Способ изготовления электроизоляционного материала, электроизоляционный материал, а также электрическая машина

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2590896:

СИМЕНС АКЦИЕНГЕЗЕЛЛЬШАФТ (DE)

Изобретение относится к способу изготовления электроизоляционного материала. Способ изготовления электроизоляционного материала (5, 6, 7) включает стадии изготовления жидкокристаллического полимера; формирования из жидкокристаллического полимера изоляционной пленки так, что в изоляционной пленке присутствует мезофаза жидкокристаллического полимера, за счет чего молекулы полимера в изоляционной пленке ориентированы в предпочтительном направлении; ламинирования нескольких изоляционных пленок в образующий электроизоляционный материал (5, 6, 7) слоистый комбинированный материал. Слоистый комбинированный материал имеет по меньшей мере одну изоляционную пленку, которая предпочтительным направлением своих молекул отличается от предпочтительного направления молекул другой изоляционной пленки. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к способу изготовления электроизоляционного материала и электроизоляционному материалу, а также к электрической машине с изоляцией из электроизоляционного материала.

Для электрической машины, такой как, например, генератор в электростанции для генерирования электрической энергии, требуется высокий коэффициент полезного действия и высокая доступность. Это приводит, как правило, к высокой механической, термической и электрической нагрузке конструктивных элементов турбогенератора. Турбогенератор имеет, в частности, обмотку статора, к которой предъявляются особенно высокие требования относительно прочности и надежности. В частности, изоляционная система обмотки статора на пограничной поверхности между основной изоляцией и листовым пакетом обмотки статора особенно сильно нагружается за счет высоких термических, термомеханических, динамических и электромеханических рабочих нагрузок, за счет чего высока опасность повреждения изоляционной системы обмотки статора за счет частичных разрядов, которые неизбежно возникают во время работы электрической машины. С помощью изоляционной системы длительно изолированы электрические проводники (провода, катушки, стержни, секции обмотки) друг от друга и от листового пакета статора или окружения.

Для изоляционной системы на основании высоких механических, термических и электрических требований можно использовать лишь немногие материалы, в частности композиционные материалы. Эти композиционные материалы имеют, как правило, искусственную смолу и пропитанный искусственной смолой несущий слой, такой как, например, арамидная ткань. Поскольку надежность работы электрической машины в значительной степени определяется надежностью этой изоляционной системы, то желательной является максимальная нагрузочная прочность изоляционной системы.

Задачей изобретения является создание способа изготовления электроизоляционного материала, изготовленного с помощью этого способа электроизоляционного материала, а также изолированной этим электроизоляционным материалом электрической машины, которые по сравнению с обычными изоляционными системами, соответственно, с изолированными с помощью этих обычных изоляционных систем машинами, имеют улучшенные механические и электрические свойства изоляции, в частности, относительно прочности на растяжение, модуля упругости и диэлектрических свойств.

Задача решена, согласно изобретению, с помощью способа изготовления электроизоляционного материала, согласно пункту 1 формулы изобретения, изготовленного с помощью этого способа электроизоляционного материала, согласно пункту 5 формулы изобретения, а также изолированной электроизоляционным материалом электрической машины, согласно пункту 7 формулы изобретения. Предпочтительные модификации изобретения указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

Способ, согласно изобретению, изготовления электроизоляционного материала имеет стадии: изготовления жидкокристаллического полимера; формирования из жидкокристаллического полимера изоляционной пленки так, что в изоляционной пленке присутствует мезофаза жидкокристаллического полимера, за счет чего молекулы полимера в изоляционной пленке ориентированы в предпочтительном направлении; ламинирования нескольких изоляционных пленок в образующий электроизоляционный материал слоистый комбинированный материал, при этом комбинированный материал имеет по меньшей мере одну изоляционную пленку, которая предпочтительным направлением своих молекул отличается от предпочтительного направления молекул другой изоляционной пленки.

При плавлении жидкокристаллического полимера (liquid crystal polymer, LCP) из его твердой фазы в жидкую, изотропную фазу возникает жидкокристаллическое, анизотропное промежуточное состояние, мезофаза. В мезофазе жидкокристаллический полимер имеет предпочтительное направление, в котором ориентированы молекулы жидкокристаллического полимера. Во время затвердевания жидкокристаллического полимера обратно в твердое тело остается сохраненной ориентация молекул. Таким образом, образуется твердое тело, молекулы которого ведут себя аналогично волокнам матрицы. На основании результирующихся из этого механических свойств жидкокристаллического полимера его называют полимером с самоусилением.

С помощью способа, согласно изобретению, в слоистом комбинированном материале образуют несколько прочных относительно нагрузки предпочтительных направлений, за счет чего обеспечивается возможность нагрузки электроизоляционного материала в различных направлениях без повреждения. Способ, согласно изобретению, обеспечивает возможность использования жидкокристаллического полимера для электроизоляционного материала так, что его выдающиеся механические свойства, которые обусловлены сильной межмолекулярной связью молекул жидкокристаллического полимера, можно применять для электрической изоляции. Отдельные изоляционные пленки можно изготавливать тонкими, без чрезмерного отрицательного влияния на прочность слоистого пакета. Таким образом, с помощью способа, согласно изобретению, жидкокристаллический полимер делается пригодным для использования в электрической изоляции электрической машины. Кроме того, изготовленный с помощью способа, согласно изобретению, электроизоляционный материал имеет благоприятные диэлектрические свойства для электрической изоляции электрической машины.

Способ, согласно изобретению, предпочтительно имеет стадию последующей термической обработки слоистого комбинированного материала так, что уменьшается результирующаяся из различных предпочтительных направлений ориентации молекул в изоляционной пленке анизотропия механических свойств электроизоляционного материала. Таким образом, дополнительно к ламинированию изоляционных пленок в слоистый пакет создана другая стадия способа для управления, в частности, механическими свойствами электроизоляционного материала. Поэтому с помощью способа, согласно изобретению, механически согласованный электроизоляционный материал можно изготавливать тонким, за счет чего при минимальном использовании материала достигается большое изоляционное действие.

Изготовленный с помощью способа, согласно изобретению, электроизоляционный материал способен к деформации, при этом деформация электроизоляционного материала предпочтительно происходит во время последующей термической обработки. Эта стадия осуществляется предпочтительно с помощью каландра и/или пресса.

Электроизоляционный материал для электрической машины изготовлен из нескольких электроизоляционных пленок на основе жидкокристаллического полимера, в соответствии со способом, согласно изобретению, и электроизоляционный материал пригоден для нанесения на электрический проводник электрической машины и для изоляции электрического тока через электрический проводник. Для этого электроизоляционная пленка предпочтительно выполнена в виде ленты.

Кроме того, в электрической машине, содержащей по меньшей мере один электрический проводник, этот проводник окружен электроизоляционным материалом, согласно изобретению, для электрической изоляции. Электрическая машина предпочтительно имеет статорный пакет по меньшей мере с одной канавкой, в которой расположен окруженный электроизоляционным материалом электрический проводник.

Ниже приводится более подробное пояснение предпочтительного варианта выполнения электрической машины, которая изолирована с помощью электроизоляционного материала, согласно изобретению, со ссылками на прилагаемый чертеж. На фигуре показан в изометрической проекции статор электрической машины с несколькими окруженными электроизоляционным материалом, согласно изобретению, электрическими проводниками.

На фигуре показан частичный разрез статора 1 неизображенной электрической машины, в данном случае турбогенератора для генерирования электрической энергии. Статор 1 содержит статорный пакет 2 с множеством канавок 3, а также множество электрических проводников 4, которые проходят в соответствующих канавках 3.

Каждый из проводников 4 имеет электрическую изоляцию. Электрическая изоляция содержит частичную изоляцию 5 проводника, основную изоляцию 6 проводника, а также для каждой из канавок 3 закрытие 7 канавки. Электрические изоляции выполнены с помощью электроизоляционного материала, который изготовлен в виде ленты с помощью способа, согласно изобретению.

В способе формируют тонкие изоляционные пленки, при этом изоляционные пленки формируют из жидкокристаллического полимера так, что молекулы полимера ориентированы в предпочтительном направлении. Несколько образованных так изоляционных пленок в другой стадии ламинируют в слоистый комбинированный материал так, что по меньшей мере одна изоляционная пленка отличается предпочтительным направлением своих молекул от предпочтительного направления других изоляционных пленок. Слоистый комбинированный материал из изоляционных пленок выполняют в виде ленты с образованием электроизоляционного материала. Кроме того, для согласования механических свойств электроизоляционного материала его после ламинирования подвергают последующей термической обработке, за счет чего возникающие перед этим на основании предпочтительного направления, сильно зависящие от направления механические свойства согласовываются так, что заданным образом уменьшается зависимость от направления (анизотропия) механических свойств. Таким образом, электроизоляционный материал, согласно изобретению, может иметь согласованные с целью применения механические свойства.

В последующей таблице приведены свойства образованного из жидкокристаллического полимера электроизоляционного материала по сравнению с обычным изоляционным материалом, а именно пленки из NOMEX®.

Таблица Сравнение свойств обычного изоляционного материала, пленки из NOMEX® (NOMEX®) и изготовленного в соответствии с изобретением электроизоляционного материала (LCP)
Свойство	Метод испытания	Ед. измер.	NOMEX® (250 мкм)	LCP (объемный)
Плотность	ISO 1183	г/см³	1,1	1,4
Впитывание воды (23ºС/24ч/50% ОВ)	ISO 62	%	0,1	0,03
Прочность на растяжение	ISO 527-2/1A	МПа	110 (MD)	182 (MD)
Предельное удлинение	ISO 527-2/1A	%	18 (MD)	3,4 (MD)
Температура перехода в стеклообразное состояние (Tg)	ISO 11357	ºС		110
Коэффициент теплового расширения (T<Tg)	ISO 11359	10^-6/ºС	20	10

Температура длительного использования	UL 746B	ºС	220	220
Коэффициент диэлектрических потерь при 1 МГц	IEC 60250	-	Примерно 0,02	0,02
Диэлектрическая проницаемость	IEC 60250	-	3,7	3,0

Как следует из таблицы, хотя электроизоляционный материал, согласно изобретению, имеет большую плотность и меньшее предельное удлинение, однако в существенных для применения технических свойствах имеет преимущества. Так, прочность на растяжение выше, чем у сравнительного материала. Таким образом, электроизоляционный материал, согласно изобретению, может выдерживать высокие нагрузки в течение более длительного времени, чем обычный изоляционный материал. Таким образом, электроизоляционный материал, согласно изобретению, может быть предусмотрен с меньшей толщиной, чем в обычном изоляционном материале.

Кроме того, электроизоляционный материал, согласно изобретению, имеет сравнимую с обычным изоляционным материалом степень диэлектрических потерь, а также аналогичную диэлектрическую проницаемость, за счет чего электроизоляционный материал, согласно изобретению, особенно пригоден для изоляции электрической машины.

Кроме того, электроизоляционный материал, согласно изобретению, имеет меньший коэффициент теплового расширения, а также сравнимую температуру длительного использования, за счет чего электроизоляционный материал превосходит обычный изоляционный материал также относительно диапазона температур использования.

1. Способ изготовления электроизоляционного материала (5, 6, 7), содержащий стадии:
- изготовления жидкокристаллического полимера;
- формирования из жидкокристаллического полимера изоляционной пленки так, что в изоляционной пленке присутствует мезофаза жидкокристаллического полимера, за счет чего молекулы полимера в изоляционной пленке ориентированы в предпочтительном направлении;
- ламинирования нескольких изоляционных пленок в образующий электроизоляционный материал (5, 6, 7) слоистый комбинированный материал, при этом слоистый комбинированный материал имеет по меньшей мере одну изоляционную пленку, которая предпочтительным направлением своих молекул отличается от предпочтительного направления молекул другой изоляционной пленки.

2. Способ по п.1, содержащий стадию:
- последующей термической обработки слоистого комбинированного материала так, что уменьшается результирующаяся из различных предпочтительных направлений молекул в изоляционной пленке анизотропия механических свойств электроизоляционного материала (5, 6, 7).

3. Способ по п.2, в котором деформация электроизоляционного материала (5, 6, 7) происходит во время последующей термической обработки.

4. Способ по любому из пп.2 или 3, в котором последующая термическая обработка осуществляется с помощью каландра и/или пресса.

5. Электроизоляционный материал (5, 6, 7) для электрической машины, где электроизоляционный материал (5, 6, 7) изготовлен из нескольких электроизоляционных пленок на основе жидкокристаллического полимера в соответствии со способом по любому из пп.1-4, и электроизоляционный материал (5, 6, 7) пригоден для нанесения на электрический проводник (4) электрической машины и для изоляции электрического тока через электрический проводник (4).

6. Электроизоляционный материал (5, 6, 7) по п.5, в котором электроизоляционная пленка выполнена в виде ленты.

7. Электрическая машина, содержащая по меньшей мере один электрический проводник (4) и электроизоляционный материал (5, 6, 7) по любому из пп.5 или 6, где проводник (4) окружен электроизоляционным материалом (5, 6, 7) для изоляции электрического тока через электрический проводник (4).

8. Электрическая машина по п.7, имеющая статорный пакет (2) по меньшей мере с одной канавкой (3), в которой расположен окруженный электроизоляционным материалом (5, 6, 7) электрический проводник (4).

Изобретение относится к кабельной промышленности, а именно к способу получения электроизоляционной композиции, и предназначено для изоляции и оболочек кабелей и проводов, характеризующихся пониженным выделением дыма при горении.

Термостойкий провод или кабель с высокими рабочими характеристиками // 2530779

Изобретение относится к термостойкому проводу или кабелю с высокими рабочими характеристиками, предназначенному для использования в требующихся или экстремальных условиях, например при бурении скважин или разработке месторождений, в промышленных, военных аэрокосмических, морских областях, а также автомобильном, железнодорожном и общественном транспорте.

Отверждаемая излучением полимерная композиция для покрытия проводов // 2524945

Изобретение относится к отверждаемой излучением полимерной композиции для нанесения покрытия на электрические провода, конкретнее на питающие провода, телефонные провода, провода для соединения между электронным оборудованием или внутри электронного оборудования и тому подобное.

Отверждаемая излучением полимерная композиция для покрытия проводов // 2524599

Изобретение относится к отверждаемой излучением полимерной композиции для покрытий проводов. Композиция включает (A) от 30 до 80 мас.% смеси уретанового (мет)акрилата, имеющего структуру, производную от алифатического полиола, и уретанового (мет)акрилата, не имеющего структуру, производную от полиола, (B) от 15 до 60 мас.% соединения, имеющего циклическую структуру и одну этиленненасыщенную группу, выбранного из группы изоборнилметакрилата, борнилметакрилата, трициклодеканилметакрилата, дициклопентанилметакрилата, бензилметакрилата, 4-бутилциклогексилметакрилата, акрилоилморфолина, винилимидазола, винилпиридина, и (D) от 0,01 до 1 мас.% соединения (4a), представляющего собой эфир фосфорной кислоты.

Изоляционная лента // 2505873

Изобретение касается изоляционной ленты, применяемой преимущественно в транспортерных лентах при производстве пластиковых пакетов и включающей изоляционную сердцевину, покрытую с обеих сторон слоем целлюлозы пленку из сложного полиэфира, и слой изоляционного материала, расположенный, по меньшей мере, с одной из двух плоскостных сторон, где изоляционный материал содержит лак и добавочный материал, содержащий кремневую кислоту и ПЭ-воск.

Силанольносшиваемая композиция для кабельной изоляции // 2505565

Изобретение относится к сшивающимся композициям на основе полиолефинов и их сополимеров и модификаторам для получения силанольносшивающихся полимерных композиций, которые могут быть использованы для получения пленочных покрытий, изоляции и оболочек кабелей и проводов различного назначения.

Отверждаемая композиция смолы // 2477291

Изобретение относится к отверждаемой композиции герметизирующей смолы. .

Способ изготовления тепловой изоляции для теплового литиевого источника тока // 2475897

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве тепловых литиевых источников тока. .

Композиция для закрепления обмоточных изделий // 2459848

Изобретение относится к композициям для закрепления обмоточных изделий, в частности электрических обмоток в электрическом оборудовании, которые обеспечивают отличные пропитывающие свойства, а также хорошую электрическую изоляцию и теплопроводность.

Электроизоляционная композиция // 2456693

Изобретение относится к кабельной технике, а именно к полимерным композициям на основе пластифицированного поливинилхлорида (ПВХ) с пониженной горючестью, пониженным выделением хлористого водорода при горении, улучшенными физико-механическими свойствами, предназначенным для изоляции внутренних и наружных оболочек проводов и кабелей, эксплуатирующихся в условиях повышенной пожароопасности.

Покрытие с высокой короностойкостью, а также способ его получения // 2606447

Изобретение относится к покрытию для полимерного изоляционного материала и способу его получения. Такие покрытия могут быть нанесены как на трехмерные детали, так и на листовые материалы, такие как пленки и тканые материалы. Покрытие включает от 1 до 10 слоев и является силикатным, причем покрытие содержит силикатную основную структурную единицу с органическими остатками, благодаря чему оно может быть нанесено на гибкие подложки. Толщина отдельного слоя в покрытии лежит в диапазоне от 0,1 до 100 мкм, отдельные слои получаются мокрым химическим методом из предшественников, которыми являются силан, силоксан и/или силикат, причем содержание органических остатков внутри покрытия изменяется от слоя к слою, так что содержание неорганических фрагментов Si-O внутри покрытия возрастает наружу, то есть по мере отдаления от подложки. Технический результат заключается в получении покрытия с улучшенной устойчивостью к коронному разряду. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 пр.

Пероксидносшиваемая композиция для изоляции силовых кабелей // 2606500

Изобретение относится к сшивающимся полимерным композициям для производства изоляционного слоя электрического кабеля среднего напряжения. В пероксидносшиваемую композицию для изоляции силовых кабелей, содержащую полиолефин и органическую перекись, дополнительно введены сополимер этилена с бутилакрилатом, сополимер этилена на основе бутена, или на основе гексена, или на основе октена, монометиловый эфир полиэтиленгликоля, тиодиэтилен-бис[3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)пропионат], диалкиловый эфир тиодипропионовой кислоты при следующем содержании компонентов, мас.%: полиолефин 80,0-93,0, сополимер этилена с бутилакрилатом 3,0-5,0, сополимер этилена на основе бутена, или гексена, или октена 2,5-4,0, монометиловый эфир полиэтиленгликоля 0,2-1,0, тиодиэтилен-бис[3-(3,5-ди-трет-бутил-4- гидроксифенил)пропионат] 0,1-1,0, диалкиловый эфир тиодипропионовой кислоты 0,1-1,0, органическая перекись 1,5-2,5. Увеличение морозостойкости изоляционной композиции с минус 21°С до минус 38°С является техническим результатом изобретения. В целом изобретение позволяет значительно повысить эксплуатационные характеристики, увеличить механическую прочность и термостабильность изоляционного слоя кабеля в условиях суровых климатических зон. 2 табл.

Полимерная композиция для электротехнических устройств // 2613330

Изобретение относится к силовому кабелю постоянного тока, который содержит полимерную композицию и, возможно, является сшиваемым и затем сшитым, а также к способу изготовления силового кабеля постоянного тока кабеля, в том числе силового кабеля постоянного тока высокого напряжения. Силовой кабель постоянного тока содержит проводник, окруженный внутренним полупроводящим слоем, изолирующим слоем и внешним полупроводящим слоем, в указанном порядке. Причем, по меньшей мере, изолирующий слой содержит полимерную композицию, которая содержит полимер этилена и неорганическую ионообменную добавку типа гидроталькита, в количестве от 0,000001 до 0,7 мас.% по отношению к общей массе полимерной композиции. Полученный кабель обладает низкой проводимостью и хорошими механическими свойствами. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл., 4 пр.

Способ получения электроизоляционной композиции // 2617165

Изобретение относится к кабельной промышленности и может быть использовано при изготовлении изоляции и оболочек кабелей и проводов, характеризующихся пониженным выделением дыма при горении. Для получения электроизоляционной композиции смешивают полиолефин - полиэтилен высокого давления, неорганический наполнитель с полярной поверхностью – тальк, антипирены с полярной поверхностью – декабромдифенилоксид (ДБДФО) и оксид сурьмы, стабилизаторы с аполярной поверхностью - стеарат кальция и ричнокс 1010 при следующем соотношении компонентов, мас.%: полиэтилен высокого давления 49,6-71,6; тальк 15,0-40,0; ДБДФО 7-9; оксид сурьмы 3-4; стеарат кальция 0,2; ричнокс 1010 0,2. Наполнитель и антипирены предварительно высушивают при 105°С до абсолютно сухого состояния. Изобретение позволяет получить однородную электроизоляционную композицию, исключить неравномерное перемешивание полимера, наполнителя и антипиренов. 4 табл., 2 пр.

Целлюлозный материал с пропиткой и применение этого целлюлозного материала // 2637554

Изобретение относится к целлюлозному материалу с пропиткой, повышающей электропроводность целлюлозного материала, пригодному в качестве изоляционного материала для трансформатора. Пропитка целлюлозных волокон состоит из полиэтиленимина. При этом электропроводность целлюлозного материала по порядку величины соответствует электропроводности трансформаторного масла. Электропроводность целлюлозного материала регулируется выбором концентрации полиэтиленимина. Обеспечивается улучшенное сопротивление к пробою изоляции трансформатора. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил.