CH662016A5 - Staenderwicklungsspule eines hochspannungsgenerators. - Google Patents

Description

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PATENTANSPRUCH Ständerwicklungsspule eines Hochspannungsgenerators, mit einer mit dem Anfang der ersten Spulenwindung elektrisch gekoppelten elektrischen Durchführung aus leitendem Material, wobei die Spulenwindungen aus leitendem Material mit mehreren Schichten einer Wicklungsisolation mit einer darauf aufgetragenen Abschirmungsschicht überzogen sind, während die Wicklungsisolation und die Abschirmungsschicht jeder nachfolgenden Schicht beginnend mit der ersten Wicklung sämtliche vorhergehenden Windungen umschliessen, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Durchführung (1) in Form eines Rohres ausgeführt ist und die Ständerwicklungsspule des Hochspannungsgenerators an den Windungen (2) anliegende, an den Enden abgeschlossene Kühlrohre (3) mit Seitenlöchern (4) für die Zu- und mit Seitenlöchern (5) für die Ableitung eines Kühlmittels, sowie konzentrisch zum Rohr der elektrischen Durchführung (1) angeordnete Isolierelemente (9) enthält, die aus zwei Teilen (10, 11) als Ganzes ausgeführt sind, wobei deren erster den Spulenwindungen (2) zugewandter Teil (10) eine Hälfte eines Hohlzylinders darstellt, die von diesem durch eine Diametralebene abgetrennt ist, in der die Längsachse des Zylinders liegt, und dessen den Spulenwindungen (2) zugwandter Abschnitt zwei Vorsprünge (15) aufweist, bei denen es von der Innenseite mit den Seitenlöchern (4 oder 5) in den Kühlrohren (3) verbundene Löcher (16) gibt, und wobei deren (1, 11) zweiter Teil (11) eine Hälfte eines hohlen Kegelstumpfes darstellt, die von dem letzteren durch eine Diametralebene abgetrennt ist, in der die Längsachse des Kegelstumpfes liegt, die mit der Längsachse des Zylinders zusammenfällt, wobei die grössere Basis des zweiten Teiles (11) mit der Basis des ersten Teiles (10) zusammenfällt, die von den Spulenwindungen (2) am weitesten entfernt ist, dass es ausserdem im Isolierelement (9) längs seiner Achse mit in den Vorsprüngen (15) enthaltenen Hohlräumen (17) verbundene Kanäle (14) gibt, dass Isolierrohre (8) für die Zuleitung des Kühlmittels vorgesehen sind, wobei jedes Isolierrohr (8) durch ein Paar der Isolierelemente (9) gebildet ist und aus zwei Teilen als Ganzes ausgeführt ist, deren einer einen Hohlzylinder mit den den Spulen Windungen zugewandten Vorsprüngen und deren anderer Teil einen hohlen Kegelstumpf darstellt, dessen grössere Basis mit der Basis des von den Spulenwindungen (2) am weitesten entfernt liegenden Zylinders zusammenfällt, wobei die Löcher (16) der Vorsprünge (15) eines der Isolierelemente (9) des Paares mit den entsprechenden Seitenlöchern (4) des Kühlrohres (3) für die Zuleitung des Kühlmittels und die Löcher (16) der Vorsprünge (15) des anderen Isolierelementes (9) mit den entsprechenden Seitenlöchern (5) des gleichen Kühlrohres (3) für die Ableitung des Kühlmittels verbunden sind, und jedes Isolierrohr (8) für die Zuleitung des Kühlmittels von dem nachfolgenden durch mehrere die entsprechenden Schichten (6) der Wicklungsisolation fortsetzende Isolierschichten (12) mit einer darauf aufgetragenen Abschirmungsschicht (133) abgetrennt ist, die die entsprechende Abschirmungsschicht (7) der Schichten (6) der Wicklungsisolation lückenlos fortsetzt, wobei der Kegelstumpf des am Rohr der elektrischen Durchführung (1) anliegenden Isolierrohres (8) für die Zuleitung des Kühlmittels von der ersten Spulenwindung (2) am weitesten und der Kegelstumpf jedes nachfolgenden Isolierrohres (8) für die Zuleitung des Kühlmittels, das an dem vorhergehenden dicht anliegt, von der ersten Spulenwindung (2) um eine kleinere Entfernung absteht und die grösseren Basen der Kegelstümpfe der Isolierrohre (8) für die Zuleitung des Kühlmittels in einem vorgegebenen Abstand voneinander liegen.

Die Erfindung betrifft eine Ständerwicklungsspule eines Hochspannungsgenerators gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Die gegenwärtigen Tendenzen in der Elektroenergetik werden durch ein Streben nach einem immer höheren Pegel der Arbeitsspannung von Elektrogeräten, beispielsweise Elektroener-gie-Übertragungsleitungen, Transformatoren und Generatoren, geprägt, was es gestattet, deren Wirkungsgrad zu erhöhen.

Der Pegelanstieg bei der Arbeitsspannung für die Elektro-maschinen stellt aber Aufgaben, Konstruktionen für deren Wicklungen zu schaffen, deren Isolation in der Lage ist, bei erhöhten Spannungen zu arbeiten. Speziell tritt bei einer Erhöhung der Generatorspannung die Aufgabe auf den Plan, eine Hochspannungs-Ständerwicklung, beispielsweise aus Hochspannungsspulen der Ständerwicklung, zu schaffen.

Am nächsten kommt dem Gegenstand der Erfindung eine Ständerwicklungsspule eines Hochspannungsgenerators (Veröffentlichung von G.N. Alexandrov, V.L. Ivanov, K.P. Kadoms-kaya, N.A. Kozyrev, M.V. Kostenko, G.S. Kuchinski, I.F. Po-lovoj, B.M. Ryabov, V.A. Hoberg, «Hochspannungstechnik», Verlag «Vysshaya shkola», Moskau, 1973, S. 456 bis 457).

Diese Ständerwicklungsspule enthält eine elektrische Durchführung aus leitendem Material, die mit dem Anfang der ersten Spulenwindung elektrisch gekoppelt ist. Die Spulen Windungen aus leitendem Material sind mit mehreren Schichten einer Wicklungsisolation mit einer darauf aufgetragenen Abschirmungsschicht überzogen, während die Wicklungsisolation und die Abschirmungsschicht jeder nachfolgenden Windung beginnend mit der ersten Windung sämtliche vorhergehenden Windungen umschliessen.

In der bekannten Konstruktion der Spule der Ständerwicklung des Hochspannungsgenerators zeichnen sich Isolierkegel, die durch an der elektrischen Durchführung anliegende Isolierschichten gebildet sind, durch grosse Abmessungen aus. Die bekannte Ständerwicklungsspule des Hochspannungsgenerators weist auch eine unzureichende Arbeitszuverlässigkeit auf. Dies erschwert die Herstellung von Generatoren für hohe Spannungen der Ständerwicklung (110 kV, 220 kV und mehr). Die bekannte Konstruktion der Ständerwicklung des Hochspannungsgenerators gestattet es nicht, die Ständerwicklung unmittelbar abzukühlen.

Die grossen Abmessungen der Ständerwicklungsspule des Hochspannungsgenerators werden dadurch erklärt, dass in der Zone einer Störung der Kontinuität der Isolation, wie sie die elektrische Durchführung und die an dieser anliegenden Isolierkegel sind, wird das Feld äusserst ungleichmässig verteilt, was einen Isolationsdurchschlag bewirken kann. Zur Bannung dieser Gefahr bilden die Isolierschichten und die sie bedeckenden Abschirmungsschichten Isolierkegel, deren Länge durch die Notwendigkeit bestimmt wird, den Wert der elektrischen Feldstärke auf einen Sollwert zu reduzieren, was eine grosse Länge jedes Isolierkegels zur Folge hat, die mit steigender Nennspannung steil zunimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ständerwicklungsspule eines Hochspannungsgenerators der eingangs genannten Art mit derartiger Ausführung ihrer Elemente zu schaffen, die es gestattet, deren Arbeitszuverlässigkeit zu erhöhen und die Abmessungen der Ständerwicklungsspule des Hochspannungsgenerators zu verringern.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die vorgeschlagene Ständerwicklungsspule eines Hochspannungsgenerators die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale aufweist.

Die Erfindung gestattet es, sowohl eine unmittelbare Abkühlung der Spulenwindungen der Ständerwicklung des Hochspannungsgenerators zu gewährleisten als auch die Abmessungen der Spule zu verringern und deren Arbeitszuverlässigkeit zu erhöhen. Dies macht die Aufgabe lösbar, Ständerwicklungsspulen von leistungsstarken Hochspannungsgeneratoren für Spannungen der Ständerwicklung bis zu 500 kV zu schaffen. Die Anwendung derartiger Hochspannungsgeneratoren führt zu ei5

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ner Einsparung von elektrotechnischen Werkstoffen durch einen Verzicht auf die Montage von Aufwärtstransformatoren.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel anhand der beiliegenden Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch erfindungsgemässe Ständerwicklungsspule eines Hochspannungsgenerators;

Fig. 2 eine Draufsicht eines erfindungsgemässen Isolierelementes;

Fig. 3 einen Längsschnitt nach der Linie III-III zu Fig. 2 gemäss der Erfindung;

Fig. 4 einen Längsschnitt nach der Linie IV-IV zu Fig. 2 gemäss der Erfindung;

Fig. 5 einen Querschnitt nach der Linie V-V zu Fig. 1 gemäss der Erfindung;

Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI zu Fig.l gemäss der Erfindung.

Die Ständerwicklungsspule eines Hochspannungsgenerators enthält eine elektrische Durchführung 1 (Fig. 1), die in Form eines Rohres aus leitendem Material ausgeführt und mit dem Anfang der ersten Spulenwindung 2 elektrisch verbunden ist. Die Ständerwicklungsspule des Hochspannungsgenerators ist aus drei Windungen 2 ausgeführt, die in Form von Schienen aus leitendem Material mittels einer ununterbrochenen Wicklung ausgeführt sind. An jeder Windung 2 liegt ein an den Enden abgeschlossenes Kühlrohr 3 mit zwei Seitenlöchern 4 für die Zuleitung eines Kühlmittels und mit zwei Seitènlôchern 5 für die Ableitung des Kühlmittels. Die Windungen 2 sind mit mehreren Schichten 6 einer Wicklungsisolation mit einer darauf aufgetragenen Abschirmungsschicht 7 üb.erzogen, während die Wicklungsisolation 6 und die Abschirmungsschicht 7 jeder nachfolgenden Wicklung 2 beginnend mit der ersten Windung 2 sämtliche vorhergehenden Windungen 2 umschliessen.

Die Ständerwicklungsspule enthält Isolierrohre 8 für die Zuleitung des Kühlmittels, deren jedes aus zwei Isolierelementen 9 ausgeführt ist. Jedes Isolierelement 9, durch welches das Kühlmittel den Kühlrohren 3 zugeführt wird, ist in Form zweier einheitlich ausgeführten Teile 10, 11 hergestellt. Der erste den Spulenwindungen 2 zugekehrte Teil 10 stellt eine Hälfte eines Hohl-zylinders dar, die von diesem durch eine Diametralebene abgetrennt ist, in der die Längsachse des Zylinders liegt.

Jedes Isolierrohr 8 für die Zuleitung des Kühlmittels ist vom nachfolgenden Isolierrohr 8 für die Zuleitung des Kühlmittels durch mehrere die entsprechende Wicklungsisolation 6 lückenlos fortsetzende Isolierschichten 12 mit einer darauf aufgetragenen Abschirmungsschicht 13 getrennt, die die entsprechende Abschirmungsschicht 7 kontinuierlich fortsetzt.

In jedem Isolierelement 9 (Fig. 2) gibt es längs seiner Achse zwei Kanäle 14. Der den Spulenwindungen 2 (Fig. 1) zugewandte erste Teil (Fig. 3) weist zwei Vorsprünge 15 (Fig. 3) auf, bei denen es von der Innenseite Löcher 16 gibt.

Die Kanäle 14 (Fig. 4) sind mit entsprechenden Hohlräumen 17 in den Vorsprüngen 15 (Fig. 3) und die Hohlräume 17 (Fig. 4) mit den Löchern 16 versehen.

Der zweite Teil 11 (Fig. 1) stellt eine Hälfte eines hohlen Kegelstumpfes, die von dem letzteren durch eine Diametralebene abgetrennt ist, dar, in der die mit der Längsachse des Zylinders zusammenfallende Längsachse des Kegelstumpfes liegt. Die grössere Basis des zweiten Teiles 11 fällt mit der Basis des ersten Teiles 10 zusammen, die von den Spulenwindungen 2 am weitesten entfernt liegt.

Die Isolierrohre 8 für die Zuleitung des Kühlmittels liegen konzentrisch zum Rohr der elektrischen Durchführung 1. Jedes Paar der Isolierelemente 9 bildet das Isolierrohr 8 für die Zuleitung des Kühlmittels, das als Ganzes aus zwei Teilen ausgeführt ist. Der eine Teil stellt einen Hohlzylinder mit den den Spulenwindungen 2 (Fig. 1) zugekehrten Vorsprüngen 15 (Fig. 3) dar und ist durch die zwei Teile 10 des entsprechenden Paares der

Isolierelemente 9 gebildet, die das entsprechende Isolierrohr 8 für die Zuleitung des Kühlmittels bilden. Der andere Teil stellt einen hohlen Kegelstumpf dar, dessen grössere Basis mit der Basis des Zylinders zusammenfällt, der von den Spulenwindungen 2 am weitesten entfernt ist, und ist durch die zwei Teile 11 des entsprechenden Paares der Isolierelemente 9 gebildet, die das entsprechende Isolierrohr 8 für die Zuleitung des Kühlmittels bilden.

Der Kegelstumpf des Isolierrohres 8 für die Zuleitung des Kühlmittels, das am Rohr der elektrischen Durchführung 1 dicht anliegt, steht von der ersten Spulenwindung 2 am weitesten entfernt und der Kegelstumpf jedes nachfolgenden Isolierrohres 8 für die Zuleitung des Kühlmittels, das am vorhergehenden Isolierrohr 8 für die Zuleitung des Kühlmittels dicht anliegt, von der ersten Spulenwindung 2 um eine kleinere Entfernung absteht, während die grösseren Basen der Kegelstümpfe der Isolierrohre 8 für die Zuleitung des Kühlmittels in einem vorgegebenen Abstand voneinander liegen.

Im Isolierrohr 8 für die Zuleitung des Kühlmittels sind die zwei Löcher 16 der Vorsprünge 15 (Fig. 3) mit den entsprechenden Seitenlöchern 4 (Fig. 1) des Kühlrohres 3 für die Zuleitung des Kühlmittels und die zwei anderen Löcher 16 der Vorsprünge 15 (Fig. 3) mit den entsprechenden Seitenlöchern 5 (Fig. 1) des gleichen Kühlrohres 3 für die Ableitung des Kühlmittels verbunden.

In Fig. 5 ist ein Querschnitt nach der Linie V-V zu Fig. 1 dargestellt, der eine Vorstellung über die Konfiguration der Spule im Querschnitt vermittelt.

Der Raum zwischen den Seitenflächen der Spulenwindungen 2, der Kühlrohre 3 und den entsprechenden Isolierschichten 6 ist mit einem Füllstoff 18 (beispielsweise mit Epoxidharzmasse) gefüllt.

Fig. 6 zeigt einen VI-VI-Schnitt nach Fig. 1, aus dem eine gegenseitige Anordnung aller Paare der Isolierelemente 9 zu ersehen ist, die das betreffende Isolierrohr 8 für die Zuleitung des Kühlmittels bilden.

Die vorliegende Konstruktion der Ständerwicklungsspule des Hochspannungsgenerators weist geringe Abmessungen dank der Anwendung der Isolierrohre 8 (Fig. 1) für die Zuleitung des Kühlmittels auf, die durch mehrere die entsprechende Wicklungsisolation 6 lückenlos fortsetzenden Isolierschichten 12 mit der darauf aufgetragenen Abschirmungsschicht 13 getrennt sind, die die entsprechende Abschirmungsschicht 7 lückenlos fortsetzt. Die Aufrechterhaltung der Kontinuität der Isolierschichten 6, 12 und der Abschirmungsschichten 7, 13 gewährleistet das Fortbestehen eines schwach inhomogenen elektrischen Feldes im Raum der elektrischen Durchführung 1, wie es in einem beliebigen Querschnitt der Ständerwicklungsspule des Hochspannungsgenerators zu verzeichnen ist.

Dies gewährleistet eine einwandfreie Funktion der Isolation. Da die Spannung an den benachbarten Abschirmungsschichten 13 erzwungen vorgegeben und die Potentialdifferenz zwischen ihnen daher ein konstanter und vorgegebener Wert ist [d.h. von den Gegeninduktivitäten zwischen den benachbarten Abschirmungsschichten 13, dem Rohr der elektrischen Durchführung 1 und dem Gehäuse des Generators (nicht gezeigt) nicht abhängt], so erweisen sich der vorgegebene Abstand zwischen den grösseren Basen der Kegelstümpfe der Isolierrohre 8 für die Zuleitung des Kühlmittels und die Gesamthöhe der elektrischen Durchführung 1 als klein.

Die Konstruktion der Ständerwicklungsspule des Hochspannungsgenerators, darunter die Zahl der Windungen 2, ist von der Nennleistung und -Spannung abhängig, für die sie bemessen ist.

Im vorliegenden Beispiel ist eine Spule mit drei Windungen 2 gezeigt.

Der vorgegebene Abstand zwischen den benachbarten Isolierkegeln hängt von der Nennspannung des Generators, der

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Spulenzahl in der Phase der Ständerwicklung und der Zahl der Spulenwindungen 2 ab. Diese Faktoren bestimmen die vorgegebene Potentialdifferenz zwischen den benachbarten Abschirmungsschichten 13 und den dieser entsprechenden vorgegebenen Abstand zwischen den Kegelstümpfen.

Die Potentialdifferenz zwischen den benachbarten Abschir-^ mungsschichten 13 wird auch durch den Wert einer EMK festgelegt, die in einer Spulenwindung 2 der Ständerwicklung des Hochspannungsgenerators induziert wird. Die Ausführung der elektrischen Durchführung 1 in Gestalt des Rohres und der hohlen Isolierrohre 8 für die Zuleitung des Kühlmittels, die aus zwei Teilen bestehen, deren einer den Spulenwindungen 2 zugewandter Teil einen Zylinder und deren anderer Teil einen mit diesem durch die Basis gekoppelten hohlen Kegelstumpf darstellt, gestattet es, die elektrische Durchführung 1 und die daran anliegenden Isolierrohre 8 für die Zuleitung des Kühlmittels ähnlich der Abschlussmuffe eines Hochspannungskabels auszubilden, und erzeugt in geeignetster Weise ein elektrisches Feld im Raum der elektrischen Durchführung 1 und der daran anliegenden Isolierrohre 8 für die Zuleitung des Kühlmittels.

Zur Ermöglichung der Montage der elektrischen Durchführung I und der daran anliegenden Isolierrohre 8 für die Zuleitung des Kühlmittels werden die letzteren jeweils aus einem Paar der nacheinander aufzulegenden Isolierelemente 9 ausgeführt: das erste Paar der Isolierelemente 9 auf das Rohr der elektrischen Durchführung 1, das zweite — auf die das erste Isolierelement 9 überdeckende Isolierschicht 12 usw.

Das Kühlmittel strömt in die Kanäle 14 (Fig. 2) des einen des Paares der Isolierelemente 9 (Fig. 1) ein, die das gegebene Isolierrohr 8 für die Zuleitung des Kühlmittels bilden. Im weiteren gelangt das Kühlmittel in den Hohlraum 17 (Fig. 4) der

Vorsprünge 15 (Fig. 3) des betreffenden Isolierelementes 9 und davon in die Löcher 16 der Vorsprünge 15, von denen das Kühlmittel in die Seitenlöcher 4 (Fig. 1) für die Zuleitung des Kühlmittels dem Kühlrohr 3 einströmt. Nach diesem Kühlrohr s 3 strömt das Kühlmittel durch die Seitenlöcher 5 für die Ableitung des Kühlmittels aus dem gleichen Kühlrohr 3 heraus.

Aus den Löchern 5 gelangt es in die Hohlräume 17 (Fig. 4) durch die Löcher 16 in den Vorsprüngen 15 (Fig. 3) des anderen der Isolierelemente 9 des Paares, das das vorliegende Isolierrohr io 8 (Fig. 1) für die Zuleitung des Kühlmittels bildet.

Aus den Hohlräumen 17 (Fig. 4) strömt das Kühlmittel (Fig. 1) über die Kanäle 14 dieses Isolierelementes 9 (Fig. 1) heraus.

Jedes Paar der Isolierelemente 9 sichert in ähnlicher Weise den Durchgang des Kühlmittels durch sein Kühlrohr 3. 15 Jedes Kühlrohr 3 liegt an der entsprechenden Spulenwindung 2 an und gewährleistet eine Wärmeableitung von der Windung 2.

Ausserhalb der elektrischen Durchführung 1 werden die Zonen für die Zu- und Ableitung des Kühlmittels durch eine be-20 sondere (nicht gezeigte) Isolierzwischenwand getrennt.

Die genannte Erfindung gestattet es also, Spulen für die Ständerwicklung von leistungsstarken Hochspannungsgeneratoren für Spannungen der Ständerwicklung bis zu 500 kV mit geringen Abmessungen und einer unmittelbaren Abkühlung der 25 Spulenwindungen des Ständers des Hochspannungsgenerators zu schaffen.

Die Anwendung derartiger Hochspannungsgeneratoren führt zu einer Einsparung von elektrischen Werkstoffen.

Die Erfindung kann bei der Herstellung von Leistungsgene-30 ratoren, darunter von Turbogeneratoren für Wärme- und Atomkraftwerke, eingesetzt werden.

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1 Blatt Zeichnunger