KR20140063615A - 전기 절연 시스템용 테이프를 생산하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다공성의 절연 페이퍼를 제공하는 단계; 나노-스케일의 입자들이 현탁되어 있는 수지를 제공하는 단계; 수지 및 입자들이 절연 페이퍼에 분산되도록, 절연 페이퍼를 상기 수지로 포화시키는 단계; 및 테이프를 완성하는 단계를 포함하는, 전기 절연 시스템용 테이프를 생산하는 방법에 관한 것이다.

Description

전기 절연 시스템용 테이프를 생산하는 방법{METHOD FOR PRODUCING A TAPE FOR AN ELECTRICAL INSULATION SYSTEM}
본 발명은 전기 절연 시스템(electric insulation system)용 테이프를 생산하는 방법에 관한 것이다.
전기 기계(electric machine)들, 예를 들어 모터 및 발전기들은 전기 전도체들, 전기 절연 시스템, 및 고정자 플레이트 패킷(stator plate packet)을 갖는다. 절연 시스템은 전도체들을 서로에 대해, 고정자 플레이트 패킷과, 그리고 주변(surrounding)과 전기적으로 절연시키는 목적을 갖는다. 기계의 작동 시에 기계적 또는 열적 응력(thermal stress)의 경우에, 절연 시스템과 전도체 사이, 또는 절연 시스템과 고정자 플레이트 패킷 사이의 경계면에 빈 공간(hollow space)들이 형성될 수 있으며, 이러한 빈 공간들에서 부분 전기 방전(partial electric discharge)에 의해 스파크(spark)가 형성될 수 있다. 이러한 스파크는 절연부(insulation)에서 "트리잉(treeing)" 채널들을 형성시킬 수 있다. "트리잉" 채널들은 절연부를 관통하는 전기적 천공(electrical puncture)를 야기시킬 수 있다. 부분 방전에 대한 배리어(barrier)는 절연부에서 높은 부분 방전 안정성을 갖는 운모를 사용함으로써 형성된다. 운모는 수백 마이크론 내지 수 밀리미터의 공칭 입자 크기를 갖는 판상형 운모 입자들의 형태로 사용되며, 이러한 운모 입자들은 운모 페이퍼(mica paper)를 형성하기 위해 가공된다. 강도를 증가시키고 가공성을 개선시키기 위하여, 접착제를 사용하여 지지 구조물에 운모 페이퍼를 접착 결합시키는 테이프가 사용된다.
절연 시스템의 부분 방전 안정성을 개선시키기 위해 절연 시스템에서 무기 나노입자들을 사용하는 것이 알려져 있다. 절연 시스템의 부분 방전 안정성은 입자들의 표면적이 증가함에 따라 증가하며, 이에 따라 이러한 부분 방전 안정성은 이들의 직경 및 이들의 형상에 의존적이다. 또한, 부분 방전 안정성은 절연 시스템을 기준으로 한 나노입자들의 질량 비율이 증가함에 따라 증가한다. 나노입자들은 코팅될 수 있다.
운모와 비교하여, 수지는 낮은 부분 방전 안정성을 가지며, 그 결과로서, 두 공정들 모두에 의해 생산된 절연 시스템들은 "트리잉" 채널들의 형성을 허용할 수 있다. 이는 절연 시스템들의 수명을 감소시킨다.
DE 601 09 422 T2호에는 절연 시스템을 생산하는 방법이 기재되어 있다. 그러나, 이러한 방법은, 나노크기의 입자들의 달성 가능한 최대 질량 비율이 낮다는 문제점을 지닌다.
본 발명의 목적은 절연 시스템의 부분 방전 안정성이 높으며 절연 시스템의 수명이 긴, 절연 시스템용 테이프를 생산하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
전기 절연 시스템용 테이프를 생산하기 위한 본 발명의 방법은 하기 단계들을 갖는다: 다공성의 절연 페이퍼를 제공하는 단계; 나노크기의 입자들이 현탁되어 있는 수지를 제공하는 단계; 절연 페이퍼를 수지로 완전히 함침시키는 단계로서, 그 결과로서 수지 및 입자들이 절연 페이퍼에 분포되는 단계; 테이프를 제작하는 단계.
이러한 방식으로 생산된 테이프는 유리하게, 초대기압(superatmospheric pressure) 하에서의 공정에서 추가로 가공될 수 있으며, 그 결과로서, 절연 시스템을 기준으로 한 수지의 높은 질량 비율이 달성될 수 있다. 수지의 높은 질량 비율 때문에, 절연 시스템을 기준으로 한 나노입자들의 높은 질량 비율이 또한 유리하게 달성될 수 있으며, 그 결과로서, 절연 시스템의 수명이 개선된다.
테이프는 바람직하게 지지 구조물을 갖는다. 이러한 방식으로, 테이프의 보다 높은 강도 및 보다 양호한 가공성이 유리하게 달성된다. 절연 페이퍼는 바람직하게 운모 페이퍼이다. 또한, 수지는 바람직하게, 무수물 또는 아민을 경화제로서 함유한, 방향족 에폭시 수지, 특히 BADGE, BFDGE, 에폭시화된 페놀 노볼락들 또는 에폭시화된 크레솔 노볼락들이다. 절연 페이퍼를 수지로 완전히 함침시킨 후에, 수지가 무점착성 상태(tack-free state)로 존재하고 후속하여 완전히 경화될 수 있는 방식으로 수지는 열 공급에 의해 바람직하게 일부 가교된다. 또한, 테이프는 바람직하게, 100 ㎛ 내지 300 ㎛의 두께를 갖는다.
입자들은 바람직하게, 무기 물질, 특히 티탄 디옥사이드, 실리콘 디옥사이드 및/또는 알루미늄 옥사이드를 포함한다. 무기 입자들은 유리하게, 높은 부분 방전 안정성을 갖는다. 또한, 입자들은 바람직하게, 1 ㎚ 내지 50 ㎚의 입경(particle diameter)을 갖는다. 입자들은 바람직하게, 25 ㎡/g 초과인 비표면적을 갖는다. 높은 비표면적은 유리하게, 절연 시스템의 높은 부분 방전 안정성을 야기시킨다.
절연 페이퍼를 수지로 완전히 함침시키기 위하여, 수지의 점도를 감소시키도록 수지에 바람직하게 용매, 특히 2-부탄온, 에탄올, 부틸 아세테이트 또는 에틸 아세테이트가 첨가된다. 또한, 절연 페이퍼를 수지로 완전히 함침시키기 위해서, 수지의 점도를 감소시키도록 수지에 바람직하게 열량(quantity of heat)이 공급된다. 다시 말해서, 절연 페이퍼를 수지로 완전히 함침시키기 위해서, 수지의 점도를 추가로 감소시키도록 수지에 열량을 공급하는 것이 바람직하다. 절연 페이퍼가 완전히 함침된 후에, 용매는 바람직하게, 절연 페이퍼로부터 제거된다. 여기서, 열량은 바람직하게, 용매의 제거 동안에, 수지가 무점착성 상태로 존재하고 후속하여 완전히 경화될 수 있는 방식으로 수지가 일부 가교되는 방식으로 결정된다. 점도를 감소시키기 위한 두 가지 수단, 즉 용매들의 첨가 또는 열량의 공급의 결과로서, 수지 중의 입자들의 높은 농도가 유리하게 달성될 수 있으며, 이에 따라 본 발명에 따라 생산된 테이프를 포함하는 절연 시스템이 절연 시스템을 기준으로 한 입자들의 높은 질량 비율을 가지며, 그 결과로서, 절연 시스템은 높은 부분 방전 안전성을 갖는다. 절연 시스템을 기준으로 한 입자들의 질량 비율은 본 발명에 따르면, 3% 초과, 특히 3% 내지 10%의 범위이다.
전기 절연 시스템을 위한 본 발명에 따른 테이프는 본 발명의 방법에 의해 생산된다. 본 발명에 따른 테이프는 전기 전도체를 감싸며, 절연 시스템은 테이프의 가압에 의해 그리고 열의 공급에 의한 수지의 경화에 의해 생산된다.
본 발명의 방법은 실시예의 도움으로 하기에서 예시될 것이다.
지지 구조물이 제공된 다공성의 운모 페이퍼를 에폭시화된 페놀 노볼락 및 경화제로서 무수물을 포함하고 20 ㎚의 입경을 갖는 티탄 디옥사이드 입자들이 현탁되어 있는 수지에 의해 완전히 함침시킨다. 완전한 함침을 달성하기 위하여, 수지의 점도를 감소시키도록 용매 에틸 아세테이트를 수지에 첨가한다. 점도를 추가로 감소시키기 위하여, 수지를 가열하고, 그 결과로서, 수지가 무점착성 상태로 존재하고 후속하여 완전히 경화될 수 있는 방식으로 수지는 또한 일부 가교된다. 또한, 운모 페이퍼가 완전히 함침된 후에 운모 페이퍼로부터 용매를 제거한다. 이러한 공정에 의해 생산된 테이프를 전도체 둘레에 감는다. 권선(winding)에서의, 및 전도체와 권선 사이의 빈 공간(hollow space)들은 프레스(press)에서의 테이프의 가압에 의해 채워지며, 과도한 수지는 권선에서 제거된다. 열의 공급은 수지를 경화시키고, 절연 시스템을 생산한다. 수지 중의 티탄 디옥사이드 입자들의 농도는, 절연 시스템을 기준으로 한 티탄 디옥사이드 입자들의 질량 비율이 4%이도록 선택되었다.
지지 구조물이 제공된 다공성의 운모 페이퍼를 BADGE 및 경화제로서 무수물을 포함하고 10 ㎚의 입경을 갖는 실리콘 디옥사이드 입자들이 현탁되어 있는 수지에 의해 완전히 함침시킨다. 완전한 함침을 달성하기 위하여, 수지의 점도를 감소시키도록 수지에 용매 에탄올을 첨가한다. 완전한 함침 후에, 용매를 진공 건조에 의해 운모 페이퍼로부터 제거한다. 완전한 함침 및 용매의 제거 후에, 수지가 무점착성 상태로 존재하고 후속하여 완전히 경화될 수 있는 방식으로 열 공급에 의해 수지는 일부 가교된다. 이러한 공정에 의해 생산된 테이프를 전도체 둘레에 감는다. 권선에서의, 및 전도체와 권선 사이의 빈 공간들은 프레스에서의 테이프의 가압에 의해 채워지며, 과도한 수지는 권선에서 제거된다. 열의 공급은 수지를 경화시키고, 절연 시스템을 생산한다. 수지 중의 실리콘 디옥사이드 입자들의 농도는, 절연 시스템을 기준으로 한 실리콘 디옥사이드 입자들의 질량 비율이 6%이도록 선택되었다.
지지 구조물이 제공된 다공성의 운모 페이퍼를 BADGE 및 경화제로서 무수물을 포함하고 10 ㎚의 입경을 갖는 실리콘 디옥사이드 입자들이 현탁되어 있는 수지에 의해 완전히 함침시킨다. 완전한 함침을 달성하기 위하여, 수지의 점도를 감소시키도록 수지에 용매 에탄올을 첨가한다. 테이프를 열 공급에 의해 건조시킨다. 추가 열을 공급하여, 수지가 무점착성 상태로 존재하고 후속하여 완전히 경화시킬 수 있는 방식으로 수지를 일부 가교시킨다. 이러한 공정에 의해 생산된 테이프를 전도체 둘레에 감는다. 권선에서의, 및 전도체와 권선 사이의 빈 공간들은 프레스에서의 테이프의 가압에 의해 채워지며, 과도한 수지 및 용매는 권선에서 제거된다. 열의 공급은 수지를 경화시키고, 절연 시스템을 생산한다. 수지 중의 실리콘 디옥사이드 입자들의 농도는, 절연 시스템을 기준으로 한 실리콘 디옥사이드 입자들의 질량 비율이 3%이도록 선택되었다.

Claims (13)

  1. - 다공성의 절연 페이퍼(porous insulation paper)를 제공하는 단계;
    - 나노크기의 입자들이 현탁되어 있는 수지를 제공하는 단계;
    - 절연 페이퍼를 수지로 완전히 함침시키는 단계로서, 그 결과로서 수지 및 입자들이 절연 페이퍼에 분포되는 단계;
    - 완전히 함침된 절연 페이퍼로부터 테이프를 제작하는 단계;
    - 전도체 둘레에 테이프를 감는 단계;
    - 테이프를 가압하고 열의 공급에 의해 수지를 경화시켜 절연 시스템을 제작하는 단계로서, 여기서 절연 시스템을 기준으로 한 입자들의 질량 비율이 3%를 초과하는 단계를 포함하는, 전기 절연 시스템(electric insulation system)을 생산하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 테이프가 지지 구조물을 갖는 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 절연 페이퍼가 운모 페이퍼인 방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 수지가, 무수물 또는 아민을 경화제로서 함유한, 방향족 에폭시 수지, 특히 BADGE, BFDGE, 에폭시화된 페놀 노볼락들 또는 에폭시화된 크레솔 노볼락들인 방법.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 절연 페이퍼를 수지로 완전히 함침시킨 후에, 수지가 무점착성 상태(tack-free state)로 존재하고 후속하여 완전히 경화될 수 있는 방식으로, 수지가 열의 공급에 의해 일부 가교되는 방법.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 테이프가 100 ㎛ 내지 300 ㎛의 두께를 갖는 방법.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 입자들이 무기 물질, 특히 티탄 디옥사이드, 실리콘 디옥사이드 및/또는 알루미늄 옥사이드를 포함하는 방법.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 입자들이 1 ㎚ 내지 50 ㎚의 입경(particle diameter)을 갖는 방법.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 입자들이 25 ㎡/g 초과인 비표면적을 갖는 방법.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 절연 페이퍼를 수지로 완전히 함침시키기 위해서, 수지의 점도를 감소시키도록 수지에 용매, 특히 2-부탄온, 에탄올, 부틸 아세테이트 또는 에틸 아세테이트가 첨가되는 방법.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 절연 페이퍼를 수지로 완전히 함침시키기 위해서, 수지의 점도를 감소시키도록 수지에 열량(quantity of heat)이 공급되는 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 절연 페이퍼의 완전한 함침 후에 용매가 절연 페이퍼로부터 제거되는 방법.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서, 절연 시스템을 기준으로 한 입자들의 질량 비율이 3% 내지 10% 범위인 방법.
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