CN106464057B - 用于高压电机的电晕屏蔽系统、修复漆和制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于高压电机的电晕屏蔽系统，所述电晕屏蔽系统包括用于高压电机的带电导体的包覆体，其中包覆体具有导电漆(10)，其中导电漆(10)添加有填充剂，其中填充剂至少部分地包括热膨胀的填充剂。此外，本发明涉及一种修复漆和一种制造方法。
Description
技术领域
本发明涉及用于高压电机的电晕屏蔽系统的领域，所述电晕屏蔽系统具有用于高压电机的带电导体的包覆体，其中包覆体具有导电漆，其中导电漆添加有填充剂。此外，本发明涉及一种修复漆和对此的制造方法。这类电晕屏蔽系统、修复漆和方法尤其对于旋转电机、例如发电机和/或电动机是感兴趣的。
背景技术
在涡轮发电机中，在单杆或全浸渍技术中，发电机绕组杆借助内部导电层(内部电势控制装置-IPS)和外部导电层(外部电晕屏蔽装置-AGS)被屏蔽以防止空腔和分离。涡轮发电机现在大多实现成具有实心的双极转子或四极转子的三线的三相同步电机。这种涡轮发电机的功率范围典型地达到大约20MVA至大约2000MVA。
常见的同步发电机的定子包括多个所谓的定子绕组，在所述定子绕组中，通过与旋转的、以恒定电流加载的转子的感应的相互作用，感生出交变电压。定子绕组容纳在所谓的叠片组中。此外，所述叠片组用于引导和加强磁场。为了减小通过涡流产生的损耗，整个叠片组由薄的、彼此绝缘的叠片构成。定子绕组由多个杆构成，所述杆的相应的中间件(所谓的“有源部分”)置于叠片组的槽中。各个杆在所谓的“绕组头”上渐开线形地从槽离开。在那里，各个杆与定子绕组互连(也就是说，彼此接触)。
位于叠片组中的杆或杆区域处于高电势，进而相对于彼此、以及相对于接地的叠片组通过主绝缘层绝缘。
为了在数kV的工作电压下避免局部放电，主绝缘层通常借助内部导电层和外部导电层被屏蔽以防止空腔和分离(内部电势控制装置-IPS，或外部电晕屏蔽装置-AGS)。电场强度在主绝缘层中从IPS开始沿径向方向直至AGS减少。因此确保：电场仅留在主绝缘装置的内部，并且在主绝缘装置和接地的叠片组之间不出现局部放电。为了轴向地控制在外部电晕屏蔽装置的端部上的电场，此外施加弱导电的端部电晕屏蔽装置，并且将其与外部电晕屏蔽装置电连接。
旋转电机的外部电晕屏蔽装置承受自然老化，所述自然老化根据发电机的结构类型和制造商通过热机械应力、振动或局部放电活动造成。作为结果，外部电晕屏蔽装置的一部分被侵蚀。在此，特殊形式是电学引起的侵蚀。原则上，侵蚀部位涉及外部电晕屏蔽装置的整个长度，其中根据发电机的结构类型和制造商，更大程度地涉及在叠片组之内的外部电晕屏蔽装置或在叠片组之外的外部电晕屏蔽装置。通过逐步侵蚀，在轴向方向上干扰端部电晕屏蔽装置与叠片组的电联接。在径向方向上，一方面出现局部放电，另一方面杆松动进而在极端情况下经受强烈振动。
因此，需要导电物质，所述导电物质能够消除已形成的裂缝(作为修复漆应用)或正形成的裂缝(在制造发电机时应用)，并且确保导电地润湿主绝缘装置的露出的表面。然而，不利的是：大部分基于聚合物的漆和颜料在干燥或硬化时干缩，进而尤其加难无间隙地消除裂缝。此外，由于热机械的载荷循环，不排除在运行中重新出现裂缝。
发明内容
本发明的第一目的是，实现一种在侵蚀方面改进的电晕屏蔽系统。第二目的是提出一种用于在被侵蚀的电晕屏蔽系统上进行修复的修复漆。第三目的是提出一种用于对被侵蚀的电晕屏蔽系统进行修复的方法。
第一目的通过提出一种用于高压电机的电晕屏蔽系统来实现，所述电晕屏蔽系统包括用于高压电机的带电导体的包覆体，其中包覆体具有导电漆，其中导电漆添加有填充剂，并且其中填充剂至少部分地包括热膨胀的填充剂。
第二目的通过提出一种用于修复供高压电机用的包覆体的修复漆来实现，所述修复漆包括导电漆，其中导电漆添加有填充剂，并且其中填充剂至少部分地包括热膨胀的填充剂。
修复漆优选能够应用于/使用于修复如在上文中描述的被侵蚀的包覆体。
通过将可热膨胀的填充剂添加到导电漆(此外也类似地称作为基体)中，能够产生可热膨胀的漆或修复漆。将这种修复漆在液态下尽可能地填满侵蚀部位，即裂缝以及具有被侵蚀的AGS的部位，然后在环境影响下(预)胶化或预干燥(例如在室温交联的基体中)，并且接着通过热量的作用膨胀。修复漆的内部中的预胶化阻碍过度膨胀，使得填充剂仅能够在漆中的分子间键允许的程度上膨胀。
因此，与现有技术的未填充的、干缩的导电漆相比，能够更好地并且更可靠地填满被侵蚀的电晕屏蔽区域上的裂缝。借助温度影响，除了填充剂的膨胀之外，也引起漆的最终交联，使得漆或修复漆充分固化。然而，根据基体材料，能够有针对性地实现剩余弹性，所述剩余弹性对于均衡可能的热机械的载荷循环是必需的。
在下文中列举其他有利的措施，所述措施能够任意地彼此组合，以实现其他优点。
优选地，填充剂是导电的。在此，导电性能够固有地存在，或者通过覆层或表面处理建立。
优选地，填充剂完全由热膨胀的填充剂构成。
在特殊的设计方案中，热膨胀的填充剂至少部分地包括微观的空心球，所述空心球的外壳由聚合物构成。优选地，在外壳上安放有或施加有不同的无机覆层，所述无机覆层有利地影响机械强度、抗侵蚀性、导热性或导电性。在特殊的设计方案中，空心球包含气体和/或沸腾的液体，其中在热量的作用下，空心球的外壳软化，并且包含在空心球中的气体或沸腾的液体引起膨胀。因此，所得到的可热膨胀的漆在热量的作用下占据更高的体积或者能够填满可用的体积。
下述事实对于作为导电漆使用产生有利影响：通过漆润湿这种空心球的表面，这通过漆粘性造成，进而电屏蔽空心球的内部的空腔。因此，也能够使用不具有导电覆层的空心球。
对于聚合物的球壳材料，空心球的膨胀的温度范围在60℃-220℃的范围中。通过适当地选择球壳材料和填充剂，能够设定球在预设温度下的可能的膨胀的程度以及膨胀的唯一性或可逆性。
典型的尺寸：
球直径未膨胀：10μm-40μm，
球直径膨胀：至200μm，
壁厚：从几十μm(未膨胀)至几μm或更少(膨胀)。
在此，可热膨胀的材料的材料特性、主要是空心球的填充程度、其大小和漆的特性是决定性的，所述漆包含并且包围微型空心球。球的膨胀也能够通过漆或温度限制。因此，限制整个材料的膨胀。
为了提高修复漆的抗侵蚀性，漆或基体也能够添加有纳米级的或微米级的无机的阻止侵蚀的颗粒。由此，在出现局部放电时，显著降低侵蚀速度。
在优选的设计方案中，漆是弹性的或半弹性的。由此，漆也能够考虑在生产发电机或修复时应用，所述漆在运行热量下或通过特殊的加热过程/发电机暖机过程能够在侵蚀情况下膨胀。如果漆的一部分被侵蚀，那么通过剩余区域的膨胀能够至少部分地填满侵蚀的体积。因此，降低侵蚀速度。
优选地，热膨胀的填充剂的膨胀温度超过漆的胶化和/或硬化温度。当填充剂的膨胀温度超过漆或基体的胶化和/或硬化温度时，也能够使用热硬化的漆体系。因此，短的修复时间是可能的。
优选地，具有热膨胀的填充剂的漆已经是预胶化的。漆的内部的预胶化阻碍过度的膨胀，使得填充剂颗粒仅能够在漆中分子间键允许的程度上膨胀。因此，与现有技术的未填充的、干缩的导电漆相比，能够更好地并且更可靠地填满受到侵蚀的区域上的裂缝。
在优选的设计方案中，具有热膨胀的填充剂的漆在施用时具有不同的交联度。通过漆层中的不同的交联度，能够实现沿轴向方向膨胀到否则非常难以接近的裂缝中。在此，漆材料尤其能够一方面基本上由单体构成，所述单体在硬化反应中交链和/或交联成固体。替选地，基体材料也能够已经由部分预交联的(B阶)聚合物构成，所述聚合物随后在硬化反应中再次交联成固体。在此，这种硬化反应尤其能够通过聚合作用、加聚作用或缩聚作用实现。现在，通过漆中的不同的交联度，实现沿轴向方向膨胀到否则非常难以接近的裂缝中。
优选地，电晕屏蔽系统是外部电晕屏蔽装置。替选地，电晕屏蔽系统优选是端部电晕屏蔽装置。
第三目的通过提出一种用于制造电晕屏蔽系统的方法来实现，所述电晕屏蔽系统包括用于高压电机的带电导体的导电的包覆体，其中包覆体至少部分是侵蚀的，所述方法具有下述步骤：
-提供导电漆，其中导电漆添加有热膨胀的填充剂；
-将具有添加的热膨胀的填充剂的导电漆至少涂覆到侵蚀部位上；
-使具有添加的热膨胀的填充剂的导电漆至少部分地流入到侵蚀部位中；
-将具有添加的热膨胀的填充剂的导电漆预干燥和/或预胶化；
-使具有添加的热膨胀的填充剂的导电漆膨胀，其中通过膨胀，基本上完全填满侵蚀部位。
优选地，膨胀能够通过用热空气加热和/或在运行中通过例如发电机的运行热量进行。当此外填充剂的膨胀温度超过漆的胶化温度和/或硬化温度时，也能够使用热硬化的漆。因此，短的修复时间是可能的。
优选地，热膨胀的填充剂至少部分地包括微观的空心球，所述空心球的外壳由聚合物构成，其中通过漆或温度限制空心球的膨胀。在热量的作用下，空心球的外壳软化，并且包含在空心球中的气体和/或沸腾的液体引起膨胀。在此，得到的可热膨胀的修复漆在热量的作用下占据更高的体积或者能够填满可用的体积。
优选地，通过规定球壳材料和填充剂，设定球在预设温度下的可能的膨胀的程度以及膨胀的唯一性或可逆性。对于可热膨胀的材料的材料特性而言，基本上空心球的填充程度、其大小和漆的特性是决定性的，所述漆包含并且包围微型空心球。球的膨胀也能够通过漆或温度限制。因此，限制整个材料的膨胀。
通过本发明，借助修复漆更快地、更可靠地并且更持续地修复电晕屏蔽装置是可能的。此外，得出一种改进的电晕屏蔽系统。如果根据本发明的漆的一部分被侵蚀，那么通过剩余的区域的膨胀能够至少部分地填满被侵蚀的体积。因此，降低侵蚀速度。原则上能够避免重绕。
附图说明
本发明的其他特征、特性和优点从下面参考附图的描述中得出。其中示意性地示出：
图1示出具有根据本发明的电晕屏蔽系统的涡轮发电机定子的纵剖面，
图2示出根据本发明的修复漆，
图3示出基于修复难以接近的部位的方法。
具体实施方式
如从附图中可见的那样，涡轮发电机定子1具有定子叠片组2，发电机绕组杆3从所述定子叠片组中伸出。发电机绕组杆3由主绝缘部4包围，其中绕组杆3以其主绝缘部4并且以其一个端部也设置在定子叠片组2之外。在绕组杆3伸出定子叠片组2的伸出部位的区域中，示出外部电晕屏蔽装置5，所述外部电晕屏蔽装置包裹主绝缘部4并且经由叠片组借助接地部6接地。此外，在发电机绕组杆3和主绝缘部4之间设有内部的电势控制装置7。从外部电晕屏蔽装置5的背离定子叠片组2的端部开始，端部电晕屏蔽装置8在部分长度上包覆主绝缘部4。电晕屏蔽系统能够具有外部电晕屏蔽装置5和端部电晕屏蔽装置8，其中端部电晕屏蔽装置在其朝向叠片组的端部上电联接到外部电晕屏蔽装置上。元件3、4、5、7穿过叠片组的未绘制的槽，并且在叠片组的另一端部上同样具有带有端部电晕屏蔽装置8的、对应于图1的设置。
可能的侵蚀部位原则上涉及外部电晕屏蔽装置的整个长度，其中根据发电机的结构类型和制造商，更大程度地涉及在叠片组之内的外部电晕屏蔽装置或者在叠片组之外的外部电晕屏蔽装置。通过逐步侵蚀，在轴向方向上干扰端部电晕屏蔽装置与叠片组的电联接。在径向方向上，一方面出现局部放电，并且另一方面杆松动进而在极端情况下受到强烈的振动。当然，侵蚀也能够或附加地能够涉及端部电晕屏蔽装置8。
因此，为了修复和/或制造，需要导电物质，所述导电物质能够消除已形成的或正形成的裂缝，并且确保导电地润湿主绝缘装置的露出的表面。
通过将可热膨胀的填充剂添加到导电漆10(此外也类似地称作为基体)中(图2)，能够产生可热膨胀的修复漆14(图2)。
图2示出这种修复漆14。这种修复漆14(图2)在液态下尽可能地填满裂缝，随后在环境影响下胶化或预干燥(例如在室温交联的基体中)，并且接着通过热量的作用膨胀。
修复漆14的内部的预胶化/预干燥阻碍过度膨胀，使得填充剂仅能够在漆10中的分子间键允许的程度上膨胀。
因此，与现有技术的未填充的、干缩的漆相比，尤其能够更好地并且更可靠地填满在被侵蚀的电晕屏蔽区域上的裂缝。作为可热膨胀的填充剂，能够使用微观的空心球13，所述空心球的外壳11由聚合物构成。能够将不同的有机的以及无机的覆层安放或施加到外壳11上，所述覆层有利地影响机械强度、抗侵蚀性、导热性或导电性。在热量的作用下，空心球13的外壳11软化，并且包含在空心球13中的气体12和/或沸腾的液体12引起膨胀。因此，得到的可热膨胀的修复漆14在热量的作用下占据更高的体积或者能够填满可用的体积。
下述事实对于作为导电漆使用产生有利影响：通过漆10润湿这种空心球13的表面，这通过漆粘性引起，进而电屏蔽空心球的内部的空腔。因此，也能够使用不具有导电的覆层的空心球13。
对于聚合物的球壳材料，空心球13的膨胀的温度范围位于60℃-220℃的范围中。通过适当地选择球壳材料和填充剂，能够设定空心球13在预设温度下的可能的膨胀的程度以及膨胀的唯一性或可逆性。在此，可能的球直径是：未膨胀时10μm-40μm，膨胀时至200μm。在此，壁厚能够从几十μm(未膨胀)达到几μm或更少(膨胀)。
在此，对于可热膨胀的材料的材料特性而言，基本上空心球13的填充程度、其大小和漆10的特性是决定性的，所述漆包含并且包围微型空心球13。空心球13的膨胀也能够通过漆10或温度限制。因此，限制整个材料的膨胀。
膨胀能够在修复时通过用热空气加热或在运行时通过例如发电机的运行热量、或者通过在分开的发电机暖机过程的范围中还更高的温度作用进行。此外，当填充剂的膨胀温度超过漆10的胶化和/或硬化温度时，也能够使用热硬化的漆体系10。因此，短的修复时间是可能的。
选择弹性的或半弹性的漆10或基体提供其他的可能性。由此，修复漆或漆也能够考虑用于在发电机生产14时使用，所述修复漆或漆在运行热量下或通过特殊的加热过程/发电机暖机过程能够在侵蚀情况下膨胀。如果漆14的一部分被侵蚀，那么通过剩余的区域的膨胀能够至少部分地填满被侵蚀的体积。因此，降低侵蚀速度。
为了提高修复漆14的抗侵蚀性，也能够将纳米级的或微米级的无机的阻止侵蚀的颗粒(未示出)添加给漆10。由此，在出现局部放电时，侵蚀速度显著降低。
通过修复漆14中的不同的交联程度，此外能够实现沿轴向方向膨胀到否则非常难以接近的裂缝中。这根据图3描述：
图3示出对叠片组的冷却通道15中的难以接近的侵蚀部位16的修复。通过修复漆14的内部的不同交联的内部区域18和交联的漆外皮17，在表面上出现屏障，所述屏障能够在径向方向上(在图3中向上)阻止漆的膨胀，并且在轴向方向上(在图3中向右和向左)促进漆的膨胀。通过例如由层厚度引起的相对于硬化催化剂、例如空气、热量、紫外光等的暴露的不同程度，实现修复漆14的部分交联方面的差异。
借助温度影响，除了填充颗粒的膨胀之外，也引起修复漆14的最终交联，使得修复漆14充分固化。然而，根据漆材料能够有针对性地实现剩余弹性，所述剩余弹性对于均衡可能的热机械的载荷循环是必需的。
通过本发明，借助修复漆更快地、更可靠地并且更持续地修复电晕屏蔽装置是可能的。此外，给出一种改进的电晕屏蔽系统。如果根据本发明的漆的一部分被侵蚀，那么通过剩余的区域的膨胀能够至少部分地填满被侵蚀的体积。因此，降低侵蚀速度。原则上能够避免重绕。
Claims (26)
1.一种用于高压电机的电晕屏蔽系统，所述电晕屏蔽系统包括用于所述高压电机的带电导体的包覆体，其中所述包覆体具有导电的漆(10)，其中导电的所述漆(10)添加有填充剂，
其特征在于，
所述填充剂至少部分地包括热膨胀填充剂。
2.根据权利要求1所述的用于高压电机的电晕屏蔽系统，
其特征在于，
所述填充剂是导电的。
3.根据权利要求1所述的用于高压电机的电晕屏蔽系统，
其特征在于，
所述填充剂完全由热膨胀填充剂构成。
4.根据权利要求1所述的用于高压电机的电晕屏蔽系统，
其特征在于，
所述热膨胀填充剂至少部分地包括微观的空心球(13)，所述空心球的外壳(11)由聚合物构成。
5.根据权利要求4所述的用于高压电机的电晕屏蔽系统，
其特征在于，
在所述外壳(11)上安放有或施加有不同的无机覆层，所述无机覆层有利地影响机械强度、抗侵蚀性、导热性或导电性。
6.根据权利要求4所述的用于高压电机的电晕屏蔽系统，
其特征在于，
所述空心球(13)包含气体(12)和/或沸腾的液体(12)，其中在热量的作用下，所述空心球(13)的所述外壳(11)软化，并且包含在所述空心球(13)中的所述气体(12)和/或沸腾的液体(12)引起膨胀。
7.根据权利要求1所述的用于高压电机的电晕屏蔽系统，
其特征在于，
所述漆(10)添加有纳米级的和/或微米级的无机的阻止侵蚀的颗粒。
8.根据权利要求1所述的用于高压电机的电晕屏蔽系统，
其特征在于，
所述漆(10)是弹性的或半弹性的。
9.根据权利要求1所述的用于高压电机的电晕屏蔽系统，
其特征在于，
所述热膨胀填充剂的膨胀温度超过所述漆(10)的胶化温度和/或硬化温度。
10.根据权利要求1所述的用于高压电机的电晕屏蔽系统，
其特征在于，
具有所述热膨胀填充剂的所述漆(10)是预胶化的。
11.根据权利要求1所述的用于高压电机的电晕屏蔽系统，
其特征在于，
具有所述热膨胀填充剂的所述漆(10)在施用时具有不同的交联度。
12.根据权利要求1所述的用于高压电机的电晕屏蔽系统，
其特征在于，
所述电晕屏蔽系统是外部电晕屏蔽装置(5)。
13.根据权利要求1所述的用于高压电机的电晕屏蔽系统，
其特征在于，
所述电晕屏蔽系统包含端部电晕屏蔽装置(8)。
14.一种修复用于高压电机的包覆体的修复漆(14)，所述修复漆包括导电的漆，其中导电的所述漆(10)添加有填充剂，
其特征在于，
所述填充剂至少部分地包括热膨胀填充剂。
15.根据权利要求14所述的修复用于高压电机的包覆体的修复漆(14)，
其特征在于，
所述热膨胀填充剂至少部分地包括微观的空心球(13)，所述空心球的外壳(11)由聚合物构成。
16.根据权利要求15所述的修复用于高压电机的包覆体的修复漆(14)，
其特征在于，
在所述外壳(11)上安放有或施加有不同的无机覆层，所述无机覆层有利地影响机械强度、抗侵蚀性、导热性或导电性。
17.根据权利要求14所述的修复用于高压电机的包覆体的修复漆(14)，
其特征在于，
所述漆(10)添加有纳米级的和/或微米级的无机的阻止侵蚀的颗粒。
18.根据权利要求14所述的修复用于高压电机的包覆体的修复漆(14)，
其特征在于，
所述漆(10)是弹性的或半弹性的。
19.根据权利要求14所述的修复用于高压电机的包覆体的修复漆(14)，
其特征在于，
所述热膨胀填充剂的膨胀温度超过所述漆(10)的胶化温度和/或硬化温度。
20.根据权利要求14所述的修复用于高压电机的包覆体的修复漆(14)，
其特征在于，
具有所述热膨胀填充剂的所述漆(10)是预胶化的。
21.根据权利要求14所述的修复用于高压电机的包覆体的修复漆(14)，
其特征在于，
具有所述热膨胀填充剂的所述漆(10)在施用时具有不同的交联度。
22.根据权利要求14所述的修复用于高压电机的包覆体的修复漆(14)，其中所述包覆体是根据权利要求1-13中任一项所述的用于高压电机的电晕屏蔽系统的包覆体。
23.一种用于制造用于高压电机的电晕屏蔽系统的方法，所述电晕屏蔽系统包括用于所述高压电机的带电导体的导电的包覆体，其中所述包覆体至少部分地被侵蚀，
其特征在于，
所述方法具有下述步骤：
-提供导电的漆(10)，其中将热膨胀填充剂添加给导电的所述漆(10)；
-将具有添加的所述热膨胀填充剂的导电的所述漆(10)至少涂覆到侵蚀部位上；
-使具有添加的所述热膨胀填充剂的导电的所述漆(10)至少部分地流入到所述侵蚀部位中；
-预干燥和/或预胶化具有添加的所述热膨胀填充剂的导电的所述漆(10)；
-使具有添加的所述热膨胀填充剂的导电的所述漆(10)膨胀，其中通过膨胀基本上完全填满所述侵蚀部位。
24.根据权利要求23所述的用于制造用于高压电机的电晕屏蔽系统的方法，
其特征在于，
所述膨胀通过用热空气加热和/或在运行时通过运行热量、或者通过分开的加热过程/发电机暖机过程进行。
25.根据权利要求23所述的用于制造用于高压电机的电晕屏蔽系统的方法，
其特征在于，
所述热膨胀填充剂至少部分地包括微观的空心球(13)，所述空心球的外壳(11)由聚合物构成，其中通过所述漆(10)或温度限制所述空心球(13)的膨胀。
26.根据权利要求25所述的用于制造用于高压电机的电晕屏蔽系统的方法，
其特征在于，
通过规定球壳材料和所述填充剂，设定所述空心球(13)在预设温度下的膨胀的程度以及所述膨胀的唯一性或可逆性。
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