用于在高壓范圍中電絕緣的絕緣元件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種用于在高壓范圍中電絕緣電子器件的絕緣元件(1)。絕緣元件(1)具有：包含纖維素的第一層(2)；以及包含纖維素的第二層(3)。在第一層(2)和第二層(3)之間設(shè)置有中間層(5)，所述中間層包含微米級和/或納米級的纖維素。
【專利說明】用于在高壓范圍中電絕緣的絕緣元件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于在高壓范圍中電絕緣電子器件的絕緣元件、一種具有這種絕 緣元件的變壓器、一種用于制造這種絕緣元件的方法，以及一種用于電絕緣電子器件的絕 緣元件的應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002] 長期以來絕緣元件由在下文中稱為紙漿的含纖維素的天然纖維來制造并且用于 電絕緣電子器件。這些含纖維素的天然纖維例如能夠是紙、棉布、棉帶、壓縮填料或者木材。 特別地，在變壓器中通常使用包含纖維素的絕緣元件，所述絕緣元件由紙漿構(gòu)成，因為纖維 素具有極好的介電特性和足夠的抗擊穿強度并且此外可非常好地作為再生原料來使用從 而是成本適宜的。此外，由紙漿制造的絕緣元件通常具有良好的可由變壓器油浸漬性，所述 變壓器油尤其在油絕緣的變壓器的變壓器殼體中不僅用于繞組的絕緣而且用于冷卻。
[0003] 由紙漿制成的這種絕緣元件的一個實例是長期以來已知的產(chǎn)品"變壓器板TIV"， 所述產(chǎn)品由Weidmann公司銷售。用于在密封式變壓器中使用的基于纖維素以及冷卻和絕 緣液體的絕緣系統(tǒng)在DE 199 11 579中公開。CH 579 812同樣描述由纖維素制成的用于在 電子工業(yè)中使用的絕緣物質(zhì)。
[0004] 除了低的介電常數(shù)和低的制造成本以外，優(yōu)選至120°c的良好的熱穩(wěn)定性、吸油的 足夠的孔隙度、變壓器油中小的浸脹、低的熱膨脹、高的機械穩(wěn)定性以及尤其良好的抗部分 放電電阻和抗擊穿強度屬于高壓范圍的絕緣元件的所期望的特性。絕緣元件的這些特性應(yīng) 盡可能與絕緣元件的運行時間無關(guān)。
[0005] 為了實現(xiàn)從特定的厚度起的基于紙漿的絕緣元件，所述絕緣元件通常多層地制 造。為此在現(xiàn)有技術(shù)中大多將各兩個變壓器板層借助于酪素膠或者聚酯樹脂或者環(huán)氧樹脂 粘結(jié)劑或者酚醛樹脂粘結(jié)劑彼此連接。
[0006] 由多層紙帶制成的絕緣裝置例如在DE 24 43 398中公開。在DE 3000 418中描述 了一種絕緣元件的制造，在所述絕緣元件中使用環(huán)氧樹脂以用于連接各兩個纖維素層。其 它的多層的和基于纖維素的絕緣元件在WO 2012/003166和EP 1 150 313中公開。
[0007] 在現(xiàn)有技術(shù)的這種多層的絕緣元件中有問題的是：用于連接層的物質(zhì)、如酪素膠 或者酚醛樹脂，不可或者幾乎不可用變壓器油來浸漬并且此外對于油而言形成阻擋。因此， 在這種絕緣元件中通常設(shè)有浸漬孔和干燥孔，這是耗費的并且導(dǎo)致高的鉆頭磨損。此外，由 于粘結(jié)劑的阻擋作用，用于用變壓器油浸漬絕緣元件的時間延長，由此整體上延長了變壓 器的制造從而使其昂貴。如果該變壓器在此必須脫油，那么這尤其也對變壓器的維修產(chǎn)生 影響。此外，酪素膠以及酚醛樹脂包括微氣泡和空腔，所述微氣泡和空腔會導(dǎo)致絕緣元件中 所不期望的部分放電。此外，使用不同的材料由于必要的材料分離導(dǎo)致這種絕緣元件的耗 費的并且昂貴的清除。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 因此本發(fā)明的目的是：提出一種具有良好的絕緣特性的可簡單制造的多層的絕緣 元件，所述絕緣元件可盡可能均勻且快速地用能流動的且尤其在高壓范圍中起電絕緣作用 的材料、如尤其是變壓器油來浸漬。絕緣元件此外應(yīng)當可簡單地清理。為了實現(xiàn)該目的，提 出一種如在權(quán)利要求1中所提出的絕緣元件。此外,在權(quán)利要求14中提出一種具有這種絕 緣元件的變壓器以及在權(quán)利要求15中提出一種用于制造這種絕緣元件的方法。在權(quán)利要 求18中還提出這種絕緣元件用于電絕緣電子器件的應(yīng)用。本發(fā)明的有利的設(shè)計方案在從 屬權(quán)利要求中提出。
[0009] 因此，本發(fā)明提供一種絕緣元件、尤其是一種面狀的絕緣元件，以用于高壓范圍中 的電子器件的電絕緣，所述絕緣元件具有：
[0010] 包含纖維素的第一層；
[0011] 包含纖維素的第二層；以及
[0012] 設(shè)置在第一層和第二層之間的中間層，所述中間層包含微米級和/或納米級的纖 維素。
[0013] 本發(fā)明此外提供絕緣元件用于電絕緣電子器件的應(yīng)用，其中絕緣元件具有：
[0014] 包含纖維素的第一層；
[0015] 包含纖維素的第二層；以及
[0016] 設(shè)置在第一層和第二層之間的中間層，所述中間層包含微米級和/或納米級的纖 維素。
[0017] 通過使用微米級和/或納米級的纖維素作為中間層，尤其是能夠?qū)崿F(xiàn)第一層和第 二層的連接，所述第一層和第二層在浸漬絕緣元件時對于變壓器油是可透過的。納米級的 纖維素尤其也能夠被稱為納米纖維素。中間層由于微米級和/或納米級的纖維素的孔隙度 如第一和第二層那樣同樣可用變壓器油浸漬，由此能夠保證快速且安全地填充變壓器或者 使其脫油。微米級和/或納米級的纖維素的使用此外允許借助于環(huán)保的、普遍可用的以及 成本適宜的原料制造中間層。特別地，在絕緣元件的這樣構(gòu)成的中間層中，不必設(shè)置浸漬鉆 孔和/或干燥鉆孔。具有作為中間層的微米級和/或納米級的纖維素的絕緣元件的中間層 此外通常具有非常高的抗部分放電抗性，所述抗部分放電抗性允許變壓器設(shè)計的最佳的尺 寸確定。
[0018] 優(yōu)選使用絕緣元件用于高壓范圍中的電絕緣。但是所述絕緣元件也能夠在低于 高壓范圍的電壓中用于絕緣。高壓范圍通常屬于具有至少1000伏的有效值的交流電壓以 及至少1500伏的直流電壓。優(yōu)選絕緣元件甚至構(gòu)成為，使得所述絕緣元件在任意的直至 IOOkV的且尤其優(yōu)選直至1200kV的電壓中起電絕緣的作用。
[0019] 微米級或納米級的纖維素能夠由任意的含纖維素的材料制造。微米級或納米級的 纖維素例如能夠由木材、甜菜、土豆、麻、亞麻、棉花、小麥桔梗、海草中的纖維素或者細菌中 的纖維素制造。但是通常微米級或納米級的纖維素由木材制造。微米級和納米級的纖維素 的制造對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是已知的。在微米級和納米級的纖維素中，個體的微纖維 部分地或者完整地彼此分離地存在。有利的是，在微米級或納米級的纖維素中，并且尤其是 在中間層中使用的微米級或納米級的纖維素中，個體的微纖維的至少50 %、有利的是至少 70%并且最有利的是至少90%，部分地或者完全地彼此分離地存在。納米級的纖維素的個 體的微纖維的大部分通常具有在僅Inm至20nm范圍中的直徑。微米級的纖維素的個體的 微纖維的大部分通常具有僅IOnm至IOOnm范圍中的直徑。
[0020] 為了制造微米級或納米級的纖維素，例如基于含纖維素的材料加工紙漿。紙漿因 此例如以先前的或者后續(xù)的化學或者酶處理經(jīng)受機械壓力。根據(jù)另一個變型形式，通過使 含纖維素的材料經(jīng)受酸水解和隨后的超聲處理的方式，制造微米級或納米級的纖維素。根 據(jù)另一變型形式，借助于細菌合成獲得微米級或納米級的纖維素。
[0021] 微米級的纖維素的個體的微纖維的長度主要在500nm和ΙΟΟΟμπι之間的大的范 圍上分布，并且由于寬的長度分布甚至能夠發(fā)現(xiàn)直至2000 μ m的長度。但是優(yōu)選的是，微 米級的纖維素的個體的微纖維的至少80%、尤其優(yōu)選至少90%、更優(yōu)選基本上100%，具 有500nm和1000 μ m之間的長度。但是優(yōu)選的是，微米級的纖維素的個體的微纖維的至少 80 %、尤其優(yōu)選至少90 %、更優(yōu)選基本上100 %具有在500nm和800 μ m之間的長度。但是更 優(yōu)選的是，微米級的纖維素的個體的微纖維的至少80%、尤其優(yōu)選至少90%、更優(yōu)選基本 上100%具有在500nm和600μπι之間的長度。但是還更加優(yōu)選的是，微米級的纖維素的個 體的微纖維的至少80%、尤其優(yōu)選至少90%、更優(yōu)選基本上100%具有在500nm和400μπι 之間的長度。但是最優(yōu)選的是，微米級的纖維素的個體的微纖維的至少80%、尤其優(yōu)選至少 90%、更優(yōu)選基本上100%具有在500nm和200μπι之間的長度。在使用具有這樣確定尺寸 的個體的微纖維的微米級的纖維素時，絕緣元件尤其是具有最佳的特性，這涉及中間層可 用油浸漬的特性并且這涉及中間層的內(nèi)結(jié)合力以及中間層與第一和第二層的結(jié)合力。
[0022] 納米級的纖維素的個體的微纖維的長度主要在5nm和500nm之間的大的范圍上分 布。但是優(yōu)選的是,納米級的纖維素的個體的微纖維的至少80%、尤其優(yōu)選至少90%、更優(yōu) 選基本上100%具有5nm至500nm的長度。在使用具有這樣確定尺寸的個體的微纖維的納 米級的纖維素時，絕緣元件尤其是具有最佳的特性，這涉及中間層可用油浸漬的特性并且 這涉及中間層的內(nèi)結(jié)合力以及中間層與第一和第二層的結(jié)合力。
[0023] 在使用具有如在上文中所描述那樣確定尺寸的個體的微纖維的微米級和納米級 的纖維素的混合物時，絕緣元件尤其具有最佳的特性，這涉及中間層可用油浸漬的特性并 且這涉及中間層的內(nèi)結(jié)合力以及中間層與第一和第二層的結(jié)合力。
[0024] 有利的是，納米級的和/或納米級的纖維素的個體的微纖維的至少50%、優(yōu)選至 少80%、尤其優(yōu)選至少90%、更優(yōu)選基本上100%具有從50nm至80 μ m范圍中的長度。個 體的微纖維的厚度通常在微纖維的大部分中位于15nm至25nm的范圍中、尤其是大約20nm。 在使用具有這樣確定尺寸的個體的微纖維的微米級和/或納米級的纖維素時，絕緣元件尤 其具有最佳的特性，這涉及中間層可用油浸漬的特性并且這涉及中間層的內(nèi)結(jié)合力以及中 間層與第一和第二層的結(jié)合力。
[0025] 基本上不僅對于微米級的而且對于納米級的纖維素能夠表明的是：個體的微纖維 的長度越短，個體的微纖維的表面就越大。因此具有較短的個體的微纖維的中間層由于個 體的微纖維的較大的表面，與下述中間層相比，能夠使第一和第二層更強地結(jié)合在一起，所 述中間層包含個體的微纖維，所述中間層包含相對較長的個體的微纖維。
[0026] 在一個尤其優(yōu)選的實施方式中，中間層包含納米級的纖維素。納米級的纖維素與 如下纖維素相比具有更大的表面，所述纖維素相對于納米級的纖維素具有更長的個體的微 纖維，例如是微米級的纖維素。包含納米級的纖維素的中間層由于更大的表面與如下纖維 素相比例如能夠使第一和第二層相對更強地結(jié)合，所述纖維素與納米級的纖維素相比具有 更長的個體的微纖維，例如是微米級的纖維素。
[0027] 第一和第二層除了纖維素外還能夠包含纖維素衍生物、例如甲基纖維素、醋酸纖 維素或者硝酸纖維素。第一和第二層此外也能夠包含微米級和/或納米級的纖維素。在第 一和第二層中，但是也可以在中間層中，顯然除了纖維素外還能夠包含任意份額的其它材 料。因此第一和/或第二層除了纖維素外尤其還例如能夠包含聚烯烴（尤其是聚乙烯）、 聚砜、聚酯樹脂、陶瓷、芳族聚酰胺、聚四氟乙烯、直鏈淀粉、支鏈淀粉、生粉、褐藻膠、果膠、 角叉菜膠、刺槐豆膠、黃原膠、瓜爾膠、瓊脂、紅藻膠、羧甲基纖維素（CMC)和/或羅望子提取 物。
[0028] 絕緣元件能夠具有大量的其它層，所述其它層分別包含纖維素，并且在所述其它 層之間分別設(shè)置有中間層，所述中間層包含微米級和/或納米級的纖維素。
[0029] 包含在中間層中的微米級和/或納米級的纖維素能夠用于不同的目的。所述纖維 素例如能夠用于容納下述物質(zhì)，例如樹脂，所述樹脂在制造絕緣元件時分別在包含兩種纖 維素的層之間出現(xiàn)，以便尤其防止構(gòu)成純樹脂層。但是優(yōu)選地，包含在中間層中的微米級和 /或納米級的纖維素用于使第一層和第二層結(jié)合。尤其優(yōu)選的是，層的結(jié)合在此主要基于氫 鍵和/或范德華力，所述氫鍵和/或范德華力在中間層和第一或第二層之間的連接區(qū)域中 構(gòu)成。但是層的結(jié)合也能夠主要基于層彼此間的機械聯(lián)結(jié)（verkrallen)。通過微米級和/ 或納米級的纖維素用于使第一和第二層結(jié)合的方式，可行的是，在不使用粘結(jié)劑、例如酪素 膠或者聚酯樹脂的情況下制造多層的絕緣元件。顯然也可以考慮的是，中間層除了微米級 和/或納米級的纖維素外還包含粘結(jié)劑、如尤其是酪素膠或者聚酯樹脂或者環(huán)氧樹脂粘膠 或者酚醛樹脂粘膠。然而有利的是，中間層不包含粘結(jié)劑。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明的一個改進方案，中間層關(guān)于干燥狀態(tài)中的中間層的總重量包含至少 20重量％ (重量百分比）的微米級和/或納米級的纖維素、優(yōu)選至少50重量％或者甚至至 少60重量％、更優(yōu)選至少70重量％或者甚至至少80重量％的微米級和/或納米級的纖維 素，并且最優(yōu)選甚至100重量％的微米級和/或納米級的纖維素，所述干燥狀態(tài)是指在排除 油和水的情況下。中間層中的微米級和/或納米級的纖維素的相應(yīng)于在上文中所提到的量 的大的份額尤其引起中間層的良好的可用變壓器油浸漬性以及中間層的內(nèi)部中的良好的 結(jié)合和與第一和第二層的良好的結(jié)合。有利的是，中間層關(guān)于干燥狀態(tài)中的中間層的總重 量包含少于1 %的半纖維素和/或少于1 %的木質(zhì)素。更有利的是，中間層甚至既不包含半 纖維素也不包含木質(zhì)素。
[0031] 根據(jù)本發(fā)明的一個改進方案，第一層關(guān)于干燥狀態(tài)中的第一層的總重量包含至少 50重量％的、優(yōu)選至少75重量％的并且尤其優(yōu)選甚至至少90重量％的纖維素。根據(jù)本發(fā) 明的一個改進方案，此外第二層關(guān)于干燥狀態(tài)中的第二層的總重量也包含至少50重量％ 的、優(yōu)選至少75重量％并且尤其優(yōu)選甚至至少90重量％的纖維素。最優(yōu)選的是，第一層還 有第二層僅包含不具有任何其它物質(zhì)的純纖維素。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明的一個改進方案，第一層和/或第二層利用紙漿或者木漿或者廢紙制 造。優(yōu)選第一層和/或第二層包含紙漿或者木漿或者廢紙。從含纖維素的材料中獲得紙漿 和木漿對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是已知的。在從木材中獲得木漿期間，能夠從任意的含纖維素 的材料中獲得紙漿。優(yōu)選從木材或者從一年生植物/例如棉花中獲得紙漿。
[0033] 根據(jù)本發(fā)明的一個改進方案，第一層關(guān)于干燥狀態(tài)中的第一層的總重量包含至少 50重量％的、優(yōu)選至少75重量％并且尤其優(yōu)選甚至至少90重量％的紙漿。根據(jù)本發(fā)明的 一個改進方案，此外第二層關(guān)于干燥狀態(tài)中的第二層的總重量也包含至少50重量％的、優(yōu) 選至少75重量％并且尤其優(yōu)選甚至至少90重量％的紙漿。最優(yōu)選的是，第一層還有第二 層包含不具有任何其它物質(zhì)的100重量％的紙漿。
[0034] 因此有利的是，第一層、第二層和中間層在用油浸漬之前分別僅包含紙漿、最有利 的是分別僅包含纖維素。尤其有利的是，整個絕緣元件在用油浸漬之前基本上僅由纖維素 構(gòu)成、更有利的是僅由纖維素構(gòu)成。這樣構(gòu)成的絕緣元件的優(yōu)點尤其在于其非常簡單的清 除，因為在清除之前材料分離不是必要的。在盡可能均勻地構(gòu)造絕緣元件的情況下，該絕緣 元件此外在空間上能夠任意地構(gòu)造，因為隨后不必太考慮或者完全不必考慮絕緣元件關(guān)于 電場線的層結(jié)構(gòu)。絕緣元件的絕緣特性因此尤其能夠與電場線以何種角度相對于層伸展無 關(guān)。
[0035] 優(yōu)選地，第一層和/或第二層以壓板的形式存在。
[0036] 根據(jù)本發(fā)明的一個改進方案，第一層、第二層和中間層具有至少0. 8g/cm3(克每立 方厘米）、優(yōu)選至少I. 〇g/cm3并且最優(yōu)選至少I. 2g/cm3或者甚至I. 3g/cm3的共同的平均密 度。然而三個所提到的層的共同的平均密度通常為至多1.4g/cm3。所述密度在此尤其是根 據(jù)2007年2月15日第二版的國際標準IEC 60763-2-10來確定。當在密度過低的情況下 絕緣元件的電抗性和機械抗性被損害時，過高的密度會導(dǎo)致過低的孔體積并且導(dǎo)致絕緣元 件的差的可用變壓器油來浸漬性。此外，絕緣元件的足夠高的密度是重要的，以便實現(xiàn)將絕 緣元件制造為自承式的構(gòu)件。
[0037] 優(yōu)選地，第一層、第二層和中間層共同具有5%至40%、尤其是10%至20%的平 均孔體積，其中對孔體積的測量經(jīng)由油吸收根據(jù)2007年2月15日第二版的國際標準IEC 60763-2-13來確定。這種孔體積在絕緣元件的機械穩(wěn)定性足夠的同時確保了良好的可浸漬 性。
[0038] 通常，絕緣元件的至少三個層的材料和結(jié)構(gòu)上的構(gòu)造應(yīng)當被選擇為，使得所有的 三個層可用能流動的且起電絕緣作用的材料、尤其是在高壓范圍中起電絕緣作用的材料來 浸漬，使得絕緣元件能夠盡可能最佳地利用其電絕緣作用、尤其是在高壓范圍中的電絕緣 作用。
[0039] 根據(jù)本發(fā)明的一個改進方案，絕緣元件的垂直地穿過第一和第二層以及中間層測 量的厚度為至少1mm、優(yōu)選至少6mm并且最優(yōu)選至少8mm。
[0040] 絕緣元件的中間層有利地具有至多2mm的平均層厚度，更有利的是至多Imm并且 最有利的是至多400 μ m的平均層厚度。此外有利的是，平均層厚度為至少50 μ m。
[0041] 有利的是，第一層和/或第二層具有0· 5mm至8mm的、尤其是3mm至6mm的層厚度。
[0042] 根據(jù)本發(fā)明的一個改進方案，絕緣元件具有在5GPa至9GPa的范圍中的彈性模量 以及在30MPa至70MPa的范圍中的抗彎強度（分別根據(jù)2007年2月15日第二版的國際標 準IEC 60763-2-9來測量）。絕緣模塊因此尤其能夠最佳地用作為自承式的構(gòu)件。
[0043] 在根據(jù)2007年2月15日第二版的國際標準IEC 60763-2-17執(zhí)行的測量中的水 狀的提取物的pH值優(yōu)選在5至10的范圍中。整個絕緣元件的在根據(jù)2007年2月15日第 二版的IEC 60763-2-16的測量中的水狀的提取物的導(dǎo)電性有利地為至多15mS/m。
[0044] 電子器件通常是變壓器的組成部分。但是所述電子器件也能夠是另一個電子器 件、例如補償扼流圈、電壓轉(zhuǎn)換器或者移相器的組成部分。如果所述電子器件是變壓器的組 成部分，那么變壓器尤其能夠是干式變壓器（用于直流或者交流）或者是用能流動的材料、 尤其是液體、如優(yōu)選油來填充的變壓器（合成油/酯/礦物油/天然油，用于直流或交流）， 其中變壓器此外尤其能夠是功率變壓器、分配變壓器、熔化或焊接變壓器、閥或者調(diào)控變壓 器、或者車輛變壓器。
[0045] 絕緣元件例如能夠是間隔件、邊、條、塊、板、壓力環(huán)、桿、角環(huán)、帽、罩、扇形接口、法 蘭管、壓條、波紋管、螺絲、螺母、螺紋桿、排出管線、支撐塊、屏蔽環(huán)或者管。所提到的絕緣元 件在變壓器中應(yīng)用。
[0046] 此外提出一種用于制造絕緣元件的方法，其中絕緣元件尤其是如在上文中所詳述 的那樣構(gòu)成。所述方法至少具有下述步驟：將中間層設(shè)置在包含纖維素的第一層和包含纖 維素的第二層之間。在此使用包含微米級和/或納米級的纖維素的中間層。
[0047] 有利的是，微米級和/或納米級的纖維素借助于水和/或極性溶劑、例如乙醇、甲 醇等不連續(xù)地施加到第一層和第二層之間。尤其是能夠分別為變壓器板TIV的第一和第二 層在此分別優(yōu)選具有干燥的初始狀態(tài)。中間層通常既不包含半纖維素也不包含木質(zhì)素。有 利的是，中間層關(guān)于干燥狀態(tài)中的中間層的總重量包含少于1 %的半纖維素和/或少于1% 的木質(zhì)素。更有利的是，中間層甚至既不包含半纖維素也不包含木質(zhì)素。
[0048] 有利的是，第一層、中間層和第二層在壓力為lON/cm2(牛頓每立方厘米）至600N/ cm2、有利的是從ΙΟΝ/cm2至300N/cm2、更有利的是從150N/cm 2至250N/cm2的情況下彼此壓 緊。這種壓緊通常在是室溫中進行并且通常在不施加真空的情況下進行。但是在50°C和 120°C之間的、尤其是在大約90°C下的壓緊被證實是尤其有利的。通過熱壓緊、即通過在溫 度高于室溫時壓緊、尤其是通過在所提到的在室溫以上的溫度中的壓緊，改進根據(jù)本發(fā)明 的絕緣元件的尺寸穩(wěn)定性和/或粘接強度。通過壓緊，從絕緣元件中移除空氣，并且絕緣元 件的層相互接觸并且彼此連接。
[0049] 緊隨將中間層設(shè)置在第一層和第二層之間，優(yōu)選進行第一層、第二層和中間層的 干燥。這種干燥尤其能夠以熱力學的方式、通常在溫度低于150°C時、尤其是低于120°C時 進行。在溫度更高的情況下，根據(jù)絕緣元件的構(gòu)成會產(chǎn)生受損的危險。但是為了干燥也能 夠使用任意的其它干燥方法、例如微波干燥。尤其優(yōu)選的是，同時進行壓緊和熱干燥。
[0050] 在上文中所描述的熱壓緊的次序以及在上文中所描述的隨后的干燥有下述優(yōu)點： 能夠提高根據(jù)本發(fā)明的絕緣元件的抗彎強度。熱干燥在時間上不必強制性地直接在熱壓緊 之后發(fā)生，而是也能夠以一定時間間隔來進行。
[0051] 根據(jù)本發(fā)明的一個改進方案，第一層、中間層和第二層彼此熱壓緊。熱壓緊意味 著：壓緊在溫度高于室溫的情況下進行。優(yōu)選的是，第一層、中間層和第二層在壓力為ION/ cm2 (牛頓每立方厘米）至600N/cm2、優(yōu)選從ΙΟΝ/cm2至300N/cm2、優(yōu)選從150N/cm 2至250N/ cm2的情況下彼此熱壓緊。熱壓緊優(yōu)選在溫度在50°C和120°C之間、優(yōu)選在大約90°C的情 況下進行。通過熱壓緊、尤其是在所提到的溫度中的熱壓緊，改進根據(jù)本發(fā)明的絕緣元件 的尺寸穩(wěn)定性和/或粘接強度。通過熱壓緊能夠附加地避免第一層、第二層和中間層的所 提到的優(yōu)選的干燥，使得更成本適宜地以及以更節(jié)能地制造根據(jù)本發(fā)明的絕緣元件是可能 的，其中如果該干燥應(yīng)當是必要的話那么所述干燥緊隨于將中間層設(shè)置在第一層和第二層 之間進行。熱壓緊通常在不施加真空的情況下進行。但是顯然熱壓緊也能夠在施加真空的 情況下進行。
[0052] 根據(jù)本發(fā)明的一個改進方案，中間層設(shè)置在第一層和第二層之間，其中所設(shè)置的 微米級和/或納米級的纖維素具有800g/m 2或者更小的、優(yōu)選20g/cm2至350g/cm2的、優(yōu)選 150g/cm2至300g/cm2的、更優(yōu)選大約240g/cm3的面重量。中間層在此有利地僅由微米級和 /或納米級的纖維素構(gòu)成。由此能夠提高根據(jù)本發(fā)明的絕緣元件的穩(wěn)定性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0053] 在下文中根據(jù)附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式，所述實施方式僅用于闡述并且 不能夠解釋為限制性的。在附圖中以非常示意性地形式示出：
[0054] 圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的多層的絕緣元件的立體圖；
[0055] 圖2示出多層的絕緣元件的根據(jù)本發(fā)明的實施方式的立體圖；
[0056] 圖3示出純微米級和/或納米級的纖維素（ARBOCEL ? MF 40-10)的由光 顯微鏡制作的照片；以及
[0057] 圖4示出混有微米級和/或納米級的纖維素（ARBOCEL ? MF 40-10)的傳 統(tǒng)的紙漿纖維的由光顯微鏡制作的照片。

【具體實施方式】
[0058] 在圖1中示出用于電絕緣變壓器的電子器件的如對于本領(lǐng)域技術(shù)人員從現(xiàn)有技 術(shù)中已經(jīng)充分已知的絕緣元件Γ。絕緣元件Γ具有多層的結(jié)構(gòu)，所述多層的結(jié)構(gòu)具有第一 層2、第二層3以及中間層4,所述中間層設(shè)置在第一層2和第二層3之間。所提出的層序 列能夠在絕緣元件中任意頻繁地重復(fù)。
[0059] 第一層2和第二層3分別由層壓紙板制造并且在此僅由紙漿構(gòu)成。這些層2和3 尤其是長期以來由Weidmann公司生產(chǎn)的材料"變壓器板TIV"。該材料的構(gòu)造以及其此外 借助于熱壓進行的制造對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言長期以來已經(jīng)是已知的。
[0060] 用于使第一層2和第二層3連接和結(jié)合的中間層4在現(xiàn)有技術(shù)的當前實施例中包 含酪素膠或者酚醛樹脂。因為在浸漬絕緣元件Γ時通常對于變壓器油而言既不透過酪素 膠也不透過酚醛樹脂，所以在這種現(xiàn)有技術(shù)中的絕緣元件Γ中通常設(shè)有浸漬孔6。以大的 份額和規(guī)則的間距在整個絕緣元件Γ上分布的該浸漬孔6分別沿著垂直方向延伸穿過第 一層2、第二層3和中間層4。通過在絕緣元件Γ中設(shè)置浸漬孔6能夠保證用變壓器油充 分地浸漬絕緣元件Γ。當然，在制造期間設(shè)置浸漬孔6導(dǎo)致高的鉆頭磨損。絕緣元件Γ的 制造此外由于必須要實行的浸漬鉆孔而持續(xù)更長的時間從而也是相對昂貴的。此外不利的 是微氣泡和空腔，所述微氣泡和空腔會封入酪素膠中或者在酚醛樹脂中并且會在絕緣元件 Γ中導(dǎo)致所不期望的部分放電。此外絕緣元件Γ的清除與一定耗費聯(lián)系在一起，因為在 此不同的材料必須彼此分離、即第一和第二層2或3的材料以及中間層4的酪素膠或酚醛 樹脂必須彼此分離。最后，由于中間層4中的缺陷部位，絕緣元件Γ的平均抗擊穿強度會 受損，這是這種絕緣元件Γ的一個主要的缺點?，F(xiàn)有技術(shù)中的絕緣元件Γ通常直至至多 8kV/mm是無部分放電的。
[0061] 用于在高壓范圍中電絕緣電子器件的絕緣元件Γ的根據(jù)本發(fā)明的實施例在圖2 中示出。在圖2中示出的根據(jù)本發(fā)明的實施例與在圖1中示出的現(xiàn)有技術(shù)中的實施例的區(qū) 域僅在于：絕緣元件1與絕緣元件Γ相比具有不同地構(gòu)成的中間層5。此外，在圖2中示 出的絕緣元件1不具有浸漬孔6。相同地或者類似地構(gòu)成的元件在圖1和2中分別以相同 的附圖標記來表示。
[0062] 不僅根據(jù)圖1中示出的現(xiàn)有技術(shù)的實施方式的絕緣元件Γ中而且在圖2中示出 根據(jù)本發(fā)明的絕緣元件1都尤其是油填充的變壓器的組成部分。當前實施方式的絕緣元件 1或Γ均構(gòu)成為面狀的元件。
[0063] 在圖2中示出的絕緣元件1的中間層5由微米級和/或納米級的纖維素制造。為 此在當前實施例中已經(jīng)使用德國羅森伯格郵編73494的公司J. Rettenmaier& Sfthne股份 兩合公司的具有15%固體的質(zhì)量份額的產(chǎn)品ARBOCEL'? MF 40-10。在制造絕緣元件 1時，微米級和/或納米級的纖維素首先被涂覆到第一層2的表面上。第二層3隨后安置到 微米級和/或納米級的纖維素上。第一層2、微米級和/或納米級的纖維素和第二層3緊接 著在大約200N/cm2的壓力下彼此壓緊。緊接著或者同時，絕緣元件1在溫度處于KKTC和 150°C之間的范圍中時熱干燥。
[0064] 絕緣元件1具有I. 2g/cm3至I. 3g/cm3的平均密度（根據(jù)2007年2月15日第 二版的標準IEC 60763-2-10測量）以及10%至20%的孔體積。關(guān)于絕緣元件1的干燥 質(zhì)量，因此得出10重量％至20重量％的油吸收（根據(jù)2007年2月15日第二版的標準 IEC 60763-2-13測量）。絕緣元件1的彈性模量在5GPa至9GPa的范圍中、尤其是為大約 7GPa (根據(jù)2007年2月15日第二版的標準IEC 60763-2-9測量）。絕緣元件1的所得出的 抗彎曲強度在當前實施例中位于30MPa至70MPa的范圍中，根據(jù)2007年2月15日第二版的 標準IEC 60763-2-9測量。絕緣元件1此外具有直至大約120°C的熱穩(wěn)定性，所述熱穩(wěn)定性 根據(jù)下述標準來測量：2001年7月1日2001第五版的IEC 60216-1 ;2005年8月11日2005 第四版的 IEC 60216-2 ;2006 第二版的 IEC 60216-3 結(jié)合 2006 第二版的 IEC 60216-3 的 2009 年 12 月 18 日的 COR 12009 ;2006 年 1 月 19 日的 2006 第四版的 IEC 60216-4-1 ;2000 年 7 月 1 日的 2000 第一版的 IEC 60216-4-2 ;2000 年 4 月 1 日第一版的 IEC 60216-4-3 ; 2008第三版的IEC 60216-5結(jié)合2008第三版的IEC 60216-5的2009年12月18日的COR 12009 ;2006 年 5 月 29 日的 2006 第二版的 IEC 60216-6。
[0065] 第一層2和第二層3分別具有在3mm至6mm的范圍中的平均層厚度。中間層5小 于400 μ m厚并且100%由微米級和/或納米級的纖維素構(gòu)成。涂覆的微米級和/或納米級 的纖維素在此具有800g/m3或者更小的面重量。
[0066] 在根據(jù)2007年2月15日第二版的國際標準IEC 60763-2-17執(zhí)行的測量中，水 狀的提取物的pH值優(yōu)選位于5至10的范圍中。在根據(jù)2007年2月15日第二版的IEC 60763-2-16的國際標準對整個絕緣元件的測量中，水狀的提取物的導(dǎo)電性優(yōu)選為至多 15mS/m。在絕緣元件1中在OkV/mm至12kV/mm的范圍中不出現(xiàn)任何擊穿或者部分放電。 [0067] 圖3示出光顯微鏡的照片，在所述照片中在中間層5中使用的微米級和/或納米 級的纖維素8 ( ARBOCEL'? MF 40-10)在高度放大的視圖中示出。從該描述中可良好 獲悉的是：當前至少部分地彼此分離的個體的微纖維形成大量的分別線團狀的積聚。
[0068] 在圖4中在高度放大的視圖中示出由光顯微鏡制作的傳統(tǒng)的紙漿纖維7的照片， 所述紙漿纖維混合有微米級和/或納米級的纖維素8 ( ARBOCEL'? MF 40-10)?？擅?顯獲悉的是：具有當前彼此分離的個體的微纖維的微米級和/或納米級的纖維素8的線圈 狀的積聚附著于以多倍大確定尺寸的紙漿纖維7上。
[0069] 本發(fā)明顯然不受限于根據(jù)圖2的當前實施方式，并且大量的變型是可行的。因此 第一層2、第二層3以及中間層5除了纖維素也能夠包含任意其它的材料。在圖2的根據(jù)本 發(fā)明的絕緣元件中也可行的是：設(shè)有浸漬孔和/或干燥孔。絕緣元件能夠具有其它層，所述 其它層尤其能夠包含纖維素并且尤其是能夠借助于包含微米級和/或納米級的纖維素的 中間層彼此連接。絕緣元件不必強制性地是變壓器的組成部分。絕緣元件也能夠用于其它 電子器件、例如補償扼流圈或者移相器的絕緣。此外在變壓器的情況下，不必強制性地是油 填充的變壓器。根據(jù)本發(fā)明的絕緣元件顯然也能夠在干式變壓器中使用。大量的其它變型 是可能的。
[0070] 附圖標記列表
[0071] 1，1'絕緣元件
[0072] 2 基于紙漿的層
[0073] 3 基于紙漿的層
[0074] 4 具有酪素膠或者酚醛樹脂的中間層
[0075] 5 具有微米級和/或納米級的纖維素的中間層
[0076] 6 浸漬孔
[0077] 7 紙漿纖維
[0078] 8 微米級和/或納米級的纖維素（ARBOCEL'? MF 40-10)
【權(quán)利要求】
1. 一種用于在高壓范圍中電絕緣電子器件的絕緣元件（1)，所述絕緣元件具有： 包含纖維素的第一層（2); 包含纖維素的第二層（3);以及 設(shè)置在所述第一層（2)和所述第二層（3)之間的中間層（5)， 其特征在于， 所述中間層（5)包含微米級和/或納米級的纖維素。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣元件（1)，其中微米級和/或納米級的纖維素用于使所 述第一層（2)和所述第二層（3)結(jié)合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的絕緣元件（1)，其中所述中間層（5)在干燥狀態(tài)中包含 多于50重量％的、尤其是多于75重量％的微米級和/或納米級的纖維素。
4. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的絕緣元件（1)，其中微米級和/或納米級的纖維 素的至少50%的、尤其是至少70%的個體的微纖維部分地或者完全彼此分離地存在。
5. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的絕緣元件（1)，其中所述第一層（2)和所述第二 層（3)在干燥狀態(tài)中分別包含多于50重量％、尤其是多于75重量％的纖維素。
6. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的絕緣元件（1)，其中所述第一層（2)和/或所述 第二層（3)包含紙漿。
7. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的絕緣元件（1)，其中所述第一層（2)和/或所述 第二層（3)以壓板的形式存在。
8. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的絕緣元件（1)，其中所述第一層（2)、所述第二層 (3)和所述中間層（5)在所述干燥狀態(tài)中具有至少0. 8g/cm3的、尤其是至少1. 2g/cm3的共 同的平均密度。
9. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的絕緣元件（1)，其中所述第一層（2)、所述第二層 (3)和所述中間層（5)共同具有5%至40%的、尤其是10%至20%的平均孔體積。
10. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的絕緣元件（1)，其中所述絕緣元件（1)具有垂直 地穿過所述第一層（2)、所述第二層（3)和所述中間層（5)至少6mm的、尤其是至少8mm的、 測量的厚度。
11. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的絕緣元件（1)，其中所述中間層（5)具有至多 1mm的、尤其是至多400 y m的平均層厚度。
12. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的絕緣元件（1)，其中所述第一層（2)和/或所述 第二層（3)具有0? 5mm至8mm、尤其是3mm至6mm的層厚度。
13. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的絕緣元件（1)，其中所述電子器件是變壓器的 組成部分。
14. 一種具有根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的至少一個絕緣元件（1)的變壓器。
15. -種用于制造絕緣元件（1)的方法，所述絕緣元件用于在高壓范圍中電絕緣電子 器件，其中在包含纖維素的第一層（2)和包含纖維素的第二層（3)之間設(shè)置中間層（5)， 其特征在于， 所述中間層（5)包含微米級和/或納米級的纖維素。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述第一層（2)、所述中間層（5)和所述第二層 (3)在壓力為 10N/cm2 至 600N/cm2、優(yōu)選 10N/cm2 至的 300N/cm2、優(yōu)選 150N/cm2 至的 250N/ cm2的情況下彼此壓緊。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的方法，其中緊隨于在所述第一層（2)和所述第二層 (3)之間設(shè)置所述中間層（5)，進行所述第一層（2)、所述第二層（3)和所述中間層（5)的干 燥。
18. -種絕緣元件（1)的應(yīng)用，以用于電絕緣電子器件，其中所述絕緣元件（1)具有： 包含纖維素的第一層（2); 包含纖維素的第二層（3)，以及 設(shè)置在所述第一層（2)和所述第二層（3)之間的包含微米級和/或納米級的纖維素的 中間層。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的絕緣元件⑴的應(yīng)用，以用于在高壓范圍中電絕緣電子器 件。
【文檔編號】B32B23/02GK104395068SQ201380034427
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2013年6月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月29日
【發(fā)明者】沃爾夫?qū)ぐ？怂辜{, 托比亞斯·沃爾芬格 申請人:魏克控股公司