[发明专利]绝缘体系、用于制造绝缘体系的绝缘物质和绝缘材料

说明书

本发明涉及用于以下的绝缘体系：电机、特别是在高压或中压范围内的旋转电机，例如发电机、变压器、套管和/或电缆，其在工作电压、即例如10kV起或更高的工作电压下承受较高的额定电压。该绝缘体系包括由绝缘物质制成的外部电晕防护，该绝缘物质又可通过绝缘材料的固化制造。在所述绝缘材料中存在嵌入聚合物基质中的填料颗粒，该填料颗粒基本上为n型掺杂的金属氧化物，其一方面在高于渗流阈值时在复合材料中具有1至1000kOhm的方块电阻，并且同时另一方面由于在缺陷处的局部放电而允许AGS电阻在含氧的气氛下局部地增加高达70倍，并因此局部地产生电阻性场控制。

本发明涉及用于以下的绝缘体系：电机、特别是在高压或中压范围内的旋转电机，例如发电机、变压器、套管和/或电缆，其在工作电压(即，例如10kV起或更高)下承受较高的额定电压。所述绝缘体系包括绝缘物质，其又可通过绝缘材料的固化制造。

由于不断发展的技术始终要求更高的功率密度，因此正在开发功率越来越大的机器，例如发电机。大功率发电机，例如涡轮发电机，尤其具有带定子叠片铁芯和多个发电机槽的定子，发电机绝缘体系例如以绕组的形式位于所述发电机槽中。

该绕组的主绝缘相对于叠片铁芯是高电应力系统。在运行中产生高压，必须将其在处于高电压下的导体杆和处于接地电位的叠片铁芯之间的绝缘空间中去除(消除，abbauen)。在此，在叠片铁芯中的叠片边缘处产生场超高其继而引起局部放电。这些局部放电在遇到绝缘体系时局部地导致非常强烈的加热。在这种情况下，绝缘体系的有机材料被相继地分解成低分子量的挥发性产物，例如分解成CO₂。

绝缘体系的重要组成部分是所谓的外部电晕防护(外部电晕屏蔽)，简称AGS。对于较大的电机，将其施加到绕组绝缘的表面上。AGS当前由含碳黑和石墨的电晕防护纸(防电晕纸)组成，该电晕防护纸浸渍有浸渍树脂。

由于，出于与系统有关的原因，AGS和主绝缘之间的界面尤其不能以完全无孔的方式制造，因此在绝缘体系中的相应高的电场强度下出现相应的高的局部放电活性，其在运行过程中以及一段时间内将外部电晕防护完全焚化，并因此导致绝缘体系过早老化，并且在最坏的情况下导致电机接地。这对应于机器的无法修复的彻底故障。

在此，外部电晕防护代表导电层，该导电层用作发电机的有源部件中的主绝缘和叠片铁芯之间的导电的预定断裂部位。由振动引起的机械载荷和热膨胀使得在绝缘体系和叠层铁芯之间的长期稳定的边界层实际上是不可能的。因此，引入预定断裂层作为AGS，该预定断裂层呈面状地确保了电接触。在此，叠片铁芯的叠片刚好在这样的程度上短路，使得防止任何明显的导致局部放电的场超高。此外，AGS不低于某个最小电阻，以防止否则电绝缘的叠片之间的循环电流。

实际上不可能完全防止局部放电，因为由于制造原因或由于机械和/或热负荷，在运行中在AGS和叠片铁芯之间会出现例如间隙和孔形式的缺陷(空穴)，在运行期间在所述缺陷中触发局部放电。

根据现有技术，例如从EP 3078033中已知的，在绝缘体系中，在AGS层中存在如下的复合材料，其由聚合物基质中的平面状和/或球形形式的、具有或不具有增强纤维的碳颗粒组成，其中填料浓度超过渗流阈值，并且因此绝缘体系中存在部分导电的绝缘物质。

然而，已知的现有技术的缺点在于，对于通常在氧气气氛下，即例如根本不是在保护气体下而是在空气中，以局部放电和/或辉光负荷的形式作用于绝缘体系上的高的普遍存在的电气负荷，炭黑或石墨被氧气尤其是在普遍存在的高能条件下腐蚀并分解——例如通过转化为CO₂——并且因此也破坏了绝缘物质的局部导电性。

因此，本发明的目的是克服现有技术的缺点，更具体地提供如下的填料，该填料在所述条件下比已知的用于绝缘体系的填充有经涂覆的碳颗粒的绝缘物质在操作中、即在局部放电下更耐氧气降解。

所述目的的解决方案和本发明的主题公开于本说明书、附图和权利要求中。