[发明专利]无机电绝缘材料

说明书

技术领域

本公开涉及一种用于电气设备的固体绝缘材料。

背景技术

传统上，充油变压器使用矿物油作为介电液体以用于绝缘和冷却双重目的，并且使用纤维素或芳族聚酰胺纸作为用于导体、层和主绝缘的固体绝缘。纤维素基材料成本低，并且变压器行业长期以来对纤维素油绝缘系统有很好的经验。相比之下，芳族聚酰胺绝缘是昂贵的，但它们更适合在高温下使用。

纤维素绝缘材料用于变压器绝缘目的具有一些固有的缺点，例如相对较低的介电强度、亲水性、热降解性能差和高收缩性。对于具有纤维素材料的变压器绝缘设计，这些差的特性必须通过具有低介电应力的介电设计标准和/或通过使用过量的纤维素绝缘材料来补偿。变压器中过量的纤维素材料增加了绝缘的干燥时间，增加了变压器的整体尺寸，并对绝缘系统的介电完整性产生了负面影响。此外，一些纤维素特性如热降解特性和亲水性也限制了变压器在较高温度下(例如在过载条件下)的连续操作。

在电变压器的不同部分中，使用绝缘材料来避免闪络等。这种绝缘材料通常是基于纤维素的，因为这种纸或压板材料便宜并且易于处理，同时提供充分的绝缘。充油变压器中绝缘体的实例是：

-间隔件，其位于绕组的匝/盘之间，允许油在其间循环。

-位于绕组和芯之间或不同绕组之间的轴向棒。

-筒体，其位于绕组周围，绕组和其芯之间或不同绕组之间。

-绕组台，其定位在多个绕组的上方和下方，支撑绕组。

-变压器绕组的导体的导体绝缘。

为了改善绝缘材料的电气特性，已经尝试在固体绝缘材料中使用无机纳米颗粒作为填充材料，例如上述基于纤维素的材料。

US 2014/022039公开了在充油变压器中的绝缘线圈的脂肪族聚酰胺绝缘材料中使用纳米填料。纳米填料可以是二氧化钛(TiO₂)、二氧化硅(SiO₂)或三氧化二铝(Al₂O₃)或这些材料的混合物。

US 2010/148903公开了一种具有包括聚双环戊二烯的固体绝缘材料的电压变压器。该绝缘材料可以包括纳米尺寸的无机填料，例如硅质材料、含碳材料、金属水合物、金属氧化物、金属硼化物、金属氮化物以及上述材料中的两种或更多种的混合物。

WO 2011/003635公开了一种纳米复合绝缘材料，其包括半导体纳米颗粒，该半导体纳米颗粒特别地由氮化硼纳米管(BNNT)构成并且分布在诸如纤维素纤维的电绝缘绝缘体中。

然而，使用少量的填充材料仅对电气特性带来了有限的改进，而使用较大的量的填充材料显著地恶化了绝缘材料的机械性能，例如使其易碎。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于电气设备的改进的绝缘材料，其具有改进的电绝缘性能。

根据本发明的一个方面，提供了一种电绝缘无机片材，其包含至少90％的重量百分比的无机颗粒以及将颗粒粘合在一起以形成所述片材的粘合剂。因此，粘合剂占无机片材的重量百分比(wt％)在10％以下。该无机片材适合用作电气设备(例如充油电力变压器)中的固体绝缘，并且可以例如形成绝缘层压体中的层。

根据本发明的另一方面，提供了一种电气设备，其包括作为电气设备中的固体绝缘的本公开的电绝缘无机片材的实施例。

根据本发明的另一方面，提供了一种层压体，其包含层压到另一个电绝缘层的电绝缘无机层，其中所述电绝缘无机层包含至少90％的重量百分比的无机颗粒以及将所述颗粒粘合在一起的粘合剂。

根据本发明的另一方面，提供了一种制造用作电气设备中的固体绝缘的电绝缘无机片材的方法。该方法包括从至少90％的重量百分比的无机颗粒与将颗粒粘合在一起的粘合剂的混合物形成无机片材。

本发明提出一种绝缘系统，例如，用于配电变压器(DTR)的绝缘系统，该绝缘系统包括无机片材。无机片材材料可以用作绝缘系统中的单一材料，或者可以与其他绝缘材料一起用作复合材料(层压体)，这些绝缘材料通常用于变压器或其他电气设备，例如纤维素基纸/压板或芳族聚酰胺纸/压板。无机片材的使用赋予固体绝缘更高的介电强度，这又可以减少电气设备中的材料的使用，从而减小其尺寸，并降低闪络的风险。

此外，干燥时间也可以降低，因为常规固体绝缘材料的量可以减少。无机片材也可以具有较高的导热率。

所提出的材料解决方案也可以在其他变压器类型中实现，例如其他充液变压器或干式变压器。然而，这些变压器的一些优点可能来自不同于DTR的情况的领域(例如允许更高的工作温度的导体绝缘)。