CN105917552A - 绝缘系统、定子、电机、尤其涡轮发电机，以及用于使导电元件绝缘的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机(3)的导电元件(6)的绝缘系统(1)，所述绝缘系统具有多个绝缘系统层(10)，所述绝缘系统包括：内电势控制层(11)、主绝缘层(12)、外电晕防护层(13)和端部电晕防护层(14)，其中所述绝缘系统层(10)分别包括用树脂浸透的带状材料条带(20，21，22，23)，所述带状材料条带以多个绕制部(30，31，32，34)围绕导电元件(6，7)缠绕，使得绕制部(30，31，32，34)以重叠区域(35)半重叠地设置在相应的带状材料条带(20，21，22，23)的长边区域(41，42)上，其中绝缘系统根据本发明的特征在于：至少一个所述带状材料条带(20，21，22，23)在其长边区域(41，42)处相对于其中间区域(43)被削平。

Description

绝缘系统、定子、电机、尤其涡轮发电机，以及用于使导电元件绝缘 的方法

技术领域

本发明涉及一种电机的导电元件的绝缘系统，所述绝缘系统具有多个绝缘系统层，所述绝缘系统包括：内电势控制层、主绝缘层、外电晕防护层和端部电晕防护层，其中这些绝缘系统层分别包括用树脂浸透的带状材料条带，所述带状材料条带以多个绕制部围绕导电元件缠绕，使得绕制部以重叠区域半重叠地设置在带状材料条带的长边区域上。

本发明还涉及一种电机的定子，所述定子具有至少一个包括槽的定子叠片组并且具有导电的传导元件，所述导电的传导元件以绝缘的方式设置在至少一个定子叠片组的槽中。

此外，本发明涉及一种电机，尤其是涡轮发电机，具有用于将导电元件相对于用于固持导电元件的定子叠片组绝缘的绝缘系统。

除此之外，本发明涉及一种用于使电机的导电元件绝缘的方法，其中内电势控制层、主绝缘层、外电晕防护层和端部电晕防护层分别作为带状材料条带以多个绕制部围绕导电元件缠绕，并且其中这些绕制部半重叠地设置在相应的带状材料条带的长边区域上。

背景技术

常规的绝缘系统尤其从现有技术中熟知。借助这种绝缘系统，在常规的旋转电机处、例如涡轮发电机处使导电的传导元件绝缘，但是部分地也在水力发电机或其他马达中使导电的传导元件绝缘，所述导电的传导元件例如是由铜构成的发电机绕制部杆。这些导电元件绝缘地固持在电机的定子的基体中，并且在此基本上构成原本的定子绕制部。通常，基本体对此包括接地的叠片组，所述叠片组提供多个槽，导电元件固定在所述槽中。在运行时，在这种定子绕制部上施加在两位数的千伏范围中的极其高的电势绕制部。导电的传导元件因此必须借助相应构成的绝缘系统相对于该叠片组绝缘。对此，绝缘系统包括主绝缘装置，所述主绝缘装置具有由一个或多个带状材料条带构成的主绝缘层，所述带状材料条带以多个层片围绕相应的导电元件缠绕。此外，绝缘系统还包括更靠内地设置的电势控制层以及更靠外地设置的外电晕防护层和同样更靠外地设置的端部电晕防护层。内部的电势控制层、外电晕防护层和端部电晕防护层也由围绕导电元件缠绕的带状材料条带构成。内置的电势控制层和外置的外电晕防护层用于相对于空腔和分离部进行屏蔽。电压在主绝缘层中从内部的电势控制层起沿径向方向逐渐减小直至外电晕防护层，由此保证：仅在主绝缘层的内部中保留电场而在主绝缘层和接地的叠片组之间不产生部分放电。为了轴向地控制外电晕防护层的轴向端部处的电场，使用导电能力较弱的端部电晕防护层，所述端部电晕防护层与外电晕防护层电连接。如已经提及的那样，通常绝缘系统的全部上述层层状地由带状材料条带制造，所述带状材料条带分别尤其围绕导电元件半重叠地缠绕，并且以树脂来浸渍。相应的带状材料条带的各个绕制部的上述半重叠的设置一方面保证绕制部在能传导的层片中良好的轴向连接和径向连接，以及保证主绝缘层中的尽可能长的侵蚀路径。由此，能够保证极其长的使用寿命。在此，主绝缘层的带状材料条带包含起绝缘作用的云母颗粒，而其余的层的带状材料条带用不同的能半传导的和/或能传导的颗粒掺杂。这样构造的绝缘系统被证实是良好的，然而不利的是：在主绝缘层中在重叠区域中产生缺陷区域，所述缺陷区域主要仅用树脂填充而较少用起绝缘作用的云母颗粒填充。这些如此构成的主绝缘层缺陷区域与其余的主绝缘层区域的区别在于更小的抗电强度，其中在所述其余的主绝缘层区域中存在符合规定的树脂云母颗粒混合物。但是，缺陷区域由于与符合规定的树脂云母颗粒混合物相比更小的介电常数而经受更高的场负荷。因此应尽可能避免这种缺陷区域。

发明内容

本发明的目的是：改进常规的绝缘系统，以便至少克服上述缺点。

本发明的目的由一种电机的导电元件的绝缘系统来实现，所述绝缘系统具有多个绝缘系统层，所述绝缘系统包括：内电势控制层、主绝缘层、外电晕防护层和端部电晕防护层，其中这些绝缘系统层分别包括用树脂浸透的带状材料条带，所述带状材料条带以多个绕制部围绕导电元件缠绕，使得绕制部以重叠区域半重叠地设置在带状材料条带的长边区域上，其中根据本发明绝缘系统的特征在于：带状材料条带中的至少一个在其长边区域处相对于其中间区域被削平。

通过这些被削平的长边区域以简单得令人惊讶的方式成功避免绕制部之间的临界尺寸的间隙体积，由此又减小了如下危险：产生大的仅主要用树脂填充的间隙，在所述树脂中几乎不包含云母颗粒。这专门适用于当前的绝缘系统的主绝缘层。

关于其余的传导能力更强的绝缘系统层，附加地产生如下优点：可避免棱边尖锐的阶梯部段，由此在那里显著地降低局部电场提高的危险，所述阶梯部段尤其能够径向地伸出于绕制部并且伸入到主绝缘层中。这种电场提高尤其能够在内电势控制层处并且外电晕防护层处鲜明地形成。

此外，在这些区域中也能够抑制或至少阻挡通过树脂填充的间隙的形成，使得能够良好地降低部分放电的危险，所述部分放电能够通过由场失真、能导电的棱边以及树脂的弱的导电性构成的混合引起。

有利地，能够借助于根据本发明的绝缘系统整体上能够极其良好地应对如下危险：在受电负荷的绝缘系统中尤其随着“树枝状”通道的构成产生由部分放电引发的腐蚀，所述“树枝状”的通道最终会导致绝缘部的电击穿。

需理解的是：全部绝缘系统层都能够配设有带状材料条带，所述带状条带材料相对于其中部区域具有削平的侧部区域。

当前的绝缘的系统优选能够在导电元件和电机的槽和绕制部头区域中的接地电势之间使用。

就此而言，本发明的目的也由一种电机的定子来实现，所述定子具有至少一个包括槽的定子叠片组并且具有导电的传导元件，所述导电的传导元件以绝缘的方式固持在至少一个定子叠片组的槽中，其中定子的特征在于设有根据当前特征中的任一个所述的绝缘系统。由此，定子能够性能更优越地和/或以更高的使用寿命来构成。

同样地，本发明的所述目的由一种电机，尤其是涡轮发电机来实现，具有用于将导电元件相对于用于固持导电元件的定子叠片组绝缘的绝缘系统，其中电机的特征在于设有根据当前特征中的任一个所述的绝缘系统和/或设有当前特征中的任一个所述的定子。由此能够显著地提高电机的运行安全性。

根据本发明的绝缘系统具有各个绝缘系统层，即内电势控制层(IPS)、主绝缘层、外电晕防护层(AGS)和端部电晕防护层(IPS)。

在绝缘系统中，内电势控制层从待绝缘的导电元件的中轴线起在径向内部直接局部地缠绕到导电元件上。主绝缘层在径向上更靠外地设置，所述主绝缘层又缠绕到在径向上更靠内的内电势控制层上。在径向上更加靠外地跟随有外电晕防护层和端部电晕防护层，所述外电晕防护层和端部电晕防护层在轴向上并排地缠绕到在径向上更靠内的主绝缘层上。

需理解的是，绝缘系统层中的每一个都能够通过这种带状材料条带中的一个或多个来产生。多个带状材料条带例如沿径向方向作为绕制部层片缠绕到彼此上，以便例如获得足够厚的主绝缘层。

甚至绝缘系统层中的仅一个绝缘系统层的根据本发明的设计方案通常也已经能够有助于绝缘系统的显著更长的使用寿命。

术语“导电元件”关于电机描述线、线圈、杆等，所述线、线圈、杆等持久地相对彼此电绝缘和/或相对于定子叠片组和/或电机的其余的周围环境电绝缘。

此外需理解的是：带状材料条带与其相对于中间区域被削平的长边区域或与其扁平的侧向端部能够多种多样地制造。

当前的带状材料条带例如能够如迄今为止常见的那样由卷绕到大的辊子上的带制成。这些带针对具体应用切割成具有所期望的宽度的相应的带状材料条带。在此，带由于生产而具有矩形轮廓，由此，从中切割的带状材料条带同样也具有相应矩形轮廓。然而，当前当在此所使用的带状材料条带由这种带产生时，该矩形轮廓就本发明而言被改形。

关于此点应澄清的是：当前的带状材料条带的制造不必限制于该制造方法。

也就是说，有利的是，相应的带状材料条带在其长边区域处具有扁平的侧向端部。

这尤其当带状材料条带的材料在带状材料条带的长边区域处或外侧上被压缩时简单地实现。

就此而言，本发明的所述目的也由一种用于使电机的导电元件绝缘的方法来实现，其中内电势控制层、主绝缘层、外电晕防护层和端部云母防护层分别作为带状材料条带以多个绕制部围绕导电元件缠绕，并且其中这些绕制部半重叠地设置在相应的带状材料条带的长边区域处，其中在围绕导电元件缠绕之前和/或在围绕导电元件缠绕期间，压缩围绕导电元件缠绕的带状材料条带中的至少一个带状材料条带的长边区域。

长边区域的这种压缩或挤压例如能够在带状材料条带的制造过程中或在从宽的环形带中裁剪带状材料条带时执行。

在任何情况下都能够通过带状材料条带的这种压缩或挤压尤其简单地制造当前的绝缘系统。

如果带状材料条带中的至少一个沿着宽度方向在其长边区域处与在其纵向中轴线的区域中相比更薄地构成，那么能够专门在重叠区域中强烈地降低各个绕制部之间的间隙的体积。

在本文中，也有利的是：带状材料条带在其外侧上与在其中间区域中相比具有更小的材料厚度，以便由此能够在各个绝缘系统层上能够获得有利的重叠区域。

当迄今为止的带状材料条带尤其沿着宽度方向具有连续恒定的带状材料厚度或带状材料厚时，当前有利的是：带状材料条带中的至少一个带状材料条带沿着宽度方向具有可变的带横截面。由此，带状条带横截面沿着宽度方向不均匀地构成，使得能够良好地实现之前所阐述的效果。这是因为常规的带状材料条带受生产所决定具有矩形的轮廓。

当带状材料条带的上部的表面侧和带状材料条带的下部的表面侧在长边区域处呈锐角地彼此会聚成侧边缘时，能够进一步改进各个绕制部之间的相互作用。

另一有利的实施方案变型形式提出：带状材料条带中的至少一个带状材料条带沿着宽度方向关于其这两个表面侧双凸状地构成。通过带状材料条带的双凸形构成的表面侧，带状材料条带尤其能够在其长边区域处弯曲或者与迄今为止所可行的方式相比以倒圆的程度更大的方式构成，使得各个绕制部能够在重叠区域中更紧密地彼此紧贴，由此再次明显更小地形成各个绕制部层之间的间隙。

有利地，由此能够产生倒圆的带棱边或侧边缘，由此能够避免长边区域的带侧或侧边缘处的尖锐棱边。

此外有利的是，带状材料条带中的至少一个带状材料条带的中间区域借助于连续弯曲的过渡区域过渡成这一个带状材料条带的与中间区域相比更薄地构成的长边区域。通过连续弯曲的过渡区域，带状材料条带的彼此相互作用的长边区域能够在彼此贴靠或彼此上下叠加的绕制部处尤其无间隙地彼此紧贴。

适当地，至少一个带状材料条带的绕制部的长边区域的外部的侧边缘设置为直至超过所述至少一个带状材料条带的直接相邻的绕制部的沿着宽度方向凹状弯曲的表面的拐点，使得所述至少一个带状材料条带的绕制部能够尤其紧密地彼此连接。

此外，当带状材料条带的绕制部的长边区域的外部的侧边缘设置为直至超过带状材料条带的直接相邻的绕制部的纵向中线时，带状材料条带的各个绕制部能够显著更好地彼此相互作用。由此也能够降低部分放电的危险。

还有利的是：至少一个带状材料条带的两个直接相邻的绕制部之间的接触面沿着宽度方向设置为直至超过所述至少一个带状材料条带的直接相邻的绕制部的沿着宽度方向凹状弯曲的表面的拐点。

相对于迄今为止的解决方案，至少不减小接触面并且至少保持是相同大的。通过这种接触面能够进一步降低危险、尤其部分放电的危险。

关于这一点应再度提及的是：通过其树脂体积更小的更有利地成形的间隙并且通过根据本发明的绝缘系统具体在重叠区域处的由此更均匀的设计方案，在电场方面有利地得到开始所描述的有利的效果。通过更小的间隙仅形成显著更小的缺陷部位，在所述缺陷部位中能够聚集具有小的云母颗粒份额的树脂区域，由此绝缘系统中的抗电的无机份额整体上更高。这又尤其提高了电抗性。当前特征引起绝缘系统的趋向更高的导热性。此外，在制造绝缘系统时使树脂消耗下降。

此外，关于外电晕防护层和主绝缘层之间的边界区域以及关于内电势控制层和主绝缘层之间的边界区域，也能够通过倒圆的带状材料条带棱边理想地完全避免在侧边缘处的局部的场提高。

能够借助本发明单独地或以组合的方式实现的其他主要效果和优点除了已经描述过的避免场提高之外例如还有：降低主绝缘层的腐蚀速度；降低或者理想地消除能传导的绝缘系统层的、尤其外电晕防护层的腐蚀；在寿命要求或寿命预期相同的情况下普遍更薄地构造绝缘系统和/或提高电机的或尤其涡轮发电机的功率。

一般而言，能够通过本发明的当前的特征、尤其通过带状材料条带的倒圆的或双凹状的形状实现绝缘系统的更均匀的设计方案与随之降低的位于主绝缘层中的场失真并且避开位于传导能力更强的绝缘系统层处的能传导的棱边等，所述绝缘系统层例如是内电势控制层、外电晕防护层和端部电晕防护层。

附图说明

下面，根据所附的示意图阐述涡轮发电机的绝缘地固持在定子叠片组中的导电元件的根据本发明的绝缘系统的一个优选的实施方式的一部分。

附图示出：

图1示出绝缘地保持在涡轮发电机的定子叠片组的槽中的导电元件的绝缘系统的示意俯视图，和

图2示出图1中的绝缘系统的主绝缘层和与其邻接的在径向上更靠内的内电势控制层的示意细节图。

具体实施方式

根据本发明的绝缘系统1设置在定子5的在图1中示例性地示出的定子叠片组2上，以便将呈铜杆元件7形式的导电元件6相对于定子叠片组2绝缘，其中所述定子在形态为涡轮发电机4的电机3上使用。在此，导电元件6设置在定子叠片组2的(仅示例性地示出的)槽8中。定子叠片组2还由多个冷却通道9穿过，以便能够更好地导出热量。

绝缘系统1由多个绝缘系统层10构成，即由内电势控制层11、主绝缘层12、外电晕防护层13和端部电晕防护层14构成，它们都围绕导电元件6缠绕。

在该实施例中，绝缘系统层10沿径向方向15如下设置。

从待绝缘的导电元件6的中轴线16起，内电势控制层11在径向上更靠内地直接沿轴向方向17局部地缠绕到导电元件6上，使得内电势控制层11突出直至超出定子叠片组2的顶部侧18或19。内电势控制层11在该实施例中构成为靠内的用树脂(未设附图标记)浸透的带状材料条带20，所述带状材料条带围绕导电元件6缠绕。

主绝缘层12在径向上更靠外地设置，所述主绝缘层又缠绕到在径向上更靠内的内电势控制层11上。主绝缘层12在该实施例中与之相应地构成为中间的用树脂(未用数字标明)浸透的带状材料条带21(仅示例地用数字标明)，所述带状材料条带围绕内电势控制层11缠绕。

随后，外电晕防护层13和端部电晕防护层14在径向上更靠外地设置，所述外电晕防护层和端部电晕防护层沿着轴向方向17轴向并排地缠绕到在径向上更靠内的主绝缘层12上。外电晕防护层13和端部电晕防护层14分别作为外部的用树脂(未用数字标明)浸透的带状材料条带22或23产生。

如可从根据图2的视图中所看到的那样：为了产生各个绝缘系统层10，相应的带状材料条带20、21、22或23分别以多个绕制部30、31、32、33、34(仅示例地用数字标明，参见图2)围绕导电元件6缠绕，更确切地说，通过如下方式：相应的带状材料条带20、21、22或23的各个绕制部30、31、32、33、34在轴向方向17上沿着中轴线16与重叠区域35(在此仅示例地用数字标明)彼此半重叠地设置。

在该实施例中，内电势控制层11由单一的通过唯一的带状材料条带20产生的绕制部层片36构成，而主绝缘层12由总共四个绕制部层片37、38、39和40缠绕。

如以绕制部33为例作为绝缘系统层10的全部其余的绕制部30、31、32或34的代表所阐述的那样，在该实施例中，带状材料条带20至23在其相应的长边区域41和42处相对于其相应的中间区域43被削平。由此，绕制部30、31、32、33或34更紧密地彼此紧贴从而与迄今为止在从现有技术中已知的方法中的这种情况相比，形成显著更小的用树脂填充的间隙44(仅示例地用数字标明)。

在任何情况下当前都良好地解决迄今为止关于主要仅用树脂填充的缺陷部位所提到的问题和由此引起的较小的电抗性等。

长边区域41和42的这种削平能够尤其良好地通过如下方式实现：切割成宽度最终尺寸或直接地制成宽度最终尺寸的带状材料条带20至23在其外侧或在长边区域41和42处被压缩。

毫无疑问有利的是：带状材料条带20至23沿着其宽度方向45在其长边区域41或42处与在其纵向中轴线46的区域中(仅示例地用数字标明)相比更薄地设计，进而具有可变的带横截面。

此外，各个绕制部30、31、32、33或34在此彼此间还是较紧密的，因为相应的带状材料条带20至23的表面侧47和48分别双凸状地连续弯曲并且不像迄今为止常见的那样弯折。

此外，在带状材料条带20至23的中间区域43和被削平的较薄的长边区域41或42之间存在连续弯曲的过渡区域50或51(在此仅示例地绘出)，由此各个绕制部30至34仍较紧密地彼此贴靠。

此外，在各个绕制部30至34之间起作用的接触面52(在此仅示例地用数字说明)尤其大面积地形成，因为绕制部30至34的长边区域41或42的外部的侧边缘53或54(仅示例地用数字说明)设置为直至超过分别直接相邻的绕制部30至34的沿着宽度方向45凹状弯曲的表面侧47或48的相应的拐点55(仅示例地用数字标明)。

本发明尽管在细节上通过优选的实施例详细说明和描述，然而本发明不同受所公开的实例的限制，并且本领域技术人员能够由从中推导出其他的变型形式，而不脱离本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种电机(3)的导电元件(6)的绝缘系统(1)，所述绝缘系统具有多个绝缘系统层(10)，所述绝缘系统包括：内电势控制层(11)、主绝缘层(12)、外电晕防护层(13)和端部电晕防护层(14)，

其中所述绝缘系统层(10)分别包括用树脂浸透的带状材料条带(20，21，22，23)，所述带状材料条带以多个绕制部(30，31，32，34)围绕所述导电元件(6，7)缠绕，使得所述绕制部(30，31，32，34)以重叠区域(35)半重叠地设置在相应的所述带状材料条带(20，21，22，23)的长边区域(41，42)上，

其中至少一个所述带状材料条带(20，21，22，23)在其长边区域(41，42)处相对于其中间区域(43)被削平，

其中至少一个所述带状材料条带(20，21，22，23)沿着宽度方向(45)在其长边区域(41，42)处与在其纵向中线(46)的区域中相比更薄地构成。

2.根据权利要求1所述的绝缘系统(1)，

其中至少一个所述带状材料条带(20，21，22，23)沿着宽度方向(45)具有可变的带横截面。

3.根据权利要求1或2所述的绝缘系统(1)，

其中所述带状材料条带(20，21，22，23)的上部的表面侧(47)和所述带状材料条带(20，21，22，23)的下部的表面侧(48)在所述长边区域(41，42)处呈锐角地彼此会聚成侧边缘(53，54)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的绝缘系统(1)，

其中至少一个所述带状材料条带(20，21，22，23)沿着宽度方向(45)关于其两个表面侧(47，48)双凸状地构成。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的绝缘系统(1)，

其中至少一个所述带状材料条带(20，21，22，23)的中间区域(43)借助于连续弯曲的过渡区域(50，51)过渡成该带状材料条带(20，21，22，23)的长边区域(41，42)，所述长边区域与所述中间区域(43)相比更薄地构成。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的绝缘系统(1)，

其中至少一个所述带状材料条带(20，21，22，23)的绕制部(30，31，32，33，34)的长边区域(41，42)的外部的侧边缘(53，54)设置为，直至超过该带状材料条带(20，21，22，23)的直接相邻的绕制部(30，31，32，33，34)的沿着宽度方向(45)凹状弯曲的表面(47，48)的拐点(55)。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的绝缘系统(1)，

其中至少一个所述带状材料条带(20，21，22，23)的绕制部(30，31，32，33，34)的长边区域(41，42)的外部的侧边缘(53，54)设置为，直至超过该带状材料条带(20，21，22，23)的直接相邻的绕制部(30，31，32，33，34)的纵向中线(46)。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的绝缘系统(1)，

其中至少一个所述带状材料条带(20，21，22，23)的两个直接相邻的绕制部(30，31，32，33，34)之间的接触面(52)沿着宽度方向(45)设置为，直至超过该带状材料条带(20，21，22，23)的直接相邻的绕制部(30，31，32，33，34)的沿着宽度方向(45)凹状弯曲的表面侧(47，48)的拐点(55)。

9.一种电机(3)的定子(5)，所述定子具有至少一个包括槽(8)的定子叠片组(2)并且具有导电的传导元件(6，7)，所述导电的传导元件以绝缘的方式固持在至少一个所述定子叠片组(2)的所述槽(8)中，

其中所述定子(5)包括根据上述权利要求中任一项所述的绝缘系统(1)。

10.一种电机(3)，尤其是涡轮发电机(4)，

具有绝缘系统(1)，所述绝缘系统用于将导电元件(6，7)相对于用于固持所述导电元件(6，7)的定子叠片组(2)绝缘，

其中所述电机(3)的特征在于设有根据权利要求1至8中任一项所述的绝缘系统(1)和/或设有根据权利要求9所述的定子(5)。

11.一种用于使电机(3)的导电元件(6，7)绝缘的方法，

其中内电势控制层(11)、主绝缘层(12)、外电晕防护层(13)和端部电晕防护层(14)分别作为带状材料条带(20，21，22，23)以多个绕制部(30，31，32，34)围绕所述导电元件(6，7)缠绕，并且其中所述绕制部(30，31，32，34)半重叠地设置在相应的所述带状材料条带(20，21，22，23)的长边区域(41，42)处，

其中在围绕所述导电元件(6，7)缠绕之前和/或在围绕所述导电元件(6，7)缠绕期间，压缩围绕所述导电元件(6，7)缠绕的至少一个所述带状材料条带(20，21，22，23)的所述长边区域(41，42)。