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Title:
ELECTRIC INSULATION MATERIAL AND/OR IMPREGNATION RESIN FOR A WRAPPING TAPE INSULATION FOR A MEDIUM- AND/OR HIGH-VOLTAGE MACHINE, INSULATION MATERIAL, AND INSULATION SYSTEM MADE THEREOF
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/057604
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an electric insulation material and/or impregnation resin for a wrapping tape insulation, to the insulation material made therefrom by means of a curing process, and to an insulation system, for example an insulation system for a rotating electric machine, in particular a medium- or high-voltage machine. By means of the invention, an insulation material, i.e. a composition for a curable mixture which forms an insulation material, is first provided, wherein the service life of conventional systems is exceeded by up to a factor of 8 during operation under the same conditions using said insulation material on the basis of the symbiotic combination of an at least partial substitution of the conventional epoxide resin with components which form a SiR2-O- backbone together with inorganic nanoparticles and a sintering additive which produces the melting of the nanoparticles in the base resin.

Inventors:
HUBER, Jürgen (Am Heiligenholz 6, Erlangen, 91058, DE)
LANG, Steffen (Schnaid 48, Hallerndorf, 91352, DE)
MÜLLER, Niels (Düsseldorfer Straße 52 a, Nürnberg, 90425, DE)
NAGEL, Michael (Buch 4, Gremsdorf, 91350, DE)
ÜBLER, Matthias (Stockauer Weg 8, Ursensollen, 92289, DE)
Application Number:
EP2018/074772
Publication Date:
March 28, 2019
Filing Date:
September 13, 2018
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Werner-von-Siemens-Straße 1, München, 80333, DE)
International Classes:
H01B3/40; C08K3/013; C08K3/016; C08K3/36; H02K3/40
Foreign References:
DE102014219765A12016-03-31
DE102010019724A12011-11-10
DE102013201054A12014-07-24
DE102014219765A12016-03-31
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Claims:
Patentansprüche

1. Isolationsmaterial und/oder Imprägnierharz für eine Wi- ckelbandisolierung, zumindest ein Basisharz, einen Härter, zumindest eine nanopartikuläre Füllstofffraktion und Additive umfassend, wobei das Basisharz in polymerem Zustand zumindest zum Teil mit einem -SiR2~0-Rückgrat vorliegt und zumindest ein Additiv vorgesehen ist, durch das bei elektrischen Teil- entladungen eine zumindest teilweise Versinterung der Nano- partikel zu einer Barriereschicht erfolgt.

2. Isolationsmaterial und/oder Imprägnierharz für eine Wickelbandisolierung nach Anspruch 1, wobei ein Sinteradditiv vorgesehen ist, das eine Verglasung der Nanopartikel bewirkt.

3. Isolationsmaterial und/oder Imprägnierharz für eine Wickelbandisolierung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 oder 2, wobei das oder die Sinteradditive ausgewählt sind aus der Gruppe folgender Sinteradditive: Magnesiumoxid (MgO) ,

Calciumcarbonat (CaC>3) , StickstoffVerbindung (en) , organische Phosphorverbindung (en) , Aluminiumnitrid (A1N) , Siliziumcarbid (SiC), Titannitrid (TiN) , Yttriumoxid (Y203) , Yttrium- Aluminium-Granat (AI3Y5O12) , Neodymoxid ( d203) und/oder

Ceroxid (Ce02) .

4. Isolationsmaterial und/oder Imprägnierharz für eine Wickelbandisolierung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Sinteradditiv eine organische Phosphorver- bindung ist.

5. Isolationsmaterial und/oder Imprägnierharz für eine Wickelbandisolierung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zumindest eine Fraktion Nanopartikel anorganische Nano- partikel umfasst.

6. Isolationsmaterial und/oder Imprägnierharz für eine Wickelbandisolierung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wo- bei zumindest eine Fraktion anorganischer Nanopartikel

Siliziumdioxid-Partikel umfasst.

7. Isolationsmaterial und/oder Imprägnierharz für eine Wi- ckelbandisolierung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Additiv in Partikelgrößen 1 nm bis 50 nm vorliegt.

8. Isolationsmaterial und/oder Imprägnierharz für eine Wickelbandisolierung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wo- bei Nanopartikel im Isolationsmaterial in einer Menge im Be¬ reich von 0,1 bis 50 Vol% enthalten sind.

9. Isolationsmaterial und/oder Imprägnierharz für eine Wickelbandisolierung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wo- bei das oder die Additive bezüglich des Nanopartikelanteils in einer Menge von 0,1 bis 50 Gew% vorliegen.

10. Isolationsmaterial und/oder Imprägnierharz für eine Wickelbandisolierung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wo- bei Nanopartikel mit einem mittleren Durchmesser D5o von 0,1 bis 50nm vorliegen.

11. Isolationsmaterial und/oder Imprägnierharz für eine Wickelbandisolierung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wo- bei das Basisharz bis zu 50 Mol% einer, nach erfolgter Härtung ein SiR2-0-Rückgrat bildende, Verbindung umfasst.

12. Isolationsmaterial und/oder Imprägnierharz für eine Wickelbandisolierung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wo- bei Nanopartikel in Form von Nano-Glaskügelchen vorgesehen sind .

13. Isolationsmaterial und/oder Imprägnierharz für eine Wickelbandisolierung nach einem der vorstehenden Ansprüche fol- gende ungefähre Zusammensetzung aufweisend:

0,3 bis 0,7 Gew% einer organischen Phosphorverbindung als Sinteradditiv,

57 bis 63 Gew% eines Glimmers als Barriere bildenden Füll¬ stoffs, 3 bis 15 Gew% Nanopartikel , beispielsweise anorganische Nano- partikel, insbesondere solche auf Siliziumdioxid-Basis, 10 bis 20 Gew% eines anhydridischen Härters,

10 bis 20 Gew% eines herkömmlichen kohlenstoffbasierten Ba- sisharzes, wie eines Epoxidharzes,

0,5 bis 10 eines Siloxans, wie beispielsweise eines

epoxidierten Siloxans.

14. Isolationsstoff, erhältlich durch Härtung eines Isolati- onsmaterials nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 13.

15. Isolationssystem, umfassend einen Isolationsstoff nach Anspruch 14.

Description:
Beschreibung

Elektrisches Isolationsmaterial und/oder Imprägnierharz für die Wickelbandisolierung einer Mittel- und/oder Hochspannungsmaschine, Isolationsstoff sowie Isolationssystem daraus

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Isolationsmaterial und/oder Imprägnierharz für die Wickelbandisolierung, den da- raus durch Härtung gebildeten Isolationsstoff sowie ein Iso ¬ lationssystem, beispielsweise ein Isolationssystem für eine rotierende elektrische Maschine, insbesondere eine Mittel ¬ oder Hochspannungsmaschine. Im Betrieb von Hochspannungsmaschinen mit Leistungen von über 500 MVA können Bemessungsspannungen von über 10 kV erreicht werden. Die Komponenten sind entsprechend hohen mechanischen, thermischen und elektrischen Belastungen ausgesetzt. Die Zuverlässigkeit des Isolationssystems der elektrischen Leiter ist daher maßgeblich für die Betriebssicherheit verantwort ¬ lich.

Ein Isolationssystem hat die Aufgabe elektrische Leiter, wie Drähte, Spulen und Wicklungsstäbe, dauerhaft gegeneinander und gegen das Blechpaket des Ständers oder die Umgebung zu isolieren. Dazu weist das Isolationssystem eine Isolierung zwischen Teilleitern (Teilleiterisolierung) , zwischen den Leitern oder Wicklungsstäben (Leiter- oder Wicklungsisolierung) und zwischen den Leitern und dem Massenpotential im Nut- und Wicklungskopfbereich (Hauptisolierung) auf.

Das grundlegende Problem bei derart elektrisch belasteten Isolationen liegt in der teilentladungsinduzierten Erosion mit sich ausbildenden „Teering"-Kanälen, die letztlich zum elektrischen Durchschlag der Isolation führen. Üblicherweise kommen zur dauerhaften Isolation der spannungsführenden Leiter in rotierenden Maschinen glimmerbasierte Isolierungen zum Einsatz . Zum Ausbilden der Hauptisolation werden die aus isolierten Teilleitern hergestellten Formspulen mit Glimmerbändern umwickelt und im Rahmen einer Vakuum-Druck-Imprägnierung (Vacuum- Pressure-Impregnation, VPI-Prozess) mit einem Harz imprägniert. Dabei werden Glimmerbänder in Form von Glimmerpapier eingesetzt .

Durch die Imprägnierung werden die im Glimmerpapier zwischen den einzelnen Partikeln und/oder Bandfalten befindliche Hohlräume mit dem Isolationsmaterial gefüllt. Der Verbund aus Imprägnierharz und Glimmerpapier wird gehärtet, bildet den Isolationsstoff, der dann zum Isolationssystem verarbeitet wird und die mechanische Festigkeit des Isolationssystems liefert. Die elektrische Festigkeit ergibt sich aus der Viel ¬ zahl der Feststoff-Feststoff-Grenzflächen des Glimmers. Durch den VPI-Prozess müssen daher auch kleinste Hohlräume in der Isolierung mit Harz ausgefüllt werden, um die Anzahl innerer Gas-Feststoff-Grenzflächen zu minimieren.

Insgesamt stellt dies allerhöchste elektrische, thermische und mechanische Anforderungen an die Isolation der Leiter einer Wicklung untereinander, der Wicklung gegen das Blechpaket sowie auch der am Austritt der Leiter aus dem Blechpaket ge- bildeten Gleitanordnung. In der Maschinenisolierung unterscheidet man die Innenpotentialsteuerung IPS zwischen dem Kupferleiterverband und der Hochspannungsisolierung, den Au- ßenglimmschutz (AGS) , zwischen der Wicklung und dem Blechpaket, sowie den Endenglimmschutz (EGS) am Austritt der Wick- lungsstäbe aus dem Blechpaket.

Bisher werden als Basisharze für elektrische Isolationen und insbesondere auch als Tränkharze für Wickelbandisolierungen bevorzugt Epoxidharze auf Kohlenstoffbasis eingesetzt, die in flüssiger Form an einem Kohlenstoff-basierten (-CR 2 -) n _ Rück ¬ grat alle möglichen funktionellen Gruppen, beispielsweise auch Epoxidgruppen tragen. Diese werden mit Härter zu einem duroplastischen Kunststoff umgesetzt, der einen Verguss und/oder beispielsweise die Imprägnierung der Wickelbandiso ¬ lierung bildet.

Wie aus der DE 10 2014 219765 bekannt, wird durch den Einsatz von Nanopartikel bereits versucht, durch den Einsatz organi ¬ scher und anorganischer Nanopartikel Sinterbrücken in den Basisharzen auszubilden, die erosionsinhibierend wirken.

Trotzdem besteht weiterhin der Bedarf, durch verbesserte Aus- bildung von Sinterbrücken innerhalb des Basisharzes Schutzschichten innerhalb des Basisharzes zu bilden, die verbesser ¬ te erosionsinhibierende Wirkung zeigen.

Deshalb ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Additive für Isolationsmaterialien zur Verfügung zu stellen, die bei elektrischen Teilentladungen durch Ausbildung einer

Barriereschicht die Erosionsbeständigkeit und damit die Teil ¬ entladungsresistenz eines aus dem Isolationsmaterial herge ¬ stellten Isolationssystems erhöhen.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der vorliegenden Er ¬ findung, wie er in der Beschreibung und den Ansprüchen offenbart ist, gelöst. Dementsprechend ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Isolationsmaterial und/oder Imprägnierharz für eine Wickel ¬ bandisolierung, zumindest ein Basisharz, einen Härter, zumindest eine nanopartikuläre Füllstofffraktion und Additive um ¬ fassend, wobei das Basisharz in polymerem Zustand zumindest zum Teil mit einem -SiR 2 -0-Rückgrat vorliegt und zumindest ein Additiv vorgesehen ist, durch das bei elektrischen Teilentladungen eine zumindest teilweise Versinterung der Nano ¬ partikel zu einer Barriereschicht erfolgt. Außerdem ist Ge ¬ genstand der vorliegenden Erfindung ein Isolationsstoff, er- hältlich durch Härtung des vorliegend beschriebenen Isolationsmaterials sowie eine aus dem Isolationsstoff gebildetes Isolationssystem. Überraschend hat sich gezeigt, dass durch die Kombination ei ¬ nes Basisharzes, das zumindest zum Teil -SiR 2 -0-Rückgrat auf ¬ weist, mit einem Additiv, insbesondere einem Sinteradditiv, das zu einer Verglasung der Nanopartikel im Basisharz führt, eine deutliche Erhöhung der elektrischen Lebensdauer des Isolationsstoffes erreicht wird. Es wird davon ausgegangen, dass die Aufweitung des Rückgrats durch den Einbau der (SiR 2 - 0) - Gruppe in der Harzmatrix eine verbesserte Katalyse der Sin ¬ teradditive zur schnelleren Ausbildung eines verglasten Be- reichs zwischen den Nanopartikel bewirkt.

Deshalb umfasst das Isolationsmaterial mindestens ein Sinter ¬ additiv ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Magnesiumoxid (MgO) , Calciumcarbonat (CaC>3) , StickstoffVerbindungen, orga- nische Phosphorverbindungen, Aluminiumnitrid (A1N) ,

Siliziumcarbid (SiC) , Titannitrid (TiN) , Yttriumoxid (Y 2 O 3 ) , Yttrium-Aluminium-Granat (AI3Y5O12) , Neodymoxid (Nd2<03) ,

Ceroxid (CeC> 2 ) . Bevorzugte Sinteradditive sind StickstoffVer ¬ bindungen, organische Phosphorverbindungen, MgO, Ca0 3

und/oder Mischungen der vorgenannten Komponenten.

Stickstoff basierte Sinteradditive umfassen zum Beispiel Me ¬ lanin (Cyanursäuretriamid) , wie Melaninphosphat (MPP) , und Harnstoff (Carbonyldiamid) .

Organische Phosphor basierte Sinteradditive enthalten mindes ¬ tens eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Diphenylkresylphosphat (CDP) , Diphenyloctylphosphat (DPO) , Tri-n-butylphosphat (TBP) , Triethylphosphat (TEP) , Tri-p- kresylphosphat (TCP) , Triphenylphosphat (TPP) ,

Isopropyliertes Triphenylphosphat (ITP), Resorcinol- bis (diphenylphosphat ) (RDP) , Bisphenol-A ¬ bis (diphenylphosphat) (BDP) , Tris (butoxylethyl ) phosphat

(TBEP) , Tris (chlorethyl) phosphat (TCEP) ,

Tris (chlorpropyl) phosphat (TCPP) ,

Tris (dichlorisopropyl ) phosphat (TDCP) , Tris- (2- ethylhexyl) phosphat (TEHP) , 9, 10-Dihydro-9-oxa-10- phosphaphenanthren-10-oxid (DOPO) . In einer weiteren Ausführungsform liegen die Additive wie Sinteradditive und/oder Flammschutzmittel in durchschnittli ¬ chen Partikelgrößen im Bereich von 1 nm bis 50 nm, bevorzugt 1 nm bis 5 nm und insbesondere bevorzugt 1 nm bis 3 nm, vor oder liegen molekulardispers gelöst mit Partikelgrößen von weniger als 1 nm vor.

Vorteilhafterweise sind bezüglich des Nanopartikelanteils 0,1 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 47 Gew%, insbesondere bevor ¬ zugt von 10 bis 40 Gew% des Sinteradditives und/oder eines Flammschutzmittels in dem Isolationsmaterial enthalten. Durch einen hohen Anteil des Sinteradditives und/oder Flammschutzmittels wird die Ausbildung von Sinterbrücken soweit be- schleunigt, dass auch bei geringen Mengen an Nanopartikeln eine verbesserte elektrische Festigkeit erreicht werden kann.

Neueste elektrische Auslagerungen, also Tests, in denen das gehärtete Isolationsmaterial, der so genannte Isolierstoff, zu Prüfzwecken Betriebsbedingungen ausgesetzt ist, zeigen durch die vorgenannte Kombination aus Basisharz mit

Siloxananteil und Sinteradditiv eine Lebensdauererhöhung bis zu Werten, die um den Faktor 8 höher als die entsprechenden gemessenen Werte aus einem Isolierstoff aus dem reinen Epo- xidharz ohne Siloxan und ohne Sinteradditiv.

Vorteilhafterweise umfasst das Basisharz des Isolationsmate ¬ rials eine härtbare Verbindung, die zu mehr als 50 Mol~6 , ins besondere zu mehr als 75 Mol% einer herkömmlich eingesetzten härtbaren Verbindung entspricht, wie einem Epoxidharz, beispielsweise Bisphenol-F-Diglycidylether (BFDGE) und/oder Bisphenol-A-Diglycidylether (BADGE) , Polyurethan und/oder Mischungen hieraus. Bevorzugt sind Epoxidharze basierend auf Bisphenol-F-Diglycidylether (BFDGE) , Bisphenol-A- Diglycidylether (BADGE) und/oder Mischungen hieraus.

Die verbleibenden Mol% der härtbaren Verbindung, die beispielsweise im Isolationsmaterial monomer oder oligomer vor- liegt, sind als funktionalisierte (-S1R 2 -O-) Gruppen umfas ¬ sende Verbindungen vorgesehen. Dabei kann es sich beispielsweise um eine glycidyl- und/oder glycidoxy-funktionalisierte Siloxan-Verbindung, um ein epoxyterminiertes Aryl- und/oder Alkyl-Siloxan, um ein 1 , 3-Bis ( 3-glycidyloxyalkyl-tetramethyl- disiloxan, sowie beliebige Mischungen daraus, handeln. Die Reste R stehen dabei für alle Arten organischer Reste, die sich zur Härtung und/oder Vernetzung zu einem für das Isolationssystem brauchbaren Isolationsstoff eignen. Insbesondere ist R gleich oder ungleich und steht für

R = -Aryl, -Alkyl, -Heterocyclen, Stickstoff, Sauerstoff und/oder Schwefel substituierte Aryle und/oder Alkyle. Insbesondere kann R für folgende Gruppen stehen:

- Alkyl, beispielsweise -Methyl, -Propyl, -isoPropyl, - Butyl, -isoButyl, -tertButyl, -Pentyl, -isoPentyl, - Cyclopentyl sowie alle weiteren Analoge bis zu Dodecyl, also das Homologe mit 12 C-Atomen;

- Aryl, beispielsweise: Benzyl-, Benzoyl-, Biphenyl-,

Toluyl-, Xylole etc., insbesondere beispielsweise alle Arylreste, deren Aufbau der Definition von Hückel für die Aromatizität entspricht

- Heterozyklen : insbesondere schwefelhaltige Heterozyklen wie Thiophen, Tetrahydrothiophen, 1,4-Thioxan und Homologe und/oder Derivate davon,

- Sauerstoffhaltige Heterozyklen wie z.B. Dioxane

- Stickstoffhaltige Heterozyklen wie z.B. -CN, -CNO,-CNS, - N3 (Azid) etc.

- Schwefel substituierte Aryle und/oder Alkyle: z.B. Thio ¬ phen, aber auch Thiole.

Die Hückel-Regel für aromatische Verbindungen bezieht sich auf den Zusammenhang, dass planare, cyclisch durchkonjugierte Moleküle, die eine Anzahl von Π-Elektronen, die sich in Form von 4n + 2 darstellen lässt, umfasst, eine besondere Stabili ¬ tät besitzen, die auch als Aromatizität bezeichnet wird. Zum Härten wird dem Matrixmaterial ein herkömmlicher Härter zugegeben. Als Härter eignen sich Säureanhydride, wie

Methyltetrahydrophthalsäureanhydrid oder

Methylhexahydrophthalsäureanhydrid, aromatische Amine, ali ¬ phatische Amine und Mischungen hieraus. Bevorzugte sind Säu ¬ reanhydride auf Basis von

Methyltetrahydrophthalsäureanhydrid,

Methylhexahydrophhthalsäureanhydrid oder Mischungen hieraus. Deren Toxikologie ist jedoch mittlerweile nicht mehr ganz un ¬ umstritten .

Als Härter eignen sich daneben auch kationische und anionische Härtungskatalysatoren, wie beispielsweise organische Salze, wie organische Ammonium-, Sulphonium-, Iodonium-, Phosphonium- und/oder Imidazolium-salze und Amine, wie terti ¬ äre Amine, Pyrazole und/oder Imidazol-Verbindungen . Beispielhaft genannt sei hier 4 , 5-Dihydroxymethyl-2-phenylimidazol und/oder 2-Phenyl-4-methyl-5-hydroxymethylimidazol . Es können aber auch oxirangruppenhaltige Verbindungen, wie beispiels ¬ weise Glycidylether als Härter eingesetzt werden. Schließlich ist gemäß der Erfindung auch vorgesehen, dass ein Teil des im Isolationsmaterial vorliegenden Härters ebenfalls eine Ver ¬ bindung ist, die nach erfolgter Härtung im Matrixharz als funktionalisierte Verbindung mit S1R 2 -O- Rückgrat vorliegt. Entsprechend können alle Monomere und Oligomere, die im Iso ¬ lationsmaterial zur Substitution des Kohlenstoff-basierten Basisharzes vorgesehen sind, auch als Härter eingesetzt wer ¬ den. Dabei können Gemische aus verschiedenen Härtern vorgesehen sein.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung liegt im Isolationsmaterial zusätzlich ein Flammschutzmittel vor. Es können anorganische und organische Flammschutzmittel ein ¬ gesetzt werden.

Anorganische Flammschutzmittel enthalten beispielsweise anor- ganische Phosphorverbindungen, wie Roter Phosphor, Ammonium- phosphat ((NH 4 ) 3 P0 4 ) oder Ammoniumpolyphosphat (APP) , Metall- Oxidverbindungen, insbesondere Antimon-Verbindungen, wie Antimontrioxid (Sb2<03) oder Antimonpentroxid (Sb 2 0s) ,

Metallhydroxidverbindungen, wie Aluminiumtrihydroxid

(AI (OH) 3) , Magnesiumhydroxid (Mg (OH) 2) oder Calciumhydroxid (Ca (OH) 2 ) r Metallsalzverbindungen, wie Ammoniumsulfat

(( H 4 ) 2 S0 4 ), oder Mischungen hieraus.

Weiterhin können anorganische Flammschutzmittel Borverbindun ¬ gen, wie Zinkborat oder Natriumborat, Siliziumverbindungen, wie Polysilazane, oder Graphit enthalten.

Bevorzugte Flammschutzmittel sind Flammschutzmittel auf Basis von organischen oder anorganischen Phosphorverbindungen, insbesondere auf Basis von Ammonium-Verbindungen, wie

Ammoniumpolyphosphat (APP) .

In einer weiteren Ausführungsform enthält die Zusammensetzung organische Flammschutzmittel, anorganische Flammschutzmittel oder Mischungen hieraus. Organische Flammschutzmittel umfas ¬ sen beispielsweise halogenierte Verbindungen, insbesondere bromierte und/oder chlorierte Verbindungen, StickstoffVerbindungen, organische Phosphorverbindungen sowie Mischungen hieraus . Bromierte Flammschutzmittel enthalten mindestens eine Verbin ¬ dung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus polybromierte Biphenyle (PBB) , polybromierte Diphenylether (PBDE) , wie PentaBDE, OctaBDE und DecaBDE, Tetrabrombisphenol A (TBBPA) , bromiertes Polystyrol, wie Bromstyrol oder Dibromstyrol , 2 , 4 , 6-Tribromphenoxypropen-2 (TBPP) und Hexabromcyclododecan (HBCD) . Chlorierte Flammschutzmittel umfassen zum Beispiel Chlorparaffine oder Mirex.

Weiterhin kann dem Matrixmateria 1 ein Beschleuniger zugegeben werden. Geeignete Beschleuniger sind zum Beispiel

Naphthenate, tertiäre Amine oder Mischungen hieraus. Das Isolationsmaterial ist so konzipiert, dass sich nach er ¬ folgter Härtung zum Isolationsstoff und Herstellung des Isolationssystems durch Wärmezufuhr Sinterbrücken zwischen den Nanopartikeln ausbilden. Die Sinterbrücken werden somit durch Wärme ausgebildet, die während des Betriebes der Mittel- oder Hochspannungsmaschine entsteht.

Die Nanopartikel weisen bevorzugt eine sphärische oder plättchenförmige Form auf. Sphärische Nanopartikel unter- scheiden sich in ihrer Ausdehnung nur unwesentlich in den drei Raumrichtungen, während plättchenförmige Nanopartikel ein hohes Aspektverhältnis aufweisen.

Die Verarbeitbarkeit von Isolationsmaterial, das mit sphäri- sehen Nanopartikel gefüllt ist, ist besser als die

Verarbeitbarkeit von Isolationsmaterial das mit

plättchenförmigen Nanopartikeln gefüllt ist.

Die Nanopartikel sind im Isolationsmaterial bevorzugt in ei- ner Menge von 0,1 bis 50 Vol%, insbesondere 1 bis 45 Vol% und besonders bevorzugt im Bereich von 3 bis 40 Vol% enthalten. Vorteilhafterweise liegen die Nanopartikel in einer inkohä ¬ renten Verteilung in dem Matrixmaterial vor. Das heißt die Nanopartikel sind homogen dispers gelöst und berühren sich nicht.

In einer weiteren Ausführungsform liegen die Nanopartikel in monomodaler, bimodaler oder multimodaler Größenverteilung vor. Beispielsweise können die Nanopartikel einen mittleren Durchmesser D 5 o von 0,1 bis 50 nm, bevorzugt von 1 bis 25 nm, besonders bevorzugt von 5 bis 20 nm und ganz besonders bevor ¬ zugt von 8 bis 17 nm aufweisen. Damit ergibt sich eine spezifische Oberfläche der Nanopartikel von mindestens 50 m 2 /g. Mit abnehmendem Durchmesser und zunehmender spezifischer Oberfläche der Nanopartikel, steigt deren Reaktivität und

Startviskosität. Damit steigt auch das Bestreben die Oberflä ¬ chenenergie zu minimieren und lokal durch Sinterbrückenbil ¬ dung zu verschmelzen. In einer weiteren Ausführungsform umfassen die Nanopartikel organische und anorganische Bestandteile, sowie Metalloxide, Halbmetalloxide oder Mischungen hieraus. Beispielsweise kön- nen die Nanopartikel Siliziumoxid (Si0 2 ) , Aluminiumoxid

(AI 2 O3) , Titandioxid (Ti0 2 ) , und Mischungen hieraus enthalten.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform liegen die Nanopartikel in Form von Nano-Glaskügelchen, die entweder massiv oder hohl sind, vor.

Das Isolationssystem kann insbesondere als Hauptisolation auf dem Wicklungsstab der Hochspannungsmaschine ausgestaltet sein. Dabei ist der Wicklungsstab mit einem Isolationsband umwickelt, auf das die vorstehend beschriebene Zusammenset ¬ zung aufgebracht ist. Das Isolationsband kann ein Trägergewe ¬ be, beispielsweise ein Polyester- oder ein Glasgewebe, umfas ¬ sen, auf dem der Glimmerpartikel vorgesehen sind. Die Zusam ¬ mensetzung dient dabei zur Imprägnierung des Isolationsban- des. Je nach Reaktivität des oder der Sinteradditive können die Sinteradditive bei der Härtung des Isolationsmaterials zum Isolationsstoff entweder als Teil der flüssigen und verarbeitbaren Formulierung aus monomerem oder oligomerem Basisharz mit Siloxananteil und Härter und/oder als Teil des Glim- merbandes vorliegen. In Letztgenanntem Fall kann das oder die SinteradditivG beispielsweise im Glimmerband, das Poren auf ¬ weist, deponiert sein und kommt mit dem Basisharz und dem Härter erst unmittelbar vor der Härtung in Berührung. Das sind Probleme der Lagerstabilität und können nicht ver ¬ allgemeinert werden, da es unter anderem auf geringe Unter ¬ schiede in der Reaktivität, ausgelöst durch funktionelle Gruppen am Basisharz und/oder am Härter ankommen kann. Das oder die Sinteradditiv (e) sind jedoch je nach Nanopartikel und Basisharz mit herkömmlicher und siloxan-basierter Komponente verschieden auszuwählen. Das oder die Sinteradditi (e) können auch in beidem, also so ¬ wohl in der härtbaren Formulierung als auch im Glimmerband vorliegen . Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Isolierstoff allein so teilentladungsresistent , dass zur Hauptisolierung auf die Glimmerbänder verzichtet werden kann, weil der

Verguss aus Isolierstoff ausreichende Isolierung bringt. Die Verbesserung der Lebensdauer wird durch ein Verschmelzen der Nanopartikel , insbesondere der metalloxidischen Nanopar- tikel, wie beispielsweise der Si0 2 ~Partikel beim Vorhanden ¬ sein einer elektrischen Entladung bewirkt. Dabei entstehen verglaste Bereiche im Isolierstoff, die als Barriereschichten wirken und teilentladungsresistent sind.

Insbesondere kann ein Isolationsmaterial vorgesehen sein, die einzelnen Komponenten in folgenden Gewichtsprozenten umfassend :

0,3 bis 0,7 Gew% einer organischen Phosphorverbindung als Sinteradditiv,

57 bis 63 Gew% eines Glimmers als Barriere bildenden Füll ¬ stoffs,

3 bis 15 Gew% Nanopartikel, beispielsweise anorganische Nano- partikel, insbesondere solche auf Quarzbasis,

10 bis 20 Gew% eines anhydridischen Härters,

10 bis 20 Gew% eines herkömmlichen kohlenstoffbasierten Ba ¬ sisharzes, wie eines Epoxidharzes,

0,5 bis 10 eines Siloxans, wie beispielsweise eines

epoxidierten Siloxans.

Beispiel :

0,5 Gew% organische Phosphorverbindung

3,2 Gew% epoxidiertes Siloxan

59,5 Gew% Glimmer

8 Gew% Si0 2 -Nanopartikel

16 Gew% MHHPA (anhydridischer Härter) 12,8Gew% Epoxidharz.

Durch die Erfindung wird erstmals ein Isolationsmaterial, al- so eine Zusammensetzung für eine härtbare Mischung, die einen Isolationsstoff bildet, gegeben, bei dem im Betrieb unter gleichen Bedingungen die Lebensdauer der herkömmlichen Systeme um bis zu das 8-fache übertroffen wird. Dies wird auf die symbiotische Kombination von Substitution des herkömmlichen Epoxidharzes zumindest teilweise durch SiR 2 ~0-Rückgrat bil ¬ dende Komponenten zusammen mit anorganischen Nanopartikeln und einem Sinteradditiv, das die Verschmelzung der Nanoparti- kel in dem Basisharz bewirkt, zurückgeführt.