CN1129995C - 用于大型电机的导体绕组装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于大型电机的导体绕组装置(1)，它可用一种填料浸渍，该绕组装置(1)具有一支承体(2)和至少一个绕组元件(3)。该绕组元件(3)被放置在该支承体(2)的一相应的槽(4)中，且具有至少一导电体(5)。该导电体(5)被一绝缘套(6)所包封，该绝缘套(6)为一第一保护层(7)所环绕，该第一保护层(7)又为一第二保护层(8)所环绕。保护层(7，8)的表面(9，10)相互靠着，并能保证保护层(7，8)相互间具有几乎自由的运动性。

Description

用于大型电机的导体绕组装置
本发明涉及一种用于大型电机的导体绕组装置，该导体绕组配量可浸渍有一填料，具有一支承体和至少一绕组元件，该绕组元件包含至少一导电体，该导电体为一绝缘套所包封，该绝缘套本身又为一保护层所环绕。
在文献WO 91/01059 A1和WO 93/06646 A1中各自描述了一种用于大型电机的导体绕组装置，该装置具有一铁磁的和电导的支承体和绕组元件，该装置特别提供用于具有大于约20MVA的电功率输入和输出的大型电机。一种在这样一种装置中的绕组元件具有一基体，该基体具有至少一电导性好的金属丝或金属棒，尤其是具有多个这样的金属棒。该基体为一绝缘套所环绕，该绝缘套又为一半导电的保护层所包封。绝缘套由一种要用或已用一种填料所浸渍的、包含有云母的材料所组成，该材料通常是绕在该基体上的以粉云母为基质的带子。作为填料可应用合成树脂，优选地应用一种热固性的环氧树脂系统，例如一种由环氧树脂和酸酐组成的热固性混合物，一种绕组元件的基体被建造成棒形的，尤其是约成直线形，其两端成弯曲状，或是做成由被绕导线形成的线圈。在采用所谓的全浸入浸渍方法的过程中，支承体首先在先前无填料浸渍的情况下完整地安装好缠绕有一未浸渍的可浸渍绝缘体的绕组元件，且紧接着对它整体地加以浸渍。为此要用到一种稀液的填料，该填料在压力作用下产生浸渍的情况下能充填存在于装置中的每一间隙。在其后的固化之后，该导体绕组装置则变成一单一的紧凑固体。用这样一种完全浸渍的导体绕组装置可保证出色的电性能，尤其是保证高质量的电介质。此外，固化的填料可用来将绕组元件固定在槽中，这样可极大地降低对槽封装置的要求。
在一被放入一支承体槽中的浸渍了的绕组元件中，从上述描述可知，在用填料进行浸渍以及其后的填料固化中还有在更后的大型电机的运行中，就可能出现普通环境温度间的温度变化且可明显地高于100℃的情况。由于支承体和填料相互间不同的热膨胀系数，会产生能导致形成裂纹的热应力。通过这种裂纹或裂缝，一方面会降低整个绕组的刚度，另一方面在大型电机运行时会在裂缝中产生电晕放电，这种电晕放电不仅破坏了电介质的质量，且随着时间的经过会导致对绝缘的破坏。为防止这样的一种破坏，在文献WO91/01059 A1中提出：在包封绝缘体的弱导电保护层和另一半导电保护层之间插入一分离层，该分离层会对两弱导电保护层产生一种由填料所限定的降低了的粘接作用。该分离层可与一个弱导电层的材料或与另一弱导电层的材料结合在一起。分离层包含一种分离剂，该分离剂不被填料所浸润。对填料采用一种合成树脂的情况，分离剂比如可以是一种油性或脂类物质、聚四氟乙烯、硅树脂材料或其类似物。分离剂在此处被添加给一种载体、优选是一种纺织物或一薄膜，其中纺织物或薄膜可通过合适的添加剂被做成半导电的。通过将分离层放入两半导电层之间，则可产生一电屏蔽区，其机械强度与放入一槽中的绕组元件的其它区域相比要小。比如由热膨胀和收缩过程所引起的填料中的裂纹容易出现在具有降低强度的这种区域中。这种有目的地倾向于形成裂纹的区域(名义断裂点)是很好规定的，且在其中不出现任何显著的电位降，这样可实际上杜绝在裂纹中形成火花且可避免损坏装置的电性能。
在文献DE 4219064 A1中描述了一种用于一电机定子绕组的电晕防护装置。该电晕防护装置由两上下叠起的导电层组成，其中第一层被一浸渍树脂完全浸透直至一主绝缘，且被很好地粘附在主绝缘上。第二层与此相对则被用一不含浸渍树脂的材料所处理，这样该第二层既不与第一层又不与槽壁相粘连。由此则形成两相互平行的导电层，在它们之间则可实施由热膨胀而产生的分离。
在文献DE 3636008 A1中描述了一种电机，它具有一用全浸入浸渍技术制造的定子绕组，该定子绕组具有相互绝缘的、组合成绕组棒的股线。这些股线被一主绝缘套所环绕且被设置在叠片式定子体的槽中且被槽楔固定在径向上。由此可阻止绕组线棒在径向的运动，这样槽楔经一浸渍树脂被牢固地与叠片式定子体粘接在一起。由此可解决文献DE 363600 A1中的问题，该问题在于：在对电机加热或冷却时会在主绝缘套和叠片式定子间产生很大的膨胀差，这些膨胀差不能为粘接点所吸收，这样会出现局部撕裂和松动。在很高的电机功率情况下，在导线和定子铁芯一槽中会出现主要在径向上起作用的磁场应力，这样导体和定子铁芯一槽在起始松动之后能够以两倍的电网频率振动。其结果可导致对主绝缘套的机械破坏并最终导致电机发生故障。绕组棒全面地为一滑动覆盖层所环绕，该滑动覆盖层在全浸入浸渍方法中所引入的浸渍树脂所作的浸渍和固化之后不会与主绝缘产生粘接连接。该滑动覆盖层由带状或片状纤维网或织物组成，该纤维网浸渍有一种树脂，且具有导电填料，例如石墨粉，用于取得一种所要求的滑动覆盖层的电导率。通过一种可能有待提供的外部电晕防护或槽电晕防护可防止电晕放电，在这些外部电晕保护或槽电晕防护周围则设置有滑动覆盖层，滑动覆盖层的电导率是这样的：在每单位面积上可取得1kΩ～25kΩ的量级的表面电阻值。该滑动覆盖层由一玻璃纤维网或织物所制成，它们用混合有导电填料的硅树脂所浸渍。由于浸渍树脂由一种环氧树脂或聚酯树脂所制成，应该避免由于滑动覆盖层具有不同的浸渍树脂基质所产生的与主绝缘套相粘接的现象。这样在滑动覆盖层和主绝缘套之间不产生任粘接，由此能使绕组棒在轴向上能在槽中自由膨胀伸长。
本发明的目的是提供一种用于大型电机的导体绕组装置，它具有一绕组元件，该绕组元件具有至少一根导电体，该导电体尤其在需修理导体绕组装置时可简单地被拆下。
本发明的目的是通过这样一种导体绕组装置来实现的，其中该导电体为一绝缘套所包封，该绝缘套又被一第一保护层所环绕，该保护层又为一第二保护层环绕，其中各保护层相对的表面被设计成抗粘接表面，它们基本上是不粘接地亦即具有较小摩擦阻力地彼此邻接。绝缘套可以是一种高压绝缘体。
由于表面间这种很小的相互粘着性，这种很小的粘着性即使对导电绕组装置用填料进行完全浸渍也能保证，这样具有绝缘套以及环绕该绝缘套的第一保护层的导电体便可简单地从导体绕组装置尤其是在进行修理的情况下被取下来。由于在两相互邻接的抗粘接表面间的摩擦阻力是如此的小，以致于在一根具有数米长的导电体中各保护层之间的粘滞摩擦和滑动摩擦也相当的小，因此被缠绕的导电体可特别容易地从导体绕组装置上被取下。根据已有技术的隔离层或滑动覆盖层与此相反总是与一具有高摩擦阻力的面相邻接且至少在某些区域上与这样一种表面相粘接，由此所需用于取下导电体的拉力则很大。进一步具有优点的是：这些保护层比已有的保护层，尤其是外部电晕防护装置具有更小的层厚度，由此可保证通过保护层的更好的热传递。这种情况还可允许在与已有的支承体的槽具有相同宽度时以较大层厚度来设计绝缘套，尤其是一种高压绝缘套，这样可采用一种具有改进了的热导率的绝缘套。适合这方面例子的比如是一种由导热的细云母玻璃丝带制成的绝缘套。
两保护层优选分别为弱导电的且组成一用于绝缘套的外部电晕防护。弱导电性在这方面意味着：每一保护层的表面电阻率在2kΩ～100kΩ之间，优选地在50kΩ～30kΩ之间。由此可保证充分的电位控制且可防止电晕放电的发生。
每一保护层优选地具有一层厚为50μm～150μm，尤其是100μm。由此可将电保护层所形成的外部电晕保护层的层厚降至0.1mm～0.3mm。这样小的一个层厚度能保证在导电体，尤其是一铜制条形实心体和由一叠片铁芯组成的支承体之间进行良好的热传递。这种情况又导致对导体绕组装置的热负载的降低，从而可有助于延长装置的使用寿命。
第一保护层优选地由一根或多根带组成，它们以单层形式被绕于绝缘套周围。该带优选地具有一可浸渍纤维网，该纤维网用于制造抗粘接表面而用相应的不可粘材料所覆盖或浸渍。由此可获得保护层的高过180℃的耐热性，这样所组成的导体绕组装置自然可适合用于功率可达400MVA以上的气冷式尤其是用空气或氢气所冷却的涡轮发电机中。带的抗粘着表面优选地位于一粘着表面的对面，该粘着表面具有一较大的摩擦系数。在将导电体从导体绕组装置中取出时，由此可保证：在第一保护层与导电体被一起从导体绕组装置中几乎无摩擦地取出过程中，第二保护层则仍保留在槽中。该特别地弱导电的带优选地被半交叠地绕制在绝缘套上。通过带子的一种仅仅部分的自交叠，带经过其粘着表面与绝缘套具有持久的摩擦接触。由此使带相对于绝缘套几乎是不可移动的，这样即便在将导电体朝外拉出时也使带仍保留在绝缘套周围。
带同绝缘套的附加固结可这样来实现：至少该粘着表面(如果不是全部则也应是保护层的大部分)通过一种浸渍导体绕组装置的填料与绝缘套相粘结。该填料优选地为一种环氧树脂。当然对填料来说可应用所有合适的材料，它们特别对于全浸入浸渍来说具有所要求的粘度、一种相应的热机械长时间稳定度以及一相应的电绝缘能力。
第二保护层优选地也为一带，该带被绕在第一保护层外面。该带子可按上述用于第一保护层的带子的相同形式构造，其中具有很小摩擦系数的各抗粘着表面相互邻接。
第二保护层也可被设置在槽的一壁上，尤其是衬在槽中。这种情况下导电体的与第二保护层的一附加绕制则可省去，从而可达到每根导电体仅需占较少空间。这样也能使用于一定负载的导体绕组装置要么被做得十分紧凑，要么按照另外的观点例如根据大型电机的功能来进行设计。由此在具有同样大小的槽尺寸情况下也可放入具有改进了的热导率的绝缘套。
第一保护层和/或第二保护层在抗粘着表面上具有至少一分离剂，例如硅树脂、聚四氟乙烯或类似物，这种分离剂通过一浸渍树脂、尤其是一环氧树脂进一步又是不可粘接的。这些不可粘接的分离剂例如已在DE 3636008 A1中加以了描述。填料优选为一种浸渍树脂，例如一种可硬化的合成树脂。导体绕组装置用它来浸渍。适合于用作填料的有着许多的材料，只要它们根据大型电机的要求具有足够的绝缘能力、很小的粘度以及足够的热机械长时间稳定性。
这种导体绕组装置优选地适合用在大型电机的定子或转子中，尤其是具有大于20MVA的电功率输入或输出的涡轮机定子或转子中。
下面根据附图所示实施例来详述本发明，其中仅表示出说明时所必需的导体绕组装置的部件。为突出说明所涉及的重要特征，实施例则被稍稍示意性地和/或不成比例地加以表示，附图中：
图1和图2详细示出设置在一支承体中的绕组元件。
图1示出一导体绕组装置1的一个截断部分，该导体绕组装置具有一由相互叠起来的定子叠片铁芯16组成的铁磁性的和导电的支承体2，该支承体2具有两绕组元件3，它们被放在支承体2的一槽4中。槽4被用一槽封件14所封闭。每一绕组元件3具有一导电体5，该导电体5为一高压绝缘套6所环绕。在每一绕组元件3中示出一未结构化的导电体5。该导电体5特别对大型电机来说包括许多根金属条或金属丝，其中可能有一些孔，用于导引如空气、氢气或水等冷却流体，如在文献DE 3636008 A1所描述的那样。绝缘套6被一弱导电带11所环绕，带11至少自身部分地交叠。带11组成一第一保护层7，该层为防止电晕放电的一外部电晕放电防护的组成部分。带11具有一粘着表面9a，该粘着表面9a面向绝缘套6，且在绝缘层6和第一保护层7之间起粘着作用。带11在与粘着表面9a相对的一侧具有一抗粘着表面9，它具有很小的摩擦系数且通过一诸如环氧树脂那样的填料是不可粘接的。带11且至少是抗粘着表面9在这种情况下尤其具有一分离剂，该分离剂与填料不可粘接在一起，它例如是一种硅树脂或聚四氟乙烯。环绕在该第一保护层7周围的是另一具有粘着表面10a和与之相对的抗粘着表面10的带12。带12为一第二保护层8，它环绕绝缘套6。带12的绕制在此这样进行：抗粘着表面10靠在带11的抗粘着表面9之上。带12用其粘着表面10a靠在槽4的一壁13和/或槽底15上或者通过一填料与它们相粘接。带12同样是弱导电的且形成在第一保护层7和支承体2之间的一弱导电桥，该支承体可尤其是一大型电机的定子。即便在用一种填料尤其是一种环氧树脂对导体绕组装置1作浸渍时，在浸渍中槽4的所有残留空腔以及可浸渍高压绝缘套6均被该填料填满或完全浸透，而此时相互配对的抗粘着表面9、10却几乎是不粘着的。这样在一完全浸渍的导体绕组装置1中则可保证能将具有绝缘套6和第一保护层7的导电体5容易且简单地拉出来。这一情况特别是通过以下原因来达到：在保护层7、8之间始终只有很小的粘着力或其它的机械连接，这样便可得到保护层7、8相互间几乎无摩擦的滑动。
图2中示出一类似图1所构造的导体绕组装置(就这点而言请参考对图1的说明)，其中示出第二保护层8的一替代性类型。该第二保护层8具有一抗粘着表面10，该抗粘着表面10则面对第一保护层7的一对应的抗粘着表面9，该第二保护层8在不环绕导电体5的情况下位于槽4的一壁13和/或槽底15以及图示导电体5之间。第二保护层8为此是槽4的一几乎完整的覆盖层。粘着表面10a再次又面对槽壁15，这样可保证该第二保护层同支承体2粘接或连接。由此同样可在导电体5的轴向上在导电体5和支承体2之间给出一几乎自由的运动性。在因修理等原因而要求的将导电体5从槽4中取出时上述这一点尤其具有优越性。
由一种尤其是铁磁的和导电的支承体和各种结构的绕组元件组成的本发明导体绕组装置，对用于制造一种大型电机部件、尤其是一定子的全浸入浸渍法的要求来说，不仅在所需的制造费用而且在运行负载方面均是合适的。本发明的出众之处在于：一环绕一导电体的绝缘套的外部电晕防护由两各自为弱电导的保护层所组成。这两个保护层经过电导跨接在绝缘套和支承体之间形成一电位降。另外，这两个保护层在导电体轴向上相互间是自由地尤其是无摩擦地可移动的。这种移动性可如下地达到：保护层的相互面对的表面为抗粘着的且具有很小的摩擦系数。至少在各抗粘着表面的范围内，保护层经一填料尤其是一种环氧树脂是不可粘接的，这样即便在一支承体槽中对导电体浸渍之后则仍可保证保护层相互间的这种自由移动性。此外，外部电晕防护可通过应用两保护层来具有一很小的比如小于0.2mm的层厚度，由此在给定槽宽度的情况下，高压绝缘套的层厚度可相应地大些。由此作为绝缘套的材料则可采用导热的细云母带或一类似的导热材料。这样可得到具有特别好热导性的导体绕组装置，随之而来的则是在一大型电机尤其是一涡轮发电机中用特别紧凑的结构型式能得到提高的电功率输入或输出。

Claims (14)

1.一种用于大型电机的导体绕组装置(1)，其浸渍有一填料，该导体绕组装置(1)具有一支承体(2)和至少一绕组元件(3)，该绕组元件(3)被放入支承体(2)的一相应的槽(4)中，其中该绕组元件(3)具有至少一个导电体(5)，该导电体(5)为一绝缘套(6)所包封，该绝缘套(6)被一第一保护层(7)所环绕，该第一保护层(7)又为一第二保护层(8)所环绕，其特征在于：第一保护层(7)用一外抗粘着表面(9)直接与第二保护层(8)的一内抗粘着表面(10)相邻接，且抗粘着表面(9，10)相互间基本上是无粘接的。
2.如权利要求1所述的导体绕组装置(1)，其中：第一保护层(7)和第二保护层(8)分别为弱导电的且组成用于绝缘套(6)的一外部电晕防护。
3.如权利要求1或2所述的导体绕组装置，其中：各保护层(8，9)具有一50μm～150μm的层厚度。
4.如权利要求3所述的导体绕组装置，其中，各保护层(8，9)具有100μm的层厚度。
5.如权利要求1或2所述的导体绕组装置，其中：第一保护层(7)被作为带(11)绕在绝缘套(6)周围，该带(11)具有一与抗粘着表面(9)相对的、具有比该抗粘着表面(9)更大摩擦系数的粘着表面(9a)。
6.如权利要求5所述的导体绕组装置，其中：所述粘着表面(9a)可用一种以环氧树脂为基质的填料来粘接。
7.如权利要求1或2所述的导体绕组装置，其中：第二保护层(8)被作为带(12)绕在第一保护层(7)周围，该带(12)具有一与抗粘着表面(10)相对的、具有比该抗粘着表面(10)更大摩擦系数的粘着表面(10a)。
8.如权利要求7所述的导体绕组装置，其中：所述粘着表面(10a)可用一种以环氧树脂为基质的填料来粘接。
9.如权利要求7所述的导体绕组装置，其中：第一保护层(7)和第二保护层(8)的带(11，12)是相同的。
10.如权利要求1或2中任一项所述的导体绕组装置(1)，其中：第二保护层(8)被设置在槽(4)的一壁(13)上。
11.如权利要求1或2所述的导体绕组装置(1)，其中：第一保护层(7)和/或第二保护层(8)具有至少在抗粘着表面(9，10)之上的一经环氧树脂浸过的基本上不可粘接的分离剂。
12.如权利要求11所述的导体绕组装置(1)，其中，所述分离剂为硅树脂或聚四氟乙烯。
13.如权利要求1或2所述的导体绕组装置(1)，它用一种硬化的合成树脂来浸渍。
14.如权利要求13所述的导体绕组装置(1)，它可用在一大型电机中的一定子或一转子中。
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