KR20110010576A - 절연 조성물 및 그것을 포함하는 디바이스 - Google Patents

절연 조성물 및 그것을 포함하는 디바이스 Download PDF

Info

Publication number
KR20110010576A
KR20110010576A KR1020100071344A KR20100071344A KR20110010576A KR 20110010576 A KR20110010576 A KR 20110010576A KR 1020100071344 A KR1020100071344 A KR 1020100071344A KR 20100071344 A KR20100071344 A KR 20100071344A KR 20110010576 A KR20110010576 A KR 20110010576A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
voids
matrix material
void
array
insulating layer
Prior art date
Application number
KR1020100071344A
Other languages
English (en)
Inventor
탱가벨루 아소칸
수브한카르 다스
아드난 쿠투부딘 보호리
Original Assignee
제너럴 일렉트릭 캄파니
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 제너럴 일렉트릭 캄파니 filed Critical 제너럴 일렉트릭 캄파니
Publication of KR20110010576A publication Critical patent/KR20110010576A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/30—Windings characterised by the insulating material
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/32—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation
    • H02K3/40—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation for high voltage, e.g. affording protection against corona discharges
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/249921—Web or sheet containing structurally defined element or component
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/249921—Web or sheet containing structurally defined element or component
    • Y10T428/249953—Composite having voids in a component [e.g., porous, cellular, etc.]
    • Y10T428/249971—Preformed hollow element-containing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/249921—Web or sheet containing structurally defined element or component
    • Y10T428/249953—Composite having voids in a component [e.g., porous, cellular, etc.]
    • Y10T428/249971—Preformed hollow element-containing
    • Y10T428/249972—Resin or rubber element
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/249921—Web or sheet containing structurally defined element or component
    • Y10T428/249953—Composite having voids in a component [e.g., porous, cellular, etc.]
    • Y10T428/249971—Preformed hollow element-containing
    • Y10T428/249974—Metal- or silicon-containing element

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)
  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
  • Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)

Abstract

각각의 크기가 실질적으로 균일하고 실질적으로 균일한 어레이로 구성된 복수의 보이드(224)를 형성하는 유전 매트릭스 물질(222)을 포함하는 조성물이 제공된다. 이러한 보이드는, 조성물이 균일한 외부 전기장내에 놓인 경우 적어도 일부의 보이드의 표면에 축적된 전하가 적어도 다른 일부의 보이드의 표면에 축적되는 전하와 상호작용하여, 전기장을 가로지르는 성분을 갖는 방향으로 각 전하를 이동시키도록 구성될 수 있다. 중공 입자(226)가 매트릭스 물질에 의해 형성된 보이드 어레이의 각 보이드내에 배치될 수도 있다. 관련 디바이스도 제공된다.

Description

절연 조성물 및 그것을 포함하는 디바이스{INSULATING COMPOSITIONS AND DEVICES INCORPORATING THE SAME}
본 발명은 일반적으로 절연 조성물(insulating composition)에 관한 것으로, 특히 고전압 디바이스에 사용하기 위한 절연 조성물에 관한 것이다.
모터 및 발전기와 같은 제품에 사용되는 종래의 절연체는 전형적으로 에나멜, 테이프 및 수지와 같은 여러가지 구성요소를 포함한다. 그러므로, 종래의 절연체는 복잡한 시스템이 되는 경향이 있다. 또한, 각각의 구성요소는 상이한 전기적, 열적 및 기계적 성질을 가지므로 전체적인 절연 성능의 예측을 어렵게 한다.
모니터링되는 주요 성능 파라미터중 하나가 부분 방전의 크기이다. 부분 방전은 절연체내의 보이드(void)나 박리(delamination) 및 균열과 같은 구조적 결함부에서 생기는 경향이 크다. 이러한 결함부에서의 부분 방전은 주변의 고체 절연물질의 유전율과 비교하여 공기의 존재로 인해 결함부에서의 낮은 유전율로 인해서 발생한다. 유전율이 낮을수록 국부적인 결함 영역에서의 임피던스(impedance) 및 전압이 더 높아지고, 그에 따라 부분 방전이 일어난다. 이러한 부분 방전의 결과로, 산화 또는 탄화로 인해 화학적 성질이 변하고, 이어서 트리잉(treeing), 균열이 발생하며, 궁극적으로는 절연체의 심각한 파괴로 이어진다.
하나의 관점에 있어서, 예를 들어 열가소성 수지, 열경화성 수지 또는 탄성중합체와 같은 유전 매트릭스 물질(dielectric matrix material)을 포함하는 조성물이 제공되며, 유전 매트릭스 물질은 각각의 크기가 실질적으로 균일하고 실질적으로 균일한 어레이[예를 들어, 모리시타 인덱스(Morishita index)에서 적어도 1의 균일도의 레벨을 가짐]로 구성된 복수의 보이드[예를 들면, 실질적인 구형 보이드, 실질적인 장구형(長球形) 보이드, 실질적인 타원형 보이드 및/또는 실질적인 계란형 보이드]를 형성한다. 이러한 보이드는, 절연 조성물이 균일한 외부 전기장내에 놓인 경우 적어도 일부의 보이드의 표면에 축적된 전하가 적어도 다른 일부의 보이드의 표면에 축적되는 전하와 상호작용하여, 전기장을 가로지르는 성분을 갖는 방향으로 각 전하를 이동시키도록 구성될 수 있다. 인접한 보이드 사이의 간격은 보이드의 평균 직경 이하일 수 있으며, 보이드의 평균 직경은 약 100㎛ 이하일 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 중공 입자가 매트릭스 물질에 의해 형성된 보이드 어레이의 각 보이드내에 배치될 수도 있다. 예를 들면, 중공 입자는 유리, 폴리머, 산화알루미늄, 이산화규소, 이산화티타늄 및/또는 산화아연의 중공 구체(球體)일 수 있다. 다른 실시예에서는, 세라믹, 배리스터(varistor)[예를 들면, 도핑된 ZnO 또는 도핑된 TiO2) 및/또는 무기 유전 입자와 같은 입자가 매트릭스 물질내에 함유될 수도 있다.
매트릭스 물질이 배리스터 입자를 포함하는 조성물에서, 배리스터 입자의 농도는, 강도가 증가된 균일한 외부 전기장 내에 조성물이 놓인 경우, 보이드 중 임의의 하나를 가로지르는 전기장이 보이드를 가로지르는 전기 방전을 유도하기에 충분한 강도에 도달하기 전에 매트릭스 물질을 통과하는 전기장이 배리스터 입자에 대한 천이 전기장 강도(transition field strength)에 도달하도록 구성될 수 있다. 배리스터 입자는 매트릭스 물질 및 배리스터 입자의 약 5중량% 이하인 농도로 매트릭스 물질내에 함유될 수 있다.
다른 관점에 있어서, 고전압 디바이스(예를 들면, 발전기 또는 전기 모터)와 같은 디바이스가 제공된다. 이러한 디바이스는 상이한 전위로 유지되도록 구성된 제 1 및 제 2 전도 요소(예를 들면, 각각 위상 전도체 및 접지 또는 위상 전도체)를 포함할 수 있다. 절연층은 상기 제 1 및 제 2 전도 요소 사이에 배치될 수 있다. 절연층은 각각의 크기가 실질적으로 균일하고 실질적으로 균일한 어레이로 구성된 복수의 보이드를 형성하는 유전 매트릭스 물질을 포함할 수 있다. 디바이스의 보이드는 제 1 및 제 2 전도 요소에 의해 설정되고 이들 사이에서 연장되는 전기장에 대하여 경사진 조밀충전방향(close-packed direction)을 갖는 실질적으로 균일한 어레이로 구성될 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 중공 입자가 매트릭스 물질에 의해 형성된 보이드 어레이의 각 보이드 내에 배치될 수도 있다. 다른 실시예에 있어서, 세라믹, 배리스터 및/또는 무기 유전 입자와 같은 입자가 매트릭스 물질내에 함유될 수도 있다.
본 발명의 이들 및 다른 특징, 관점 및 장점은 동일한 도면부호가 도면 전체에 걸쳐서 동일한 부품을 나타내는 첨부 도면을 참조하여 하기의 상세한 설명을 읽으면 보다 잘 이해될 것이다.
도 1은 예시적인 실시예에 따라 구성된 고전압 시스템의 일부분을 도시하는 확대 측면도로서, 위상 전도체와 접지 전도체 사이의 절연층을 보여주는 도면,
도 2는 도 1에서 "2"로 표시된 영역의 확대 측면도,
도 3은 도 2에서 "3"으로 표시된 영역의 확대 사시도,
도 4는 도 2에 도시된 절연층의 일부분을 도시하는 확대 사시도로서, 보이드의 단위 셀이 보이도록 매트릭스 물질이 투명하게 도시된 도면,
도 5는 도 4의 단위 셀의 측면도,
도 6은 다른 예시적인 실시예에 따라 구성된 고전압 시스템의 측면도,
도 7은 도 6에서 "7"로 표시된 영역의 확대 측면도,
도 8은 도 7에서 "8"로 표시된 영역의 확대 사시도,
도 9는 도 7에 도시된 절연층의 일부분을 도시하는 확대 사시도로서, 보이드의 단위 셀이 보이도록 매트릭스 물질이 투명하게 도시된 도면,
도 10은 도 9의 단위 셀의 측면도,
도 11은 고립된 보이드를 포함하고 외부 전기장을 받는 절연층의 개략적인 측면도,
도 12는 보이드의 어레이를 포함하고 외부 전기장을 받는 절연층의 개략적인 측면도,
도 13은 다른 예시적인 실시예에 따라 구성된 절연층의 사시도.
이하, 동일 도면부호가 도면 전체에 걸쳐서 동일 부품을 지시하는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예를 상세하게 설명한다. 이러한 실시예중 일부는 상기 요구 및 다른 요구중 일부를 해결할 수 있다.
도 1을 참조하면, 예시적인 실시예에 따라 구성된 전기 시스템(100)의 일부분이 도시되어 있다. 전기 시스템(100)은 위상 전도체(102)와 같은 제 1 전도 요소 및 접지 전도체(104)와 같은 제 2 전도 요소를 포함할 수 있다. 위상 전도체(102)는 고전압 공급장치에 접속될 수 있다. 발전기(100)의 작동 동안에, 위상 전도체(102) 및 접지 전도체(104)는 상이한 전위로 유지될 수 있다. 예를 들면, 위상 전도체(102)는 여기원(excitation source)의 작동에 의해 고전압으로 유지될 수 있는 반면, 접지 전도체(104)는 접지 전위로 유지될 수 있다. 그 때문에, 전기장(E)이 위상 전도체(102)와 접지 전도체(104) 사이에 형성될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 절연층(120)은 위상 전도체(102)와 접지 전도체(104) 사이에 배치될 수 있으며, 그에 따라 이들 전도체 사이에 일정량의 전기 절연을 제공한다. 발전기(100)의 작동 동안에, 위상 전도체(102)와 접지 전도체(104) 사이에 형성된 전기장(E)이 절연층(120)을 가로질러 연장될 수 있다. 절연층(120)은 적어도 부분적으로 유전 물질로 형성된 매트릭스(122)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 유전 매트릭스 물질은 열경화성 수지(예를 들면, 에폭시 및/또는 폴리에스테르 수지 등), 열가소성 수지[예를 들어 사빅 이노베이티브 플라스틱스(SABIC Innovative Plastics)(미국 매사추세츠주 피츠필드)에 의해 상품명 LEXAN으로 시판되는 폴리카보네이트 수지], 탄성중합체(예를 들면, 실리콘) 및/또는 상기 물질의 블렌드 또는 합성물을 포함할 수 있다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 매트릭스(122)는 내부에 복수의 보이드(124)를 형성할 수 있으며, 보이드는 각각의 크기가 실질적으로 균일하다. 예를 들면, 매트릭스(122)는 에어로겔(aerogel) 또는 크세로겔(xerogel)을 포함할 수 있다. 보이드(124)는 실질적인 구형일 수 있으며, 또한 직경(d)이 모두 약 100㎛(예를 들면, ±10%)이거나, 또는 말하자면 10㎛ 또는 1㎛의 정도로 일부의 직경이 100㎛ 미만으로 실질적으로 균일하게 될 수도 있다. 다른 실시예에 있어서, 보이드(124)는 실질적인 장구형, 타원형 및/또는 계란형 등일 수 있다. 또한, 다른 형상의 보이드도 가능할 수 있다. 더욱이, 보이드(124)는 실질적으로 균일한 어레이로 구성될 수 있다. 이러한 어레이는 임의의 다양한 규칙적인 배열을 가질 수 있으며, 예를 들어 입방정계(cubic)(도 3에 도시됨), 정방정계(tetragonal), 사방정계(orthorhombic), 단사정계(monoclinic), 삼사정계(triclinic), 육방정계(hexagonal), 능면체정계(rhombohedral)인 단위 셀(u)의 공간 반복으로 구성될 수도 있다. 매트릭스(122)는 보이드의 어레이의 균일도의 레벨이 모리시타 인덱스에서 적어도 1이 되도록 보이드(124)를 형성할 수도 있다.
보이드의 어레이에 의해 일반적으로 나타나는 대칭의 타입과 무관하게, 보이드의 어레이는 보이드(124)가 가장 근접하여 이격되는 "조밀충전방향"을 가질 수 있다. 보이드(124)의 일부 배열(예를 들면, 도 2 내지 도 5의 배치)에 있어서, 보이드의 어레이는 몇 개의 조밀충전방향(c1, c2)을 가질 수 있다. 조밀충전방향(c1, c2)을 따라 인접한 보이드(124) 사이의 간격(s)은 보이드의 평균 직경(d) 이하일 수 있다(즉, s ≤ d). 일부 실시예에 있어서, 간격(s)은 보이드의 직경(d)보다 상당히 작을 수 있으며, 예를 들면 s는 0.3d 이하일 수 있다.
절연층(120)은, 위상 전도체(102)와 접지 전도체(104) 사이에 배치될 경우, 조밀충전방향(c1, c2)중 적어도 하나가 위상 전도체(102)와 접지 전도체(104)에 의해 형성되고 이들 사이에서 연장되는 전기장(E)의 방향에 대하여 경사지도록 보이드 어레이가 배향되도록 구성될 수 있다. 이것은, 예를 들어 보이드 어레이가 절연층(120)의 외측 윤곽에 대하여 적절하게 배향되도록 함으로써 이루어질 수 있다. 하기에서 더 설명되는 바와 같이, 조밀충전방향이 절연체를 통과하는 전기장에 대하여 경사지도록 구성하는 것은 일부 경우에서 유용한 것으로 검증될 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 조밀충전방향은 전기장(E)에 대하여 45° 이하의 각도로 배향될 수도 있다.
도 6 내지 도 10을 참조하면, 전기 시스템(200)의 다른 실시예에 있어서, 절연층(220)이 위상 전도체(202)와 다른 위상 전도체(204) 사이에 배치될 수 있다. 위상 전도체(202 및 204)는 작동 동안 상이한 전위로 유지되도록 구성될 수 있으며, 그에 따라 전기장이 이들 전도체 사이에서 절연층(220)을 가로질러 연장된다. 절연층(220)은 각각의 보이드(224)가 중공 구체(226)를 포함하도록 각 보이드(224)내에 중공 구체(226)와 같은 중공 입자를 포함할 수 있다. 보이드(224)는 각각 직경(d)을 가질 수 있으며, 구체(226)는 각각 직경(d)과 대략 동일한 외경(ds)을 가질 수 있고, 그에 따라 각 보이드와 연관된 비점유 공간이 본질적으로 구체의 내부 또는 중공부에 의해 규정된다(즉, 고체 물질에 의해 점유되지 않은 공간 영역이 구체내에 본질적으로 전체적으로 배치됨). 중공 구체(226)는 보이드(224)의 직경(d)보다 상당히 작은 두께(t)를 가질 수 있다. 따라서, 보이드(224)가 중공 구체(226)를 포함하든지 또는 포함하지 않든지 간에, 보이드의 유효 직경은 본질적으로 여전히 동일하며, 즉 d일 수 있다. 중공 입자/구체(226)는 비전도성일 수 있고, 유리 미소구체(glass microspheres)와 같은 세노스피어(cenosphere)일 수 있고, 이러한 경우에 절연층(220)으로는 각종의 신택틱 폼(syntactic foam)이 고려될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 중공 입자는 적어도 부분적으로 폴리머(예를 들면, 페놀 수지), 산화알루미늄, 이산화규소, 이산화티타늄 및/또는 산화아연으로 이루어질 수 있다.
보이드(224)는 하나 이상의 조밀충전방향을 갖는 실질적으로 균일한 어레이로서 구성될 수 있다. 예를 들면, 보이드(224)는 도 9에 도시된 바와 같이 조밀충전방향(c3, c4)을 갖는 면심 입방 패턴으로 배열될 수 있다. 또, 조밀충전방향(c3, c4)을 따라 인접한 보이드(224) 사이의 간격(s)은 보이드의 평균 직경(d) 이하일 수 있으며, 조밀충전방향(c3, c4)중 적어도 하나가 위상 전도체(202)와 다른 위상 전도체(204)에 의해 형성되고 이들 사이에서 연장되는 전기장의 방향에 대해 경사질 수 있다.
전술한 바와 같이 구성된 절연층[예를 들면, 도 6의 절연층(220)]이 절연체내에서의 부분 방전의 발생에 대한 저항이 향상되는 경향이 있을 수 있다는 것을 출원인은 알아냈다. 구체적으로, 절연체를 가로질러 연장되는 전기장에 대하여 경사진 조밀충전방향을 갖는 실질적으로 균일한 어레이로서 세노스피어가 배열된 유전 물질 매트릭스내에 약 15체적%의 세노스피어가 포함된 절연체에 대해서, 부분 방전이 생기는데 필요한 절연층을 가로지르는 전압 강하가 보이드 어레이가 없는 동일한 유전 물질로 구성된 절연체에 대해서 50% 이상 정도 증가된다는 것을 출원인은 알아냈다.
어떤 특정 이론에 구애됨이 없이, 출원인은 적절하게 이격된 보이드의 균일한 어레이를 유전 매트릭스 물질내에 형성하는 것이 외부 전기장의 영향하에서 보이드의 표면에 자연적으로 축적되는 유도 전하의 상호작용을 허용한다는 것을 상정했다. 구체적으로, 도 11을 참조하면, 외부 전기장(E)을 받는 유전 매트릭스(322)내의 고립된 구형 보이드(324)에서, 반대 전하가 보이드의 대향 단부에 각각 축적될 것으로 예견된다. 이러한 전하의 배열에 의해, 최대의 국부 전기장이 보이드(324)를 가로질러 배치되고, 그에 따라 궁극적으로는 예를 들어 보이드내의 가스 입자의 이온화로 인해 보이드내의 공간의 전기 절연파괴가 생길 수 있다. 도 11에서와 같은 고립된 보이드가 이러한 보이드를 배제하기 위한 복잡하고 고가인 절연체 제조 공정 없이는 절연층 전체에 걸쳐서 랜덤하게 배치될 것으로 예견된다는 것이 중요하다.
도 12를 참조하면, 고립된 보이드 대신에 유전 매트릭스(422)는 보이드(424a, 424b)를 포함하여 실질적으로 균일한 보이드의 어레이를 포함할 수 있다. 또, 매트릭스(422)가 전기장(E)내에 놓인 경우, 전하는 보이드(424a, 424b) 주위에 축적될 것이다. 보이드(424a, 424b)가 충분히 근접하여 있다면[예를 들면, 간격(s) ≤ 보이드 직경(d)], 하나의 보이드(424a)와 관련된 전하들은 이웃하는 보이드(424b)와 관련된 전하들과 상호작용할 수 있다. 그 결과, 각 세트의 전하가 다른 세트의 전하를 향해서 끌어당겨짐에 따라 전하가 보이드(424a, 424b)에 대해 시프팅할 수 있다[이러한 경우에 있어서의 전하의 "시프팅(shifting)'은 유사한 크기 및 형상의 고립된 보이드 주위에서 예상되는 분포에 대한 전하의 이동을 의미함]. 이러한 전하의 공간적 재분포는 보이드(424a, 424b)를 가로지르는 국부적인 전기장의 강도를 감소시킬 수 있으며, 그에 대응하여 보이드 사이에서 매트릭스(422)를 통해 연장되는 국부적 전기장의 강도를 증가시키게 된다. 고체 유전 물질에 의해 전형적으로 생기는 보다 큰 절연파괴 강도의 관점에서, 이러한 것은 매트릭스-보이드 합성물 절연체에서의 부분 방전에 대한 전체적인 저항성을 크게 할 수 있다.
보이드의 크기와 간격이 완전히 균일한 보이드의 이상적인 배열에 있어서, 전술한 전하 재분포가 발생하는 것을 기대할 수 없다는 것이 중요하다. 대신에, 일부의 경우에 이웃하는 보이드 주위의 전하로 인해 전하의 세트에 작용하는 힘은 반대방향으로 배치된 보이드 주위에 위치된 전하에 의해 인가되는 반대 힘에 의해 정확하게 균형이 이루어질 수 있다. 그러나, 실제로는, 보이드의 크기도 간격도 완전히 균일하지 않고, 대신에 일정 레벨의 자연적/통계적 편차를 나타낼 것이다. 보이드의 크기 및 간격의 상기 기술에 있어서의 용어 "실질적인 균일"의 사용은 이러한 자연적 가변성을 표현하고자 한 것이다.
도 13을 참조하면, 다른 예시적인 실시예에 따라 구성된 절연 물질(520)의 일부분이 도시되어 있다. 절연 물질(520)은 적어도 부분적으로 유전체로 구성될 수 있는 매트릭스 물질(522)을 포함할 수 있다. 매트릭스(522)는 실질적으로 균일한 어레이를 형성하도록 배열된 복수의 보이드(524)를 형성할 수 있다. 매트릭스(522)내에는 매트릭스의 열적 및/또는 전기적 성능을 향상시키는 경향이 있을 수 있는 입자(528)가 포함될 수 있다. 예를 들면, 적어도 일부의 입자(528)는 매트릭스(522)의 열전도성을 향상시킬 수 있는 세라믹 또는 무기 유전 물질을 포함할 수도 있다.
일부 실시예에 있어서, 매트릭스(522)는 도핑된 산화아연 및/또는 도핑된 이산화티타늄(TiO2)과 같은 배리스터 물질을 포함하는 입자(528)를 포함할 수도 있다. 배리스터 입자(528)는 비선형이고 하기의 수학식 1로 표현되는 전류(Ivar)-전압(V) 거동을 가질 수 있다.
[수학식 1]
Ivar=k·Vα
여기에서, α는 10 내지 40의 범위내에 있는 물질에 따른 비선형 지수이며, k는 물질에 따른 비례 상수이다. 따라서, α≥10(예를 들면, 도핑된 ZnO 또는 도핑된 TiO2)인 경우, 배리스터 입자(528)는 물질에 의해 규정되는 한계 전압/전기장 강도 이하의 전압 및 전기장 강도를 받는 경우 상대적으로 전기 비전도성인 경향이 있으며, 한계값 이상에서는 상대적으로 전기 전도성이 된다. 전도 거동에서의 천이가 발생하는 전기장 강도가 "천이 전기장 강도"로서 지칭된다. 많은 물질에 있어서, 천이 전기장 강도는 사실상 거동이 비전도성으로부터 전도성으로 변화하는 강도의 범위이다.
배리스터 입자(528)의 농도 및 재료는, 강도가 증가된 균일한 외부 전기장내에 절연 물질(520)이 놓인 경우, 임의의 보이드(524)를 가로지르는 국부적인 전기장이 부분 방전을 유도하기에 충분한 강도에 도달하기 전에 매트릭스 물질(522)을 통과하는 국부적인 전기장이 배리스터 입자(528)의 천이 전기장 강도에 도달하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 부분 방전을 일으키는데 필요한 전기적 응력이 3kV ㎜-1이고, 절연층을 가로지르는 전압 강하가 100㎛의 절연체 두께에 대해 300V일 때 이러한 전기적 응력이 생긴다면, 300V의 전압에 의해 1mA㎝-2 이상의 전류밀도가 입자를 통해 전도되도록 배리스터 입자(528)의 농도가 선택될 수 있다. 그러한 방식으로, 매트릭스(522)를 통한 누설 전류가 유도되어 전하 축적을 완화할 수 있으며, 이것은 부분 방전 사건보다 덜 해로운 결과를 나타낸다. 일부 실시예에 있어서, 매트릭스 물질(522)에 포함된 배리스터 입자(528)의 농도는 집합체의 약 5중량% 이하일 수 있다.
이하, 예시적인 실시예에 따라 구성된 절연 물질[예를 들면, 도 6 내지 도 10의 절연 물질(220)]을 제조하는 하나의 방법을 제시한다. 우선, 폴리카보네이트 수지의 과립자(granule)가 소정량의 중공 미세구체와 수동으로 혼합될 수 있다. 수지와 중공 미소구체의 상대적인 양은 전술한 평균적인 중공 구체의 농도/간격을 갖는 집합체 절연 물질을 생성하도록 선택될 수 있다. 다음에, 수지 과립자 및 중공 구체의 혼합물이 임의의 포획된 수분의 제거를 촉진하도록 1 내지 2시간 동안 120℃의 노(furnace)내에 배치될 수 있다. 그 후에, 혼합물을 220℃ 내지 270℃의 온도까지 가열하면서 압출기를 통과시켜서, 2㎜ 내지 4㎜의 직경을 갖고 연속적인 수지 매트릭스내에 중공 구체가 형성된 와이어로 인발할 수 있다. 이러한 혼합물을 압출기를 통해 복수회 통과시킬 수 있으며, 이는 수지 매트릭스내에서의 중공 구체의 분포의 균일성을 향상시키는 기능을 할 수 있다. 다음에, 이렇게 인발된 와이어는 보다 작은 과립자로 절단되어, 120℃에서 2 내지 5시간 동안 건조될 수 있다. 최종적으로, 절단된 과립자는 사출 성형 공정에서 사용될 수 있으며, 이러한 사출 성형은 16,000psi 내지 20,000psi의 압력 및 240℃ 내지 270℃의 온도로 실행될 수 있다.
본 명세서에서는 본 발명의 일정 특징만을 도시하여 설명하였지만, 많은 변형 및 수정이 본 기술분야에 숙련된 자에 의해 이루어질 것이다. 따라서, 첨부된 특허청구범위는 본 발명의 진정한 사상내에 있는 이러한 모든 변형 및 수정을 커버하고자 한다는 것이 이해될 것이다.
100, 200 : 전기 시스템 102. 202, 204 : 위상 전도체
104 : 접지 전도체 120, 220 : 절연층
122 : 매트릭스
124, 224, 324, 424a, 424b, 524 : 보이드
226 : 중공 구체 122, 322, 422, 522 : 매트릭스
520 : 절연 물질 528 : 입자

Claims (10)

  1. 디바이스에 있어서,
    상이한 전위로 유지되도록 구성된 제 1 및 제 2 전도 요소(102, 104)와,
    상기 제 1 및 제 2 전도 요소 사이에 배치된 절연층(120)을 포함하며,
    상기 절연층(120)은 각각의 크기가 실질적으로 균일하고 실질적으로 균일한 어레이로 구성된 복수의 보이드(124)를 형성하는 유전 매트릭스 물질(122)을 포함하는
    디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보이드(124)는 상기 제 1 및 제 2 전도 요소(102, 104)에 의해 형성되고 이들 사이에서 연장되는 전기장에 대하여 경사진 조밀충전방향을 갖는 실질적으로 균일한 어레이로 구성되는
    디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전 매트릭스 물질(122)에 의해 형성된 보이드(124)의 어레이는 실질적인 구형 보이드, 실질적인 장구형 보이드, 실질적인 타원형 보이드, 또는 실질적인 계란형 보이드중 적어도 하나를 포함하는
    디바이스.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전도 요소(102)는 위상 전도체를 포함하며, 상기 제 2 전도 요소(104)는 위상 전도체 또는 접지 전도체중 하나를 포함하는
    디바이스.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전 매트릭스 물질(122)은 열경화성 수지, 열가소성 수지 또는 탄성중합체중 적어도 하나를 포함하는
    디바이스.
  6. 제 1 항에 있어서,
    인접한 보이드(124) 사이의 간격은 보이드의 평균 직경 이하인
    디바이스.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 보이드(124)의 각 직경은 약 100㎛ 이하인
    디바이스.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전 매트릭스 물질(222)에 의해 형성된 보이드의 어레이의 각 보이드(224)내에 배치된 중공 입자(226)를 더 포함하는
    디바이스.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전 매트릭스 물질(522)내에 함유된 입자(528)를 더 포함하는
    디바이스.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연층(520)은 상기 유전 매트릭스 물질(522)내에 함유된 배리스터 입자(528)를 더 포함하는
    디바이스.
KR1020100071344A 2009-07-24 2010-07-23 절연 조성물 및 그것을 포함하는 디바이스 KR20110010576A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/508,811 US20110017494A1 (en) 2009-07-24 2009-07-24 Insulating compositions and devices incorporating the same
US12/508,811 2009-07-24

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20110010576A true KR20110010576A (ko) 2011-02-01

Family

ID=43216468

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100071344A KR20110010576A (ko) 2009-07-24 2010-07-23 절연 조성물 및 그것을 포함하는 디바이스

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20110017494A1 (ko)
EP (1) EP2278688A1 (ko)
JP (1) JP2011030415A (ko)
KR (1) KR20110010576A (ko)
CN (1) CN101964560A (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8324302B2 (en) * 2010-02-18 2012-12-04 General Electric Company Insulating composition and method for making the same
CH704986A1 (de) * 2011-05-20 2012-11-30 Alstom Hydro France Isolierkappe für einen Wickelkopf einer mit Hochspannung arbeitenden elektrischen Maschine sowie Maschine mit einer solchen Isolierkappe.
CA2775458C (en) 2011-04-29 2017-09-12 Alstom Hydro France Insulating cap for an end winding of an electrical machine working at high voltage and machine having such an insulating cap
US9531319B2 (en) * 2013-12-23 2016-12-27 Sunpower Corporation Clamps for solar systems
US10726995B2 (en) 2018-09-19 2020-07-28 Kevin Andrew O'Connor Dielectric structures for electrical insulation with vacuum or gas

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3278673A (en) * 1963-09-06 1966-10-11 Gore & Ass Conductor insulated with polytetra-fluoroethylene containing a dielectric-dispersionand method of making same
US4273806A (en) * 1978-04-03 1981-06-16 Stechler Bernard G Method of forming electrical insulation by extruding polymeric compositions containing hollow microspheres
IT1094442B (it) * 1978-04-19 1985-08-02 Pirelli Procedimento per la riduzione dei microvucti nell'isolante estruso di cavi elettrici
US4219791A (en) * 1978-11-24 1980-08-26 Westinghouse Electric Corp. Electrical inductive apparatus
FR2588996A2 (fr) * 1984-10-29 1987-04-24 Rene Pioch Reduction d'un volume de dielectrique par l'emploi de bulles de verre
US4769348A (en) * 1986-07-28 1988-09-06 Kms Fusion, Inc. Fabrication of refractory insulating materials consisting essentially of a carbon matrix containing a dispersion of SiC- or Si3 N4 -lined voids
JPS63228606A (ja) * 1987-03-18 1988-09-22 Hitachi Ltd 樹脂モ−ルドコイル
JP2749323B2 (ja) * 1988-05-21 1998-05-13 株式会社日立製作所 磁気浮上列車用モールドコイル
JPH0812807B2 (ja) * 1988-11-08 1996-02-07 日本碍子株式会社 電圧非直線抵抗体及びその製造方法
US5192834A (en) * 1989-03-15 1993-03-09 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Insulated electric wire
JP2737234B2 (ja) * 1989-04-17 1998-04-08 住友電気工業株式会社 絶縁電線とその製造方法
US5600342A (en) * 1995-04-04 1997-02-04 Hughes Aircraft Company Diamond lattice void structure for wideband antenna systems
DE19525692A1 (de) * 1995-07-14 1997-01-16 Abb Research Ltd Elektrisch und thermisch leitfähiger Kunststoff und Verwendung dieses Kunststoffs
US6127285A (en) * 1997-02-28 2000-10-03 Dallas Instruments Incorporated Interlevel dielectrics with reduced dielectric constant
US6146749A (en) * 1999-05-03 2000-11-14 Jsr Corporation Low dielectric composition, insulating material, sealing material, and circuit board
US7038009B2 (en) * 2001-08-31 2006-05-02 Cool Shield, Inc. Thermally conductive elastomeric pad and method of manufacturing same
JP2004095609A (ja) * 2002-08-29 2004-03-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd 外装被覆形バリスタ
US7190352B2 (en) * 2002-10-31 2007-03-13 Ownway Biotronics Inc. Method and apparatus of electrotactile panel with pointing system
JP2004320953A (ja) * 2003-04-18 2004-11-11 Yaskawa Electric Corp 回転機の固定子
EP1639608B1 (en) * 2003-06-18 2011-11-30 Philips Intellectual Property & Standards GmbH High voltage insulating component for an x-ray generator
DE202004011700U1 (de) * 2004-07-26 2004-09-30 Gebr. Swoboda Gmbh Umspritzte Spule
JP2006109600A (ja) * 2004-10-04 2006-04-20 Toshiba Corp 回転電機の固定子コイルおよびその固定方法
US7609178B2 (en) * 2006-04-20 2009-10-27 Pressure Profile Systems, Inc. Reconfigurable tactile sensor input device
JP3981889B2 (ja) * 2005-06-15 2007-09-26 東洋紡績株式会社 高周波用電子部品
EP1736998A1 (en) * 2005-06-21 2006-12-27 Abb Research Ltd. Varistor field control tape
JP2009040965A (ja) * 2007-08-10 2009-02-26 Panasonic Electric Works Co Ltd 低誘電率被膜形成用樹脂組成物、低誘電率被膜、低誘電率被膜の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN101964560A (zh) 2011-02-02
US20110017494A1 (en) 2011-01-27
EP2278688A1 (en) 2011-01-26
JP2011030415A (ja) 2011-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20110010576A (ko) 절연 조성물 및 그것을 포함하는 디바이스
Kato et al. Application of functionally graded material for solid insulator in gaseous insulation system
EP2982721B1 (en) Coating material for electrical equipment, method for manufacturing coating material for electrical equipment, and encapsulated type insulating device
Haque et al. Electrical properties of different polymeric materials and their applications: The influence of electric field
Park Electret: An entirely new approach of solving partial discharge caused by triple points, sharp edges, bubbles, and airgaps
US6864432B2 (en) Electrical insulators, materials and equipment
CA2715651A1 (en) Field-controlled composite insulator
CN107646163B (zh) 用于电机的电晕屏蔽的防护覆层
US20150031798A1 (en) Composite materials for use in high voltage devices
JP6289665B2 (ja) ガス絶縁開閉装置
Ye et al. Electroquasistatic field simulation for the layout improvement of outdoor insulators using microvaristor material
Volat Comparison between the use of surface and volume conductivity to compute potential distribution along an insulator in presence of a thin conductive layer
Han et al. Electrical tree in HTV silicone rubber with temperature gradient under repetitive pulse voltage
CN101605449B (zh) 用于降低高压装置中电介质击穿风险的设备
CN104081632B (zh) 电传导装置、端部电晕防护设备及其制造方法
Nettelblad et al. Two percolation thresholds due to geometrical effects: experimental and simulated results
KR20160063219A (ko) 초고압 직류 전력케이블용 중간접속함
JP5663085B2 (ja) 複合がいし
Shimakawa et al. Temperature dependence of surface charge accumulation on DC-GIS insulating spacer
Hrastnik et al. Designing a new post insulator using 3-D electric-field analysis
US8324302B2 (en) Insulating composition and method for making the same
M'hamdi et al. Potential and electric field distributions on HV insulators string used in the 400 kV novel transmission line in Algeria
Negara et al. The Electric Field Characteristics in Clevis Type Polymer Insulators Affected by Size and Contact Angle of the Contaminants: Simulation Approach
Rizzo et al. The effect of Transient Over Voltages on the Partial Discharges activity in HVDC joints
KR102249186B1 (ko) Dc 케이블의 체적저항측정 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid