CN104221254A - 具有不同的材料的缠绕层 - Google Patents

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Abstract

通过使用疏水性的、能导电的材料能够使用更少的绝缘层。

Description

具有不同的材料的缠绕层
技术领域
本发明涉及一种具有不同的材料的缠绕层。
背景技术
电势控制在旋转的机器中、例如在发电机或者高压马达中能够实现电压(电势差)的最小化，由此能够减少或者完全避免部分放电和/或电晕放电的出现。
在旋转的电机中，绝缘系统的可靠性对其运行安全性负有决定性的责任。绝缘系统具有如下任务：将电导体(导线、线圈、棒)相对于彼此或者相对于定子叠片铁芯或者周围环境持久地绝缘。外电势控制具有如下任务：实现在处于接地电势的定子叠片铁芯和主绝缘装置的外侧之间的电接触。由此保证：在绝缘装置和叠片铁芯的边界层的区域中的空腔中不出现部分放电。
在此需要区别：
●用于发电机绕组棒的外电晕防护(AGS)，所述发电机绕组棒根据单棒生产来制造(AGS-E)，
●用于发电机绕组棒的外电晕防护(AGS)，所述发电机绕组棒借助于GVPI工艺来制造(AGS-G)。
在定子绕组被完全浸渍的情况下(整体真空压力浸渍，GlobalVacuum Pressure Impregnation，GVPI)，整个叠片铁芯与完整装入的绕组一起浸渍并且硬化。由此，绕组在叠片铁芯的槽中的粘附是牢固的，使得由于铜、铁和绝缘装置的不同的膨胀系数在铜、绝缘装置和铁之间产生高的热机械应力，所述热机械应力在一定数量的热循环之后(发电机的启动和停止)能够导致边界面裂开。为了防止裂口经受电势差并且防止在那里点火的部分放电损坏绝缘装置，使用外电势控制装置(外电晕防护装置，outer corona protection,OCP)，所述外电势控制装置在图20中作为双层的、如用于借助于G-VPI处理的机器的电势控制装置那样的外电晕防护装置示出。
在通过铜子导体40构成的引导电流的罗贝尔线棒之上施加由细云母带构成的绝缘的基础缠绕物70，所述基础缠绕物平滑并且增大薄的铜子导体40的棱边半径。
在其之上缠绕含石墨的第一导电无纺织物带100，所述第一导电无纺织物带经由接触条带130在仅一个部位上与铜子导体40的高压电势连接。
在其之上才缠绕由细云母玻璃构成的主绝缘装置160。此时，第一导电无纺织物带100代替铜子导体形成高压电极。所述第一导电无纺织物带持久地与主绝缘装置粘贴。
在主绝缘装置160上跟随有根据现有技术的内部的外电晕防护缠绕物110、最外部的分隔带190’和外部的外电晕防护缠绕物200。织进最外部的分隔带190’中的外电晕防护带140连接内部的外电晕防护缠绕物110和外部的外电晕防护缠绕物200。
在发电机起动和关机时在铜导体组合件和绝缘装置之间产生的热机械应力在一定运行时间之后会导致绝缘套从导体局部脱离，而在所产生的间隙中不会点燃令人担心的部分放电。剥开的区域是无电势的，因为高压电势已被传输到牢固地粘在主绝缘装置上的导电无纺织物上。在导体和绝缘装置之间的高负荷的内部边界面上的这种IPS设计允许涡轮发电机的数十年长的峰值负荷运行，不会有明显的部分放电老化。
发明内容
因此，本发明的目的是解决在上文中所提到的问题。
所述目的通过根据权利要求1所述的用于AGS-E的绝缘系统、根据权利要求17所述的外电晕防护装置和根据权利要求18所述的电机来实现。
在从属权利要求中列举了其它有利的措施，所述措施能够任意地彼此组合，以便实现其它的优点。
附图说明
附图示出：
图1至19示出不同的缠绕，
图20示出外电晕防护装置。
附图和描述仅代表本发明的实施例。
具体实施方式
图1示出围绕金属棒4的绝缘装置1’，所述绝缘装置具有包括围绕金属棒4(或者金属材料)的内电势控制装置(IPS)的未详细示出的主绝缘装置7。
主绝缘装置7优选直接施加在金属棒4上(图1、2、3)。
主绝缘装置7优选是缠绕的并且优选具有云母或者其它已知的用于绝缘的材料。
在主绝缘装置7上存在由现有技术中的(优选Krempel公司的)良好附着的、能导电的材料构成的另一个层10。
在所述层10上缠绕有能导电的、疏水性的带11’作为层12’，其中带11’搭叠。
也就是说，带11’的材料明显与层7、10或者13的材料不同。
在所述层12’上又存在良好附着的、能导电的缠绕带以形成最外部的层13(图1、2、3)，所述缠绕带能够具有与层10相同的材料。
与图1不同地，在图2中描绘绝缘系统的另一个变型形式1”，其中带11’彼此邻接，这就是说，在这样形成的层12”中没有搭叠。
用于层12”的材料优选与层12’相同。
在图3中示出绝缘系统的另一个变型形式1”’，其中，以图2为基础，带11’具有在彼此之间的间隔15’或者自由空间并且形成层12”’。
层12”、12”’的材料优选相同。
在图4中示出另一个绝缘装置1IV，其中围绕金属棒4存在主绝缘装置7以及附着的、能导电的材料和另一个层10，带11’在层12’中以搭叠的方式存在或者仅邻接地存在(图5，层12”，绝缘装置1V)或者在其之间具有自由空间15’的情况下存在(图6，层12”’，绝缘装置1VI)。这相应于根据图1至3的实施例，而不具有外部的层13，这就是说，能导电的疏水性的材料(层12’、12”、12”’)形成最外部的层。主绝缘装置7优选直接施加在金属棒4上(图4、5、6)。
在图7中示出绝缘装置的另一个变型形式1VII。主绝缘装置7优选直接施加在金属棒4上。
在该变型形式1VII中，在主绝缘装置7上直接存在带11’的能导电的、疏水性的材料，其形成层12’、12”或者12”’，围绕所述层存在良好附着的、能导电的并且优选最外部的层13。这相应于图1、2或者3，而不具有中间层10。
图8至10示出绝缘系统的其它变型形式1VIII至1X。主绝缘装置7优选直接施加在金属棒4上(图8、9、10)，并且同样优选地，层13是最外部的层(图8、9、10)。
出发点在图8、9和10中分别是金属棒4，在所述金属棒上存在主绝缘装置7和直接在所述主绝缘装置上的、作为层10的良好附着的、能导电的材料。在所述层10上，根据图8，在层12IV中以搭叠的方式设置有由良好附着的、能导电的材料构成的带11III和由能导电的、疏水性的材料构成的带11”(相应于带11’(图1至7))。带11”、11”’搭叠。
根据图9中的层12V的实施方式，以图8为基础，两个不同的带11”、11”’的边缘彼此邻接。
两个带(11”、11”’)能够形成一个带，这就是说，它们具有左侧的边缘作为由能导电的、良好附着的材料构成的一个半部并且具有右侧的边缘作为由能导电的、疏水性的材料构成的另一个半部。
同样，具有不同的材料的两个带11”、11”’彼此间能够以间隔15”设置(图10)。
在图11、12、13中示出绝缘系统的其它的变型形式1XI至1XIII。主绝缘装置7优选直接施加在金属棒4上。
在此，以图8至10为基础，仅不存在外部的层13，这就是说，能导电的、疏水性的材料(11”、…)形成最外部的层。
材料优选与图8至10的材料相同。
在图14中示出绝缘系统的另一个变型形式1XIV，其中在主绝缘装置7上以搭叠的方式缠绕有分别基于良好附着的、能导电的材料11”’和能导电的、疏水性的材料11”的两个带11”、11”’。作为最外部的层13存在由良好附着的、能导电的材料构成的材料。
在根据图15的变型形式1XV中，不同的带11”’、11”在其边缘彼此邻接的情况下或者在彼此间具有自由空间15”的情况下存在(图16)。
图14至16分别相应于图11至13，而在主绝缘装置7上不具有绝缘装置10，但是具有外部的层13，这就是说，能导电的、疏水性的材料没有形成最外部的层。
主绝缘装置7优选直接施加在金属棒4上(图14、15、16)。
图17、18、19示出其它的变型形式1XVII至1XIX，其中以图14至16为基础，不存在由良好附着的、能导电的材料构成的外部材料13，这就是说，能导电的、疏水性的材料形成最外部的层。材料优选是相同的。
主绝缘装置7优选直接施加在金属棒4上(图17、18、19)。
层10、12、13的数量或者添加具有现有技术中的材料的内部的层10和/或最外部的层13的选择取决于绝缘装置的应用领域，即取决于所使用的电压(多个层)和外部的环境(最外部的层)。
本发明在于：为绝缘系统1’，……，1XIX在层12’至12VI中使用疏水性的材料、特别是PTFE(特氟龙)，特别是作为外电晕防护装置，更特别是为这种高压绝缘系统来使用，其中外电晕防护装置以层的方式能导电地构成。
高压绝缘系统能够是如在图20中那样的较复杂的系统或者简单的系统。
本发明仅根据作为疏水性的材料的一个实例的PTFE来阐述。
优选地，疏水性的材料或者PTFE已经能导电地构成。PTFE因此是复合材料。优选地，这在制造材料时借助于混入尤其石墨来进行，在制造时借助于挤压来进行，其中随后优选制造纤维。但是，织物的、纤维的、平铺织物的或者薄膜的后续的电覆层也是可行的。
织物优选由这种纤维形成。
所述织物优选以带形的形式存在并且为了应用缠绕到要绝缘的面上(见图20)。
也就是说，优选地，外电晕防护装置具有由PTFE构成的纤维或者织物，其中为了实现导电性在形成织物的结构之间优选也存在能导电的材料、优选石墨。
同样能够对带(织物、纤维、薄膜、平铺织物)打孔。
根据图1至19的绝缘装置为外电晕防护而优选具有由PTFE构成的织物，其中这构造为，使得织物具有孔，所述孔能够如在上文中一样根据所描述的方法被渗透。
这得到下述优点：
●良好的可完全浸透性，因为其是多孔的织物进而能够在硬化之前施用。
●在浸渍之前和之后不改变的电阻，因为导电性源自纤维并且不像如在AGS带中那样源自颗粒。(所述颗粒由于在浸渍之后包围颗粒的塑料基质相对于起始值具有不同的电阻值。)
AGS-G的目的是：
●简化的施用/成本降低
●双重AGS的通过较薄的替选方案减小的层厚度。
用于AGS-G的方法途径是：
●通过使用分隔层减小层厚度，所述分隔层实现限定的机械脱耦，而不会引起电阻的改变。这应通过用疏水性的织物类型替代双层的云母片来实现。这特别能够是特氟龙织物。构造以如下方式进行：
根据本发明通过使用由PTFE构成的能导电的织物190得到改进，因为这使“编入”外电晕防护带140(图20)不是必要的从而能够实现层厚度和生产耗费的降低(图20)。
用于在GVPI工艺中使用的新型的外电势控制装置的根据本发明的构造能够实现一种绝缘系统，所述绝缘系统在特性方面相应于当前的现有技术，但是具有如下优势：
●确定硬化之后的TE自由度
●在对加速的热机械负荷执行温度循环测试之后类似的损耗因数
●在工作电压负荷下并且在电压负荷提高时的类似的电气耐久性
●在工作电压负荷下并且在电压负荷提高时在不同的温度循环中的人工老化后的类似的电气耐久性。
这些研究在具有如下设计的发电机绕组棒上执行：
●长度约为1.5m和尺寸为1cm×5cm的铝型材
●对于13.8kV的额定电压，云母的层数为10+1层IPS
●对于每个组件，发电机绕组棒的数量为6。
在此，实现了将当前的AGS的大约450μm的层厚度降低到大约100μm的值。

Claims (18)

1.一种绝缘系统(1’，…1XIX)，
其中在金属棒(4)并且在主绝缘装置(7)上存在至少一个层(12’，…，12VI)，
尤其是仅一个由能导电的、疏水性的材料(11’，11”，11”’)构成的层和
可选地，由不同的材料构成的、直接在所述主绝缘装置(7)上的另外的层(10)，
可选地，最外部的另外的层(13)，
其中尤其是，这些另外的层(10，13)具有能导电的材料，
所述能导电的材料不同于所述能导电的、疏水性的材料(11’，11”，11”’)。
2.根据权利要求1所述的绝缘系统，
其中所述主绝缘装置(7)具有云母作为良好附着的、能导电的材料。
3.根据权利要求1或2中一项或两项所述的绝缘系统，
其中良好附着的、能导电的材料(10)直接设置在所述主绝缘装置(7)上。(图1，2，3，4，5，6，8，9，10，11，12，13)
4.根据权利要求1或2中一项或两项所述的绝缘系统，
其中疏水性的材料(11’，11”)直接设置在所述主绝缘装置(7)上，尤其是直接在所述主绝缘装置上设置。(图7，14，15，16，17，18，19)
5.根据权利要求1、2或3中一项或多项所述的绝缘系统，
其中在具有所述疏水性的材料的层(11’，11”)和所述主绝缘装置(7)之间存在另外的层(10)，尤其是仅一个另外的层(10)，尤其是仅存在由良好附着的、能导电的材料构成的材料，
该材料不同于所述疏水性的材料(11’，11”，11”’)。(图1，2，3，4，5，6，8，9，10，11，12，13)
6.根据上述权利要求中一项或多项所述的绝缘系统，
其中作为最外部的绝缘层(13)存在由良好附着的、能导电的材料构成的材料，尤其是仅存在由良好附着的、能导电的材料构成的材料，
该材料不同于所述疏水性的材料(11’，11”，11”’)。(图1，2，3，7，8，9，10，14，15，16)
7.根据上述权利要求1至5中一项或多项所述的绝缘系统，
其中具有能导电的、疏水性的材料的层(12’，12”，12”’，12IV，12V，12VI)是最外部的层，所述最外部的层尤其仅具有能导电的、疏水性的材料。(图4，5，6，11，12，13，17，18，19)
8.根据上述权利要求中一项或多项所述的绝缘系统，
其中存在层(12IV，12V，12VI)，在所述层中存在良好附着的、能导电的材料(11”’)和能导电的、疏水性的材料(11”)。(图8，9，10，11，12，13，14，15，16，17，18，19)
9.根据上述权利要求中一项或多项所述的绝缘系统，
其中带(11’，11”，11”’)搭叠。(图1，4，7，8，11，14，17)
10.根据上述权利要求中一项或多项所述的绝缘系统，
其中所述带(11’，11”，11”’)的边缘彼此邻接。(图2，5，7，9，12，15，18)
11.根据上述权利要求中一项或多项所述的绝缘系统，
其中所述带(11’，11”，11”’)彼此间以间隔(15’，15”)设置。(图3，6，7，10，13，16，19)
12.根据上述权利要求中一项或多项所述的绝缘系统，
所述绝缘系统具有仅四个绝缘层(7，10，12，13)。(图1，2，3，8，9，10)
13.根据上述权利要求中一项或多项所述的绝缘系统，
所述绝缘系统具有仅三个绝缘层(7，10，12；7，12，13)。(图4，5，6，7，11，12，13，14，15，16)
14.根据上述权利要求中一项或多项所述的绝缘系统，
所述绝缘系统具有仅两个绝缘层(7，12)。(图17，18，19)
15.根据上述权利要求中一项或多项所述的绝缘系统，
所述绝缘系统具有能导电的、疏水性的材料的仅一个层(12’，…12VI)。(所有图)
16.根据上述权利要求中一项或多项所述的绝缘系统，
所述绝缘系统具有PTFE作为能导电的、疏水性的材料。
17.一种外电晕防护装置，
所述外电晕防护装置具有根据上述权利要求中一项或多项所述的绝缘系统。
18.一种电机、尤其是发电机，
所述电机具有根据上述权利要求中一项或多项所述的绝缘系统。
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