CZ20001111A3 - Izolace vodiče - Google Patents

Abstract

Elektrická izolace (1) vodiče (2,3, 8) tvořícího závity pro generování magnetického pole, přičemž tato izolace (1) zahrnuje izolant (6) z pevného materiálu. Izolace (1) má trubicovou formu a zahrnuje vnitřní polovodičovou vrstvu (5) a vnější polovodičovou vrstvu (7). Polovodičové vrstvy (5, 7) jsou uzpůsobeny k tomu, aby mezi těmito polovodičovými vrstvami (5,7) působilo elektrické pole, Spoj mezi jednou z polovodičových vrstev (5, 7) a izolantem (6) má adhezi, která umožňuje zachovat mechanický kontakt v případě napětí způsobujícího změnu struktury.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu izolování vodiče tvořícího zavity pro generování magnetického pole, a izolace tohoto vodiče. Vynález zejména týká izolace vodičů elektrického obvodu rotačních elektrických strojů. Rotačním elektrickým strojem se rozumí zařízeni, které převádí elektrickou energii na mechanickou energii, a naopak. Toto zařízení zahrnuje elektrický obvod, magnetický obvod a mechanickou část. Mechanická část zahrnuje dvě těla, která jsou pohyblivá jedno vůči druhému. Působením mechanického momentu je generováno magnetické pole, které je elektrickým obvodem převedeno na elektrickou energii. Naopak dodávkou elektrické energie je generováno magnetické pole, které je mechanickou částí převedeno na mechanickou energii. Rotačním elektrickým strojem bude v následujícím textu myšlen jak generátor tak i motor.

Vynález je výhodně aplikován na rotační elektrické stroje, které jsou provozovány při vysokých proudech a pod vysokým napětím, např. generátor, který produkuje elektrickou energii. Mechanická část rotačního elektrického stroje zahrnuje stator a rotor, přičemž rotor je pohyblivý vůči statoru s určitým stupněm volnosti. Elektrický obvod může mít formu vinutí uspořádaného v buď rotoru nebo statoru, nebo jak rotoru tak i statoru. Vedením elektrického proudu skrze vinutí mezi rotorem a statorem vzniká magnetické pole. Magnetické pole může být regulováno a zesíleno magnetickým jádrem uspořádaným ve statoru a rotoru, přičemž magnetické jádro muže být tvořeno množinou magneticky orientovaných desek uspořádaných jedna na druhé. Nicméně je nutné uvést, že aplikace vynálezu není omezena jen na rotační elektrické stroje. Vynález může být rovněž použit v libovolném elektrickém stroji nebo zařízení, ve kterém jsou izolovány vodiče dimenzované na vysoká napětí.

• * · · • «« · • ·· · • ·· to ·· to· to to «

• to • •toto • to · • « toto • toto to «· ·· • to

Dosavadní stav techniky

Za účelem vysvětlení podstatných znaku vynálezu v následujícím textu bude stručně popsán rotační stroj ve formě generátoru. Nej častěji používaným typem generátoru v energetice je tzv. synchronní stroj. Tento stroj zahrnuje rotor s rotorovým vinutím, přičemž rotor je obklopen statorem se statorovým vinutím. Jak rotor tak i stator zahrnuje magnetovatelné jádro ve formě množiny desek uspořádaných jedna na druhé. Mechanickým působením na hřídel rotoru se rotor uvede do konstantního rotačního pohybu. Vedením elektrického proudu skrze rotorové vinutí vzniká rotační magnetické pole, které indukuje ve statorovém vinutí elektrický proud.

Statorové vinutí je uloženo do statorových drážek, které probíhají axiálně skrze stator a jsou symetricky podle rotační osy statoru rozmístěny podél obvodu statoru, přičemž hloubkový rozměr každé drážky probíhá v radiálním směru. Statorové vinutí zahrnuje jeden vodič nebo více vodičů zapojených do série, přičemž vodiče jsou uspořádány ve formě závitů vinutí uloženého do statorových drážek, přičemž na každou drážku připadají dva závity. Ve střídavých elektrických strojích v průřezu vodičů vinutí vznikají rozdílné indukčnosti.· Nejvyšší reaktance se vyskytuje ve spodní části vodiče, v důsledku čehož hlavní část proudu protéká ve vrchní části vodiče. Za účelem omezení soustředění toku elektrického proudu do horní části vodiče je vodič rozdělen do množiny pramenů, které jsou vzájemně izolovány. Toto rozdělení však nezamezuje změně indukčnosti v rozdílných pramenech, v důsledku čehož se tyto prameny musí křížit. Toto křížení se obvykle provádí vně bloku magnetovatelných desek, avšak rovněž se může realizovat uvnitř drážek technikou tzv. Roebelova křížení.

Volba rozměrů pramenů představuje kompromis mezí elektrickými a mechanickými požadavky. Z elektrického • fefe · fe fe· fe fefe ·· · « ·· fe »· fefe fe fe « 1 • * • » • fefefe · • fe 4 fefefe • fefe « • · ♦ 4 • fe ·« • fe hlediska je výhodné velké množství pramenů kvůli omezení soustředění toku elektrického proudu do vrchní části vodiče, avšak z mechanického hlediska je výroba a následná montáž vinutí s vodiči rozdělenými do velkého množství pramenů obtížná. Na druhou stranu malé množství pramenů s velkými rozměry přináší problémy, např. při ohýbáni vodiče.

Při izolování vysokonapěfových vinuti je nutné brát v úvahu tepené, elektrické a mechanické hledisko, rovněž i hledisko okolního nebo životního prostředí. Každé z těchto hledisek větší nebo menší měrou ovlivňují životnost izolace. Z tepelného hlediska izolace by měl umožnit přírůstek teploty v rozsahu 0 až 100°C během jedné hodiny. Z elektrického hlediska izolace by měla poskytovat dostatečnou elektrickou izolaci bez toho, že by způsobila koncentraci elektrického pole. Z hlediska okolního prostředí vlastnosti izolace by neměly být ovlivněny okolními nečistotami, kondenzáty nebo plyny. Kromě toho během výroby izolace a provozu zařízení s vodiči opatřenými touto izolací, pří kterém může docházet k opotřebení dotyčné izolace, by neměly vznikat žádné emise škodlivé pro životní prostředí. A konečně z mechanického hlediska izolace by měla umožnit připevnění vodičů vinutí ke statoru a zároveň dovolit tepelné roztažení izolačního a vodičového materiálu.

Ačkoliv napětí mezi vodiči je vyšší než mezi prameny, vodič a pramen je pod relativně nízkým napětím. Provedení izolace pramene a vodiče je tudíž často jednoduché. Avšak samotné vinutí musí odolat celkovému fázovému napětí, které může činit až několi kV. Za tímto účelem je vinutí izolováno vůči statoru hlavní izolací. Při vysokých rozdílech potenciálů jednoduchým způsobem dochází ke vzniku částečného výboje kvůli deformacím pole při vysoké intenzitě elektrického pole, přičemž tento částečný výboj je obvykle nazýván koronou. Během korony vzniká ozón (0₃) , který mimo jiné je velmi agresivní vůči organickým látkám, Korona tudíž

0 0 0 0 0 · 0 0 0 • « 0 0 0 0 0 0 0 · 00* 0 0 0 0 0 0 • 0 0000 0000

0000 0 00 00 00 00 způsobuje zeslabení organických izolačních materiálů, a proto hlavní izolace obsahuje materiály, které jsou odolné proti koroně. Jedním z takových materiálů je slída, která je anoragnickým materiálem a odolává působení ozónu.

Běžně používané izolační materiály obsahují slídu jako hlavní složku. Slída je často zapuštěna do pojivá, které je naneseno na nosič ve formě pásky. Materiál nosiče a pojivá se může měnit. V obvyklém provedení hlavní izolace má formu pásků nasycených pryskyřicí a obsahujících šupinky slídy, přičemž tyto pásky jsou ovinuty kolem vodiče a nato vytvrzeny v peci. Na vrchní části hlavní izolace je uspořádán korónový chránič pro zamezení vnější koróny mezi stranou vinutí a stěnou drážky.

Slída patří mezi velmi křehké materiály, které mají nízkou pevnost ve střihu. Slída rovněž má tepelnou roztažnost, která tvoří jednu pětinu tepelné roztažnosti, např. mědi. Při zatížení elektrického stroje se vinutí zahřívá. Vodič, který je často tvořen mědí, se v důsledku zahřívání vinutí roztahuje, a to mnohem více, než se roztahuje izolace. Mezi vodičem a izolací vzniká tudíž napětí kvůli rozdílným teplotním vlastnostem jejich materiálů. Poněvadž slída má nízkou pevnost ve střihu, dochází následkem tohoto napětí ke zlomení slídy, což vede k vytvoření dutin uvnitř izolace. Vzniklé dutiny jsou případně vyplněny vzduchem, což způsobuje značnou deformaci elektrického pole.

Tato deformace se projevuje, např. soustředěním elektrického pole v uvedených dutinách, což způsobuje vznik koróny.

Jako příklad již známé izolace používané v generátoru může být uvedena izolace, která je popsána v patentovém dokumentu US 5,066,881 a jejíž podstata spočívá v tom, že zahrnuje vrstvu, která je ve styku s vnější částí hlavní izolace a která je schopna odchýlit výboje za účelem minimalizování koróny. To se dosahuje tím, že izolace je obklopena polovodičovou vrstvou s tvrditelného povlaku se • * • ·· · 0 0 · 0 0 0 »·· 000« 0 0 000 000 00 0 0 0 0*00 000« »0*0 0 ·· «0 00 *0 skleněnými vlákny. Tento povlak nahrazuje známý zemnicí pásek, který měl schopnost odchýlit výboje, a tím zamezit vzniku kórony. Tento nový povlak se lépe přizpůsobuje tvaru izolace a lépe zachovává polovodičové vlastnosti po vytvrzení hlavní izolace. V jednom provedení je polovodičová vrstva uspořádána v horní a spodní koncové oblasti vinutí na vnitřní straně hlavní izolace. Toto provedení vyžaduje vyrovnávaný elektrický ekvipotenciál kolem konců vinutí. Tato nová izolace však nepřináší do stavu techniky nic nového, poněvadž odklonění výbojů uspořádáním polovodičové vrstvy vně izolace je již známé.

Hlavní problém související s izolací rotačního elektrického stroje, např. generátoru nebo motoru, spočívá v tom, že izolant a vodič mají rozdílnou tepelnou roztažnost. To znamená, že při změnách teploty dochází k vzájemnému posunu izolantu a vodiče, což způsobuje vznik dutin. Elektrické pole je nejsilnější v blízkosti vodiče. Dutiny tudíž vznikají v místě, kde je nejvyšší riziko vzniku koróny. Ve známých generátorech je do jisté míry koróna přípustná, avšak raději se do izolace přidává slída, která je odolná vůči výbojům. Jak to bylo výše popsáno slída má horší mechanické vlastnosti. Kromě toho ozón vytvořený během výboje negativně působí na nosič a pojivo izolace, což způsobuje postupnou degradaci izolace, která se projevuje jejím popraskáním. Proto po jisté době statorové vinutí musí být vyměněno za nové.

Další problém, který se vyskytuje u známých elektrických strojů, které připouštějí korónu, spočívá v tom, že výboje způsobují elektromagnetické poruchy, které mají za následek poruchy citlivých elektronických zařízení nebo dokonce vyřazení těchto zařízení z provozu.

«ν v » · a * v fc • « fcfcfc · · « · « · fcfcfc «fcfc*·· • fc · · * * fc · · · «*·* · *· fcfc *· ··

Podstata vynálezu

Cílem vynálezu je vytvoření izolace vodiče ve formě vinutí s množinou závitů pro generování magnetického pole. Cílem vynálezu je zejména vytvoření izolace uspořádané v rotačním elektrickém stroji, přičemž tato izolace zamezuje vzniku částečných výbojů a má dlouhou dobu životnosti. Tato izolace rovněž vyžaduje omezenou údržbu a je spolehlivější než dosud známé izolační systémy. Z hlediska ochrany životního prostředí je uvedená izolace výhodná, poněvadž při její výrobě nebo jejím použití dochází k úniku emisí méně škodlivých pro životní prostředí. Cílem vynálezu je rovněž způsob výroby izolace rotačního elektrického stroje, která by měla vlastnosti výše uvedené izolace. Uvedená izolace je zejména výhodná jako náhrada za vinutí dosud používaných elektrických strojů.

Výše uvedené cíle jsou dosaženy izolací podle vynálezu, která má znaky uvedené ve význakových částí nezávislých nároků 1 a 8, a způsobem podle vynálezu, který má znaky uvedené ve význakové části nezávislého způsobového nároku 9. Výhodná provedení vynálezu jsou uvedeny ve význakových částech závislých nároků.

Elektrická izolace je materiál, který v případě, že je vložen mezi vodiče s různými potenciály, vede pouze malé nebo nepatrné proudy. Když vzroste potenciálový rozdíl mezi vodiči, rovněž se zvýší intenzita elektrického pole v izolaci. Je-li překročena dielektrická pevnost materiálu, zvyšuje se riziko průrazu izolace. Dielektrická pevnost izolace je definována maximální hodnotou napěťového gradientu, kterému je izolační materiál schopen ještě odolávat bez toho, že by došlo k jeho průrazu.

Dielektrický průraz plynu je důsledkem expoenciálního rozmnožení volných elektronů indukovaných přiloženým elektrickým polem. V konstantním elektrickém poli dochází k • 1 • · ♦ · * · · • fe fefefe fefefefe • fe fefefe fefe· fefefe fe · fefefefe fefefefe • fefefe fe «fefefe fefefefe průrazu při napětí, které je funkcí součinu tlaku a vzdálenosti. V tomto případě platí, že při jak nízkém tak i vysokém uvedeném součinu má plyn vysokou průrazovou pevnost.

V případě malého objemu a vysokém tlaku plynu elektrony zrychlené elektrickým polem nejsou schopny dosáhnout zrychlení dostatečného pro nastartování průrazu srážkami s ostatními elektrony. V případě většího objemu a nízkého tlaku plynu počet elektronů je příliš nízký pro uskutečnění dostatečného počtu srážek mezi elektrony. Při vhodných podmínkách se rychlost elektronu zvýší na hodnotu takovou, že po srážce s ostatními elektrony dotyčné elektrony získají stejné zrychlení, čímž dochází k průrazu majícímu lavinový charakter. V praktické aplikaci je dielektrická pevnost plynu dimenzována na hodnotu přibližně 0,5 kV/mm. Při nižší intenzitě elektrického pole v dutinách izolačního materiálu nebo dutinách mezi vodiči a izolací vyplněných plynem tudíž nedochází k žádné koróně.

V oblasti silnoproudé elektrotechniky, tj. v oblasti, kde intenzita elektrického pole převyšuje dielektrickou pevnost plynu, obvykle existuje riziko vzniku koróny. V tomto případě dutiny v izolantu vyplněné plynem mají za následek spontánní výboje. Je tudíž nutné minimalizovat nebo zcela vyloučit dutiny v izolaci mezi vodičem a izolací a uspořádat elektrické pole tak, aby se zamezilo koncentraci elektrického pole.

Izolace podle vynálezu zahrnuje podlouhý trubicovitý izolant obepínající vodič. Tento izolant má jednu vnitřní a jednu vnější polovodičovou vrstvu, přičemž vnitřní a vnější polovodičová vrstva jsou uzpůsobeny tak, že mezi těmito vrstvami působí elektrické pole. Vnitřní polovodičová vrstva a vnější polovodičová vrstva kryje vnitřní část resp. vnější část izolantu, přičemž jak vnitřní polovodičová vrstva tak i vnější polovodičová vrstva je spojena s izolantem s adhézí takovou, že materiál příslušné polovodičové vrstvy a izolantu • · · to · « · v ♦ to • · · · · * to to · • to · to ···«·· • to ···· ««toto to··· · ·· ·· «· ·· se vzájmeně doprovází v případě strukturálních změn způsobených, např. tepelným nebo mechanickým napětím. Ve spoji se tudíž nesmí vytvořit dutiny ani během výroby ani v případě napětí působícího na materiály spojené dohromady. Taková adheze mezi izolantem a každou z uvedených polovodičových vrstev je dosažena tak, že jak izolant tak i polovodičové vrstvy jsou vyrobeny ze stejného materiálu. V případě změny teploty se dotyčné materiály roztahují stejným způsobem, v důsledku čehož ve spoji nepůsobí žádné síly nebo působí pouze malé síly. Avšak žádoucí adheze může být rovněž dosažena mezi materiály s odlišnými mechanickými nebo tepelnými vlastnostmi. Tak např., spoj s žádoucí adhezí může být dosažen tepelnou úpravou materiálů, pří které dotyčné materiály ve spoji splynou do homogenní struktury. Mechanické nebo tepelné změny mezi izolantem a každou z uvedených dvou polovodičových vrstev se potom projevují elastickou nebo plastickou deformací materiálů v těsné blízkosti spoje.

Vnitřní vrstva je galvanicky nebo kapacitně spojena s vodičem a vnější vrstva je spojena s, např. zemním nebo jiným regulovatelným potenciálem, čímž je elektrické pole působící mezi vodičem a zemí obklopeno polovodičovými vrstvami v izolaci. Žádné dutiny, které mohou vzniknout uvnitř izolace kvůli tepelným nebo mechanickým změnám, tudíž nezpůsobují vznik částečných výbojů. Mezi vodičem a vnitřní polovodičovou vrstvou není žádný rozdíl potenciálů.

Tím, že je zajištěno, že nemůže nastat koróna, izolant může být vyroben z organického materiálu bez toho, že by byla do tohoto materiálu přidána slída. V důsledku toho může být použita celá izolační kapacita materiálu. Poněvadž se netvoří žádný ozón, který by jinak zeslaboval dotyčné materiály, tloušťka izolace může být menší. Izolace může být proto vyrobena ze stejnorodého materiálu, např. termoplastické pryskyřice nebo pryžové směsi. Jako výhodný materiál může být uveden zesíťovatelný polyethylen.

to to * « ·· «to· i*·* • * · · * «·«·* · ···· tototo· ···· to toto ·· ·· ·

Polovodičové vrstvy mohou být vyrobeny ze stejných materiálů, přičemž do těchto materiálů je přidán vodivý prášek, např. saze nebo práškové uhli. Izolant s těmito polovodičovými vrstvami tudiž může být jednoduchým způsobem přiložen k vodiči, např. technikou vytlačování.

Tento izolační systém je zejména určen pro vinutí s množinou vodičů, které mohou být rozděleny do pramenů. Izolace pro vodiče a jednotlivé prameny je výhodně vyrobena z materiálu, která má vyšší permitivitu než hlavní izolace. V důsledku toho izolace uvnitř vnitřní polovodičové vrstvy hlavní izolace je schopna změnit elektrické pole tak, že se soustředění elektrického pole ve vnitřní izolaci stává nižším. Kromě toho vnitřní izolace vytlačuje ekvipotenciální linie elektrického pole tak, že k vyšší koncentraci elektrického pole dochází uvnitř hlavní izolace. Touto změnou průběhu elektrického pole je zajištěno, že k vyšší koncentraci elektrického pole dochází ve větší oblasti izolace, v důsledku čehož je koncentrace elektrického pole zeslabena.

V případě, např. úderu blesku, je elektrický rotační stroj rázově zatížen. Během jedné mikrosekundy nebo několika mikrosekund se napětí na vinutí zvýší. Mezi vodiči vinutí potenciálový rozdíl může potom dosáhnout hodnoty několika desítek kV. Každý pramen vodiče je obklopen tenkovou izolací, která izoluje každý pramen vodiče jeden od druhého. Izolace pramene vodiče má obvykle dobrou krátkodobou odolnost vůči elektrickému přeskoku jiskry. Dva prameny vodiče jsou tudíž vzájemně izolovány izolací o tloušťce, která odpovídá dvěma izolacím pramene vodiče. Rovněž mezi prameny vodiče sdruženými s rozdílnými vodiči vinutí je uspořádána izolace s tloušťkou odpovídají dvěma izolacím pramene vodiče. V důsledku toho k přeskokům jiskry mezi těmito prameny vodiče v případě rázového zatížení nedochází často.

Poněvadž izolace podle vynálezu obklopuje množinu • ♦ • · » · · · * a · • · * · · ·«··*! * Φ ··«» « * · * ·<·* * · ·» MM vodičů, izolace mezi polovodičovou vrstvou a pramenem vodiče jsoucím v kontaktu s touto izolací tvoří pouze skutečnou tloušťku izolace prameme. Polovodičová vrstva je výhodně spojena s jedním z pramenů vodiče náležícím jednomu z vodičů. Potenciálový rozdíl mezi polovodičovou vrstvou a pramenem vodiče uspořádaným nejblíže k této polovodičové vrstvě čini potom pouze několik stovek voltů během normálního provozu. Izolace pramene tudíž tvoří dostatečnou izolaci pro zamezení přeskoku jiskry. V případě rázového zatížení se potenciál okamžitě zvýší na několik kV. Nicméně tato potenciálová změna nemá čas se rozvinout v plné intenzitě v polovodičové vrstvě, takže ani v tomto případě pravděpodobně nedojde k žádnému přeskoku jiskry.

Uvedenou izolací je možné během normálního provozu elektrického stroje dosáhnout prostředí prostého koróny. V důsledku toho organické izolační materiály mohou být rovněž použity pro izolaci pramenů vodiče. To umožňuje použít nová uspořádání izolace výhodnější než uspořádání izolace použitá v případě prostředí, ve kterém dochází ke koróně. Kromě toho mohou být zvoleny organické izolanty se vlastnostmi a izolační vrstvy mohou být tenčí zvýšení ochrany izolace mezi prameny vodiče polovodičovou vrstvou každý vodič zahrnující všechny prameny může být potažen zvláštní vrstvou vysoce kvalitního izolačního materiálu.

zlepšenými 2a účelem a vnitřní

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude v následujícím textu podrobněji vysvětlen popisem příkladného provedení vynálezu, ve kterém budou dělány odkazy na přiložené výkresy, na kterých obr. 1 zobrazuje průřez statorovým vinutím, které zahrnuje izolaci podle vynálezu, • « • · ·♦·* · obr. 2 zobrazuje kruhový řez izolací podle vynálezu s kruhovým průřezem, přičemž tato izolace obklopuje dva vodiče.

Příklad provedení vynálezu

Obr. 1 zobrazuje průřez typickým vinutím rotačního elektrického stroje. Vinutí zahrnuje první vodič s množinou pramenů 2 a druhý vodič rovněž s množinou pramenů 3. Prameny náležící k příslušnému vodiči jsou obklopeny izolací 4, která tudíž tvoří izolační vrstvu obklopující množinu pramenů uspořádaných jeden na druhém. Izolaci 2 pramenů obklopuje izolace která zahrnuje izolační mezilehlou vrstvu 6 s vnitřní polovodičovou vrstvou 5 a vnější polovodičovou vrstvou 7,

Obr. 2 zobrazuje průřez izolací 1, která obklopuje první vodič 11 zahrnující množinu pramenů 2 a druhý vodič 12 zahrnující množinu pramenů 3. První vodič 11 je obklopen izolační vrstvou 9 a druhý vodič je obklopen izolační vrstvou

10. Izolace 1 zahrnuje izolační mezilehlou vrstvu 6, vnitřní polovodičovou vrstvu _5 a vnější polovodičovou vrstvu 2· Na obrázcích jsou rozdílné vrstvy záměrně zobrazeny jako tlusté vrstvy za účelem jejich zvýraznění. Ve skutečnosti polovodičové vrstvy jsou tenké a izolační vrstvy obklopující vodič a prameny vodiče jsou velmi tenké. Během výroby izolace podle vynálezu, vodičů a pramenů uzavřených v této izolaci se izolační vrstvy stlačují do stejnorodé izolace obklopující vodiče a prameny vodičů.

Jeden z pramenů 2 vodiče je galvanicky nebo kapacitně spojen s vnitřní polovodičovou vrstvou 5, v důsledku čehož tato vrstva přijímá potenciál stejný, jako je potenciál uvedeného pramene 2 vodiče. Vnější polovodičová vrstva 7 je elektricky spojena se zemí. V důsledku toho v izolaci 2 působí elektrické pole, které se vytvoří mezi vodičem a zemí. Pro správnou funkci izolace má především význam to, že se to * ·· * * « · to * · *«* « · « to « to • to ··«« «to·* ···«· to* ·« · · ·« mezi vnitřní polovodičovou vrstvou a vnější polovodičovou vrstvou nevytvoří žádné dutiny. Izolační vrstva a obě polovodičové vrstvy musí být stejnorodé a musí být v absolutním vzájemném mechanickém kontaktu. Tento mechanický kontakt musí být rovněž udržován v případě změn způsobených teplotními změnami nebo mechanickým působením.

Vnější polovodičová vrstva je určena k distribuci zemního potenciálu ve vnějším mezním povrchu izolace. Vnější polovodičová vrstva tudíž musí krýt celý obalující povrch izolace. Stejně je tomu tak u vnitřní polovodičové vrstvy, která je určena k distribuci fázového napětí vodiče ve vnitřní mezní vrstvě izolace. Vnitřní polovodičová vrstva musí tudíž krýt celý vnitřní mezní povrch izolace. V tomto textu se termínem polovodičový materiál rozumí materiál, který vodí elektrický proud značně hůře než vodič, avšak ještě tak dobře, že není považován za izolant. Tak např., materiál obou polovodičových vrstev může mít měrný odpor v rozmezí 10'⁴ Q.m až ΙΟ⁴ Ω.πι a zejména v rozmezí 1 Q,cm až 100 Ω. cm.

Izolační mezilehlá vrstva 6 je vytvořena z izolačního materiálu, který má vysokou elektrickou pevnost, např. elektrickou pevnost větší než 7 kV/mm. V důsledku toho, že mezi uvedenými dvěma polovodičovými vrstvami existuje úplný potenciálový rozdíl mezi zemí a fází a že se mezi těmito vrstvami nenachází žádné dutiny, nedochází ke vzniku částečných výbojů. Izolační mezilehlé vrstvy mohou tudíž být vyrobeny z organického materiálu, např. termoplastické pryskyřice nebo pryžové směsi. Obě polovodičové vrstvy mohou být výhodně vyrobeny z materiálu stejného, jako je materiál izolační mezilehlé vrstvy, přičemž v tomto případě vodivý prášek, např. saze nebo práškové uhlí, je přimíchán do této izolační mezilehlé vrstvy. Vhodným materiálem je např., zesíťovatelný polymer.

Velkou výhodou izolace podle vynálezu vůči stavu · · 0 0 00·0 0 00 00 00 00 techniky je to, že izolační materiál nemusí být poskytnut technikou navinutí. Polymerní materiál je výhodně poskytnut prútlačným lisováním, přičemž v tomto případě jsou obě polovodičové vrstvy poskytnuty stejnou technikou. To zaručuje, že dutiny budou úplně vyloučeny. Není nutné, aby izolant a polovodičové vrstvy byly vyrobeny ze stejných materiálů. Rozhodujícím hlediskem je to, aby mezi těmito materiály nevznikly žádné dutiny. Za tímto účelem dva samostatné materiály mohou být spojeny dohromady takovým způsobem, aby adheze mezi nimi byla udržována rovněž i během tepelného nebo mechanického působení. V případě materiálů s odlišnými vlastnostmi v oblasti kolem spoje vzniká napětí, poněvadž jeden z materiálů se roztahuje více než druhý. Uvedená adheze by měla být tudíž tak silná, aby spoj byl schopen absorbovat toto napětí. To může být učiněno elastickou nebo plastickou deformací materiálů na obou stranách spoje. Důležitou vlastností polymerního materiálu je to, že tento materiál je deformovatelný, a tudíž může být během své životnosti opakovaně mechanicky deformován, aniž by byla ohrožena adheze mezi dotyčnými vrstvami. Kromě toho tyto materiály lze jednoduchým způsobem spojit tavením, v důsledku čehož tyto materiály splynou dohromady a vytvoří stejnorodý spoj bez dutin.

Izolace 4_ pramenů má výhodně dielektrickou konstantu, která je vyšší než dielektrická konstanta hlavní izolace. V důsledku toho izolace pramenů způsobuje změnu průběhu elektrického pole takovou, že ekvipotenciální linie jsou posunuty v radiálním směru. Koncentrace elektrického pole, která by jinak byla nejvyšší v bezprostřední blízkosti vodiče, je tudíž posunuta ve směru od středu vodiče, přičemž se vyskytuje v hlavní izolaci mezi dvěma polovodičovými vrstvami. Větší vzdálenost koncentrace elektrického pole rovněž způsobuje, že elektrické pole je distribuováno ve větší oblasti, což dále zeslabuje koncentraci.

« · • · • 9 fc»* fc · · fc

9 9 9 9 ······ • a · · · · * 9 · V *·»·· ·· 9 9 9 9 »·

Za účelem odolání zatížení způsobené elektrickým rázem, např. úderem blesku, izolační vrstva je uspořádána kolem každého vodiče. Potenciálový rozdíl mezi prameny vodiče sdruženými s rozdílnými vodiči může v případě rázu dosáhnout hodnoty několika desítek kV. Krátkodobá pevnost proti přeskoku jiskry jednoduché vrstvy izolace pramenů je obvykle nedostatečná pro zamezení přeskoku jiskry mezi pramenem vodiče a polovodičovou vrstvou. K bezpečnému udržení dostatečné odolnosti vůči tomuto přeskoku jiskry jsou vodiče obklopeny zvláštními izolačními vrstvami 9, 10. Je rovněž možné vytvořit dostatečnou obranu vůči přeskoku jiskry poskytnutím vnitřní polovodičové vrstvy s takovou odolností, že žádný škodlivý potenciál není schopen se šířit v případě rázu.

Claims (13)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Elektrická izolace (1) vodiče (2,3,8) tvořícího množinu závitů pro generování magnetického pole, přičemž elektrická izolace zahrnuje izolant (6) z pevného materiálu, vyznačená tím, že má trubicovou formu, přičemž elektrická izolace dále zahrnuje vnitřní polovodičovou vrstvu (5) a vnější polovodičovou vrstvu (7), které jsou uzpůsobeny k tomu, aby mezí těmito polovodičovými vrstvami působilo elektrické pole, přičemž spoj mezi jednou z polovodičových vrstev a izolantem (6) má adhezi, která umožňuje zachovat mechanický kontakt v případě napětí způsobujícího změnu struktury.
2. 2. Elektrická izolace podle nároku 1, vyznačená tím, že vnitřní polovodičová vrstva (5) je elektricky spojena s pramenem (8) vodiče.
3. 3. Elektrická izolace podle nároku 1 nebo 2, vyznačená t í ra, že vnější polovodičová vrstva (7) je spojena s regulovatelným potenciálem, výhodně zemním potenciálem.
4. 4. Elektrická izolace podle některého z předcházejících nároků, vyznačená tím, že izolace (6) a dvě polovodičové vrstvy (5,7) mají stejnou tepelnou roztažnost.
5. 5. Elektrická izolace podle některého z předcházejících nároků, vyznačená tím, že polovodičové vrstvy (5,7) jsou vyrobeny z materiálu s měrným odporem v rozmezí fc· ··» ···· fc fc kfcfc *·*··>

   • fc fcfcfcfc fcfcfcfc • fcfcfc fc fc· · fcfc · ΐΩ.πι až 100 Ω.ιπ.
6. 6. Elektrická izolace podle některého z předcházejících nároků, vyznačená tím, že je uzpůsobena k tomu, aby obklopovala vodič s obdélníkovým průřezem.
7. 7. Elektrická izolace podle některého z předcházejících nároků, vyznačená tím, že izolant (6) a/nebo polovodičové vrstvy (5,7) jsou vyrobeny ze zesíťovatelného polyethylenu.
8. 8. Elektrická izolace (1) vodiče (2,3,8) tvořícího závity a rotující v magnetickým poli, přičemž elektrická izolace (1) zahrnuje izolant (6) z pevného materiálu, vyznačená t í m, že má trubicovou formu, přičemž elektrická izolace dále zahrnuje vnitřní polovodičovou vrstvu (5) a vnější polovodičovou vrstvu (7), které jsou uzpůsobeny k tomu, aby mezi těmito polovodičovými vrstvami působilo elektrické pole, přičemž spoj mezi jednou z polovodičových vrstev a izolantem (6) má adhezi, která umožňuje zachovat mechanický kontakt v- případě napětí způsobujícího změnu struktury.
9. 9. Způsob izolování vodiče (2,3,8) tvořícího množinu závitů pro generování magnetického pole, přičemž při tomto 2působu je izolace zahrnující izolant (6) z pevného materiálu aplikována na vodič tak, aby obklopovala tento vodič, vyznačený tím, že izolace má trubicovou formu, přičemž izolace je opatřena vnitřní polovodičovou vrstvou (5) a vnější polovodičovou vrstvou (7), které jsou uzpůsobeny k tomu, aby mezi těmito polovodičovými vrstvami působilo to to to · • · ···· · • · to elektrické pole, přičemž spoj mezi jednou z polovodičových vrstev a izolantem (6) má adhezi, která umožňuje zachovat mechanický kontakt v případě napětí způsobujícího změnu struktury.
10. 10. Způsob podle nároku 7, vyznačený tím, že izolant (6) a dvě polovodičové vrstvy (5,7) jsou vyrobeny z materiálů se stejnou tepelnou roztažností.
11. 11. Způsob podle nároku 7 nebo 8, vyznačený tím, že izolace je uzpůsobena k tomu, aby obklopovala vodič s obdélníkovým průřezem.
12. 12. Způsob podle nároku 7, 8 nebo 9, vyznačený tím, že izolace a polovodičové vrstvy jsou aplikovány na vodič vytlačením zesíťovatelného polymeru.
13. 13. Použití izolace podle nároků 1 až 7 nebo způsobu izolování podle nároků 8 až 11 v rotačním elektrickém stroji, zejména pro výměnu vinutí v souvislosti s renovací uvedeného stroje.