeitige
Wärmewiderstandseigenschaften
und ist mit üblichen
Nichtleiterfluiden kompatibel. Es kann zum Beispiel ein oder mehrere
einer Aramidfaser, einer syndiotaktischen Polystyrolfaser, einer
Polyphenylsulfonfaser, einer Polyphthalamidfaser oder einer Polyphenylensulfidfaser
oder Kombinationen solcher Fasern sein. Sie kann ein Denier von
zwischen etwa 1 und 15 oder zwischen etwa 2 und 5 haben. Die Faser
kann eine Länge
von zwischen etwa 0,1 und 1,0 Inch (2,54 und 25,4 mm) oder zwischen
etwa 0,25 und 0,75 Inch (6,35 und 19,05 mm) haben.
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Die
Zusammensetzung des Isolierpapiers kann ferner zwischen etwa 5 und
35 Gewichtsprozent Binder beinhalten, insbesondere zwischen etwa
10 und 30 Gewichtsprozent Binder und äußerst bevorzugt zwischen etwa
15 und 25 Gewichtsprozent Binder. Idealerweise hat auch das Bindematerial
gute langzeitige Wärmewiderstandseigenschaften
und ist mit üblichen
Nichtleiterfluiden kompatibel. Es kann zum Beispiel Polyvinylalkohol
oder Polyvinylbutyral, ein Acrylharz oder eine Kombination dieser
Materialien umfassen.
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Die
Zusammensetzung des Isolierpapiers kann auch zwischen etwa 40 und
93 Gewichtsprozent einer Holzzellstofffaser, insbesondere zwischen
etwa 50 und 85 Gewichtsprozent einer Holzzellstofffaser und äußerst bevorzugt
zwischen etwa 60 und 78 Gewichtsprozent einer Holzzellstofffaser
aufweisen. Das Isolierpapier kann auch zum Beispiel als Presspappe
oder Krepppapier ausgebildet sein.
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In
einer Ausführungsform
kann die Zusammensetzung des Isolierpapiers etwa 10 Gewichtsprozent
einer Aramidfaser, etwa 20 Gewichtsprozent eines Polyvinylalkohols
und etwa 70 Gewichtsprozent einer Holzzellstofffaser sein. Das Isolierpapier
kann ferner wenigstens eine Schicht aus einem wärmestabilisierenden chemischen
Mittel umfassen, das auf einer Oberfläche des Papier aufgebracht
ist. Das stabilisierende chemische Mittel kann Dicyandiamid umfassen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Wicklung durch Isolierpapier isoliert, wobei die Wicklung und
das Isolierpapier in einem Behältnis
installiert sind und ein Nichtleiterfluid in dem Behältnis die
Wicklung und das Isolierpapier umgibt. Das Nichtleiterfluid kann
ein Mineralöl,
Siliconöl,
ein natürliches
oder synthetisches Esteröl
oder ein Kohlenwasserstofffluid sein.
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Die
Wicklung kann ein Bauteil eines Transformators umfassen und der
Transformator kann einen Autotransformator umfassen. Der Transformator
kann ein Bauteil eines Spannungsreglers umfassen. Die Wicklung kann
ein Bauteil eines Reaktors umfassen.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische
Vorrichtung bereit gestellt, mit:
wenigstens einem Leiter mit
wenigstens einer Wicklung; und
einem Isolierpapier, welches
wenigstens einen Teil des Leiters umschließt,
wobei das Isolierpapier
eine Holzzellstofffaser, ein Bindematerial und eine synthetische
Faser mit wenigstens einem von einer Aramidfaser, einer syndiotaktischen
Polystyrolfaser, einer Polyphenylsulfonfaser, einer Polyphthalamidfaser
und einer Polyphenylensulfidfaser umfasst.
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Gemäß eines
dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Transformator
bereit gestellt, mit:
einem Kern;
einer ersten Wicklung
mit Leitern;
einer zweiten Wicklung mit Leitern; und
einem
Isolierpapier, welches wenigstens einen Teil der Leiter umschließt und zwischen
dem Kern, der ersten Wicklung und der zweiten Wicklung positioniert
ist;
in welcher das Isolierpapier eine Holzzellstofffaser,
eine Aramidfaser, einem Polyvinylalkohol und eine Schicht aus Dicyandiamid
umfasst.
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Gemäß eines
vierten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Reaktor bereit
gestellt, mit:
einem Kern;
wenigstens einer Wicklung mit
wenigstens einem Leiter; und
einem Isolierpapier, welches wenigstens
einen Teil des Leiters umschließt
und zwischen dem Kern und der Wicklung positioniert ist;
wobei
das Isolierpapier eine Holzzellstofffaser, Aramidfaser, Polyvinylalkohol
und eine Schicht aus Dicyandiamid umfasst.
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Gemäß eines
fünften
Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Konstruieren
einer elektrischen Vorrichtung bereit gestellt, mit:
Bereitstellen
wenigstens eines Leiters mit wenigstens einer Wicklung;
Bereitstellen
eines Isolierpapiers; und
Umschließen wenigstens eines Teils
des Leiters mit Isolierpapier;
wobei das Isolierpapier eine
Holzzellstofffaser, zwischen etwa 2 und 25 Gewichtsprozent einer
synthetischen Faser und ein Bindematerial umfasst.
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Gemäß eines
sechsten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum
Herstellen eines isolierten Leiters bereit gestellt, mit:
Bereitstellen
eines Leiters;
Bereitstellen eines Isolierpapier mit einer
Holzzellstofffaser und einem Bindematerial; und
Abdecken des
Leiters mit dem Isolierpapier; dadurch gekennzeichnet, dass:
der
Schritt des Bereitstellen eines Leiters ein Bereitstellen eines
Leiters mit wenigstens einer Wicklung umfasst;
der Schritt
des Bereitstellens eines Isolierpapiers ein Bereitstellen eines
Isolierpapiers ferner mit zwischen etwa 2 und 25 Gewichtsprozent
einer synthetischen Faser umfasst.
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Ausführungsformen
dieser weiteren Aspekte der Erfindung können ein oder mehrere der oben
besprochenen Merkmale umfassen.
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Das
Isolierpapier, das in einer in Fluid eingetauchten elektrischen
Vorrichtung verwendet wird, liefert beachtliche Vorteile. Zum Beispiel
behält
das Isolierpapier im Vergleich zu thermisch behandeltem oder thermisch
unbehandeltem Kraft-Papier seine mechanische Festigkeit und Integrität über eine
längere
Zeitspanne, wenn es der gleichen Temperaturhistorie ausgesetzt wird.
Dies verbessert die Langlebigkeit der elektrischen Vorrichtung,
in welcher das Isolierpapier verwendet wird, was die Wartungskosten
hinsichtlich der Arbeit und des Austausches von Teilen verringert.
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Infolge
seiner Fähigkeit,
die mechanische Festigkeit und Integrität besser als gewöhnliches
Kraft-Papier beizubehalten, kann eine elektrische Vorrichtung unter
Verwendung des Isolierpapier kleiner hergestellt werden, was die
Kosten der Vorrichtung verringert. Ein Verringern der Größe einer
elektrischen Vorrichtung bei gleichzeitigem Beibehalten seiner Betriebseigenschaften
(z.B. Spannung und Strom) veranlasst die Vorrichtung jedoch, bei
einer höhe ren
Temperatur im Verhältnis
zu größeren elektrischen
Vorrichtungen mit den gleichen Betriebseigenschaften zu arbeiten,
weil es weniger wärmeübertragendes
Fluid und einen geringeren frei liegenden Oberflächenbereich zum Kühlen der
Vorrichtung gibt. Weil das Isolierpapier seine Festigkeit und Integrität beibehält, kann
es eine Betriebstemperatur haben, die um etwa 5° Celsius bis 25° Celsius über wärmebehandeltem
oder nicht-wärmebehandeltem
Kraft-Papier erhöht
ist. Folglich kann eine kleine Vorrichtung, die mit dem Isolierpapier
hergestellt ist, das bei einer Temperatur arbeitet, welche 5° Celsius
bis 25° Celsius höher liegt
als bei einer herkömmlichen
größeren Vorrichtung, über eine
Zeitspanne arbeiten, die gleich der großen Vorrichtung ist, bevor
das Isolierpapier Mängel
aufweist.
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Weitere
Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden Beschreibung, einschließlich der
Zeichnungen und aus den Ansprüche
deutlich.
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BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Schnitt-Seitenansicht einer Isolierstruktur eines Transformators.
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2 ist
eine Schnitt-Seitenansicht einer Isolierstruktur eines Reaktors.
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3 ist
eine Schnitt-Vorderansicht eines rechtwinkligen Drahtleiters.
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4 ist
eine perspektivische Ansicht des Leiters aus 3.
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BESCHREIBUNG
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Mit
Bezug auf 1 umfasst eine Isolierstruktur
eines Transformators 100 einen Kern 105, eine
zweite Wicklungsschicht 110 und eine erste Wicklungsschicht 115.
Eine Formisolierschicht 120 trennt den Kern 105 elektrisch
von der zweiten Wicklungsschicht 110. Eine zweite Isolierschicht 125 trennt
die einzelnen Spulen 130 der zweiten Wicklungsschicht 110.
Eine Barrieren-Isolierschicht 135 trennt die zweite Wicklungsschicht 110 von
der ersten Wicklungsschicht 115. Eine erste Isolierschicht 140 trennt
die einzelnen Spulen 145 der ersten Schicht 115.
Eine Spulenhülle 150 umgibt
die erste Schicht 115 und trennt diese elektrisch von dem Behältnis (nicht
gezeigt), in welchem der Kern 105 und die Wicklungsschichten 110 und 115 eingesetzt
sind. Eine optionale Spule-an-Spule-Isolierschicht 160 ist
angrenzend an die Spulenhülle 150 positioniert.
Die Schicht 160 ist typischerweise aus einem Presspappenprodukt
hergestellt und angrenzend an die Spulenhülle 150 eingeführt. Ein
Nichtleiterfluid füllt
das Behältnis
und umgibt den Kern, die Wicklungsschichten und die Isolierschichten.
Dies ist eine übliche
Transformator-Spulenkonstruktion. Andere Spulenkonstruktionen werden auch
in üblicher
Weise in der Industrie verwendet, und zwar in Abhängigkeit
von dem Typ des Transformators und seiner Anwendung. Die Transformatorwicklun gen
können
miteinander verbunden sein, um einen Auto-Transformator zu bilden,
und der Auto-Transformator kann zum Beispiel in einem Spannungsregler
verwendet werden.
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Das
Nichtleiterfluid in dem Transformator kann irgendein geeignetes
Nichtleiterfluid sein, wie beispielsweise ein Mineralöl, ein R-temp,
ein Envirotemp FR-3, Envirotemp 200, Edisol TR und Siliconöl. Mineralöl und Siliconöl sind von
einer Vielzahl von Distributoren allgemein erhältlich. R-temp ist der Markenname
eines Kohlenwasserstofffluids mit hohem Molekulargewicht. Envirotemp
FR-3 ist der Markenname eines natürlichen Esterfluids. Envirotemp 200 ist
der Markename eines synthetischen Esterfluids. Edisol TR ist der
Markenname eines synthetischen Kohlenwasserstofffluids. R-temp,
Envirotemp FR-3, Envirotemp 200 und Edisol TR sind erhältlich von
Cooper Power Systems aus Waukesha, Wisconsin.
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Die
Isolierschichten in dem Transformator sind eine synthetische Faser
und ein mit Bindemittel verstärktes
Zellulose-Isolierpapier. Die einzelnen Leiter in dem Transformator
können
auch mit dem gleichen Isolierpapier eingehüllt sein. Im Allgemeinen wird
das Papier aus Holzzellstofffaser, einer synthetischen Faser und einem
Binder hergestellt. Das Papier kann auch ein wärmestabilisierendes chemisches
Mittel enthalten.
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Die
Isolierung kann unter Verwendung eines Inhaltsbereichs von Holzzellstofffaser,
synthetischen Fasern und Bindemitteln hergestellt werden. Die synthetischen
Fasern können
Aramid, syndiotaktische Polystryrol-, Polyphenylsulfon-, Polyphthalamid-
oder Polyphenylensulfidfasern sein, die in einer Menge zwischen
etwa 2 und 25 Gewichtsprozent des Gemisches, insbesondere zwischen
etwa 5 und 20 Gewichtsprozent und äußerst bevorzugt zwischen etwa
7 und 15 Gewichtsprozent vorhanden sind. Die Fasern können ein
Denier von etwa 1 bis 15, vorzugsweise von etwa 2 bis 5, und eine
Faserlänge
von etwa 0,1 bis 1,0 Inch, vorzugsweise zwischen etwa 0,25 bis 0,75
Inch haben. Das Bindemittel kann ein Polyvinylalkohol, Polyvinylbutyral
oder ein Acrylharz sein, das in einer Menge zwischen etwa 5 und
35 Gewichtsprozent des Gemisches, vorzugsweise zwischen etwa 10
und 30 Gewichtsprozent und äußerst bevorzugt
zwischen 15 und 25 Gewichtsprozent vorhanden ist. Die Holzzellstofffaser
ist in einer Menge zwischen etwa 40 und 93 Gewichtsprozent des Gemisches,
vorzugsweise zwischen 50 und 85 Gewichtsprozent und äußerst bevorzugt
zwischen 60 und 78 Gewichtsprozent vorhanden.
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Eine
beispielhafte Formulierung der Komponenten ergibt sich aus etwa
70 Gewichtsprozent Holzzellstofffaser, etwa 10 Gewichtsprozent Aramidfasern
und etwa 20 Gewichtsprozent Polyvinylalkohol. In dieser Formulierung
haben die Aramidfasern ein Denier von 2 und eine Länge von
etwa 0,25 Inch. Ein wärmestabilisierendes
chemisches Mittel, wie Dicyandiamid, kann während der Produktion des aus
dieser Formulierung hergestellten Papiers aufgebracht werden. Das
Isolierpapier, das aus dieser Kombination von Materialien hergestellt
worden ist, hat physikalische Eigenschaften, die sehr ähnlich dem
thermisch behandelten Kraft-Papier sind. Das Isolierpapier ist ein
wenig steifer als Kraft-Papier, was während des Zusammenbaues der
Wicklungen nützlich
ist.
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Ein
Hinzugeben der synthetischen Faser zu der Holzzellstofffaser verbessert
die thermischen Eigenschaften eines thermisch behandelten oder nicht
thermisch behandelten Kraft-Papiers,
die beide aus Zellulose hergestellt sind. Aramidfasern sind erhältlich von
E.I. DuPont du Nemours und Company aus Wilmington, Delaware, unter
dem Markennamen NOMEX, und von Teijin Limited aus Osaka, Japan,
unter dem Markennamen TEIJINCONEX. Syndiotaktisches Polystyrol ist
erhältlich
von Dow Chemical Company aus Midland, Michigan, unter dem Markennamen
Questra. Polyphenylsulfon ist erhältlich von Amoco Performance
Products, Inc. aus Marietta, Ohio, unter dem Markennamen Radel-R.
Polyphthalamid ist erhältlich
von E.I. DuPont du Nemours und Company aus Wilmington, Delaware,
unter dem Markennamen Zytel HTN. Polyphenylensulfid ist erhältlich von
Phillips Chemical Company aus Bartlesville, Oklahoma, unter dem
Markennamen Ryton.
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Das
Bindemittel wird hinzu gegeben, um die Bindung der Holzzellstofffaser
mit den synthetischen Fasern zu verbessern, da die synthetischen
Fasern die Bindungsfähigkeit
des Holzzellstoffes stören.
Das Bindemittel korrigiert diese Störung, so dass der Holzzellstoff
und die synthetischen Fasern verbinden werden. Polyvinylalkohol,
Polyvinylbutyral und Acrylharze, welche als Bindemittel funktionieren,
sind von einer Vielzahl von Lieferanten chemischer Mittel allgemein
erhältlich.
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Das
wärmestabilisierende
chemische Mittel wird auf das Papier aufgebracht, nachdem dieses
zu einem Flächengebilde
geformt wurde. Der Stabilisierer unterdrückt die Zersetzung der Zellulosemoleküle in der Holzzellstofffaser
und unterdrückt
auch die Zersetzung bestimmter Typen von Bindemittelmolekülen, wie
Polyvinylalkohol. Dicyandiamid, welches als Stabilisierer verwendet
wird, ist von einer Vielzahl von Lieferanten chemischer Mittel allgemein
erhältlich.
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Beim
Einsatz in den Transformator 100 oder einer anderen mit
Fluid gefüllten
elektrischen Vorrichtungen altert das Papier wärmebedingt, was dazu führt, dass
die Holzzellstofffaserkomponente des Papiers brüchig wird und ihre mechanische
Festigkeit verliert. Obwohl die Holzzellstofffaser brüchig wird,
behält
sie ihre guten Nichtleitereigenschaften, solange das Papier intakt
bleibt und mit dem Fluid imprägniert
ist. Diese synthetische Faserkomponente behält andererseits ihre mechanische
Festigkeit, selbst dann, wenn die Holzzellstofffaserkomponente ihre
Festigkeit verliert. Die synthetischen Fasern funktionieren somit
als eine Verstärkungsbahn
oder ein Rückgrat,
um eine gewisse mechanische Integrität und Festigkeit des Papiers
aufrecht zu erhalten. Auf diese Weise kann das synthetische Rückgrat das
Papier intakt halten, selbst dann, wenn die elektrische Vorrichtung
elektrischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt wird, die andernfalls
das gewöhnliche
Kraft-Papier schadhaft werden ließen und dazu führten, dass
die Vorrichtung zu funktionieren aufhört.
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Das
Isolierpapier kann unter Verwendung herkömmlicher Papierherstellungstechniken
hergestellt werden, wie beispielsweise auf Zylinder- oder Fourdrinier-Papierherstellungsmaschinen.
Im Allgemeinen wird eine Holzzellstofffaser in Wasser geschnitten
und verfeinert, um die richtige Fasergröße zu erhalten. Die geschnittene,
verfeinerte Faser wird dann gebrochen, um den Oberflächenbereich
der Fasern zu vergrößern. Die
synthetischen Fasern und das Bindemittel werden dem Gemisch aus
Holzzellstofffasern und Wasser hinzu gegeben.
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Das
Gemisch wird dann auf Sieb gegeben, um das Wasser aus dem Gemisch
abzuleiten, so dass ein Flächengebilde
aus Papier gebildet wird. Das Sieb führt dazu, die Fasern in der
Richtung auszurichten, in welcher sich das Flächengebilde bewegt, was als
die Maschinenrichtung bezeichnet wird. Folglich hat das resultierende
Isolierpapier eine größere Zugfestigkeit
in der Maschinenrichtung als in der senkrechten Richtung dazu, die
als die Querrichtung bezeichnet wird. Das Flächengebilde aus Papier wird
von dem Sieb auf Walzen und durch eine weitere Bearbeitungsanlage
vorgeschoben, welche das Wasser in dem Papier entfernt. Während der
Bearbeitung wird der Stabilisierer dem Papier durch zum Beispiel
eine Benetzung der Oberfläche
des Papiers mit der chemische Lösung
hinzu gegeben.
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Die
Tabellen 1 bis 7 zeigen die mechanischen Eigenschaften von zwei
Formulierungen (Aramid-verstärktes
Papier #1 und Aramid-verstärktes
Papier #2) des Papiers, das getestet und mit thermisch behandeltem
Kraft-Papier verglichen wurde. Die Aramid-verstärkten Papiere #1 und #2 haben
die gleiche Zusammensetzung, wie sie oben beschrieben wurde (etwa
70 Gewichtsprozent Holzzellstofffaser, etwa 10 Gewichtsprozent Aramidfaser
und etwa 20 Gewichtsprozent Polyvinylalkohol), wurden aber während des
Verfeinerungsschrittes unterschiedlich behandelt. Das Aramid-verstärkte Papier
#2 wurde über
eine längere
Zeitspanne verfeinert als das Aramid-verstärkte Papier #1. Der Verfeinerungsschritt
umfasst ein Brechen und Schneiden der Fasern, um den Oberflächenbereich
der Fasern zu vergrößern. Die
Aramid-verstärkten
Papiere und das thermisch behandelte Kraft-Papier haben eine 10
mil Dicke und werden in Mineralöl
bei 170° Celsius
einer Alterung unterzogen. In den Testbe hältern waren auch Materialien
vorhanden, die üblicherweise
in elektrischen Vorrichtungen zu finden sind, wie beispielsweise
Kupfer, Aluminium, Magnetdraht, Kernstahl und Presspappe, um jegliche
chemischen Inkompatibilitäten
auszuschließen.
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In
allen diesen Tabellen ist die Standardabweichung der Testwerte unter
den Mittelwert mit dem Vorzeichen "±" dargestellt. Die
Tabellen 1 und 2 listen die Zugfestigkeit bzw. die Längungsergebnisse
des Zugtests des Papiers in der Maschinenrichtung auf. Die Tabellen
3 und 4 listen die Zugfestigkeit bzw. die Längungsergebnisse des Zugtests
der Papiere in der Querrichtung auf. Diese Tests wurden gemäß dem ASTM
D828 durchgeführt. Tabelle
1. Maschinenrichtung Zugtest (Zugfestigkeit – ASTM D828)
- * – Dieser
Testbehälter
war nicht dicht und kann kontaminiert worden sein.
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Tabelle
2. Maschinenrichtung Zugtest (Längung – ASTM D828)
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Tabelle
3. Querrichtung Zugtest (Zugtestfestigkeit – ASTM D828)
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Tabelle
4. Querrichtung Zugtest (Längung – ASTM D828)
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Tabelle
5 listet die Testergebnisse zur Berstfestigkeit des Isolierpapiers
auf. Während
des Bersttest-Verfahrens wird das Papier zwischen einem Plattenpaar
festgeklemmt, das angrenzende Öffnungen
aufweist. Eine Membrane wird durch eine der Öffnungen gegen das Papier geblasen
und der Druck, bei welchem die Membrane durch das Papier hindurch
bricht, wird aufgezeichnet. Dies wird im Allgemeinen der Mullen-Test genannt
und er wird durchgeführt
gemäß ASTM D774.
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Tabelle
5. Berstfestigkeits-Test (ASTM D774)
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Tabelle
6 listet die Testergebnisse des Falt-Beständigkeitstests für die Papiere
auf. Das Papier wird wiederholt gefaltet und entfaltet bis es an
der Falz verletzt ist und diese Anzahl von Faltungen wird aufgezeichnet.
Dieser Test wird gemäß ASTM D2176
durchgeführt.
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Tabelle
6. Falten-Beständigkeitstest
(ASTM D2176)
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Tabelle
7 listet die Ergebnisse der Messung der Durchschlagfestigkeit des
Papiers nach Imprägnierung
mit Mineralöl
auf. Das Papier wird zwischen zwei Elektroden in einem Mineralölbad angeordnet,
und eine der Elektroden wird mit einer 60 Hz Wechselstromquelle
angeregt, während
die andere auf Massepotential bleibt. Die Spannung wird mit einer
konstanten Rate erhöht,
bis ein Durchschlag auftritt. Dieser Test wird durchgeführt gemäß ASTM D149.
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Tabelle
7. Papier-Durchschlagfestigkeits-Test (ASTM D149)
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Die
Tabellen 8 bis 13 listen die Ergebnisse verschiedener Tests des
Nichtleiteröls
auf, in welchem das Papier einer Alterung unterzogen wurde, welche
die Auswirkungen auf das Papier und die Alterung des Nichtleiteröls testen.
Diese Testergebnisse zeigen die Eignung des Papiers zur Verwendung
als Isolierpapier in einem Nichtleiterfluid. Die Tabelle 8 listet
den Feuchtigkeitsgehalt des Öls
in Teilen pro Million auf, in einem Test nach ASTM D1533B.
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Tabelle
8. Feuchtigkeitsgehalt-Test (ASTM D1533B)
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Tabelle
9 listet die Säurezahl
(in Milligramm KOH/g) getestet nach ASTM D664 auf. Wenn sich das Öl bei höheren Temperaturen
zersetzt, erzeugt es eine Säure.
Der Test hat den Säuregehalt
des Öls
bei der Alterung gemessen.
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Tabelle
9. Säuregehalt-Test
(ASTM D664)
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Tabelle
10 listet die Grenzflächenspannung
(IFT) in Dyne pro cm auf, die für
das gealterte Papier im Test nach ASTM D971 gemessen wurde. Der
IFT-Testvorgang liefert ein Maß des
Grades an polaren Unreinheiten in dem Öl und der durch das Öl umgebenen
Materialien auf, die bei der Alterung erzeugt werden.
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Tabelle
10. Grenzflächenspannungs-Test
(ASTM D971)
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Tabelle
11 listet die Ergebnisse der Messung der Nichtleiterstärke des Öls nach
ASTM D877 auf, wenn es mit in dieses eingetauchte Materialien altert.
Mit der Alterung des Öls
und der Materialien können
die Nichtleitereigenschaften des Öls einbrechen.
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Tabelle
11. Öl-Durchschlagfestigkeits-Test
(ASTM D877)
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Tabelle
12 listet die Ergebnisse eines Verlustfaktor-Tests nach ASTM D924
auf. Der Verlustfaktor misst die Leistung, die verloren geht, wenn
ein Nichtleitermaterial einem Wechselstrom-Feld ausgesetzt wird.
Wenn das Öl
altert, kann es aufgrund einer erhöhten Konzentration von Unreinheiten,
erhöhte
elektrische Energieverluste haben.
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Tabelle
12. Verlustfaktor-Test (ASTM D924)
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Tabelle
13 listet den spezifischen Volumenwiderstand auf, der gemäß ASTM D1169
getestet wurde. Der Widerstand des Öls kann aufgrund einer Zunahme
an Unreinheiten in dem Öl
während
der Alterung des Öls
abnehmen.
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Tabelle
13. Volumenwiderstand-Test (ASTM D1169)
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Die
Tabellen 1 bis 13 zeigen, dass die Isolierpapiere, die aus Aramidfasern
und Polyvinylalkohol hergestellt wurden, ein verbessertes Isolierpapier
für elektrische
Vorrichtungen liefern, in welchen ein Isolierpapier in ein Nichtleiterfluid
eingetaucht ist. Die Tabellen zeigen auch, dass das Papier das Nichtleiterfluid
nicht nachteilig beeinflusst und eine Wirkung auf das Öl hat, die ähnlich derjenigen
des thermisch bearbeiteten Kraft-Papiers ist.
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Weitere
Typen von Isolierpapier können
unter Verwendung der oben beschriebenen Zusammensetzungen hergestellt
werden. Zum Beispiel kann ein Isolierpapier unter Verwendung der
Zusammensetzungen als Krepppapier ausgebildet werden. Im Allgemeinen
wird Krepppapier in der gleichen Weise wie das oben beschriebene
Isolierpapier gebildet. Das Papier wird leicht befeuchtet und von
einer Abgaberolle zu einer Aufnahmerolle bewegt. Die Aufnahmerolle
dreht mit einer geringfügig
langsameren Geschwindigkeit als die Abgaberolle, derart, dass sich
das Papier in dem Bereich zwischen den Rollen abstützt und
leicht gecrimpt wird. Das auf diese Weise gebildete Krepppapier
kann als Isolierung verwendet werden, zum Beispiel um Spulenleitungen
oder interne Transformatordrähte
zu isolieren. Das Krepppapier kann über bloß liegenden Leitern und über Leitern
verwendet werden, die bereits mit einem Isoliermaterial überzogen
sind. Das Krepppapier kann auch dazu verwendet werden, normales
Papier in einigen Spulendesigns zu ersetzen, wie beispielsweise für die Funktion
einer Hoch/Niedrig-Barrierenisolierung. Aufgrund der Flexibilität des Krepppapiers
kann es um verschiedene Leiter, Spulenleitungen und Drähte herum
gewickelt werden, die in einem Transformator oder Reaktor verwendet
werden.
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Presspappe,
ein komprimiertes Zellstoffprodukt, ist ein weiteres Beispiel eines
Isolierpapiers, das unter Verwendung der oben beschriebenen Zusammensetzungen
gebildet werden kann. Presspappenprodukte, die zum Beispiel in Transformatoren
und Reaktoren verwendet werden, haben typischerweise eine Dicke
von zwischen 30 mil und 250 mil. Presspappe wird verwendet, um einen
Nichtleiter und eine mechanische Stützfunktion zu schaffen. Zum
Beispiel kann Presspappe als eine oben mit Bezug auf 1 beschriebene
Spule-an-Spule-Isolierung
verwendet werden. Weil Presspappe steif ist, wird sie typischerweise
nicht um einen Leiter gewickelt, wie im Falle eines oben beschriebenen
flexibleren Krepppapiers und Isolierpapiers. Dennoch kann Presspappe
so geformt sein, dass sie sich an einige der verschiedenen Konfiguration
eines Transformators oder Reaktors anpasst. Zum Beispiel kann sie
so geformt sein, dass sie in einem Spulenfenster eines Transformators
sitzt oder zwischen dem Kern und den Spulen eines Transformators
angeordnet werden kann.
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Techniken
zum Herstellen von Presspappe sind in der Papierherstellungsindustrie
allgemein bekannt. Im Allgemeinen werden das Bindemittel, die Holzzellstofffaser
und die synthetischen Fasern, wenn eine Presspappe unter Verwendung
der oben beschriebenen Zusammensetzungen hergestellt wird, über die
Verfeinerung hinaus, die beim Herstellen des oben beschriebenen
Isolierpapiers verwendet wird, verfeinert. Die zusätzliche
Verfeinerung steigert die Bindekräfte zwischen den Fasern. Typischerweise
wird das Gemisch aus Bindemittel und Fasern mit Wasser gemischt
und zu einem weiten, zylindrischen Rotationssieb befördert. Dass Wasser
fließt
durch das Sieb und die Fasern werden auf der Sieboberfläche her aus
gefiltert, so dass eine Papierbahnschicht gebildet wird. Eine Filzschicht
entfernt die Papierbahnschicht von dem Sieb und befördert die Schicht
zu einer Formungsrolle. Die Schicht wird dann durch das kontinuierliche
Wickeln der Papierschicht auf die Formungsrolle nass laminiert,
so dass sich die erforderliche Dicke ergibt. Sobald das Material
auf die Formungsrolle aufgewickelt ist, wird es in einem Pressvorgang
gepresst, bis das Material etwa 55% Wasser enthält. Das Material wird dann
unter Wärme
druckfrei getrocknet, bis das Material etwa 5% Wasser enthält. Das Material
wird dann weiter komprimiert, indem schwere Kalander verwendet werden,
so dass dem Produkt eine Dicke verliehen wird, die im Bereich von
zum Beispiel zwischen etwa 30 mil bis 250 mil liegt, je nach der
gewünschten
Verwendung.
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Ausführungsformen
liegen im Schutzbereich der folgenden Ansprüche. Zum Beispiel können die
Isolierpapiere in Reaktoren verwendet werden. Ein Reaktor ist eine
Induktionsvorrichtung, die wenigstens eine Wicklung und einen Magnetfluss
hat. Die Wicklung ist in geeigneter Weise an die Zunahme der Impedanz
eines elektrischen Schaltkreises angepasst und angeordnet.
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Mit
Bezug auf 2 umfasst ein Reaktor 200 einen
Kern 205, einen ersten Wicklungsabschnitt 210 und
einen zweiten Wicklungsabschnitt 215. Eine Schicht aus
einer Formisolierung 220 trennt den ersten Wicklungsabschnitt 210 von
dem Kern 205 elektrisch. Der erste Wicklungsabschnitt 210 und
der zweite Wicklungsabschnitt 215 umfasst einzelne Wicklungen 225,
die durch eine Isolierschicht 230 elektrisch getrennt sind.
Der erste Wicklungsabschnitt 210 und der zweite Wicklungsabschnitt 215 sind
durch eine Abschnittsisolierung 235 elektrisch getrennt.
Eine Spulenhülle 240 umgibt
den zweiten Wicklungsabschnitt 215. Der Kern, die Wicklungen
und die Isolierschichten sind durch einen Behälter umschlossen und in ein
dielektrisches Fluid eingetaucht, wie dies oben beschrieben wurde.
Die verschiedenen Isolierschichten können aus einem Papier, einem Krepppapier
oder aus Presspappe mit den oben beschriebenen Zusammensetzungen
hergestellt sein.
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Obwohl
der Reaktor 200, der in 2 dargestellt
ist, zwei Wicklungsabschnitte (210, 215) aufweist, kann
ein Reaktor nur einen Wicklungsabschnitt haben. In einer solchen
Gestaltung werden die Abschnittsisolierung 235 und der
zweite Wicklungsabschnitt 215 nicht verwendet und umgibt
die Spulenhülle 240 den
ersten Wicklungsabschnitt 210.
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Das
Isolierpapier kann auch in zahlreichen Anwendungen genutzt werden,
in welchen Isolierpapier üblicherweise
verwendet wird, wie beispielsweise Isolierpapier, dass für papierüberdeckte
Leiter verwendet wird. Ein Typ eines papierüberdeckten Leiters ist der
rechtwinklige Draht, der in größeren Transformatoren
verwendet wird. Diese Drähte
sind mit Isolierpa pier umwickelt. Zum Beispiel umfasst mit Bezug
auf die 3 und 4 ein Leiter 400 einen
rechtwinkligen Draht 405, der lose mit einem Paar kontinuierlicher
Streifen Isolierpapier 410 und 415 derart umwickelt
ist, dass sie sich überlappen.
Das Isolierpapier 410 und 415 kann das oben beschriebene
Isolierpapier oder Krepppapier sein. Es kann auch geformte Presspappe
sein.
