CN101714791A - 用于旋转式电机的罗贝尔线棒 - Google Patents

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Abstract

一种用于旋转电机的罗贝尔线棒(10)，包括插入机器的定子铁片槽中的直的槽部分(NT)以及与槽部分(NT)邻接的弯曲的轭铁部分(BT)，轭铁部分(BT)从定子上凸出，并且各线棒通过它(BT)与其它线棒连接以形成绕组，罗贝尔线棒(10)具有被绝缘体(12)包围的Cu-导体(11)，并且绝缘体(12)的表面在槽部分(NT)中设有导电层形式的槽电晕防护层(13)，而在轭铁部分(BT)中设有半导体层形式的轭铁电晕防护层(14)。该罗贝尔线棒可显著改进，即为了防止过热及防止在槽部分(NT)与轭铁部分(BT)之间的过渡区中发生放电，在该区域中设有用于降低电容耦合的器件(15)。

Description

用于旋转式电机的罗贝尔线棒
技术领域
本发明涉及电机领域。其涉及一种基于权利要求1的前序部分的罗贝尔线棒(Roebelstab)。
现有技术
可使用所谓的罗贝尔线棒(例如由文件EP-A1-0778648已知)，作为旋转电机(尤其是涡轮发电机)的定子绕组的电导体。对于这种罗贝尔线棒，可将其划分成直的槽部分(Nutteil)和弯曲的轭铁部分(Bügelteil)，该槽部分与定子的铁片直接接触，而弯曲的轭铁部分从定子上凸出，并且各线棒通过弯曲的轭铁部分与其它线棒连接，以便形成绕组(见上述文件的图1)。罗贝尔线棒设有绝缘体，以避免与定子的铁片(槽部分)或与其它罗贝尔线棒(轭铁部分)发生短路。
作为电晕防护层(Glimmschutz)，该绝缘体的表面通常在(直)槽部分设有导电层(表面电导率为大约1000Ohm.cm/cm)，并在(弯曲的)轭铁部分设有半导体层，该半导体层优选地具有取决于场的电导率(表面电导率为107-1012Ohm.cm/cm)。相应地，两个电晕防护层称作槽电晕防护层(NGS)和轭铁电晕防护层(BGS)。
电晕防护系统NGS/BGS的最关键之处在于NGS与BGS之间的过渡区。由于NGS的电阻较低，防护层直到其端部均处于接地电势。与此相对的是，对于高欧姆值的BGS，电容耦合通过绝缘体提高了重要性。这一点可导致，随着离开NGS端的距离增大，罗贝尔线棒的表面电势呈现为电导体的电势(UL)。因此，补偿电流在表面上流动，该补偿电流在NGS/BGS的过渡区中尤其高。
对于R(BGS)＝∞的情况，这一点很容易说明。在这种情况下，轭铁上位置x处的表面电势U(x)由表面电容(Co)与绝缘体的电容(Ciso)之比给出。其表达为：
U(x)＝UL*f(Co，Ciso)＝UL*Ciso/(Co+Ciso)
此处，x表示离开NGS端的距离，NGS端对应于x＝0。Co与1/x成比例，而Ciso与ε/d(d＝绝缘体的厚度)成比例(与通常的板式电容器一样)。图1和图2以x的任意单位显示了U(x)/UL的进程，其中比例可从Co(x＝1)/Ciso＝0，1(“标准耦合”，曲线b)或0，2(“强力耦合”，曲线a)中选择。两个图的不同之处在于x-轴线的不同刻度。
在BGS的电阻取决于场的情况下，情况类似，但是描述更复杂(为此可参见J.Thienpont，T.H.Sie的“Suppression of surface dischargesin the stator windings of high voltage machines”，ConferenceInternationale des grands résaux électriques àhaute tension，Paris，1964)。
电场E＝dU/dx在x＝0处最强。但是，这还意味着位移电流j的密度也增大，并且与E*j成比例的介电热损耗也由此增加。这是在NGS端温度升高的原因。另外，电场强度本身也有问题：其可增大到发生表面放电的强度。尽管电晕防护层有助于抑制这一点，但是不能直到任意高的电压及电容耦合时仍有助于抑制这一点。温度升高及放电尤其可在以下条件下出现：
·对于高于20kV的Un，利用高于2Un的Utest进行测试时；
·当利用具有升高的介电耦合(即较高的Ciso)的绝缘体进行测试时。如果(例如)应当获得具有En≥3，5kV/mm(标准为En＝2,5kV/mm-3,0kV/mm)的绝缘体，则可考虑这种绝缘体。对于Un＝const.，升高的En意味着绝缘体的厚度减小25％-40％，并且Ciso相应地增大。除此之外，ε增大大约50％，因为具有ε＝9的云母比例高于标准的绝缘体。
发明内容
本发明的任务在于提供一种罗贝尔线棒，通过该罗贝尔线棒能够可靠地防止过热及在NGS/BGS的过渡区中发生放电。
本发明的任务通过具有权利要求1的特征整体来实现。对于本发明重要的是，为了防止过热及在槽部分与轭铁部分之间的过渡区中发生放电，在该区域中设有降低电容耦合的器件。
基于本发明的构型，用于在槽部分与轭铁部分之间的过渡区中降低电容耦合的器件包括绝缘体在过渡区中的局部增厚。绝缘体的局部增厚尤其通过施加到绝缘体上的附加绝缘体实现。附加绝缘体可在所使用的材料方面不同于绝缘体，例如具有较低的绝缘质量。
本发明的另一个构型的特征在于，绝缘体包含树脂浸渍的(
Figure G2009101795607D0000031
)玻璃/云母带(Glas-
Figure G2009101795607D0000032
)，而附加绝缘体由树脂浸渍的玻璃带和/或玻璃纺织织物和/或玻璃非纺织物构造而成。
如果绝缘体包含树脂浸渍的玻璃/云母带，而附加绝缘体由树脂浸渍的聚合纤维(polymere Faser)制成的带()和/或纺织织物(Gewebe)和/或非纺织物(Vliesen)构造而成，则可获得更有利的结果。
此处，如果利用介电常数特别低的树脂(尤其是氰酸酯)来给带和/或纺织织物和/或非纺织物进行浸渍处理(
Figure G2009101795607D0000034
)，则这一点尤其有利。
然而，还可以想到的是，附加绝缘体由相对介电常数为2-4的较少极性的聚合物组成，尤其是由PTFE、PP、
Figure G2009101795607D0000035
Figure G2009101795607D0000036
及
Figure G2009101795607D0000037
系列组成。
在这种情况下，附加绝缘体的材料尤其可通过热压冷缩配合(Aufschrumpfen)、喷涂(Aufsprühen)、浸泡(Tauchen)、粘接(Kleben)、硫化(Vulkanisieren)或浇注(Giessen)来施加。
附图说明
以下借助于实施例与附图一起对本发明进行更详细地说明。附图中：
图1显示了对于BGS无限大的电阻以及在“通常”或“较强”耦合的情况下，依照离开槽电晕防护层(NGS)与轭铁电晕防护层(BGS)之间的边界的距离x；罗贝尔线棒的轭铁部分中的表面电势与导体电势的关系；
图2显示了在x-轴线延伸的情况下，图1的曲线的初始部分；
图3显示了经过基于本发明实施例的罗贝尔线棒的NGS/BGS的过渡区的纵向截面；以及
图4显示了在NGS与BGS之间的边界处经过图3的罗贝尔线棒的横截面。
参考标记清单
10    罗贝尔线棒
11    Cu-导体
12    绝缘体
13    槽电晕防护层
14    轭铁电晕防护层
15    附加绝缘体
16    过渡区
17    NT/BT边界
U(x)  表面电势
UL    导体电势
Co    表面电容
Ciso  绝缘体电容
NT    槽部分
BT    轭铁部分
具体实施方式
图3和图4显示了在(直)槽部分NT与(弯曲的)轭铁部分BT之间的过渡区中经过基于本发明实施例的罗贝尔线棒10的纵向截面和横截面。实施例中的罗贝尔线棒10包括横截面大致为矩形的中心Cu-导体11，该Cu-导体11被绝缘体12包围，该绝缘体12由(例如)缠绕的树脂浸渍的玻璃/云母带组成。在槽部分NT中，绝缘体12的表面被作为槽电晕防护层13的导电层覆盖。在轭铁部分BT中，绝缘体12的表面被作为轭铁电晕防护层14的半导体层覆盖。在过渡区中，轭铁电晕防护层14与槽电晕防护层13重叠，并形成重叠区16。
在NGS与BGS之间的重叠区16或边界17的下方及两侧，纺织织物置有在槽部分NT及轭铁部分BT中凸出的附加绝缘体15，该附加绝缘体15在外侧包围着绝缘体12，并且厚度朝向边缘逐渐变细。
为了降低BGS/NGS区域中的电容耦合，使用附加绝缘体15是优选的措施。
附加绝缘体15在BGS/NGS过渡区中使绝缘体12局部增厚。该增厚或者在罗贝尔线棒的制造过程中实施，或者随后进行。该附加绝缘体15的质量不需要必须与槽部分NT中的绝缘体一样好，因为其本身已经足以保证不被击穿。
因此，附加绝缘体15或增厚部分优选地不是由树脂浸渍的玻璃/云母带组成，而是由树脂浸渍的玻璃带、玻璃纺织织物或玻璃非纺织物组成，并且不是以E-玻璃作为其基础材料，而是石英玻璃用作基础材料。石英玻璃具有ε＝3，9的电容率，该电容率显著小于E-玻璃的电容率(ε＝6，2)或云母的电容率(ε＝7-10)。结果，降低了云母绝缘体+玻璃绝缘体系统的总电容率εtot。
作为石英玻璃的备选，如果所使用的带/纺织织物/非纺织物由聚合纤维组成，尤其是由PET、PEN、芳香族聚酰胺、聚酰胺制成，则可以有利地降低εtot。这些材料具有ε＝3-4的电容率。
如果为了给附加绝缘体15的带/纺织织物/非纺织物进行浸渍处理，采用ε特别低的树脂(例如具有ε＝3的氰酸酯)来代替通常的环氧树脂或聚酯树脂，则可获得更低的εtot。
如果附加绝缘体15不是由缠绕的或浸渍处理的带/纺织织物/非纺织物组成，而是全部或大部分由ε＝2-4的、极性较小的聚合物(例如PTFE、PP(ε＝2-2，2)、
Figure G2009101795607D0000061
Figure G2009101795607D0000062
Figure G2009101795607D0000063
(ε＝大约3))组成，则可达到进一步的降低。塑料的选择并不受限于这些实例。作为缠绕及浸渍处理的替代，这些材料还可以部分地采用其它方法(如热压冷缩配合、喷涂、浸泡、粘接、硫化或浇注等)来施加，以便产生附加绝缘体15。
以下给出由此可获得的改进的实例：
原有的绝缘体的电容通过εiso＝6、diso＝4mm给出；附加层的电容具有相应的值：εzu＝3、dzu＝4mm。
则以下关系式成立：
Ciso～6/4＝3/2  Czu～3/4  1/Ctot～2/3+4/3＝2  ＝＞Ctot～1/2
这意味着电容耦合降低系数3。

Claims (9)

1.一种用于旋转式电机、尤其是涡轮发电机的罗贝尔线棒(10)，该罗贝尔线棒(10)包括直的槽部分(NT)以及与槽部分(NT)邻接的弯曲的轭铁部分(BT)，该槽部分(NT)插入所述电机的定子铁片中的槽中，该轭铁部分(BT)从所述定子上凸出，并且各线棒通过轭铁部分(BT)与其它线棒连接而形成绕组，其中所述罗贝尔线棒(10)具有被绝缘体(12)包围的Cu-导体(11)，并且在所述槽部分(NT)中，所述绝缘体(12)的表面设有导电层形式的槽电晕防护层(13)，而在所述轭铁部分(BT)中，所述绝缘体(12)的表面设有半导体层形式的轭铁电晕防护层(14)，其特征在于，为了防止过热及防止在槽部分(NT)与轭铁部分(BT)之间的过渡区中发生放电，在该区域中设有用于降低电容耦合的器件(15)。
2.根据权利要求1所述的罗贝尔线棒，其特征在于，用于降低槽部分(NT)与轭铁部分(BT)之间的过渡区中的电容耦合的所述器件(15)在所述过渡区中包括所述绝缘体的局部增厚部。
3.根据权利要求2所述的罗贝尔线棒，其特征在于，所述绝缘体的局部增厚部通过在所述绝缘体(12)上施加的附加绝缘体(15)实现。
4.根据权利要求3所述的罗贝尔线棒，其特征在于，所述附加绝缘体(15)在所使用的材料方面与所述绝缘体(12)不同，例如具有不同的绝缘质量。
5.根据权利要求4所述的罗贝尔线棒，其特征在于，所述绝缘体(12)包含树脂浸渍的玻璃-云母带，而所述附加绝缘体(15)由树脂浸渍的石英玻璃制成的带和/或纺织织物和/或非纺织物构造而成。
6.根据权利要求4所述的罗贝尔线棒，其特征在于，所述绝缘体(12)包含树脂浸渍的玻璃-云母带，而所述附加绝缘体(15)由树脂浸渍的聚合纤维制成的带和/或纺织织物和/或非纺织物构造而成。
7.根据权利要求5或6所述的罗贝尔线棒，其特征在于，为了给所述带和/或纺织织物和/或非纺织物进行浸渍处理，使用介电常数特别低的树脂，尤其是氰酸酯。
8.根据权利要求4所述的罗贝尔线棒，其特征在于，所述附加绝缘体(15)由相对介电常数为2-4的较少极性的聚合物组成，尤其是由PTFE、PP、
Figure F2009101795607C0000021
及
Figure F2009101795607C0000022
系列组成。
9.根据权利要求8所述的罗贝尔线棒，其特征在于，所述附加绝缘体(15)的所述材料通过热压冷缩配合、喷涂、浸泡、粘接、硫化或浇注来施加。
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