DE1046171B

DE1046171B - Gasdichte Leiterdurchfuehrung fuer gasgekuehlte elektrische Maschinen

Info

Publication number: DE1046171B
Application number: DES48548A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Arthur Meyn
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1956-04-30
Filing date: 1956-04-30
Publication date: 1958-12-11

Description

Gasdichte Leiterdurchführung für gasgekühlte elektrische Maschinen Bei gasgekühlten elektrischen Maschinen großer Leistung stellt die Ausbildung der Leiterdurchführungen durch das gasdicht abgeschlossene Gehäuse ein verhältnismäßig schwieriges Problem dar. Es kommt dabei darauf an, bei Sicherstellung der erforderlichen Isolation und einer ausreichenden Wärmeabfuhr die mit Strömen der Größenordnung von 5000 bis 10000 Ampere belasteten Durchführungen so auszubilden, daß eine hinreichend sichere Abdichtung gewährleistet ist, andererseits auch durch die unter Umständen bei Kurzschlüssen auftretenden schlagartigen Beanspruchungen die Durchführung weder beschädigt noch die gassichere Abdichtung in Frage gestellt werden kann.
Die an sich naheliegende Verwendung von Durchführungen mit Isolatoren aus Porzellan oder ähnlichem keramischem Stoff kommt für höhere Ströme praktisch nicht in Frage, da derartige Materialien gegen Stoß und Schlag empfindlich sind und die Bruchgefahr beim Eintreten von Kurzschlüssen zu groß ist. In gewisser Beziehung ergibt die Verwendung von Hartpapierkörpern für die Isolierung der Stromführungsleiter bessere Verhältnisse, jedoch ist bei großen, allein auf Hartpapier aufgebauten isolierten Leiterdurchführungen die Gefahr des Auftretens von Glimmentladungen im Laufe der Zeit schwer zu beseitigen, was besondere komplizierende Maßnahmen, wie die Anwendung einer Potentialsteuerung mit Hilfe von leitenden Einlagen, erforderlich macht. Weiter spricht gegen die Anwendung von reinen Hartpapierdurchführungen, daß die Herstellung der großen Isolierkörper schwierig ist und auch die Aufrechterhaltung der erforderlichen Gasdichtigkeit nicht leicht zu erreichen ist. Auch der Wärmeübergang von den innenliegenden Leitern durch die verhältnismäßig dicke Hartpapierbchicht ist schlecht, so daß die Wärmeabfuhr unbefriedigend ist.
Es sind auch bereits zusammengesetzte Stromdurchführungen bekanntgeworden, bei denen einerseits aus Gründen der Festigkeit die Isolierung teilweise aus Idartpapierzylindern besteht, während andererseits durch äußere Porzellarlcörper eine Erhöhung der elektrischen Festigkeit sowie eine Abdeckung der Hartpapierschichten gegen äußere Einwirkungen angestrebt wird. Um die Verlustwärme aus derartigen Leiterdurchführungen, wenn diese für größere Leistungen bemessen sind, noch abführen zu können, hat man ferner - wie bekannt - die Durchführungsleiter als rohrförmige Hohlkörper mit Zwischenwandteilen ausgeführt, um eine direkte Kühlung des Durchführungsleiters durch einen Teilstrom des zur Generatorkühlung dienenden Mediums möglich zu machen. Es ist ohne weiteres einzusehen, daß derartige Leiterdiurchführungen verhältnismäßig verwickelte, kostspielige, technische Gebilde darstellen, deren Fertigung große Sorgfalt erfordert und verhältnismäßig teuer ist, besonders wenn man in Betracht zieht, daß eine sehr sorgfältige Bearbeitung der einzelnen Teile derartiger Dichtungen notwendig ist, um die erforderliche Sicherheit für den gasdichten Abschluß zu erhalten. Diese Bauart führt auch zu verhältnismäßig großen Abmessungen, wodurch unter Umständen die Anordnung und der Einbau derartiger zusammengesetzter Leiterdurchführungen an dem Generatorgehäuse stark erschwert wird.
Die Erfindung bezieht sich auf die Aufgabe, eine wesentlich vereinfachte, leicht herstellbare Leiterdurchführung für die Generatoren elektrischer Maschinen zu schaffen, bei der ohne Schwierigkeiten sowohl die erforderliche elektrische Isolierung und ein unter allen Bedingungen sicherer gasdichter Abschluß gewährleistet ist und gleichzeitig eine ausreichende Kurzschlußfestigkeit vorhanden sowie die vorerwähnten Nachteile der bisher bekannten Leiterdurchführungen vermieden sind.
Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Isolation der Leiterdurchführungen in der Weise aus Silikongummi aufgebaut ist, daß zwischen zur Befestigung an dem Gehäuse dienenden Flanschteilen und dem massiv ausgeführten Durchführungsleiter eine sich praktisch über die ganze Länge des Durchführungsleiters erstreckende, abgedichtet mit dem Leiter und den Befestigungsteilen verbundene Silikongummischicht eingeschaltet ist. Die zwischen Durchführungsleiter und Abstützung vorgesehene Silikongummischichtermöglicht hierbei eine elastische Einspannung des Durchführungsleiters gegenüber den Halteteilen. Hierdurch kann in einfacher und sicherer Weise eine zuverlässige Abdichtung erreicht werden; vor allem hat die elastische Verbindung. zwischen Durchführungsleiter und Halteteilen den Vorteil, daß infolge der Elastizität auch bei Stößen und Schlägen auf den Durchführungsleiter, z. B. bei Kurzschlüssen, die Beanspruchungen stark herabgesetzt werden und keine Zerstörungen wie bei spröden, keramischen Teilen eintreten können und daß trotz der auftretenden elastischen Deformationen der Isolierschicht die Dichtung aufrechterhalten bleibt. Darüber hinaus besteht ein Vorzug der erfindungsgemäßen Leiterdurchführung darin, daß ein Niederschlagen von Feuchtigkeit wegen der wasserabweisenden Eigenschaften von Silikongummi ausgeschlossen ist. Die Oberfläche der Silikongummischicht ist unbenetzbar, so daß sich auch bei Anordnung in Kraftwerken mit Dampfschwadenbildung keine leitenden Kriechwege infolge Taubildung ergeben können. Infolge der guten Isoliereigenschaften, der besonders hohen Glimmfestigkeit sowie der günstigen Wärmefestigkeit und Wärmeableitung der Silikongummischicht ermöglicht es die erfindungsgemäße Lösung, die gesamte Leiterdurchführung mit verhältnismäßig kleinen Abmessungen herzustellen, ohne daß die Gefahr einer übermäßigen Erwärmung besteht. Schließlich ist noch als weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung neben der Unempfindlichkeit gegen Wärmedehnungen die verhältnismäßig günstige und einfache Herstellungsmöglichkeit der erfindungsgemäß ausgebildeten Leiterdurchführung anzuführen. Bei keiner der im Vorstehenden angeführten bekannten Hochstromleiterdurchführungen von Generatoren lassen sich mit so einfachen Mitteln die durch die Erfindung erzielten Vorteile und Wirkungen erreichen.
Es sei erwähnt, daß die Anwendung von elastischem Silikongummi zur Leiterisolierung bereits bekannt ist und daß auch bereits bei Klemmenanordnungen für elektrische Niederspannungskleingeräte mit abgeschlossenem Gehäuse Silikongummischichten alsDichtungsmittel verwendet sind. Derartige Anordnungen sind jedoch wegen der völlig anderen Bedingungen und Beanspruchungen mit Hochstromleiterdurchführungen für Generatoren nicht vergleichbar, so daß daraus keine Anregungen für die Ausbildung der letzteren abgeleitet werden können.
Im folgenden ist die Erfindung an Hand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert.
In Fig. 1 ist 1 der äußere Flansch der Leiterdurchführung, der mittels Schraubenverbindungen an der zu durchbrechenden Wand, z. B. an dem Gehäuse einer elektrischen Maschine, befestigt ist. 2 ist der Durchführungsleiter und 3 die aus Silikongummi aufgebaute Isolation der Leiterdurchführung. Der Durchführungsleiter 2 ist, wie dargestellt, mit Rillen versehen, um einen guten Sitz zwischen dem Leiter und der Isolierhülse 3 zu erzielen. In ähnlicher Weise ist bei der Leiterdurchführung der Fig. 2 der Leiter 2 mit flachen Wellungen versehen, die in die Silikonmasse 3 eingebettet sind. Bei der Anordnung nach Fig. 2 ist außerdem der äußere Befestigungsflansch 1 zur Erzielung hoher Gasdichtigkeit und guten Spannungsschutzes auch auf der Außenfläche in Silikongummi eingeschlossen. Ferner ist die Oberfläche der Silikonguinmiisolation mit Rillen 4 versehen, um auf diese Weise die Überschlagspannung zu erhöhen.
Fig.3 zeigt einen Querschnitt zur Fig.1. Fig.4 einen Querschnitt zu einer anderen Ausführungsform der Fig. 1; während in Fig. 3 der Durchführungsleiter 2 runden Querschnitt aufweist und dementsprechend auch die Leiterdurchführung in den übrigen Teilen kreisrunden Querschnitt besitzt, besitzt in Fig. 4 der Durchführungsleiter 5 rechteckigen Querschnitt, dem dann auch die Isolierung und der äußere Flansch angepaßt sind. Der rechteckige Querschnitt hat den Vorteil, daß die Stromwärme der Durchführung noch besser abgegeben werden kann.
Bei den Anordnungen nach den Fig. 1 und 2 besteht der äußere Befestigungsflansch in der üblichen Weise aus Metall. Zur Herabsetzung der Feldstärke am Durchführungsleiter und zur Herabsetzung der Wirbelstromverluste an diesem äußeren Befestigungsflansch kann man jedoch den äußeren Flansch auch aus einem Isolierstoff herstellen, beispielsweise kann der äußere Flansch ebenfalls aus mittels Einlagen, wie Glasseide, verstärktem Silikongummi bestehen. Fig. 5 zeigt eine derartige Anordnung mit dem Durchführungsleiter 2, der eigentlichen Silikongummiisolierung 3 und dem aus einem Isoliermaterial bestehenden äußeren Befestigungsflansch 6. Fig. 6 zeigt eine andere Ausführungsform für eine derartige Anordnung, wobei die Bezugszeichen mit denen der Fig. 5 übereinstimmen. Der äußere Befestigungsflansch besteht hier aus durch Glasseideeinlagen verstärktem Silikongummi, wobei die radialen Teile 7 des Flansches mittels einer Dichtungsunterlage 8 und mittels Verschraubung am Gehäuse 9 befestigt sind. Man erzielt durch diese Anordnung eine allseitig elastisch aufgehängte Leiterdurchführung, die also gegen mechanische Beanspruchungen, wie Wärmedehnungen, oder Stoßbeanspruchungen besonders unempfindlich ist.
Für die Herstellung des Durchführungsisolators verwendet man zweckmäßig kaltvulkanisierenden Silikongummi. Ferner erweist sich mitunter eine mechanische Verstärkung der Silikongummiisolierschicht als zweckmäßig. Zu diesem Zweck kann man den Silikongummi mit Einlagen aus einem Gewebe oder Faserstoff versehen, also mit Einlagen aus Papier oder einem Textilstoff. Besonders zweckmäßig erweisen sich dabei Glasgewebeeinlagen, die einerseits eine hohe Festigkeit besitzen, andererseits aber auch elektrisch hohe Werte aufweisen.
Die Herstellung des Isolators kann so vor sich gehen, daß die Isolierhülse getrennt von den Metallteilen der Leiterdurchführung hergestellt wird, indem sie etwa aus Silikongummi gegossen oder auch aus Bändern durch Aufwickeln hergestellt wird, wobei diese Bänder entweder nur aus Silikongummi bestehen oder aus auf einer Unterlage, wie Glasseide, Gewebe, Papier oder Folie, aufgebrachtem Silikongummi. Beim Aufwickeln werden dann diese Bänder mittels einer kaltvulkanisierenden Silikongummimasse miteinander verklebt. Um eine innige Verbindung zwischen dem Isolator und den Metallteilen herbeizuführen, erweist es sich als zweckmäßig, den Isolator mit den Metallteilen über bekannte Zwischenkleber, wie z. B. Polymethylsiloxan oder Polyäthylsiloxan oder Arylsilan, zu verbinden, da Silikongummi an Metallteilen an sich schlecht haftet. Derartige Zwischenkleber sind für den genannten Zweck bereits bekannt.
Man kann aber auch so vorgehen, daß man die genannten Isolierbänder nur aus Silikongummi unmittelbar auf den Durchführungsleiter aufwickelt und mittels kaltvulkanisierender Silikongummimasse dabei verklebt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Gasdichte Leiterdurchführung durch das Gehäuse gasgekühlter elektrischer Maschinen, dadurch gekenuzeidhnet, daß die Isolation der Leiterdurchführung in der Weise aus Silikongummi aufgebaut ist, daß zwischen zur Befestigung an dem Gehäuse dienenden Befestigungs- oder Flanschteilen und dem massiv ausgeführten Durchführungsleiter eine sich praktisch über die ganze Länge des Durchführungsleiters erstrekkende, abgedichtet mit dem Leiter und den Befestigungsteilen verbundene Silikongummischicht eingeschaltet ist.
2. Gasdichte Leiterdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Silikongummiisolation durch Einlagen mechanisch verstärkt ist.
3. Gasdichte Leiterdurchführung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Silikongummi Einlagen aus einem Gewebe oder Faserstoff, insbesondere Einlagen aus Glasgewebe aufweist.
4. Gasdichte Leiterdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß kalt ausvulkanisierender Silikongummi verwendet ist.
5. Gasdichte Leiterdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiterdurchführungsisolator zur Erzielung hoher Überschlagswerte an seiner Oberfläche Rillen oder Rippen aufweist.
6. Gasdichte Leiterdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Isolation der Leiterdurchführung umfassende Flansch auch auf der Außenfläche in Silikongummi eingeschlossen ist.
7. Gasdichte Leiterdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Silikongummiisolierung umschließende Flansch der Leiterdurchführung aus einem Isolierstoff besteht. B.
Gasdichte Leiterdurchführung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Flansch aus mit Glasseide verstärktem Silikongummi besteht.
9. Gasdichte Leiterdurchführung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet. daß die Leiterdurchführung über den äußeren Flansch allseitig elastisch aufgehängt ist.
10. Gasdichte Leiterdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter der Durchführung an dem vom Silikongummi umschlossenen Teil mit Rillen oder mit flachen Wellungen versehen ist.
11. Gasdichte Leiterdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter der Durchführung rechteckigen Querschnitt aufweist.
12. Gasdichte Leiterdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter der Durchführung runden Querschnitt aufweist.
13. Gasdichte Leiterdurchführung nach dein Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteile der Durchführung mit dem Silikongummi über einen Zwischenkleber verbunden sind.
14. Verfahren zur Herstellung der gasdichten Leiterdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Silikongummi aufgebaute Isolierhülse getrennt vom Durchführungsleiter hergestellt und dann mit diesem durch Verklebung verbunden wird.
15. Verfahren zur Herstellung der gasdichten Leiterdurchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Leiter der Durchführung unmittelbar unter Verwendung von Silikongummi hergestellte Isolierbänder aufgewickelt und mittels einer kaltvulkanisierenden Silikonmasse miteinander verklebt werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 725 211; französische Patentschrift Nr. 1 104 750; USA.-Patentschriften Nr. 2425404, 2433911, 2678346.