用于高压设备的绝缘装置的制造方法
【专利说明】用于高压设备的绝缘装置
[0001] 本发明涉及一种用于高压设备的绝缘装置，所述绝缘装置具有线圈杆，线圈杆具 有具备第一层和第二层的主绝缘件。本发明还涉及具有绝缘装置的发电机以及用于制造绝 缘装置的方法。
[0002] 为了产生电能，通常使用发电机形式的高压设备。EP1981150A2描述了一种具有 可旋转的转子和绕着转子布置的机架的发电机。机架具有旋转对称的叠片组，导电的线圈 杆在机架中延伸。在叠片组上两侧连接有线圈头，线圈头通过连接片将线圈杆与闭合的线 圈连接。
[0003] 在具有功率高于500MVA的高压设备运行时，测定电压能够大于10kV。部件相应 地承载较高的机械、热力学、和电学的负载。在叠片组中延伸的线圈杆因此尤其配备电绝缘 件，该绝缘件应该防止由于部分放电和由此产生的"释放通道"(Treeing-K.ar^le)发生的腐 蚀。
[0004] 在US2007/014132A1中示例性描述了一种具有云母颗粒的主绝缘件，它具有配 备横纵比至少50的片状。亦即，长度和在一侧上宽度和在另一侧上的厚度的横纵比至少为 50。这样的主绝缘件起到电学和热学绝缘的作用。
[0005] 在高压设备运行时，在线圈杆的导体内产生热量，它由于主绝缘件较差的热导率 (通常小于〇.25W/mK)而不能被导出。结果是局部过热，这尤其发生在叠片组内部。此外，由 于在主绝缘件内的不均匀性和缺陷可能产生局部的部分放电条件下的温度升高（热点）， 这会使得主绝缘件的部件老化。在老化后期时可能出现导体的接地，这会导致高压设备的 完全失效。
[0006] 因此，需要设置必需的器件，它用于冷却发电机和尤其冷却线圈杆。因此已知，根 据功率等级利用空气、氢气或者水来冷却发电机。
[0007] 为了进一步改进主绝缘件的热导率，由US2007/014132A1还已知，在真空压力浸 渍工艺（VPI)的范围内向主绝缘件内加入导热的颗粒。在VPI过程中，在线圈杆上缠绕透 气的带。线圈杆被单独地（单VPI)或者全部（全局VPI)在真空条件下浸入树脂中，施加 压力并且随后硬化。
[0008] 其它方法具有数值富集技术（Resin-Rich-Technology)，其中，具有聚合的绝缘材 料的透气带在运行状态下被施加在单独的线圈带上。在此，绝缘材料不是完全地成网状，并 且随后能够被再次加热、挤压和硬化。US777, 639, 2B2描述了一种复合绝缘带，它包括导热 的部件，其中，这种部件添加了树脂混合物，并且渗入该复合带。
[0009] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有线圈杆的绝缘装置，该绝缘装置除 了电绝缘性外还具有导热性。此外，这种绝缘装置应该可以被简单和成本低廉地制造，并且 能够不耗费地集成在现有的制造过程中。
[0010] 建议一种用于高压设备的绝缘装置，其具有线圈杆，该线圈杆具有具备第一层和 第二层的主绝缘件。在此，第一层具有片状的云母颗粒，并且第二层具有片状的氧化铝颗 粒。
[0011] 此外，还建议一种制造用于高压设备的绝缘装置的方法，所述绝缘装置具有线圈 杆。在此，所述方法包括如下步骤：
[0012] -制备线圈杆、至少一层具有片状的云母颗粒的第一层和至少一层具有片状的氧 化铝颗粒的第二层；和
[0013] -使用第一层和第二层以便在所述线圈杆上构成主绝缘件。
[0014] 通过在主绝缘件内安置具有片状的氧化铝颗粒的第二层，在绝缘装置内集成了一 种传导热量的层。因此，在高压设备运行时实现了更好的热量分布，并且这种热量分布与纯 云母颗粒为基础的绝缘装置相比更均匀。例如绝缘强度或耐压强度、渗透性或者部分放电 电阻等性质被相同地保留。因此，制备了一种绝缘装置，它除了电绝缘性外还具有希望的导 热性。
[0015] 此外，具有线圈杆的所建议的绝缘装置能够被简单地和成本低廉地制造。第一层 和第二层的构造尤其能够在不耗费地情况下被集成在现有的制造过程中，因为第二层的集 成只需要不明显地改变。
[0016] 在本发明的范围内，高压设备尤其理解为发电机、例如涡轮发电机，具有例如高于 50MVA的电功率。优选发电机具有高于500MVA的功率，并且具有高于lkv、优选高于10kv 的测量电压。
[0017] 对于高压设备，线圈杆能够具有由多个电导体构成的复合体，该电导体能够导引 高于10kA的电流。作为电导体例如使用铜导体。
[0018] 线圈杆的绝缘件能够是在分导体之间（即在各个电导体之间）的部分绝缘件、或 者在电导体的复合体和处于地电位的具有叠片组和线圈头的区域之间的主绝缘件。此外， 主绝缘件能够完全地包裹线圈杆。在此主绝缘件构成围绕线圈杆的环，它具有外部圆周侧 和内部圆周侧。主绝缘环的厚度与高压设备的测量电压以及制造条件和运行条件有关。
[0019] 除了主绝缘件之外，线圈杆还能够具有内部电势控制装置和外部电势控制装置， 它在高压设备运行时产生在主绝缘件内部的电势。在此，在线圈杆和主绝缘件之间安置内 部电势控制装置。因此，内部电势控制装置被安置在主绝缘环的内部圆周侧上。外部电势 控制装置在处于地势的一侧上围绕主绝缘件。因此，外部电势控制装置被安置在主绝缘环 的外部圆周侧上。
[0020] 还能够设置多个第一层和/或第二层。
[0021] "轴向"和"径向"在本发明中总是关于线圈杆的中轴线。
[0022] 在实施方式中，这样设置第二层，使得能够沿着线圈杆的轴向传导热量。因此，在 主绝缘件内实现了各向异性的热量传导，该热量基本上轴向而非径向地传导。因为在高压 设备运行时热量的变化在轴向上沿着线圈杆在中部达到最大，所以热量通过第二层从线圈 杆的中部沿着轴向向端部传导。
[0023] 在另一个实施方式中，片状的氧化铝颗粒具有横纵比10至100优选从40至80。 在此，横纵比涉及相应长度和宽度与厚度的比例。氧化铝颗粒在此以化学式A1203的氧化铝 为基础地构成。
[0024] 片状的氧化铝颗粒优选平面地铺设在第二层内。由此降低了在主绝缘件内的部分 放电感应的腐蚀和尤其"释放通道"的构成。除了提高电学性能外，通过平面的铺设还附加 地提高了第二层的机械强度。
[0025] 在另一个实施方式中，片状的氧化铝颗粒相互触碰。这种在氧化铝颗粒之间的接 触实现了在各个氧化铝颗粒之间的更好的热传递，并且由此改进了第二层的热导率。
[0026] 为此，相邻的片状的氧化铝颗粒沿着轴向能够相互碰触或者至少部分重叠。由此 在轴向上实现了在片状的氧化铝颗粒之间的接触，因此第二层在轴向上的热导率被提高。
[0027] 为了在第二层内避免腐蚀通道或者释放通道的构成，片状的氧化铝颗粒能够在第 二层内部以多层形式布置。在此，片状的氧化铝颗粒在相邻的层内相互错移地布置。
[0028] 在另一个实施方式中，片状的氧化铝颗粒设在基质内。该基质能够尤其包括聚合 的基质，例如以聚硅氮烷、聚酯酰亚胺或者聚醚性多元醇为基础。
[0029] 在另一个实施方式中，第二层具有大于40%体积百分比的嵌入基质中的片状的氧 化铝颗粒。在此，体积是第二层的总体体积。在氧化铝颗粒具有较高的体积百分比的情况 下，颗粒能够相互触碰，并且构成相应的导热路径。由此将热导率提升至饱和。氧化铝颗粒 的部分优选在跨区(iiberpartikuUire)的区域内，即热导率处于饱和。因此，能够实现绝缘装 置的轴向热导率，它大于2W/mK、优选大于3W/mK。
[0030] 在另一个实施方式中，主绝缘件具有至少两层第一层，在它们之间安置至少一层 第二层。主绝缘件尤其能够具有5至50、优选10至25或更大的因数，即第一层的数量除以