DE102011083502A1

DE102011083502A1 - Stator for electric machine i.e. turbine, has housing arranged in stator, fiber Bragg sensor arranged with internal volume, and closure element whose layer is arranged on exit side of glass capillary where stator coincides

Info

Publication number: DE102011083502A1
Application number: DE102011083502A
Authority: DE
Inventors: Eberhard Ritzhaupt-Kleissl; Peter Gröppel; Jürgen Weidner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-09-27
Filing date: 2011-09-27
Publication date: 2013-03-28

Abstract

The stator has a conducting part provided between a main isolation and a copper conductor rod, where the stator is equipped with epoxy resin. A fiber Bragg sensor (10) is arranged for determination of temperature of the stator. A housing is arranged in the stator, and the fiber Bragg sensor is arranged with an internal volume. A layer of a closure element is arranged on exit side of a glass capillary (12) where the stator coincides. An independent claim is also included for a method for manufacturing a stator.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Turbogenerator, nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Stators nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 8. The invention relates to a stator for an electrical machine, in particular a turbogenerator, according to the preamble of patent claim 1 and a method for producing such a stator according to the preamble of claim 8.

Statoren für Turbogeneratoren im Kraftwerkseinsatz umfassen einen Grundkörper, der aus einem hohlzylindrischen, geerdeten Blechpaket besteht. In das Blechpaket sind Nuten eingebracht, in welche Kupferstäbe fest verkeilt eingesetzt sind. Die Kupferstäbe bilden die eigentliche Statorwicklung. Stators for turbo generators in power plant use comprise a base body, which consists of a hollow cylindrical grounded laminated core. In the laminated core grooves are introduced, in which copper rods are firmly wedged used. The copper bars form the actual stator winding.

Im Kraftwerksbetrieb liegen an der Statorwicklung extrem hohe Potentiale im zweistelligen Kilovoltbereich an. Die Kupferstäbe müssen daher wirkungsvoll gegenüber dem Blechpaket isoliert werden. Hierzu dient die so genannte Hauptisolierung, die üblicherweise aus mehreren Lagen von um die Kupferstäbe gewickelten Glimmerbändern besteht. In power plant operation, extremely high potentials in the double-digit kilovolt range are applied to the stator winding. The copper bars must therefore be effectively isolated from the laminated core. This is done by the so-called main insulation, which usually consists of several layers of mica tapes wound around the copper rods.

Neben der eigentlichen elektrischen Isolierung ist für die Lebensdauer von derartigen Statoren auch von Bedeutung, dass auf kleinstem Raum extrem starke Feldstärkenunterschiede und damit hohe Feldstärkengradienten bestehen. Es muss daher dafür gesorgt werden, dass insbesondere an den Grenzflächen zwischen den Kupferstäben und der Hauptisolierung sowie der Hauptisolierung und den Blechpaketen Feldstärkenspitzen vermieden werden, die zu Glimmentladungen führen könnten, welche wiederum zu Beschädigungen an der Isolierung führen können. Zwischen den Wicklungsstäben der Hauptisolierung ist dafür eine so genannte Innenpotentialsteuerung vorgesehen, welche aus einer schwach leitenden Schicht besteht. Zweck der Innenpotentialsteuerung ist insbesondere die Feldglättung und Begrenzung der lokalen Feldstärkeüberhöhung an den Kanten der Kupferleitung. In addition to the actual electrical insulation is also important for the life of such stators that extremely small differences in field intensity differences and thus high field strength gradients exist. It must therefore be ensured that especially at the interfaces between the copper rods and the main insulation and the main insulation and the laminated core field strength peaks are avoided, which could lead to glow discharges, which in turn can lead to damage to the insulation. Between the winding bars of the main insulation for a so-called internal potential control is provided, which consists of a weakly conductive layer. The purpose of the internal potential control is in particular the field smoothing and limitation of the local field strength peaking at the edges of the copper line.

An der äußeren Grenzfläche zwischen der Hauptisolierung und geerdeten Blechpaket ist üblicherweise ein so genannter Außenglimmschutz aus einem Leitvließband vorgesehen, der ebenfalls der Feldvergleichmäßigung und der Vermeidung von Funkenerosion dient. At the outer interface between the main insulation and earthed laminated core usually a so-called Außenglimmschutz is provided from a Leitvließband, which also serves the Feldvergleichmäßigung and avoiding spark erosion.

Ein weiterer kritischer Punkt des Stators sind die Endbereiche der Wicklungsstäbe, also diejenigen Bereiche an denen die Stäbe aus dem Blechpaket austreten. Auch hier ist eine genaue Potenzialsteuerung notwendig, für die ein so genannter Endenglimmschutz eingesetzt wird. Er besteht üblicherweise aus halbleitenden nicht-linearen Belägen auf der Basis von Siliziumkarbid. Another critical point of the stator are the end portions of the winding rods, ie those areas where the rods emerge from the laminated core. Again, a precise potential control is necessary for which a so-called end corona protection is used. It usually consists of semiconducting non-linear liners based on silicon carbide.

Neben dem Feldverlauf an den Grenzflächen des Stators ist die thermische Belastbarkeit ein wesentlicher Faktor für die Lebensdauer der elektrischen Maschine. Die geschilderte Isolierungsanordnung ist üblicherweise für die Wärmeklasse F, also für Temperaturen bis 155°C dauerhaft ausgelegt. Da jedoch beispielsweise in den Statorwicklungen so genannte Hot Spots, also lokale Überhitzungen auftreten können, werden derzeit Turbogeneratoren nur gemäß Wärmeklasse B, also bei Temperaturen bis 130°C betrieben, um die Wicklungsisolierung nicht durch lokale Überhitzungen mit mehr als 155°C zu gefährden. Ein Betrieb bei höheren Temperaturen würde jedoch die Steigerung der vom Turbogenerator ins Netz abgegebenen Leistung erlauben. In addition to the field pattern at the boundary surfaces of the stator, the thermal load capacity is a significant factor for the life of the electric machine. The described insulation arrangement is usually designed for the thermal class F, ie for temperatures up to 155 ° C permanently. However, since so-called hot spots, ie local overheating, may occur in the stator windings, for example, turbogenerators are currently only operated in accordance with thermal class B, ie at temperatures up to 130 ° C., in order not to endanger the winding insulation by local overheating of more than 155 ° C. However, operating at higher temperatures would allow the increase in power output from the turbogenerator to the grid.

Um Turbogeneratoren an ihrer thermischen Auslegungsgrenze betreiben zu können, ist daher ein Temperaturüberwachungssystem notwendig, welches die Ausbildung von Hot Spots erkennen kann, so dass beim drohenden auftreten lokaler Überhitzungen gegebenenfalls beispielsweise die Leistungsabgabe gesenkt werden kann. In order to operate turbogenerators at their thermal design limit, therefore, a temperature monitoring system is necessary, which can detect the formation of hot spots, so that if impending local overheating possibly, for example, the power output can be reduced.

Elektrische Temperatursensoren sind zur Detektierung der Temperaturverteilung oder der Lage von Überhitzungen in Turbogeneratoren in der Regel ungeeignet, da sie nicht auf stromführenden Teilen eingesetzt werden können, um die Gefahr von elektrischen Überschlägen zu vermeiden. Auch drahtlose Sensoren sind für eine homogene und großflächige Überwachung des Temperaturprofils nicht oder nur mit sehr großem Aufwand einsetzbar, da solche Sensoren nur punktuell eingesetzt werden können und darüber hinaus noch mit Energie versorgt werden müssen. Electrical temperature sensors are usually unsuitable for detecting the temperature distribution or the location of overheating in turbogenerators since they can not be used on live parts to avoid the risk of electrical flashovers. Even wireless sensors are not for a homogeneous and large-scale monitoring of the temperature profile or can be used only with great effort, since such sensors can only be used selectively and beyond still need to be supplied with energy.

Für die Messung von Temperaturverteilungen auf Hochspannungspotenzial eigenen sich daher insbesondere optische Sensoren mit Lichtwellenleitern als Zuleitung besonders gut. Viele dieser Sensoren, wie beispielsweise Faserpyrometer und Fabry-Perot-Interferometer, arbeiten in der Regel jedoch auch als Punktsensoren, messen also die Temperatur nur an genau einer Messstelle, so dass auch hier eine großflächige Diagnose nur mit großem Aufwand möglich ist. For the measurement of temperature distributions to high-voltage potential, therefore, optical sensors with optical waveguides as feed line are particularly well suited. However, many of these sensors, such as fiber pyrometers and Fabry-Perot interferometers, usually work as point sensors, so they only measure the temperature at exactly one measuring point, so that a large-area diagnosis is only possible with great effort.

Zur Temperaturüberwachung von rotierenden elektrischen Maschinen, insbesondere Turbogeneratoren, bieten sich daher insbesondere Faser-Bragg-Gitter an. Derartige Sensoren bestehen aus einer optischen Faser mit einem lichtleitenden Kern, der aus dotiertem Quarzglas besteht. Um den Kern herum befindet sich ein Fasermantel aus dem gleichen, jedoch undotierten Quarzmaterial. Zum Schutz von äußeren Einflüssen befindet sich um den Fasermantel herum meist noch ein so genanntes Coating. Im lichtleitenden Kern der Quarzglasfaser liegen periodische Brechzahländerungen mit Gitterperioden im Submikrometerbereich und typischen Längen von einigen Millimetern vor. Solche Strukturen werden durch Belichtung der fotoempfindlichen dotieren Quarzglasfaser mit intensiver UV-Laserstrahlung unter Nutzung mikrolithographisch strukturierter Phasenmasken oder geeigneter Interferenzmuster erzeugt. For monitoring the temperature of rotating electrical machines, in particular turbo-generators, therefore, fiber Bragg gratings are particularly suitable. Such sensors consist of an optical fiber with a photoconductive core, which consists of doped quartz glass. Around the core is a fiber cladding of the same but undoped quartz material. For the protection of external influences there is usually a so-called coating around the fiber cladding. In the light-conducting core of the quartz glass fiber are periodic refractive index changes with grating periods in the submicron range and typical lengths of a few millimeters before. Such structures are produced by exposure of the photosensitive doped quartz glass fiber to intense UV laser radiation using microlithographically patterned phase masks or suitable interference patterns.

Auf diese Art kann der Lichtbrechungsindex im Kern des Lichtwellenleiters über eine definierte Länge periodisch variiert werden. Wird nun Licht aus einer breitbandigen Quellen eingespeist, so wird selektiv nur eine einzelne, durch die Gitterperiode festgelegte Wellenlänge an jedem Bragg-Gitter der Faser reflektiert. Ein Spektrometer empfängt das reflektierte Licht und zeigt die empfangende Wellenlänge in entsprechender Intensität an. Das strukturierte Fasersegment wirkt somit wie ein Spiegel, an dem ein Teil der Lichtintensität reflektiert wird, während der Rest des eingestrahlten Lichts transmittiert wird. Im transmittierten Spektrum fehlen dabei die reflektierten Wellenlängen. In this way, the refractive index in the core of the optical waveguide can be periodically varied over a defined length. Now, when light is fed from a broadband source, only a single wavelength determined by the grating period is selectively reflected at each fiber's Bragg grating. A spectrometer receives the reflected light and displays the receiving wavelength in the appropriate intensity. The structured fiber segment thus acts as a mirror on which a portion of the light intensity is reflected while the remainder of the incident light is transmitted. In the transmitted spectrum, the reflected wavelengths are missing.

Die spektrale Breite der Gitter-Reflektivität ist dabei abhängig von der Länge des Gitters, also von der Anzahl der Gitterperioden und liegt in der Größenordnung von 0,1 bis 1 nm. The spectral width of the grating reflectivity is dependent on the length of the grating, ie on the number of grating periods and is of the order of 0.1 to 1 nm.

Eine Temperaturänderung beeinflusst über den Ausdehnungskoeffizienten des Quarzglases die Gitterperiode und über die Dichte des Materials den Brechungsindex. Da die zu reflektierende Wellenlänge, die so genannten Bragg-Wellenlänge durch die Gitterperiode und durch den Brechungsindex des Lichtwellenleiters bestimmt wird, kann aus der Wellenlänge des reflektierten Lichts auch die Temperatur der Bragg-Gitterstelle rückgeschlossen werden. A temperature change influences the grating period via the expansion coefficient of the quartz glass and the refractive index via the density of the material. Since the wavelength to be reflected, the so-called Bragg wavelength, is determined by the grating period and by the refractive index of the optical waveguide, the temperature of the Bragg grating point can also be deduced from the wavelength of the reflected light.

Die Gitterkonstante einer Bragg-Gitterstelle ändert sich jedoch nicht nur bei einer temperaturbedingten Ausdehnung, sondern auch bei einer auf mechanischen Spannungen beruhenden Dehnung des Lichtwellenleiters. However, the lattice constant of a Bragg lattice site changes not only with a temperature-induced expansion, but also with an expansion of the optical waveguide based on mechanical stresses.

Faser-Bragg-Sensoren, die zur Temperaturmessung Verwendung finden, werden dabei üblicherweise auf ein Trägersubstrat aufgeklebt und anschließend in ein Gehäuse verpackt. Solche Faser-Bragg-Sensoren sind beispielsweise aus der US 2008/0107379 A1 bekannt. Die Zugentlastung wird hierbei durch das Verkleben der Faser am Gehäuse realisiert. Fiber Bragg sensors, which are used for temperature measurement, are usually glued to a carrier substrate and then packaged in a housing. Such fiber Bragg sensors are for example from US 2008/0107379 A1 known. The strain relief is realized here by bonding the fiber to the housing.

Ohne solche Maßnahmen würden die extremen mechanischen Spannungen in der mit Gießharz vergossenen Isolation einer Generator bzw. Motorwicklung zu einer Störung der Temperaturmessung und häufig auch zu einer Beschädigung der Glasfaser führen. Without such measures, the extreme mechanical stresses in the encapsulated cast resin insulation of a generator or motor winding would lead to a disturbance in the temperature measurement and often also to damage to the glass fiber.

Nachteiligerweise kann die Größe des Sensorgehäuses jedoch auch die Schichtdicke der Isolation beachtlich verringern, wodurch die elektrische Durchschlagssicherheit beeinträchtigt wird. However, disadvantageously, the size of the sensor housing can also considerably reduce the layer thickness of the insulation, as a result of which the electrical breakdown safety is impaired.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Stator für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Turbogenerator, nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 bereitzustellen, welcher bei besonders guter Isolierungsqualität eine besonders gute Temperaturüberwachung des Stators erlaubt. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Stators nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 8 bereitzustellen. The present invention is therefore based on the object to provide a stator for an electric machine, in particular for a turbo-generator, according to the preamble of claim 1, which allows a particularly good insulation quality of a particularly good temperature control of the stator. The invention is further based on the object to provide a method for producing such a stator according to the preamble of claim 8.

Diese Aufgabe wird durch einen Stator mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. This object is achieved by a stator having the features of patent claim 1 and by a method having the features of patent claim 8.

Ein solcher Stator für eine elektrische Maschine, insbesondere einen Turbogenerator, umfasst eine Mehrzahl von einer Statorwicklung bildenden Kupferleiterstäben, welche in Nuten eines Statorblechpakets aufgenommen und von einer Hauptisolierung aus gewickelten Glimmerbändern umgeben sind. Zwischen der Hauptisolierung und den Kupferleiterstäben ist eine teilleitende Innenpotentialsteuerungsschicht vorgesehen. Der Stator in seiner Gesamtheit ist mit einem Harz, insbesondere einem Epoxidharz vergossen, in welches zumindest ein Faser-Bragg-Sensor zur Temperaturbestimmung eingegossen ist, welcher in einem Gehäuse aufgenommen ist. Such a stator for an electrical machine, in particular a turbogenerator, comprises a plurality of stator conductor forming copper conductor bars, which are received in grooves of a stator lamination and surrounded by a main insulation of wound mica tapes. Between the main insulation and the copper conductor bars, a partially conductive internal potential control layer is provided. The stator in its entirety is potted with a resin, in particular an epoxy resin, into which is embedded at least one fiber Bragg sensor for temperature determination, which is accommodated in a housing.

Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass das Gehäuse als Kapillare, insbesondere als Glaskapillare, ausgebildet ist, in welcher sich der Faser-Bragg-Sensor innerhalb eines luftgefüllten Innenvolumens erstreckt, welches beiderseits verschlossen ist. Die Lage eines auf Seite eines Austritts der Kapillare aus der Isolierung angeordneten Verschlusselements fällt dabei mit einem austrittsseitigen Ende der Innenpotentialsteuerungsschicht zusammen. According to the invention, it is provided that the housing is designed as a capillary, in particular as a glass capillary, in which the fiber Bragg sensor extends within an air-filled internal volume which is closed on both sides. The position of a closure element arranged on the side of an exit of the capillary from the insulation coincides with an exit-side end of the internal potential control layer.

Durch die Verwendung einer Kapillare als Gehäuse kann zunächst die aus dem Stand der Technik bekannten Faser-Bragg-Sensoren auftretende Verringerung der Isolationsschichtdicke deutlich vermindern, so dass die Durchschlagssicherheit der Isolierung gewährleistet bleibt. Durch die Aufnahme des Faser-Bragg-Sensors zwischen den Verschlusselementen der Kapillare wird dieser Bereich des Faser-Bragg-Sensors von mechanischen Spannungen entkoppelt, so dass die Messergebnisse nicht durch mechanische Belastung verfälscht werden. Durch die Anordnung des Verschlusselements am Ende der Innenpotentialsteuerungsschicht wird dabei sichergestellt, dass beim Vergießen des Stators das Harz nur bis zu dieser Stelle in die Kapillare eintreten kann. Jenseits dieses Punktes liegen somit keine luftgefüllten Hohlräume in der Isolierung vor, die aufgrund des hohen Potenzialunterschieds zwischen der Innen- und Außenseite des Leiters zu elektrischen Durchschlägen führen könnten. By using a capillary as a housing, the reduction in the insulation layer thickness occurring from the prior art can first of all be significantly reduced, so that the breakdown safety of the insulation remains ensured. By receiving the fiber Bragg sensor between the closure elements of the capillary, this region of the fiber Bragg sensor is decoupled from mechanical stresses, so that the measurement results are not falsified by mechanical stress. The arrangement of the closure element at the end of the internal potential control layer ensures that during the casting of the stator, the resin can enter the capillary only up to this point. Beyond this point there are none air-filled cavities in the insulation, which could lead to electrical breakdowns due to the high potential difference between the inside and outside of the conductor.

Insgesamt wird hierdurch eine besonders gute großflächige Temperaturüberwachung des Stators ermöglicht, ohne dass die Isolierungsqualität beeinträchtigt oder die Gefahr von Durchschlägen, Entladungen oder dergleichen erhöht wird. Overall, a particularly good large-scale temperature monitoring of the stator is thereby made possible without affecting the insulation quality or the risk of breakdowns, discharges or the like is increased.

Es ist dabei besonders zweckmäßig, wenn das Verschlusselement durch einen Harzpfropfen gebildet ist, welcher beim Vergießen durch Reaktion des Harzes mit einem Polymerisationskatalysator, welcher an der Sollposition des Verschlusselements auf die Kapillare aufgebracht ist, gebildet ist. Dies ist zunächst eine prozesstechnisch besonders einfache Variante, den gewünschten Verschluss herzustellen. Beim Vergießen des Stators mit dem Harz wird das Harz also im Inneren der Kapillare bis genau an die Stelle geleitet, an welcher die Kapillare den Bereich der Innenpotenzialsteuerung verlässt. Ein weiteres Eindringen des Reaktionsharzes, welches aufgrund der dann vorhandenen mechanischen Anbindung des Faser-Bragg-Sensors an die Kapillarwand zu einer mechanischen Belastung und zur Spannungsübertragung auf den Faser-Bragg-Sensor führen würde, wird hierdurch zuverlässig vermieden. Hierdurch wird es also ermöglicht, einen Faser-Bragg-Sensor mechanisch entkoppelt und gegen äußere Einflüsse geschützt in die Isolierung eines Stabes des Stators einzubringen, definiert wieder aus der Wicklung auszuleiten und damit direkt auf dem Stab die Temperatur zu messen, ohne Teilentladungen durch ungenügende Isolierung zu riskieren. It is particularly expedient if the closure element is formed by a Harzpfropfen, which is formed during casting by reaction of the resin with a polymerization catalyst, which is applied to the target position of the closure element on the capillary. This is initially a particularly technically simple variant to produce the desired closure. When casting the stator with the resin, the resin is thus conducted inside the capillary to exactly where the capillary leaves the area of the internal potential control. Further penetration of the reaction resin, which would lead to mechanical stress and stress transmission to the fiber Bragg sensor due to the then existing mechanical connection of the fiber Bragg sensor to the capillary wall, is thereby reliably avoided. This makes it possible, mechanically decoupled a fiber Bragg sensor and introduced protected against external influences in the insulation of a rod of the stator, again defined auszuleiten from the winding and thus directly on the rod to measure the temperature, without partial discharges by insufficient insulation to risk.

Vorzugsweise wird als Polymerisationskatalysator ein Katalysator aus der Gruppe Dimethylbenzylamin, Zinknaphtenat, 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-en oder 1-Methylimidazol verwendet. Überraschenderweise beschleunigen derartige Katalysatoren die Aushärtung von Epoxidharzen derart stark, dass auch bei einem Vergießen mit der so genannten VPI-(Vacuum Pressure Impregnation)-Technik ein zuverlässiger Verschluss der Kapillare an der gewünschten Stelle erreicht wird, obwohl bei dieser Technik das Epoxidharz mit sehr hoher Geschwindigkeit in jeden kleinen Hohlraum eindringt. The catalyst used is preferably a catalyst from the group consisting of dimethylbenzylamine, zinc naphthenate, 1,8-diazabicyclo [5.4.0] undec-7-ene or 1-methylimidazole. Surprisingly, such catalysts accelerate the curing of epoxy resins so strongly that even with a casting with the so-called VPI (Vacuum Pressure Impregnation) technique, a reliable closure of the capillary is achieved at the desired location, although in this technique, the epoxy resin with very high Speed penetrates into every small cavity.

Alternativ zum Verschließen der Kapillare unter Zuhilfenahme eines Polymerisationskatalysators kann das Verschlusselement auch durch ein Klebe- und/oder Dichtungsmaterial gebildet sein, welches die Kapillare mit einer weiteren, sich außerhalb der Isolierung erstreckenden Kapillare verbindet. Hierdurch wird die Kapillare unter der Isolierungswicklung hermetisch versiegelt und gleichzeitig die Glasfaser vor den äußeren Kräften (Druck, Vibration, Scherung und dergleichen) geschützt. Das Imprägnierharz strömt beim Imprägniervorgang bis zur verklebten Trennstelle ein, wobei durch den Kleb- bzw. Dichtstoff ein weiteres Einströmen in den zentralen Teil der Kapillare verhindert wird. Auch hierdurch wird sichergestellt, dass die darin befindliche Glasfaser nur von Luft umgeben ist, so dass eine zuverlässige Temperaturmessung ermöglicht wird, wobei auch hier die Isolierungsqualität nicht beeinträchtigt wird. As an alternative to closing the capillary with the aid of a polymerization catalyst, the closure element may also be formed by an adhesive and / or sealing material which connects the capillary with a further, extending outside the insulation capillary. As a result, the capillary is hermetically sealed under the insulation winding and at the same time protects the glass fiber from the external forces (pressure, vibration, shear and the like). The impregnating resin flows during the impregnation process to the bonded separation point, wherein the adhesive or sealant further inflow into the central part of the capillary is prevented. This also ensures that the glass fiber contained therein is only surrounded by air, so that a reliable temperature measurement is made possible, in which case the insulation quality is not affected.

Zweckmäßigerweise ist die Verbindungsstelle zwischen den Kapillaren hierbei noch mittels eines Verstärkungselements, insbesondere eines die Verbindungsstelle umgebenden Schrumpfschlauchs verstärkt, was die Verbindungsstelle mechanisch besonders haltbar macht. Conveniently, the connection point between the capillaries is still reinforced by means of a reinforcing element, in particular a shrink tube surrounding the joint, which makes the joint mechanically particularly durable.

In beiden geschilderten Varianten ist es zweckmäßig, die Kapillare zwischen der Innenpotentialsteuerungsschicht und Hauptisolierung anzuordnen, um so möglichst nahe an den eigentlichen Kupferleiterstäben zu liegen, deren Temperaturüberwachung von besonderer Bedeutung ist. In both described variants, it is expedient to arrange the capillary between the internal potential control layer and the main insulation so as to be as close as possible to the actual copper conductor bars, whose temperature monitoring is of particular importance.

Es ist ferner zweckmäßig, wenn sich die Kapillare und der Faser-Bragg-Sensor über die gesamte Länge eines jeweiligen Kupferstabes erstreckt, so dass die Temperatur des Stators nicht nur punktuell, sondern über dessen gesamte Erstreckung überwacht wird. Damit können gegebenenfalls auftretende Hot Spots zuverlässig erkannt werden, so dass der Stator im Normalbetrieb bei seiner maximalen thermischen Belastbarkeit betrieben werden kann, ohne dass Schäden zu befürchten sind. It is also expedient if the capillary and the fiber Bragg sensor extend over the entire length of a respective copper rod, so that the temperature of the stator is monitored not only at certain points, but over its entire extent. In this way, any hot spots that may occur can be reliably detected, so that the stator can be operated at its maximum thermal capacity during normal operation without any fear of damage.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Stators für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen Turbogenerator, bei welchem eine Mehrzahl von eine Statorwicklung bildenden Kupferstäben mit einer Innenpotentialsteuerungsschicht versehen und mit einer Hauptisolierung aus Glimmerbändern umwickelt werden, anschließend in Nuten eines Statorblechpakets eingebracht werden und gemeinsam mit dem Statorblechpaket mit einem Harz, insbesondere einem Epoxidharz vergossen werden. Hierbei wird zumindest ein in einem Gehäuse aufgenommener Faser-Bragg-Sensor mit vergossen. The invention further relates to a method for producing a stator for an electrical machine, in particular for a turbogenerator, in which a plurality of copper rods forming a stator winding are provided with an internal potential control layer and wrapped with a main insulation of mica tapes, then introduced into grooves of a stator lamination and be cast together with the stator lamination with a resin, in particular an epoxy resin. In this case, at least one accommodated in a housing fiber Bragg sensor is shed with.

Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass als Gehäuse eine Kapillare, insbesondere eine Glaskapillare verwendet wird, welches so verschlossen wird, dass nach dem Vergießen der Faser-Bragg-Sensor zwischen dem Verschlüsseln in einem luftgefüllten Innenvolumen der Kapillare verläuft. Hierbei wird der auf derjenigen Seite der Kapillare, welche aus der Isolierung austritt, gelegene Verschluss so angeordnet, dass seine Lage mit einem austrittsseitigen Ende der Innenpotentialsteuerungsschicht zusammenfällt. According to the invention, it is provided that a capillary, in particular a glass capillary, is used as the housing, which is closed in such a way that, after casting, the fiber Bragg sensor extends between the encoding in an air-filled internal volume of the capillary. In this case, the closure located on the side of the capillary which emerges from the insulation is arranged such that its position coincides with an exit-side end of the internal potential control layer.

Wie bereits anhand des erfindungsgemäßen Stators erläutert, wird hierdurch das Auftreten von luftgefüllten Räumen in der Isolierung vermieden und damit elektrische Durchschläge unterbunden. Durch den Verschluss kann beim Vergießen das Epoxidharz gezielt in die Kapillare geleitet werden, wobei das Harz nicht in den eigentlichen Messbereich des Faser-Bragg-Sensors eindringen kann. In diesem Bereich ist der Sensor daher ausschließlich von Luft umgeben, so dass eine zuverlässige, von Umgebungseinflüssen wie mechanischen Spannungen, Scherungen und dergleichen unbeeinflusste Messung möglich wird. Das Verfahren ermöglicht somit eine prozesssichere Herstellung eines Stators, der besonders gut temperaturüberwacht werden kann, wobei insbesondere sichergestellt wird, dass der Faser-Bragg-Sensor auf kontrollierte Weise aus der Isolierung des Stators austreten kann und die Isolierungsqualität nicht beeinträchtigt wird. As already explained with reference to the stator according to the invention, this avoids the occurrence of air-filled spaces in the insulation and thus prevents electrical breakdown. By sealing the epoxy resin can be specifically directed into the capillary during casting, wherein the resin can not penetrate into the actual measurement range of the fiber Bragg sensor. In this area, the sensor is therefore surrounded exclusively by air, so that a reliable, uninfluenced by environmental influences such as mechanical stresses, shears and the like is possible. The method thus enables a process-reliable production of a stator, which can be particularly well temperature-monitored, in particular ensuring that the fiber Bragg sensor can escape in a controlled manner from the insulation of the stator and the insulation quality is not impaired.

In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung wird der austrittsseitige Verschluss der Kapillare durch Aufbringen eines Polymerisationskatalysators erzeugt, welcher beim Vergießen mit dem Harz reagiert und ein weiteres Eindringen des Harzes in die Kapillare verhindert. Hierdurch kann auf einfachste und prozesssichere Weise der gewünschte Verschluss und somit auch der gewünschte Feldverlauf im Bereich des Faser-Bragg-Sensors sichergestellt werden. In a particularly preferred embodiment of the invention, the outlet-side closure of the capillary is produced by applying a polymerization catalyst, which reacts when cast with the resin and prevents further penetration of the resin into the capillary. In this way, the desired closure and thus also the desired field profile in the area of the fiber Bragg sensor can be ensured in a simplest and process-reliable manner.

Zweckmäßigerweise wird hierzu ein Polymerisationskatalysator aus der Gruppe Dimenthylbenzylamin, Zinknaphtenat, 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-en oder 1-Methylimidazol verwendet. Die genannten Katalysatoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie auch unter Bedingungen des Vergießens mit der Vacuum Pressure Impregnation-Methode für ein schnelles und zuverlässiges Aushärten des Epoxidharzes sorgen können, so dass dieses trotz der Infusion mit hoher Geschwindigkeit lediglich bis zum gewünschten Punkt in die Kapillare eindringen kann. Conveniently, for this purpose, a polymerization catalyst from the group Dimenthylbenzylamin, zinc naphthenate, 1,8-diazabicyclo [5.4.0] undec-7-ene or 1-methylimidazole is used. The mentioned catalysts are characterized in that they can provide even under conditions of potting with the Vacuum Pressure Impregnation method for a fast and reliable curing of the epoxy resin, so that this despite the high-speed infusion only to the desired point in the capillary can penetrate.

Die genannten Katalysatoren können dabei auf einfache und prozesssichere Weise durch Auftropfen, Aufsprühen, Tauchen, Pinseln oder dergleichen aufgebracht werden. The catalysts mentioned can be applied in a simple and process-reliable manner by dripping, spraying, dipping, brushing or the like.

Eine alternative Möglichkeit zur Ausbildung des austrittsseitigen Verschlusses der Kapillare ist, am austrittsseitigen Ende der Kapillare, das im diesem Fall Überdeckung mit dem Ende der Innenpotentialsteuerung liegt, eine weitere Kapillare aufzuschieben. Die Kapillaren werden mit einem geeigneten Klebstoff- und/oder Dichtmaterial verbunden, welches den Eingang der unter den Isolierungswicklungen liegenden Kapillare zuverlässig verschließt. Auch hierdurch wird das Einströmen des Imprägnierharzes lediglich bis zum gewünschten Punkt ermöglicht. Gegebenenfalls kann die Verbindungsstelle noch durch ein Verstärkungselement, insbesondere einen Schrumpfschlauch, verstärkt werden, um eine mechanisch besonders stabile Anordnung zu schaffen. An alternative possibility for forming the outlet-side closure of the capillary is, at the outlet end of the capillary, which in this case overlaps with the end of the internal potential control, postpone a further capillary. The capillaries are connected to a suitable adhesive and / or sealing material, which reliably closes the inlet of the capillaries located under the insulation windings. This also allows the inflow of the impregnating resin is only possible up to the desired point. Optionally, the connection point can still be reinforced by a reinforcing element, in particular a shrink tube, in order to create a mechanically particularly stable arrangement.

Im Folgenden wird die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt hierbei eine schematische Darstellung eines Doppelkapillarpakets im Bereich der Austrittsstelle der Kapillare aus einer Isolationswicklung eines Stators für eine elektrische Maschine. In the following the invention and its embodiments will be explained in more detail with reference to the drawing. The single figure shows a schematic representation of a Doppelkapillarpakets in the region of the exit point of the capillary from an insulation winding of a stator for an electric machine.

Statoren von elektrischen Maschinen, insbesondere von Turbogeneratoren für den Kraftwerksbetrieb bestehen aus einem Blechpaket, welches Nuten aufweist, in denen Kupferleitstäbe eingebracht sind, die die eigentliche Statorwicklung ausbilden. Zur Isolation sind die Kupferleitstäbe mit Wicklungen aus einem Klimaband umgeben. Aufgrund der hohen Potentialdifferenzen zwischen den im Kraftwerksbetrieb an einem Potential im zweistelligen Kilovoltbereich liegenden Kupferleitstäben und dem geerdeten Blechpaket müssen ferner Maßnahmen zur Potentialvergleichmäßigung, insbesondere zur Vermeidung von hohen lokalen Potentialgradienten, die zu elektrischen Durchschlägen, Glimmentladungen und dergleichen führen könnten, getroffen werden. Dies betrifft insbesondere die Grenzflächen zwischen Bereichen stark unterschiedlicher Potentialen. Aus diesem Grund ist zwischen der Hauptisolation aus Glimmabändern und den Kupferleitstäben eine so genannte Innenpotentialsteuerung aus einem teilleitenden Material eingebracht. Zwischen der Hauptisolierung und dem Blechpaket befindet sich ferner ein so genannter Außenglimmschutz. Auch in dem Bereich, in dem die Kupferleitstäbe aus dem Statorpaket austreten, ist eine Potentialvergleichmäßigung notwendig. Dies wird durch den so genannten Endenglimmschutz erzielt. Stators of electrical machines, in particular turbogenerators for power plant operation consist of a laminated core, which has grooves in which Kupferleitstäbe are introduced, which form the actual stator winding. For isolation, the copper rods are surrounded by windings from a climatic band. Because of the high potential differences between the copper conductor rods lying in the power plant operation at a potential in the two-digit kilovolt range and the grounded laminated core further measures for potential equalization, in particular to avoid high local potential gradients that could lead to electrical breakdowns, glow discharges and the like must be taken. This applies in particular to the interfaces between areas of greatly differing potentials. For this reason, a so-called internal potential control of a partially conductive material is introduced between the main insulation of Glimmabändern and the Kupferleitstäben. Between the main insulation and the laminated core is also a so-called Außenglimmschutz. Even in the area in which the Kupferleitstäbe escape from the stator, a potential equalization is necessary. This is achieved by the so-called end corona protection.

Um Turbogeneratoren bei maximaler Leistungsabgabe betreiben zu können, ist es von Bedeutung, die Temperatur des Stators genau zu überwachen, so dass die thermische Belastbarkeit der Isolierungsmaterialien nicht überschritten wird. Eine solche Temperaturüberschreitung kann insbesondere durch die Bildung lokaler Überhitzungen, so genannter Hot Spots bewirkt werden. Die Temperaturüberwachung muss daher den Stator großflächig beobachten können, eine rein punktuelle Beobachtung genügt nicht. In order to operate turbogenerators at maximum power output, it is important to closely monitor the temperature of the stator, so that the thermal capacity of the insulating materials is not exceeded. Such a temperature overshoot can be effected in particular by the formation of local overheating, so-called hot spots. The temperature monitoring must therefore be able to observe the stator over a large area, a purely selective observation is not enough.

Hierzu ist es insbesondere zweckmäßig, so genannte Faser-Bragg-Sensoren 10 zu verwenden. Derartige Sensoren 10 bestehen aus Lichtwellenleitern, die mit einer sensitiven Dotierung versehen sind. Durch geeignete mikrolithographische Belichtung mittels UV-Lasern kann in das Material der Lichtwellenleiter 10 ein Bragg-Gitter, also eine periodische Brechzahländerung im lichtleitenden Kern mit Gitterperioden im Submikrometerbereich unter typischen Längen von einigen Millimetern eingebracht werden. Die Gitterperiode eines solchen Bragg-Gitters bestimmt, welche Wellenlängen vom Lichtwellenleiter reflektiert bzw. transmittiert werden, so dass durch Einstrahlung breitbandigen Lichts und spektroskopische Analyse des reflektierten Lichts der Gitterabstand bzw. die Brechzahlen im Bragg-Gitter bestimmt werden können. For this purpose, it is particularly expedient, so-called fiber Bragg sensors 10 to use. Such sensors 10 consist of optical waveguides, which are provided with a sensitive doping. By suitable microlithographic exposure by means of UV lasers can in the material of the optical waveguide 10 a Bragg grating, so a periodic refractive index change in the photoconductive core with Grid periods in the submicron range are introduced under typical lengths of a few millimeters. The grating period of such a Bragg grating determines which wavelengths are reflected or transmitted by the optical waveguide, so that by irradiation of broadband light and spectroscopic analysis of the reflected light, the grating spacing or the refractive indices in the Bragg grating can be determined.

Da sich der Faser-Bragg-Sensor 10 bei Temperaturänderungen ausdehnt bzw. zusammenzieht und zudem temperaturabhängige Änderungen in der Brechzahl zeigt, kann die Wellenlänge des vom Faser-Bragg-Sensor 10 reflektierten Lichts zur Temperaturbestimmung genutzt werden. Because the fiber Bragg sensor 10 when temperature changes expands or contracts and also shows temperature-dependent changes in the refractive index, the wavelength of the fiber Bragg sensor 10 reflected light can be used for temperature determination.

Um eine Beobachtung der Temperatur des Stators über dessen gesamte Streckung zu ermöglichen, werden solche Faser-Bragg-Sensoren entlang der Kupferleitstäbe und insbesondere außenseits der Innenpotentialsteuerung angebracht. Um externe Einflüsse auf den Faser-Bragg-Sensor zu vermeiden, die beispielsweise aufgrund von mechanischen Spannungen im Stator auftreten und damit temperaturunabhängig zu Längenänderungen des Faser-Bragg-Sensors 10 führen könnten, die wiederum die Messergebnisse verfälschen, muss der Faser-Bragg-Sensor 10 in einer Kapillare 12 eingeschlossen werden. Die Kapillare 12 erstreckt sich dabei ebenfalls über die gesamte Länge der Kupferleitstäbe und umschließt den innerhalb der Isolierung gelegenen Teil des Faser-Bragg-Sensors 10 vollständig. Die Verwendung einer Kapillare 12 ist dabei besonders vorteilhaft, da eine derartige Kapillare 12 mit besonders geringer Dicke gefertigt und verbaut werden kann. Durch das Vorliegen der Kapillare 12 wird somit die Schichtdicke im Bereich des Faser-Bragg-Sensors 10 nicht wesentlich beeinträchtigt, so dass die Durchschlagssicherheit der Isolierung erhalten bleibt. In order to allow observation of the temperature of the stator over its entire extension, such fiber Bragg sensors are mounted along the copper rods and in particular on the outside of the internal potential controller. To avoid external influences on the fiber Bragg sensor, which occur for example due to mechanical stresses in the stator and thus temperature-independent to changes in length of the fiber Bragg sensor 10 lead, which in turn falsify the measurement results, must be the fiber Bragg sensor 10 in a capillary 12 be included. The capillary 12 also extends over the entire length of the Kupferleitstäbe and encloses the located within the insulation part of the fiber Bragg sensor 10 Completely. The use of a capillary 12 is particularly advantageous because such a capillary 12 can be manufactured and installed with a particularly small thickness. By the presence of the capillary 12 Thus, the layer thickness in the region of the fiber Bragg sensor 10 not significantly impaired, so that the penetration resistance of the insulation is maintained.

Da das gesamte Statorpaket im Verlauf der Herstellung noch mit einem Kunstharz infundiert und vergossen wird, welches in Spalten, Hohlräume und dergleichen eindringt und diese versiegelt, um das Auftreten von elektrischen Überschlägen zu vermeiden, ist es wichtig sicherzustellen, dass das Kunstharz nicht in den Messbereich des Faser-Bragg-Sensors 10 innerhalb der Kapillare 12 eindringen kann. Wäre dies der Fall, so würde der Faser-Bragg-Sensor 10 wieder mechanisch mit dem gesam-ten Statorpaket gekoppelt und wäre wiederum anfällig für Materialspannungen oder dergleichen. Um sicherzustellen, dass sich der Messbereich des Faser-Bragg-Sensors 10 somit in einem luftumschlossenen Innenvolumen der Kapillare 12 befindet, muss die Kapillare 12 verschlossen werden. Since the entire stator pack is still infused and potted with a synthetic resin in the course of manufacture, which penetrates into gaps, cavities and the like and seals them to prevent the occurrence of electric flashovers, it is important to ensure that the resin does not fall within the measuring range the fiber Bragg sensor 10 inside the capillary 12 can penetrate. If this were the case, then the fiber Bragg sensor would 10 again mechanically coupled to the entire stator package and would in turn be susceptible to material stresses or the like. To ensure that the measuring range of the fiber Bragg sensor 10 thus in an air-enclosed internal volume of the capillary 12 The capillary must be located 12 be closed.

Die Wahl der Lage der Verschlussstelle der Kapillare 12 ist dabei nicht nur von der Lage der in dem Lichtwellenleiter 10 eingebrachten Bragg-Gitter abhängig, sondern muss gleichzeitig sicherstellen, dass der Faser-Bragg-Sensor 10 kontrolliert aus der Isolierungswicklung des Stators geführt werden kann, da gerade in diesem Bereich bei einer unkontrollierten Führung des Faser-Bragg-Sensors 10 wiederum ungewünschte hohe Feldgradienten auftreten könnten, welche wiederum die Durchschlagsicherheit der Isolierung vermindern könnten bzw. die Anfälligkeit für Glimmentladungen und dergleichen erhöhen würden. Hierzu wird der Faser-Bragg-Sensor 10 insbesondere im Endbereich der Kupferleitstäbe, in welchem diese aus dem Statorblechpaket austreten, aus der Isolationswicklung hinausgeführt. Die Verschlussstelle liegt dabei insbesondere zweckmäßigerweise am Ende der Innenpotentialsteuerung, so dass über den gesamten lufterfüllten Bereich der Kapillare 12, in welcher der Faser-Bragg-Sensor 10 verläuft, durch die räumliche Nähe zur Innenpotentialsteuerung ein gleichmäßiges Potential festgelegt wird. Hierdurch werden möglich Teilentladungen über den luftgefüllten Hohlraum in der Kapillare 12 eliminiert. The choice of the position of the closure of the capillary 12 is not only the location of the in the optical fiber 10 Deployed Bragg grating, but at the same time make sure that the fiber Bragg sensor 10 controlled out of the insulation winding of the stator can be performed, since just in this area with an uncontrolled leadership of the fiber Bragg sensor 10 again undesirable high field gradients could occur, which in turn could reduce the breakdown resistance of the insulation or increase the susceptibility to corona discharges and the like. For this purpose, the fiber Bragg sensor 10 in particular in the end region of the copper conductor rods, in which these emerge from the laminated stator core, are led out of the insulation winding. In particular, the closure point expediently lies at the end of the internal potential control, so that over the entire air-filled region of the capillary 12 in which the fiber Bragg sensor 10 runs, is determined by the proximity to the internal potential control, a uniform potential. This makes possible partial discharges via the air-filled cavity in the capillary 12 eliminated.

Zum Verschließen der Kapillare 12 kann, wie in der Figur gezeigt, eine weitere Kapillare 14 auf den Faser-Bragg-Sensor 10 aufgesteckt und mittels eines Dichtmaterials 16 mit der Kapillare 12 verbunden werden. Der Innenraum 18 der Kapillare 12 wird damit hermetisch versiegelt, so dass beim Vergießen des Stators mit Harz kein Harz in diesen Innenraum 18 eindringen kann. Der Innenraum 20 der Kapillare 14 ist dagegen offen und wird mit Harz gefüllt, so dass im Bereich der Sensoranordnung, in dem das Potential über den Innenraum 20 nicht mehr durch die Nähe zur Innenpotentialsteuerung vergleichmäßigt wird, keine lufterfüllten Räume vorliegen. To close the capillary 12 can, as shown in the figure, another capillary 14 on the fiber Bragg sensor 10 attached and by means of a sealing material 16 with the capillary 12 get connected. The interior 18 the capillary 12 is hermetically sealed so that when casting the stator with resin no resin in this interior 18 can penetrate. The interior 20 the capillary 14 is on the other hand open and filled with resin, so that in the region of the sensor arrangement in which the potential across the interior 20 is no longer equalized by the proximity to the internal potential control, there are no air-filled spaces.

Die Verbindungsstelle 22 zwischen den Kapillaren 12 und 14 kann zusätzlich durch einen aufgesteckten und geschrumpften Schrumpfschlauch 24 mechanisch stabilisiert werden. The connection point 22 between the capillaries 12 and 14 Can additionally by a plugged and shrunk shrink tubing 24 be mechanically stabilized.

Alternativ zu der in der Figur gezeigten Ausführungsform ist es auch möglich, eine Kapillare 12 zu verwenden, die sich über das Ende der Innenpotentialsteuerung hinaus erstreckt. Vor dem Vergießen des Stators mit Epoxidharz wird dann ein Polymerisationskatalysator für das Epoxidharz auf die Innenwandung der Kapillare 12 und/oder dem Lichtwellenleiter 10 genau dort aufgebracht, wo die Innenpotentialsteuerung austrittsseitig endet. Als Katalysator kann hierbei beispielsweise Dimethylbenzylamin, Zinknaphtenat, 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-en oder 1-Methylimidazol verwendet werden. Beim Infundieren der Statoranordnung mit dem Epoxidharz dringt dieses in das Innenvolumen 18 der Kapillare 12 ein, polymerisiert jedoch beim Kontakt mit dem Polymerisationskatalysator am Ende der Innenpotentialsteuerung sofort aus, so dass sich ein Harzpfropfen bildet, der das weitere Innenvolumen 18, in dem der Faser-Bragg-Sensor 10 verläuft, hermetisch versiegelt. Der sich entlang der Innenpotentialsteuerung erstreckende Bereich der Kapillare 12 ist auch in diesem Ausführungsbeispiel somit lufterfüllt, wobei auch hier durch die räumliche Nähe zur Innenpotentialsteuerung über diesen lufterfüllten Bereich ein vergleichmäßigtes Potential herrscht, so dass auch hier Überschläge vermieden werden. Die Katalysatoren können dabei in Konzentrationen von 0,15 bis 1 % in einer Länge von 0,01 m bis 0,2 m an der vorgegebenen Stelle durch Pinseln, Tauchen, Sprühen, Tropfen oder dergleichen aufgebracht werden. As an alternative to the embodiment shown in the figure, it is also possible to use a capillary 12 to use, which extends beyond the end of the internal potential control addition. Before casting the stator with epoxy resin, a polymerization catalyst for the epoxy resin is then applied to the inner wall of the capillary 12 and / or the optical waveguide 10 applied exactly where the internal potential control ends on the outlet side. As the catalyst, for example, dimethylbenzylamine, zinc naphthenate, 1,8-diazabicyclo [5.4.0] undec-7-ene or 1-methylimidazole can be used. When the stator assembly is infused with the epoxy resin, it penetrates into the internal volume 18 the capillary 12 However, upon contact with the polymerization catalyst at the end of the internal potential control, it immediately polymerizes, causing a Resin graft forms, which the further inside volume 18 in which the fiber Bragg sensor 10 runs, hermetically sealed. The area of the capillary extending along the internal potential control 12 is thus air-filled in this embodiment, whereby also here by the spatial proximity to the internal potential control over this air-filled area a uniformed potential prevails, so that also here arcs are avoided. The catalysts can be applied in concentrations of 0.15 to 1% in a length of 0.01 m to 0.2 m at the specified location by brushing, dipping, spraying, drops or the like.

Insgesamt wird so ein Stator für einen Turbogenerator geschaffen, welcher besonders zuverlässig temperaturüberwacht werden kann. Dies ermöglicht es, den Turbogenerator an seinem thermischen Belastungsmaximum zu betreiben, ohne dass lokale Überhitzungen befürchtet werden müssen. Tritt eine derartige Überhitzung auf, so kann dies bereits im Vorfeld mittels des Faser-Bragg-Sensors festgestellt werden, so dass gegebenenfalls die Leistungsentnahme aus dem Turbogenerator reduziert werden kann. Insgesamt kann somit eine höhere Leistungsentnahme aus dem Turbogenerator realisiert werden, ohne dass weitere bauliche Veränderungen notwendig sind. Overall, a stator is thus created for a turbogenerator, which can be monitored particularly reliably by temperature. This makes it possible to operate the turbogenerator at its maximum thermal load without having to fear local overheating. If such overheating occurs, this can already be ascertained in advance by means of the fiber Bragg sensor, so that, if appropriate, the removal of power from the turbo-generator can be reduced. Overall, therefore, a higher power extraction from the turbo-generator can be realized without further structural changes are necessary.

Besonders zweckmäßig ist es dabei, für jeden einzelnen Kupferleitstab der Statorwicklungen einen derartigen Faser- Bragg-Sensor vorzusehen, so dass die Temperaturüberwachung über den gesamten Stator zuverlässig möglich ist. It is particularly expedient to provide such a fiber Bragg sensor for each individual copper rod of the stator windings, so that the temperature monitoring over the entire stator is reliably possible.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass durch die geringe räumliche Ausdehnung der Kapillare 12 sowie durch das gleichmäßige Potential über den lufterfüllten Innenraum 18 der Kapillare 12 keine nennenswerten Beeinträchtigungen der Isolierungsqualität befürchtet werden müssen. Ein Turbogenerator mit einem derartigen Faser-Bragg-Sensor 10 in der beschriebenen Anbringungsform weist daher eine Lebensdauer auf, die sich von konventionellen Turbogeneratoren nicht wesentlich unterscheidet bzw. gegebenenfalls aufgrund der besseren Temperaturüberwachung sogar deutlich länger ist. Another advantage of the invention is that due to the small spatial extent of the capillary 12 as well as the uniform potential over the air-filled interior 18 the capillary 12 no significant impairment of the insulation quality must be feared. A turbogenerator with such a fiber Bragg sensor 10 in the described attachment therefore has a lifetime that does not differ significantly from conventional turbo-generators or possibly even significantly longer due to the better temperature control.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2008/0107379 A1 [0016]

Claims

A stator for an electrical machine, in particular a turbogenerator, comprising a plurality of stator conductor forming copper conductor bars received in slots of a stator lamination stack and surrounded by a main insulation of wound mica tapes, wherein a partial conductive internal potential control layer is provided between the main insulation and the copper conductor bars Stator is potted in its entirety with a resin, in particular an epoxy resin, in which at least one fiber Bragg sensor ( 10 ) is poured for temperature determination, which in a housing ( 12 ), characterized in that the housing ( 12 ) is formed as a capillary, in particular as a glass capillary, in which the fiber Bragg sensor ( 10 ) within an air-filled internal volume ( 18 ), which is closed on both sides, wherein the position of a side of an outlet of the capillary ( 12 ) arranged from the insulation closure element ( 16 ) coincides with an exit-side end of the internal potential control layer.

Stator according to claim 1, characterized in that the closure element ( 16 ) is formed by a resin plug, which upon casting by reaction of the resin with a polymerization catalyst, which at the target position of the closure element on the capillary ( 12 ), is formed.

Stator according to claim 2, characterized in that the polymerization catalyst from the group dimethylbenzylamine, zinc naphthenate, 1,8-diazabicyclo [5.4.0] undec-7-ene or 1-methylimidazole is selected.

Stator according to claim 1, characterized in that the closure element ( 16 ) is formed by an adhesive and / or sealing material, which the capillary ( 12 ) with another, extending outside the insulation capillary ( 14 ) connects.

Stator according to claim 4, characterized in that the connection point ( 22 ) between the capillaries ( 12 . 14 ) by means of a reinforcing element ( 24 ), in particular one the junction ( 22 ) surrounding heat shrink tubing is reinforced.

Stator according to one of claims 1 to 5, characterized in that the capillary ( 12 ) is disposed between the internal potential control layer and the main insulation. Stator according to one of claims 1 to 6, characterized in that the capillary ( 12 ) and the fiber Bragg sensor ( 10 ) extends over the entire length of the copper rod.

A method for producing a stator for an electric machine, in particular a turbogenerator, in which a plurality of stator coils forming a copper rods are provided with an internal potential control layer and wrapped with a main insulation of mica tapes, then introduced into grooves of a stator lamination and together with the stator lamination with a Resin, in particular an epoxy resin are cast, wherein at least one in a housing ( 12 ) received fiber Bragg sensor ( 10 ) with potting, characterized in that as housing ( 12 ) a capillary, in particular a glass capillary is used, which is closed so that after casting the fiber Bragg sensor ( 10 ) between the closures ( 16 ) in an air-filled internal volume ( 18 ) of the capillary ( 12 ), the one on the side of the capillary ( 12 ), which emerges from the insulation, located shutter ( 16 ) is arranged so that its position coincides with an exit-side end of the internal potential control layer.

A method according to claim 8, characterized in that the outlet-side closure ( 16 ) of the capillary ( 12 ) is produced by applying a polymerization catalyst which reacts when cast with the resin and further penetration of the resin into the capillary ( 12 ) prevented.

A method according to claim 9, characterized in that a polymerization catalyst from the group dimethylbenzylamine, zinc naphthenate, 1,8-diazabicyclo [5.4.0] undec-7-ene or 1-methylimidazole is used.

A method according to claim 9 or 10, characterized in that the polymerization catalyst on the capillary ( 12 ) and the fiber Bragg sensor ( 10 ) is applied.

Method according to one of claims 9 to 11, characterized in that the polymerization catalyst by dropping, spraying, dipping, brushing or the like. Is applied.

A method according to claim 9, characterized in that the outlet-side closure ( 16 ) of the capillary ( 12 ) by gluing the capillary ( 12 ) with another, extending outside the insulation capillary ( 14 ) is produced.

A method according to claim 13, characterized in that the connection point between the capillaries ( 12 . 14 ) by a reinforcing element ( 24 ), in particular a shrink tube, is reinforced.