具有可调电阻的电晕屏蔽材料的制作方法

本发明涉及具有可调电阻的电晕屏蔽材料，该电晕屏蔽材料特别地用于包括端部电晕屏蔽系统(endenglimmschutzsystem,egs)的电晕屏蔽系统。

为了防止局部放电，采用内导电层和外导电层来屏蔽发电机绕组棒的主绝缘或在所有具有较高的额定电压(即例如工作电压在kv范围内，特别是大于3.3kv的范围)的电机中使用的类似运行设备的主绝缘以对抗空腔和剥离。这种电晕屏蔽系统至少包括外部电晕屏蔽(ags)和内部电位控制(ips)。在主绝缘中电场强度从ips起沿径向降低直至ags。ags在发电机绕组棒的端部处、在绕组棒从定子叠片铁芯的出口位置的区域中结束，而主绝缘沿棒端方向继续导引。

因此，例如构建一种具有低局部放电起始电压的滑动装置例如变压器、套管(衬套)和/或电缆。图1示出了这种现有技术，其中示意性地示出了在没有egs的发电机绕组棒的端部处的滑动装置的横截面，其具有概略性示出的非线性电位降低。该图下方可见电位分布图，并且在此之上是铜导体1，主绝缘体2连接在铜导体1上。外部电晕屏蔽(ags)3位于主绝缘体2和接地的叠片铁芯4之间。线6显示出ags3的边缘5处的场线轮廓。最高场强出现在ags的边缘5/末端。

可见，在没有端部电晕屏蔽的铜导体1的长度上，主绝缘表面处的电位分布除了径向分量之外还具有平行于绝缘材料表面/界面的强的非线性切向分量。

如图所示，电场在该区域中除了径向分量之外还具有平行于绝缘材料表面/界面的强的非线性切向分量。该场分量的最高场强出现在ags3的端部和/或边缘处，或者通常在外导电层的端部处。因此，为了优化的电晕屏蔽，需要提供在ags的边缘处的电场控制和暴露的主绝缘附近的强度增加。

这通常通过制造端部电晕屏蔽(egs)来实现。

现有技术中使用的电晕屏蔽通常是由玻璃或聚合物材料(例如聚酯)制成的织物带或传送带，其浸渍有含填料的粘合剂。

当浸渍单个棒时，有时还使用含填料的涂料。在ags的情况下，即例如在槽区域中，使用的导电填料通常是炭黑或石墨；在egs的情况下，即例如在绕组端部区域中，使用的填料是电半导体的碳化硅。

最近，通过半导体涂层或主要基于碳化硅或其它电半导体填料将电阻式(电阻性)电位控制用于抑制表面放电(局部放电，gleitentladungen)。通过端部电晕屏蔽使沿绝缘材料表面的切向电位降低更均匀。理想的情况下，通过egs甚至使电位降低线性化。如果每单位长度总是下降相同的电压值，则可以实现这一点。为此使用在沿轴向方向上取决于电压和取决于位置的单位长度电阻，如图2所示。

图2显示了与图1相同的滑动装置，只是在发电机绕组棒末端具有端部电晕屏蔽(egs)7。在此，再次在该图下方显示在铜导体长度上的主绝缘表面处的电位分布。通过egs既使电位分布也使场线分布均匀化。

egs中的取决于电压的单位长度电阻(widerstandsbelage)的高度取决于大量因素，作为实例要提及发电机的额定电压。为了实现分别为单个机器设定的电阻范围，有时使用复杂的方法通过化学过程掺杂碳化硅，使得egs的单位长度电阻具有尽可能精确匹配于相应的施用位置的电阻。

缺陷在于，一方面用于调节电阻的成本高昂的掺杂，另一方面是使用不同的粒度来调节egs中所需的电阻。然而，具有不同粒度的颗粒混合物不是特别储存稳定的，原因是它们由于粒度不同而容易分离。因此，在实践中不进行(省却)混合，因为以稳定的方式储存这些混合物成本太高并因此过于昂贵。例如有4种填料，它们具有不同的分级尺寸和相应的掺杂。因此，可以针对性地形成覆盖相关区域的单位长度电阻。

因此，本发明要解决的技术问题是为具有填料的电晕屏蔽系统提供单位长度电阻，其中可以精确、符合成本效益和简单的方式调节电阻。

该技术问题通过本说明书、附图和权利要求中公开的本发明的主题来实现。

因此，本发明的主题是如下的电晕屏蔽材料，其包括基体(基质)和一级分(即粒度分布)的填料颗粒(以一种级分(即粒度分布)存在的填料颗粒)，其中电晕屏蔽材料中的电阻可通过填料颗粒部分中经掺杂颗粒的浓度来调节。

本发明的总体认知是，电晕屏蔽材料中的电阻受填料影响，其中直到现在，所需的电阻一方面通过电晕屏蔽材料中经掺杂的颗粒的不同粒度，以及另一方面通过电晕屏蔽材料中经掺杂的颗粒的不同浓度产生。根据本发明认识到，可单独地通过填料颗粒的粒度，单独地通过改变级分(partikelfraktionen)内的经掺杂颗粒的浓度来调节电晕屏蔽材料中的电阻。

填料适宜地由这样的颗粒形成，所述颗粒的尺寸为至少平均(特别地算术平均)(即粒度分布)最高达一毫米，优选地至少平均(特别地算术平均)最高达100微米。

填料有利地包括耐局部放电的和导电的和/或半导体的颗粒，例如碳化硅。所述颗粒适宜地包括耐局部放电的芯和耐局部放电的导电涂层。

在根据本发明的电晕屏蔽系统的情况下，填料适宜地包含球状和/或平面状颗粒。特别地，球状颗粒应被理解为在不同空间方向上的尺寸相差小于至多3倍，有利地至多1.5倍的那些颗粒。平面状颗粒有利地被理解为至少一个空间方向上的尺寸与垂直于该空间方向的一个方向、优选两个方向上的尺寸相差至少3倍，优选至少5倍的那些颗粒。

当将颗粒混合物引入到相应的基体中时，可以通过针对性地混合相同粒度分布的经掺杂和未掺杂的填料颗粒来覆盖超过十倍的电阻范围。

在这种情况下，当填料在电晕屏蔽材料中以大于40重量％，特别地大于50重量％，优选地大于70重量％，特别优选大于80重量％的量存在时是有利的。

随着经掺杂的填料的含量增加，电晕屏蔽材料中的电阻降低。可以通过混合经掺杂和未掺杂的填料来调节为电机的电场控制设定的电阻。

所使用的填料级分例如是可商购的粒度，其例如作为sic400、sic600、sic800和sic1000销售。这里，碳化硅的材料名称“sic”之后的数字表示每单位面积的颗粒数。由此获知，sic400描述比sic1000更大的颗粒。

随着颗粒级分(partikelfraktionen)的大小增加，也就是说平均较大的颗粒，在电晕屏蔽材料中产生较低的电阻，反之亦然。这通过两个颗粒之间的接触电阻的数值(anzahl)得以解释，其中该数值和由此所得到的电阻随着颗粒减小而增加。

为了覆盖诸如端部电晕屏蔽系统的电晕屏蔽系统所需的电阻范围，例如使用诸如sic400、sic600、sic800和sic1000的粒度。例如，在sic1000的情况下，颗粒尺寸的平均值为约40μm，最小值为约4μm，最大值为约50μm。

对于初始范围，例如，有时也将sic与炭黑混合以降低电阻。

颗粒例如用铝或硼掺杂。

电晕屏蔽系统例如除了电晕屏蔽材料之外还包括诸如带和/或织物的载体。在本发明的特别优选的扩展方案中，在电晕屏蔽系统的情况下，电晕屏蔽材料的至少一部分形成带和/或漆(涂料)。

电晕屏蔽材料包括基体例如聚合物基体，特别地塑料基体和/或树脂。有利地，聚合物基体是热塑性塑料和/或热固性塑料和/或弹性体。

在根据本发明的电晕屏蔽系统的优选扩展方案中，电机的工作电场越强，电晕屏蔽材料所具有的电阻就越低，所述电晕屏蔽材料特别地在工作期间处于该工作电场中。

根据本发明，可以单独地通过两个填料级分来制备覆盖二十倍电阻的egs电晕屏蔽材料。

图3示出了其中将电晕屏蔽材料的颗粒混合物中的经掺杂sic的质量分数相对于以欧姆计的方块电阻(quadratwiderstand)绘制的曲线。所示出的是在测量精度范围内呈线性的变化曲线，随着颗粒混合物中的未掺杂sic的比例的升高，以欧姆计的电阻也升高。这里清楚地示出，根据本发明可以细微差别的方式精确地调节电阻。

以电学上的细微差别来调节电阻是特别有利的，也就是说，例如可实际通过改变经掺杂颗粒的量来调节电晕屏蔽材料中的任何所需的电阻值。

另外，由于通过粒度的基本一致性而防止了在较长期的储存期间分离成相对较大和相对较小的颗粒级分，因而所调节的混合物实际上具有无限制的储存稳定性。因此得到了可再现的单位长度电阻。

本发明涉及电晕屏蔽材料，其特别地用于包括端部电晕屏蔽系统(egs)的电晕屏蔽系统。在此建议如下的电晕屏蔽材料，其中填料以单个(单一的)粒度级分(einzigen)存在并嵌入基体中，并且还可以实现所需电阻的调节。