CS251165B1 - Vysokonapěfový izolační systém vodičů statorového vinuti elektrických točivých strojů o výkonu řádově stovek megawatů - Google Patents

Abstract

fiešení se týká oboru konstrukce a stavby vysokonapěfových elektrických točivých strojů o výkonu řádově stovek megawatů. Problém řešení se týká provedení vysokonapěfové izolace vodičů statorového vinutí se zvláštním zaměřením na omezení výboje, vzniklého v místě lokální nehomogenity elektrického pole a/nebo lokální porušení kompaktnosti izolantu. Podstatou je rozdělení vrstvy elektrického izolantu obklopujícího vodiče statorového vinutí nejméně jednou plochou protínající silokřivky elektrického pole na dílčí vrstvy, mezi něž je vložena vrstva obsahující materiál, jehož hodnota elektrické vodivosti je větší než hodnota elektrické vodivosti dílčích vrstev izolantu. fiešení může být využito v elektrotechnickém průmyslu, v těžkém strojírenství, v hutnictví a podobně.

Description

Vynález se týká vysokonapětového izolačního systému vodičů statorového vinutí elektrických točivých strojů o výkonu řádově stovek megawatů, to znamená generátorů v energetických blocích a motorů užitých v pohonech v těžkém strojírenství a v hutnictví.

Dosud známé a používané vysokonapětové izolační systémy vodičů statorového vinuti, užívané všemi výrobci, používají vrstvení páskových nebo foliových izolantů, které obvykle obsahují nosný materiál, například skleněnou tkaninu nebo polymerní folii, a dále slídové šupinky a pojivo, jímž je obvykle vytvrditelná pryskyřice. Dnes užívaný izolační materiál je běžně označován jako reaktoplast a nahradil předtím užívané termoplasty, V tomto popise používaný termín izolant má naznačit, že je užito materiálu splňujícího především požadavek spolehlivé elektrické izolace elektrických točivých strojů na vysoké napětí, Z povahy řešeného problému zřejmě vyplývá, že izolantem může být také heterogenní dielektrikum složené z různých materiálů. Podle jmenovitého napětí elektrických točivých strojů je určena tlouštka vrstvy elektrického izo-. lantu vodičů statorového napětí. Elektrická pevnost takového vysokonapětového izolačního systému - pokud nedošlo k poruše - několikanásobně překračuje nejvyšší provozní napětí, které může izolační systém namáhat, K ohrožení požadované dlouhodobé trvanlivosti tohoto systému může však dojít tím způsobem, že částečný výboj, vznikající v místě lokální nehomogenity elektrického pole a/nebo lokálního porušení kompaktnosti izolantu může vést k postupnému zeslabení vrstvy izolantu prorůstá jícími výbojovými kanálky. Rychlost prodlužování kanálků je nelineárně závislá na velikosti přiloženého elektrického napětí, jímž je izolant namáhán. Významnou úlohu má přitom velikost kritické zóny v okolí konce kanálku; v této kritické zóně je velikost intenzity elektrického pole rovna průrazné intenzitě použitého pojidla. Úbytek napětí podél kritické zóny tvoří značnou část napětí přiloženého na izolant.

Dosud známé a užívané konstrukce vysokonapětového izolačního systému vodičů statorového vinutí elektrických točivých strojů vykazují závažnou nevýhodu, jež spočívá v tom, že

- 2 251 IBS v místě lokální nehomogenity elektrického pole nebo lokálního porušení kompaktnosti izolantu vznikne částečný výboj, který může vést k postupnému zeslabeni izolantu prorůstajícími výbojovými kanálky· Rozhodujícím činitelem pro rychlost růstu výbojového kanálku je velikost kritické zóny v okolí konce kanálku, jež je dána velikostí napětí a není nijak dále omezena· Právě tak není nijak omezen vývoj prorůstání kanálku ani jeho zastaveni případně omezení ještě předtím, nežli se izolant zeslabí natolik, že je ohrožena jeho. elektrická pevnost·

Popsaná nevýhoda známých konstrukcí vysokonapětového izolačního systému vodičů statorového vinutí elektrických točivých strojů o výkonu řádově stovek megawatů je do značné míry potlačena vynálezem, jehož podstatou je rozdělení vrstvy izolantu obklopujícího vodiče statorového vinutí nejméně jednou plochou protínající silokřivky elektrického pole na dílčí vrstvy, mezi něž je vložena vrstva obsahující materiál, jehož hodnota elektrické vodivosti je větší nežli hodnota elektrické vodivosti dílčích vrstev izolantu.

Účelem řešení podle vynálezu je omezit velikost kritické zóny, zpomaleni a případné zastavení dalšího vývoje prorůstajícího kanálku,a to dříve nežli se izolant zeslabí natolik, že jeho elektrická pevnost je ohrožena. V geometrickém uspořádání hrot - deska je pro vytvoření kritické zóny určitého rozsahu zapotřebí potenciálního rozdílu mezi hrotem a deskou, který závisí na vzdálenosti hrotu a desky. Tento vztah je nelineární také v případě dvou paralelních desek a hrotu vyčnívajícího z jedné z nich. 3e tedy patrné, že při vhodném uspořádání ekvipotenciálních vložek lze dosáhnout toho, že nelineárnost rozložení elektrického pole, způsobená hrotem» se týká jen části celkové vrstvy izolantu a potom tedy rozsah kritické zóny při stejném celkovém napětí, přiloženém na izolant, je omezen.

□estliže se rozdělí celková vrstva izolantu na dvě nebo vice vrstev, mezi něž se vloží zcela nebo částečně vodivá mezivrstva, dojde při střídavém napětí ke kapacitnímu rozdě3

251 165 lení elektrického pole, to znamená k rozdělení elektrického pole podle velikostí kapacit dílčích vrstev. Lokální nehomogenita v některé vrstvě má na toto rozdělení elektrického pole malý vliv. Tato úprava tedy zpomalí růst vodivého kanálku z případného místa poruchy, zastaví růst vodivého kanálku po dosažení ekvipotenciální vložky, a tím je tedy možno dosáhnout zvýšení trvanlivosti a spolehlivosti izolačního sys ternu.

Zvýšení trvanlivosti izolačního systému úpravou podle vyná^lezu je dosaženo stejnými příčinami jako v případě prak tické zkušenosti, že tenčí vrstva téhož izolantu vykazuje při konvenční zkoušce větší elektrickou pevnost nežli tlustší vrstva. Při konvenčním zjištování střídavého průrazného napětí bývá dosaženo průrazných intenzit podstatně nižších nežli čistě elektrická pevnost příslušného izolantu v homogenním elektrickém poli. K průrazu při zkoušce dochází postupným růstem vodivého kanálku z místa lokální nehomogenity, způsobené částečným výbojem nebo vadou materiálu. Tlouštkcv vzorku ovlivňuje dynamiku tohoto pochodu tak, že při menší vrstvě izolantu, t.j. při slabší vrstvě je třeba urychlit pochod zvý šením napětí, aby došlo k průrazu v době doporučené normou. Při stejné střední intenzitě elektrického pole by bylo naopak nutno, aby napětí působilo ná tenčí vzorek déle. To znamená, že by se jevila větší trvanlivost tak, jako je tomu z obdobných důvodů v případě vysokonapětového izolačního systému pod le vynálezu.

Při konstrukci vysokonapětového izolačního systému podle vynálezu se využívá ekvipotenciálních vložek k jinému účelu, v jiném uspořádání a v jiném typu izolantu nežli je tomu u kondenzátorových průchodek, u nichž je hlavním účelem dosažení příznivého rozložení napětí podél povrchu tělesa průchod ky .

V případě řešení podle vynálezu je hlavním účelem zvětše ní trvanlivosti a spolehlivosti vysokonapětového izolačního systému. Taktéž jsou jiné požadavky na vodivost ekvipotenciál nich vložek. Vložka z dobře vodivého a proti výbojům odolného materiálu je dobrou bariérou, která blokuje další postup

251 185 systému výbojových kanálků. Při proraženi narušené vrstvičky by však porušeným místem protékal značný proud nabíjející a vybíjející kapacitu této dílčí vrstvy, a to by mohlo vést k lokálnímu přehřátí. Z tohoto důvodu je třeba volit vodivost vložky na vhodné minimální úrovni tak, aby zpomalení elektrické degradace a blokující účinek vrstvy zůstaly ještě zachovány.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Vysokonapětový izolační systém vodičů statorového vinutí elektrických točivých strojů o výkonu řádově stovek megawatů,vyznačený tím, že vrstva izolantu obklopujícího vodiče statorového vinutí je rozdělena nejméně jednou plochou protínající silokřivky elektrického pole na dílčí vrstvy, mezi něž je vložena vrstva obsahující materiál, jehož hodnota elektrické vodivosti je větší nežli hodnota elektrické vodivosti dílčích vrstev izolantu.