CN104040841A

CN104040841A - 电晕屏蔽装置

Info

Publication number: CN104040841A
Application number: CN201280066302.8A
Authority: CN
Inventors: 托马斯·希尔丁格; 卢德格尔·可丁; 马塞洛·杰克大席尔瓦; 若昂·菲瑞尼克德荣; 卡米拉·多斯·桑托斯·宫卡维
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2012-01-10
Filing date: 2012-11-23
Publication date: 2014-09-10
Also published as: DE102012000290A1; BR112014016869A2; US20150001983A1; WO2013104457A3; BR112014016869A8; WO2013104457A2; EP2803131B1; EP2803131A2; CA2861986A1

Abstract

本发明涉及一种用于在旋转的电气设备中的电导体的电晕屏蔽装置，包括：外电晕屏蔽装置和相邻于该外电晕屏蔽装置安装到电导体的高压绝缘装置上的端部电晕屏蔽装置；以及具有有限的导电率的条带，该条带围绕电导体的高压绝缘装置布置并且被浸渍树脂。本发明的特征在于，在外电晕屏蔽装置和端部电晕保护装置的条带之间的过渡区域中，至少在高压绝缘装置和条带之间浸渍具有有限的导电率的油漆。

Description

电晕屏蔽装置

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的近似类型的电晕屏蔽装置。此外，本发明还涉及一种用于制造这种类型的电晕屏蔽装置的方法以及一种具有这种类型的电晕屏蔽装置的电气设备。

背景技术

在旋转的电气设备或者高压电气设备中，具有高压绝缘装置和电晕屏蔽装置的电导体是普遍已知的。相应的电晕屏蔽装置以及应用这样的电晕屏蔽装置的机器例如在DE 102 27 226 A1中描述。典型地包括所谓的外电晕屏蔽装置(AGS)和端部电晕屏蔽装置(EGS)的电晕屏蔽装置被布置在安置在电导体上的高压绝缘装置上。所谓的外电晕屏蔽装置在此典型地位于绝缘的电导体的区域中，该电导体在电动旋转的机器中布置在转子或者定子的槽中。端部电晕屏蔽装置典型地布置在电导体的区域中，该电导体超过转子或者定子的材料，典型地超过叠片铁芯在轴向方向上伸出。

在所述的德国公开文献中描述，这样的电晕屏蔽装置以尤其是由纺织的材料、玻璃纤维阵列、无纺织物或者类似物构成的条带为基础形成。为了确保用于通常的电晕屏蔽装置的有限的导电率在大约10.5×10⁵至10.6×10⁶Ωm的数量级中，在该材料上典型地设置有导电颗粒，例如炭黑、碳化硅或者类似物。所述的德国公开文献提出，为了进行改善，在无纺织物或者纺织物的内部的纤维设计成导电的并且由此改进该构造。尽管这样，用于电晕屏蔽装置的条带还是缠绕在电导体的高压绝缘装置上并且以树脂灌入并硬化。为此，典型地使用所谓的VPI工艺(Vacuum Pressure Impregnation，真空压力浸渍)，其也应用在高压绝缘装置的制造中。尽管在安装电晕屏蔽装置时极为细致的工作，通过由缠绕的条带和后续的灌入树脂也总是可能造成差错。在此，例如通过空气杂质造成的该差错可能会导致并不是100％干净的条带或者类似物，尤其是在所述的外电晕屏蔽装置和端部电晕屏蔽装置之间的过渡区域是有特别意义的。

发明内容

本发明的目的在于提出一种用于在旋转的电气设备中的电导体的电晕屏蔽装置，其减小了在端部电晕屏蔽装置和外电晕屏蔽装置之间的过渡区域中的所述的缺陷和问题。

根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征部分的特征的电晕屏蔽装置实现。其他有利的设计方案由其他从属权利要求给出。用于制造这种类型的电晕屏蔽装置的方法通过权利要求11的特征实现。该方法的其他有利的设计方案同样由所属的从属权利要求给出。最后，在权利要求13中还提出了一种电气设备，其具有上述类型的电晕屏蔽装置或者根据该方法制造的电晕屏蔽装置。

在根据本发明的电晕屏蔽装置中提出，外电晕屏蔽装置以已知的方式和方法安装在电导体的高压绝缘装置上。在此，在外电晕屏蔽装置和端部电晕屏蔽装置之间的过渡区域中，在电导体的高压绝缘装置和构成端部电晕屏蔽装置的传统部分的条带之间布置有具有有限的导电率的油漆。这种油漆作为在外电晕屏蔽装置和端部电晕屏蔽装置的、在内部面对高压绝缘装置的区域之间的直接过渡区域中的中间层能够明显地改进电晕屏蔽装置。这已经在实验中展示给了发明人。

该效果可能在于，在常规设计方案中的端部电晕屏蔽装置以很小的一段覆盖外电晕屏蔽装置。因为在该覆盖的区域中，配备有外电晕屏蔽装置的绝缘的电导体会出现外直径的突变，该突变可能会导致该问题，该突变会导致在条带的缠绕中的差错进而会导致在浸渍中的差错。通过引入同样具有有限的导电率的油漆，也就是反过来是一个电晕屏蔽罩，该问题得到了改善。在缠绕端部电晕屏蔽装置的部段时，尤其是由于改变的直径造成的可能的差错或者故障位置在根据本发明构造的电晕屏蔽装置中不再出现在高压绝缘装置和周围环境之间，而是出现在具有有限的导电率的两个区域之间，也就是油漆层和端部电晕屏蔽装置的被缠绕的部分。由此可以实现明显的改善，这导致高压绝缘装置或者电晕屏蔽装置的较长的寿命并进而在旋转的电动机中使用时导致降低的维修频繁性。

另外的效果在于，通过涂覆油漆，通过油漆来填充在制造外电晕屏蔽装置时在该外电晕屏蔽装置中遗留的可能的故障位置。由此，在该故障区域中出现的可能导致绝缘材料或者电晕屏蔽装置的材料损毁的放电被最小化。

在此，在根据本发明的电晕屏蔽装置的一个特别优选的和有利的改进方案中提出，端部电晕屏蔽装置的条带在外部围绕油漆的总长度。在该特别优选的和有利的改进方案中，总体上涂覆的油漆位于端部电晕屏蔽装置的条带的内部。由此，该油漆理想地被保护以防止受到来自外界的可能的损害。因此，该油漆可以设计得非常薄，优选为单层。

此外，在根据本发明的电晕屏蔽装置的另一个设计方案中提出，油漆被涂覆到电绝缘装置上并且以一路径长度覆盖外电晕屏蔽装置。也就是说，该油漆不仅仅侧向邻接于外电晕屏蔽装置地布置在高压绝缘装置上，而且部分地覆盖外电晕屏蔽装置。由此，横截面变化的特别关键的区域也由油漆所覆盖。

在此，在根据本发明的电晕屏蔽装置的一个优选的改进方案中提出，油漆设计成以树脂、尤其是以醇酸树脂为基础。这种油漆尤其可以由两种树脂成分和一种固化剂的混合物构成。为了获得需要的有限的导电率，油漆此外还可以具有导电的和/或半导体的颗粒。这样的颗粒通常由生产电晕屏蔽带的领域所公知并且是常用的。其不仅可以设计成常规的颗粒也可以设计成纳米颗粒。这样的颗粒也可以加入到树脂基的油漆中。为此所使用的量为，相关于油漆的总重量为20至60重量百分比的导电和/或半导体颗粒。在使用纳米颗粒时，该比例在此典型地位于给出的区间的下区域中。

在此，在根据本发明的用于制造这样的电晕屏蔽装置的方法中提出，配备有高压绝缘装置和外电晕屏蔽装置的电导体配备有端部电晕屏蔽装置，过渡区域被横向地相邻于外电晕屏蔽装置，并且尤其是与之重叠地涂覆有油漆，之后油漆被干燥和/或硬化，并且之后缠绕端部电晕屏蔽装置的条带，并浸渍树脂并进行硬化。用于制造根据本发明的电晕屏蔽装置的方法提出，在用于电晕屏蔽装置的常规制造流程中加入一个附加的步骤。配备有外电晕屏蔽装置的电导体为此在过渡区域中涂覆有油漆。在该油漆被干燥和/或硬化之后，端部电晕屏蔽装置的条带被缠绕成现在已知的和常规类型的端部电晕屏蔽装置，并且灌入树脂并进行硬化，例如在VPI工艺的范畴内。

此外，本发明的一部分是具有电晕屏蔽装置的电气设备，其中电晕屏蔽装置根据本发明进行设计和/或通过根据本发明的方法制成。这样的电气设备在此例如可以设计成旋转的电动机，例如电动机、发电机或者也可以设计成移相器。

在此，在电气设备的另外的非常有利的设计方案中提出，该电气设备可以设计成高压电机/高压发电机，其具有超过15kV的额定电压。

此外，电晕屏蔽装置的、用于制造电晕屏蔽装置的方法的以及电气设备的和其应用的其他优选的设计方案由剩余的从属权利要求给出并且基于实施例参考附图在接下来详细描述。

附图说明

图中示出：

图1是用于水力发电装置的机组的原理视图；

图2是图1中示出的机组的转子的一部分的截面图；以及

图3是根据本发明的电晕屏蔽装置的一个优选的实施例的截面图。

具体实施方式

图1的视图是高度示意性地示出了水力发电装置1。该水力发电装置1的核心是供给系统2，其将来自在此未示出的上水区域中的水输送至水轮机3并且通过原理性示出的扩散器4排送到同样没有示出的下水的区域中。水轮机3在此通过轴5与电气设备7的转子6连接成机组。转子6通过水轮机3驱动并且在原理性示出的定子8内部围绕转子轴9旋转，该转子轴线如在这种类型的水力发电装置1中一样通常在重力g的方向上指向。转子6和定子8共同形成作为发电机使用的电气设备7。其用于由水的势能产生电能。同样可以考虑的是，取代水轮机3而使用泵涡轮机，其在第一状态中与水轮机3类似，使得在作为电气设备7使用的发电机中产生能量，并且其在第二运行状态中将水从下游水的区域泵送回到上游水的区域中。水利发电装置1在该种情况中是一种抽水蓄能发电站，其适合于通过将水泵送到具有较高的势能的水平来存储能量。

在图2示出的截面图中可以示出转子6的一部分的截面图。该转子围绕以标号9标示的旋转轴线旋转。该转子6本身基本上由叠片铁芯10以及以标号11标示的轮毂构成。叠片铁芯10的构造意味着，转子体在旋转轴9的轴向方向上由多个单独的金属板堆叠而成。这在图2的附图中在示出的截面的左侧下部的部分中通过一些示出的金属板标出。在此，轮毂11可以与转子体10一体构成并进而同样由多个单一的金属板构成，或者也可以作为中央部件以另外的构造形式构成，并且相应地承载转子体10的金属板。然而，无论具体构造是什么样，轮毂11总是与转子体10抗扭地连接。在轮毂11和转子体10之间的径向移动也是可能的。

在轴向方向上延伸的、在径向方向上向外打开的槽12处于转子体10的区域中，在此仅仅示出以参考12标出的槽底。在这些槽12中分别敷设有两个绝缘的电导体13，即所谓的棒13。在绕组端部的区域中，该棒13离开槽12并且在转子轴9的轴向方向上从叠片铁芯10中伸出。各个棒13然后与由相邻的槽12中伸出的其他棒13相应地连接，从而实现转子6的绕组。在该绕组端部的区域中，在轴向方向上突出超过叠片铁芯10的棒13的部分被相应地固定。这对于本发明来说是没有意义的，从而出于简化视图的目的，该已知的固定方式在此没有示出。类似的棒13同样可以在电气设备7的定子8中找到。

这些棒13不仅在转子6中而且在定子8中都具有能够在图3的截面图中示出的高压绝缘装置14，其是包围电导体13的高压绝缘装置。其典型地由配备有放电晕颗粒的条带构成，该条带缠绕棒13并且最后典型地在VPI工艺中浸渍树脂。该高压绝缘装置14对于本发明来说也处于不重要的地位，从而在此不对其进一步阐述。除了通过电晕屏蔽条带实现高压绝缘装置的所述的实例之外，替代方案也已经由现有技术公开并已知。也能够在此相应地使用。

所谓的端部电晕屏蔽装置15处于棒13仅仅超过叠片铁芯10伸入其中的区域中，该端部电晕屏蔽装置经常被缩写成EGS或者在英语中缩写为ECP(End Corona Protection，端部电晕屏蔽)。在此，该端部电晕屏蔽装置15是具有有限的导电率的材料层或者半导体，其在外部安置在高压绝缘装置14上。所谓的外电源屏蔽装置16布置在棒13在叠片铁芯10的内部或者在叠片铁芯10的槽12中延伸的区域中，其也被缩写为AGS。在英语中，该外电晕屏蔽装置也被称为OCP(Outer Corona Protection，外电晕屏蔽)。为了进行说明，在图2的视图中，在棒13的超过叠片铁芯10的部分中，在端部电晕屏蔽装置15以已知的方式和方法连接至该外电晕屏蔽装置之前，该外电晕屏蔽装置16较少地超过叠片铁芯10。

在图3的放大的原理性截面图中，再次详细地示出了该构造。涂成黑色的外电晕屏蔽装置16在图3示出的左侧区域中安置在高压绝缘装置14上。这以已知的方式和方法实施。其例如也可以如在开头描述的德文公开文献中描述的那样实施。相邻于外电晕屏蔽装置16，油漆17被涂覆在高压绝缘装置14上。在此，该油漆17具有为L的总长度并且布置在外电晕屏蔽装置16和端部电晕屏蔽装置15之间的过渡区域中。其是端部电晕屏蔽装置15的一部分。该油漆17可以优选地以单层的形式例如通过刷子涂覆。其在优选的设计方案中应该设计成醇酸树脂基的油漆。为此，其可以具有两种不同的醇酸树脂组分，固化剂，例如酸基固化剂，以及碳化硅颗粒，用于产生有限的导电率。在此，硅颗粒所占比例为油漆17的总质量的40％至60％，优选大约50％。在应用纳米颗粒的情况中为20％至50％。

当然，相对于醇酸树脂基的油漆17的设计方案而言，另外类型方案也可以作为替代的方案，例如以环氧树脂、聚氨酯或者类似物为基础的油漆。

在端部电晕屏蔽装置15的一个在此示出的特别优选的设计方案中，油漆17在此以路径长度w₁覆盖外电晕屏蔽装置16，从而在任何情况下都确保在外电晕屏蔽装置16的材料和油漆17之间的安全和可靠的接触。路径长度w₁在此为涂覆的油漆17的总长度L的7％至20％，优选大约为10％。涂覆的油漆17的总长度L在此当然总是取决于电气设备7的构造类型和边界条件。然而，该总长度在典型的构造中在大约50mm和200mm之间。因此，路径长度w₁优选在5mm至20mm之间。

在如已经所描述的那样例如能通过刷子对油漆17进行涂覆之后，该油漆17首先被干燥优选至少一小时的时间，以实现去除潮湿的溶剂。接下来，油漆17在炉子中硬化。硬化的典型温度在此在100℃中160℃的范围中。时间间隔典型地在2至12小时之间变化。典型的条件例如可以是在炉子中进行12小时120℃的温度的硬化。在油漆17的干燥和硬化结束之后，该构造以已知的方式和方法被配备条带18，以完成端部电晕屏蔽装置15。该条带18或者具有带有有限的导电率的颗粒或者具有带有有限的导电率的、在条带18的无纺织物或者织物中的相应的纤维，并且该条带为此以已知的方式和方法缠绕棒13的高压绝缘装置14，最后浸渍树脂并硬化。在此，该构造和方法刚好如此地实现，如其在常规的、无涂覆的油漆17的端部电晕屏蔽装置中同样公开和已知的那样。

在此，在端部电晕屏蔽装置15的一个特别优选的设计方案中提出，油漆17在其整个长度L上由端部电晕屏蔽装置15的条带18包围，其中，条带18在油漆17的远离外电晕屏蔽装置16的一侧上超过油漆17的总长度L延伸。通过将全部的油漆17布置在条带18的下面，该油漆能够通过条带相应地进行保护。因此，唯一的一层油漆17就足以达到改善端部电晕屏蔽装置15的目的。

在图3示出的优选的实施例中进一步提出，条带18超过油漆17的总长度L并且以在图3中以w₂示出的路径长度超过外电晕屏蔽装置16。该路径长度w₂在此可以在常规的制造公差的框架中优选设计为与油漆17覆盖外电晕屏蔽装置16的路径长度w₁相比较而言一样大。如上所述的那样，路径长度w₂也可以大约为5mm至20mm。因此，在示出的构造中确保了油漆17的理想的保护和电晕屏蔽装置的良好的功能性。

Claims

1.一种用于在旋转的电气设备(7)中的电导体(13)的电晕屏蔽装置，具有：

1.1外电晕屏蔽装置(16)；

1.2端部电晕屏蔽装置(15)，所述端部电晕屏蔽装置(15)相邻于所述外电晕屏蔽装置(16)安装在所述电导体(13)的高压绝缘装置(14)上；以及

1.3具有有限的导电率的条带(18)，所述条带围绕所述电导体(13)的所述高压绝缘装置(14)布置并且被浸渍树脂，

其特征在于，

1.4在所述外电晕屏蔽装置(16)和所述端部电晕保护装置(15)的所述条带(18)之间的过渡区域中，至少在所述高压绝缘装置(14)和所述条带(18)之间浸渍具有有限的导电率的油漆(17)。

2.根据权利要求1所述的电晕屏蔽装置，其特征在于，所述油漆(17)至少侧向地相邻于所述外电晕屏蔽装置(16)以比由所述条带(18)缠绕的长度短的总长度(L)布置在所述高压绝缘装置(14)上。

3.根据权利要求1或2所述的电晕屏蔽装置，其特征在于，所述条带(18)在外部围绕所述油漆(17)的所述总长度(L)。

4.根据权利要求2所述的电晕屏蔽装置，其特征在于，所述条带(18)附加地以路径长度(w₂)覆盖所述外电晕屏蔽装置(16)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电晕屏蔽装置，其特征在于，所述油漆(17)被涂覆在所述高压绝缘装置(14)上并且以路径长度(w₁)覆盖所述外电晕屏蔽装置(16)。

6.根据权利要求4或5所述的电晕屏蔽装置，其特征在于，所述路径长度(w₁，w₂)为所述油漆(17)的所述总长度(L)的7％-20％，优选为大约10％。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的电晕屏蔽装置，其特征在于，所述油漆(17)以单油漆层的形式涂覆。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的电晕屏蔽装置，其特征在于，所述油漆(17)设计成以树脂，尤其是以醇酸树脂为基础的。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的电晕屏蔽装置，其特征在于，所述油漆(17)具有导电的和/或半导体的颗粒和/或比例在所述油漆的重量的20-60重量百分比，优选为50重量百分比的纳米颗粒。

10.根据权利要求9所述的电晕屏蔽装置，其特征在于，所述颗粒具有碳化硅或者由碳化硅构成。

11.一种用于制造根据权利要求1至10中任一项所述的电晕屏蔽装置的方法，其中，配备有所述高压绝缘装置(14)和所述外电晕屏蔽装置(16)的所述电导体(13)配备有所述端部电晕屏蔽装置(15)，其特征在于，在所述外电晕屏蔽装置(16)和所述端部电晕屏蔽装置(15)之间的过渡区域被侧向地相邻于所述外电晕屏蔽装置(16)，并且尤其是与之重叠地涂覆有所述油漆(17)，之后所述油漆(17)被干燥和/或硬化，并且之后缠绕所述端部电晕屏蔽装置(15)的所述条带(18)，并浸渍树脂并进行硬化。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述油漆在15-30℃的环境温度中被干燥至少30分钟，优选一小时，并且之后在115-125℃的温度中被硬化至少一小时，优选超过两小时。

13.一种具有至少一个电导体(13)的电气设备，所述电导体具有根据权利要求1至10中任一项所述的电晕屏蔽装置或者根据权利要求11或12制造的电晕屏蔽装置。

14.根据权利要求13所述的电气设备，其特征在于，所述电气设备设计成高压电机/发电机，所述高压电机/高压发电机具有超过15kV的额定电压。