DE112016006770T5

DE112016006770T5 - Elektrische Rotationsmaschine

Info

Publication number: DE112016006770T5
Application number: DE112016006770.4T
Authority: DE
Inventors: Takahiro Umemoto; Yasutomo OTAKE; Manabu Yoshimura; Takashi Nada; Makoto Tsukiji
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-04-22
Filing date: 2016-11-24
Publication date: 2019-01-03
Also published as: US10615659B2; WO2017183223A1; US20190109507A1

Abstract

Eine elektrische Rotationsmaschine (1) weist Folgendes auf: einen Stator-Eisenkern (4) mit einer Nut (5), einen Rotor (3), der bezüglich des Stator-Eisenkerns in Rotation versetzt werden kann, und eine Statorspule (6), die einen Bereich hat, der in der Nut aufgenommen ist, und einen Endbereich, der außerhalb der Nut verläuft, wobei die Statorspule (6) einen Spulenleiter (8) und eine Haupt-Isolierschicht (9) aufweist, die auf einem äußeren peripheren Bereich des Spulenleiters ausgebildet ist, wobei der Bereich der Statorspule (6), der in der Nut aufgenommen ist, ferner eine Korona-Abschirmschicht (10) mit niedrigem Widerstand hat, die an einem äußeren peripheren Bereich der Haupt-Isolierschicht ausgebildet ist, wobei der Bereich der Statorspule(6), der außerhalb der Nut verläuft, eine erste nicht-lineare Widerstandsschicht (11) hat, die mit einem Endbereich der Korona-Abschirmschicht mit niedrigem Widerstand teilweise überlappt, und eine zweite nicht-lineare Widerstandsschicht (12) hat, die mit einem Endbereich der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht teilweise überlappt, und wobei ein unterer Grenzwert des spezifischen elektrischen Widerstands der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht in einem vorbestimmten elektrischen Feld um eine Größenordnung oder mehr größer ist als ein oberer Grenzwert des spezifischen elektrischen Widerstands der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Rotationsmaschine, insbesondere eine große elektrische Rotationsmaschine, die beispielhaft durch einen Turbogenerator repräsentiert wird.
Stand der Technik
Eine große elektrische Rotationsmaschine, die beispielhaft durch einen Turbogenerator repräsentiert wird, muss ein hohes Isoliervermögen haben, das einen Stehspannungstest besteht, der vor der Auslieferung durchgeführt wird, und das keine Defekte, wie z. B. eine Isolations-Anomalie für eine Betriebsdauer von einigen zehn Jahren verursacht. Insbesondere in einer Statorspule, an welche eine hohe Spannung angelegt wird, wird die nachstehend beschriebene Struktur allgemein verwendet, um eine Teilentladung und Isolations-Anomalien, die von einer Teilentladung verursacht werden, während eines Stehspannungstests oder des Normalbetriebs zu unterbinden.
In der grundsätzlichen Struktur einer Statorspule ist eine Haupt-Isolierschicht um einen Spulenleiter herum ausgebildet. Dieser Spulenleiter weist beispielsweise ein Bündel von Kupferdrähten auf. Außerdem wird die Haupt-Isolierschicht ausgebildet, wobei Glimmerbänder mit sehr guten koronaresistenten Entladungseigenschaften um den Spulenleiter gewickelt werden, die Glimmerbänder mit einem wärmeaushärtenden Harz, wie z. B. Epoxidharz imprägniert werden und das wärmeaushärtende Harz ausgehärtet wird.
Ein Bereich der Statorspule ist in einer Nut eines Stator-Eisenkerns aufgenommen, und ein Endbereich davon verläuft außerhalb der Nut. Der Bereich der Statorspule, der in der Nut des Stator-Eisenkerns aufgenommen ist, und der Bereich, der teilweise außerhalb der Nut von diesem Bereich aus verläuft, sind mit einer Korona-Abschirmschicht mit niedrigem Widerstand versehen, die am äußeren peripheren Bereich der Haupt-Isolierschicht teilweise leitet.
Diese Korona-Abschirmschicht mit niedrigem Widerstand stellt einen engen Kontakt mit dem Stator-Eisenkern her, der ein elektrisches Erdpotential aufweist, und sie hat die Funktion, Entladungen innerhalb der Nut zu unterbinden, indem sie das elektrische Potential auf der äußersten Schicht der Statorspule auf das elektrische Erdpotential einstellt.
Andererseits wird der Bereich der Statorspule, der nach außen von der Nut verläuft, allgemein als ein Spulenende bezeichnet. Das Oberflächenpotential des Spulenendes steigt scharf vom Endbereich der Korona-Abschirmschicht mit niedrigem Widerstand, die den Bereich bedeckt, der teilweise außerhalb der Nut verläuft, in Richtung nach außen in der Längsrichtung der Spule an. Diese starke Differenz des Oberflächenpotentials kann eine Kriechentladung am Spulenende verursachen.
Eine nicht-lineare Widerstandsschicht, die teilweise mit dem Endbereich der Korona-Abschirmschicht mit niedrigem Widerstand überlappt, ist so ausgebildet, dass solch ein scharfer Anstieg des Oberflächenpotentials am Spulenende unterbunden wird. In dem nicht-linearen Widerstandsmaterial, das diese nicht-lineare Widerstandsschicht bildet, verringert der spezifische elektrische Widerstand die Nicht-linearität, wenn die elektrische Feldstärke zunimmt, die an das Material angelegt wird.
In der nicht-linearen Widerstandsschicht, die auf der Fläche des Spulenendes ausgebildet ist, gilt Folgendes: Wenn die Oberflächenpotential-Differenz (elektrische Feldstärke) der Statorspule auf ein gewisses Niveau oder mehr zunimmt, nimmt der spezifische elektrische Widerstand der nicht-linearen Widerstandsschicht ab.
Im Ergebnis fließt ein Strom zur Korona-Abschirmschicht mit niedrigem Widerstand, die auf dem elektrischen Erdpotential ist, in der nicht-linearen Widerstandsschicht und unterbindet einen scharfen Anstieg des Oberflächenpotentials des Spulenendes, so dass ein Unterbinden der Kriechentladung ermöglicht wird. Diese Funktion, dass das Auftreten der Kriechentladung der nicht-linearen Widerstandsschicht unterbunden wird, wird als Relaxationsfunktion für das elektrische Feld bezeichnet.
Das nicht-lineare Widerstandsmaterial, das für eine große Rotationsmaschine verwendet wird, beinhaltet im Allgemeinen Siliciumcarbid-Partikel (SiC), die mit einem isolierenden Harz vermischt sind. Die nicht-lineare Widerstandsschicht wird beispielsweise durch Folgendes erreicht: Formen eines solchen Materials in einem halb-harten Zustand, wie z. B. Bändern, Wickeln des Materials um die Fläche der Haupt-Isolierschicht, die eine Basisstruktur der Statorspule ist, und thermisches Härten des Materials; oder indem ein solches Material in einem anstrichstoff-artigen Zustand auf die Fläche der Haupt-Isolierschicht aufgebracht wird und das Material gehärtet wird.
Der spezifische elektrische Widerstand variiert in der nicht-linearen Widerstandsschicht stark, die auf diese Weise ausgebildet ist, so dass die Produktionsschwankungen bezüglich der Relaxationsfunktion für das elektrische Feld erhöht werden. Um die Relaxationsfunktion für das elektrische Feld zu verbessern, hat man die nicht-lineare Widerstandsschicht, die einen großen spezifischen elektrischen Widerstand hat, und die nicht-lineare Widerstandsschicht, die einen kleinen spezifischen elektrischen Widerstand hat, gemeinsam verwendet.
Beispielsweise wird eine Mehrzahl von nicht-linearen Widerstandsschichten miteinander sequenziell in Richtung zur Außenseite des Spulenendes hin laminiert, so dass der Bereich außerhalb der nicht-linearen Widerstandsschicht (obere Schicht) einen spezifischen elektrischen Widerstand und eine Ausbildungslänge hat, die größer sind als die nicht-lineare Widerstandsschicht (untere Schicht) nahe der Nut (siehe z.B. PTL 1).
In einem weiteren Verfahren wird eine Mehrzahl von nicht-linearen Widerstandsschichten mit unterschiedlichen spezifischen elektrischen Widerständen miteinander laminiert, so dass die nicht-lineare Widerstandsschicht mit einem kleineren spezifischen elektrischen Widerstand eine kleinere Ausbildungslänge hat (siehe beispielsweise PTL 2).
Literaturverzeichnis
Patentliteratur

PTL 1: JP-UM-B-61-34836 (2 auf Seite 2)
PTL 2: Japanisches Patent JP 2 863 649 B2 (1 auf Seite 2)

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
In einem Stehspannungstest einer großen Hochspannungs-Rotationsmaschine, wie z. B. einem Turbogenerator, der vor der Auslieferung des Produkts durchgeführt wird, wird die Spannung, die erhalten wird, indem die Nennspannung verdoppelt wird und zu dem Ergebnis 1 kV addiert wird, als Testspannung des Leiters einer Statorspule angelegt. Bei diesem Stehspannungstest ist der Strom, der durch die nicht-lineare Widerstandsschicht fließt, sehr viel größer als in dem Fall, in welchem die Nennspannung angelegt wird. Dieser Strom und die Widerstandskomponente des nicht-linearen Widerstandsmaterials erzeugen eine Joulesche Wärme, so dass die Temperatur der nicht-linearen Widerstandsschicht lokal erhöht wird.
Das oben beschriebene nicht-lineare Widerstandsmaterial hat einen höheren Widerstand, wenn die Temperatur ansteigt, und die Veränderung des spezifischen elektrischen Widerstands ist irreversibel. Das bedeutet Folgendes: Wenn der Widerstand des nicht-linearen Widerstandsmaterials einmal groß geworden ist, wenn die Temperatur angestiegen ist, wird der Hochwiderstandszustand nach dem Abkühlen beibehalten. Wenn eine Mehrzahl von Stehspannungstests durchgeführt wird, ist es wahrscheinlich, dass die nicht-lineare Widerstandsschicht einen höheren Widerstand aufweist.
Bei dem herkömmlichen Verfahren, das eine nicht-lineare Widerstandsschicht mit einem großen spezifischen elektrischen Widerstand und eine nicht-lineare Widerstandsschicht mit einem kleinen spezifischen elektrischen Widerstand gemeinsam verwendet, gilt Folgendes: Wenn eine Mehrzahl von Stehspannungstests durchgeführt werden, nimmt der spezifische elektrische Widerstand der nicht-linearen Widerstandsschicht mit dem kleinen spezifischen elektrischen Widerstand zu, und die Differenz zum spezifischen elektrischen Widerstand der nicht-linearen Widerstandsschicht mit dem großen spezifischen elektrischen Widerstand nimmt ab.
Im Ergebnis haben die Erfinder nunmehr herausgefunden, dass die Verwendung nur der nicht-linearen Widerstandsschicht mit einem großen spezifischen elektrischen Widerstand zusammen mit der nicht-linearen Widerstandsschicht mit einem kleinen spezifischen elektrischen Widerstand die Relaxationsfunktion für das elektrische Feld verschlechtert, da die Differenz zwischen diesen spezifischen Widerständen nach dem Stehspannungstest abnimmt.
Die Erfindung befasst sich mit den obigen Problemen, wobei es ihre Aufgabe ist, eine stabile Relaxationsfunktion für das elektrische Feld zu erhalten, die die Produktionsschwankungen bei der Relaxationsfunktion für das elektrische Feld verbessert, die von Variationen der spezifischen elektrischen Widerstände der nicht-linearen Widerstandsschichten hervorgerufen wird, und zwar sogar dann, wenn die spezifischen elektrischen Widerstände der nicht-linearen Widerstandsschicht in Stehspannungstests in einer elektrischen Rotationsmaschine zunehmen, bei der die nicht-lineare Widerstandsschicht mit einem großen spezifischen elektrischen Widerstand und die nicht-lineare Widerstandsschicht mit einem kleinen spezifischen elektrischen Widerstand gemeinsam verwendet.
Lösung des Problems
Eine elektrische Rotationsmaschine gemäß der Erfindung weist Folgendes auf: einen Stator-Eisenkern mit einer Nut; einen Rotor, der bezüglich des Stator-Eisenkerns in Rotation versetzt werden kann; und eine Statorspule, die einen Bereich hat, der in der Nut aufgenommen ist, und einen Endbereich, der außerhalb der Nut verläuft, wobei die Statorspule einen Spulenleiter und eine Haupt-Isolierschicht aufweist, die auf einem äußeren peripheren Bereich des Spulenleiters ausgebildet ist, wobei der Bereich der Statorspule, der in der Nut aufgenommen ist, eine Korona-Abschirmschicht hat, die an einem äußeren peripheren Bereich der Haupt-Isolierschicht ausgebildet ist, wobei der Bereich der Statorspule, der außerhalb der Nut verläuft, eine erste nicht-lineare Widerstandsschicht hat, die einen Endbereich der Korona-Abschirmschicht teilweise überlappt, und eine zweite nicht-lineare Widerstandsschicht hat, die einen Endbereich der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht teilweise überlappt, wobei der spezifische elektrische Widerstand der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht auf einen größeren Wert eingestellt ist als der spezifische elektrische Widerstand der ersten nicht-lineare Widerstandsschicht, und wobei ein unterer Grenzwert des spezifischen elektrischen Widerstands der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht in einem vorbestimmten elektrischen Feld um eine Größenordnung oder mehr größer ist als ein oberer Grenzwert des spezifischen elektrischen Widerstands der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Die Erfindung weist Folgendes auf: Die erste nicht-lineare Widerstandsschicht ist so ausgebildet, dass sie den Endbereich der Korona-Abschirmschicht teilweise überlappt. Die zweite nicht-lineare Widerstandsschicht ist so ausgebildet, dass sie den Endbereich der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht in einem Spulenende der elektrischen Rotationsmaschine teilweise überlappt. Der untere Grenzwert des spezifischen elektrischen Widerstands der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht in einem vorbestimmten elektrischen Feld ist um eine Größenordnung oder mehr größer als ein oberer Grenzwert des spezifischen elektrischen Widerstands der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht.
Daher gilt: Selbst wenn der spezifische elektrische Widerstand der nicht-linearen Widerstandsschicht in einem Stehspannungstest zunimmt, können die Produktionsschwankungen bei der Relaxationsfunktion für das elektrische Feld verbessert werden, die von Schwankungen des spezifischen elektrischen Widerstands der nicht-linearen Widerstandsschicht hervorgerufen werden, und es kann eine elektrische Rotationsmaschine mit stabiler Relaxationsfunktion für das elektrische Feld erhalten werden.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht, die eine elektrische Rotationsmaschine gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt.
2 ist eine schematische Ansicht, die eine Statorspule gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt.
3 ist eine schematische Ansicht, die die Statorspule gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt.
4 ist ein Kennliniendiagramm, das ein Spulenende gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt.
5 ist ein Kennliniendiagramm, das ein nicht-lineares Widerstandsmaterial gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt.
6 ist ein Kennliniendiagramm, das eine Modellspule gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt.
7 ist ein Kennliniendiagramm, das das nicht-lineare Widerstandsmaterial gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt.
8 ist ein Kennliniendiagramm, das ein nicht-lineares Widerstandsmaterial gemäß Ausführungsform 2 der Erfindung zeigt.
9 ist eine schematische Ansicht, die eine Statorspule gemäß Ausführungsform 3 der Erfindung zeigt.
10 ist ein Kennliniendiagramm, das die Statorspule gemäß Ausführungsform 3 der Erfindung zeigt.
11 ist ein Kennliniendiagramm, das ein nicht-lineares Widerstandsmaterial gemäß Ausführungsform 4 der Erfindung zeigt.
12 ist ein Kennliniendiagramm, das ein nicht-lineares Widerstandsmaterial gemäß Ausführungsform 5 der Erfindung zeigt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Ausführungsform 1
1 ist eine schematische Ansicht, die eine elektrische Rotationsmaschine gemäß Ausführungsform 1 zum Ausführen der Erfindung zeigt. Die elektrische Rotationsmaschine gemäß der Ausführungsform ist beispielsweise ein Turbogenerator. Gemäß 1 weist eine elektrische Rotationsmaschine 1 gemäß der Ausführungsform einen Stator 2 und einen Rotor 3 auf. Der Stator 2 weist einen zylindrischen Stator-Eisenkern 4, der den Rotor 3 in seinem Zentrum aufnimmt, sowie Statorspulen 6, die teilweise in einer Nut 5 aufgenommen sind, die auf der inneren peripheren Seite des Stator-Eisenkerns 4 ausgebildet sind. Der Rotor 3 weist einen zylindrischen Rotor-Eisenkern und eine Rotorspule (nicht dargestellt) auf.
Die Statorspulen 6 sind so aufgenommen, dass sie in der Umfangsrichtung der Nut 5 gestapelt sind, und die Statorspulen 6, die auf der inneren Umfangsseite der Nut aufgenommen sind, sind mit den Statorspulen 6 verbunden, die auf der äußeren Umfangsseite einer weiteren Nut 5 außerhalb des Stators 2 aufgenommen sind.
2 ist eine schematische Ansicht, die die Statorspulen 6 in der Nähe einer Öffnung der Nut 5 im Endbereich des Stator-Eisenkerns 4 zeigt. Außerdem ist 3 eine Querschnittsansicht, die die Statorspule in der Nähe der Öffnung der Nut 5 zeigt. 3 zeigt nur die äußere Fläche der Statorspule 6.
Der Bereich der Statorspule 6, der außerhalb der Nut 5 verläuft, wird als Spulenende 7 bezeichnet. Wie in 2 dargestellt, weist die Basisstruktur der Statorspule 6 einen Spulenleiter 8 mit einem Bündel von Kupferdrähten und eine Haupt-Isolierschicht 9 auf, die um den Spulenleiter 8 herum ausgebildet ist. Außerdem wird die Haupt-Isolierschicht 9 ausgebildet, indem Glimmerbänder mit sehr guten koronaresistenten Entladungseigenschaften um den Spulenleiter gewickelt werden, die Glimmerbänder mit einem wärmeaushärtenden Harz, wie z. B. Epoxidharz imprägniert werden und das wärmeaushärtende Harz ausgehärtet wird.
Wie in 3 dargestellt, ist in dem Bereich der Statorspule 6, der in der Nut 5 aufgenommen ist, und dem Nachbarbereich der Statorspule 6, der außerhalb der Nut verläuft, eine Korona-Abschirmschicht 10 mit niedrigem Widerstand um die Haupt-Isolierschicht 9 herum ausgebildet. Die Korona-Abschirmschicht 10 mit niedrigem Widerstand ist elektrisch mit dem Stator-Eisenkern 4 verbunden. Es sei hier angemerkt, dass der Stator-Eisenkern 4 auf elektrisches Erdpotential gesetzt ist. Die Korona-Abschirmschicht 10 mit niedrigem Widerstand, die auf das elektrische Erdpotential gesetzt werden soll, hat die Wirkung, dass Teilentladungen in der Statorspule 6 in der Nut 5 unterbunden werden.
In der Statorspule 6 des Spulenendes 7 ist eine erste nicht-lineare Widerstandsschicht 11 so ausgebildet, dass sie teilweise mit dem Endbereich der Korona-Abschirmschicht 10 mit niedrigem Widerstand überlappt, das über das Nachbarbereich außerhalb der Nut hinweg ausgebildet ist. Außerdem ist eine zweite nicht-lineare Widerstandsschicht 12 so ausgebildet, dass sie mit dem Endbereich der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht 11 teilweise überlappt.
Das nicht-lineare Widerstandsmaterial, das die erste nicht-lineare Widerstandsschicht 11 und die zweite nicht-lineare Widerstandsschicht 12 bildet, hat einen spezifischen elektrischen Widerstand, der sich nicht-linear verringert, wenn die elektrische Feldstärke zunimmt, die an das Material angelegt wird. Das nicht-lineare Widerstandsmaterial beinhaltet im Allgemeinen Siliciumcarbid-Partikel (SiC), die mit einem isolierenden Harz vermischt sind.
Die nicht-lineare Widerstandsschicht wird wie folgt ausgebildet: Formen eines solchen Materials in einem halb-harten Zustand, wie z. B. Bändern, Wickeln des Materials um die Fläche der Haupt-Isolierschicht, die eine Basisstruktur der Statorspule ist, und thermisches Härten des Materials; oder indem ein solches Material in einem anstrichstoff-artigen Zustand auf die Fläche der Haupt-Isolierschicht aufgebracht wird und das Material gehärtet wird. Bei der Ausführungsform ist der spezifische elektrische Widerstand der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht 12 auf einen Wert eingestellt, der größer ist als der spezifische elektrische Widerstand der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht 11. Das Verhältnis dieser spezifischen elektrischen Widerstände wird später detailliert beschrieben.
Als Nächstes werden die Wirkungen der nicht-linearen Widerstandsschicht beschrieben.
Das Oberflächenpotential des Spulenendes 7 der Statorspule 6 beginnt in der Längsrichtung der Spule vom Endbereich der Korona-Abschirmschicht 10 mit niedrigem Widerstand aus anzusteigen, was auf elektrischem Erdpotential liegt, und nimmt das gleiche Potential wie der Spulenleiter 8 an, und zwar an einer Position, die ausreichend weit vom Endbereich der Korona-Abschirmschicht 10 mit niedrigem Widerstand entfernt ist.
Wenn die nicht-lineare Widerstandsschicht nicht vorhanden ist, nimmt die elektrische Kriechfeldstärke entlang der Spulenoberfläche in der Nähe des Endbereichs der Korona-Abschirmschicht 10 mit niedrigem Widerstand wegen der Struktur plötzlich zu, und es ist wahrscheinlich, dass dort eine Teilentladung auftritt. Die nicht-lineare Widerstandsschicht ist ausgebildet, um einen plötzlichen Anstieg des elektrischen Feldes entlang der Spulenoberfläche abzumildern, und um das Auftreten einer Kriechentladung zu unterbinden.
Bei der Ausführungsform sind die erste nicht-lineare Widerstandsschicht 11 und die zweite nicht-lineare Widerstandsschicht 12 ausgebildet, und der spezifische elektrische Widerstand der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht 12 ist auf einen größeren Wert vorgegeben als der spezifische elektrische Widerstand der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht 11. Der Grund dafür, dass die zwei nicht-linearen Widerstandsschichten mit unterschiedlichen spezifischen elektrischen Widerständen ausgebildet sind, wird beschrieben.
Im Fall der nicht-linearen Widerstandsschichten fließt der Strom in der Längsrichtung der Spule der nicht-linearen Widerstandsschichten, um die Relaxationsfunktion für das elektrische Feld am Spulenende 7 zu erzielen. Joulsche Wärme wird in den nicht-linearen Widerstandsschichten erzeugt, und zwar von dem Strom un den Widerstandskomponenten der nicht-linearen Widerstandsschichten.
4 ist ein Kennliniendiagramm, das die Verteilung der Wärmeerzeugungsdichte der Statorspule zeigt, die durch Berechnung am Spulenende erhalten wird, bei der Ausführungsform. Gemäß 4 stellt die Horizontalachse den Abstand L (mm) vom Endbereich der Korona-Abschirmschicht 10 mit niedrigem Widerstand entlang der Spulenoberfläche dar, und die Vertikalachse stellt die Wärmeerzeugungsdichte W (relativer Wert) pro Zeiteinheit bei Normierung auf die Basis der maximalen Wärmeerzeugungsdichte dar, wenn nur die erste nicht-lineare Widerstandsschicht als die nicht-lineare Widerstandsschicht ausgebildet ist (nachstehend auch als Einzelschichtstruktur bezeichnet).
Gemäß 4 stellt die gestrichelte Linie die Verteilung der Wärmeerzeugungsdichte der Einzelschichtstruktur dar, wenn nur die erste nicht-lineare Widerstandsschicht ausgebildet ist, und die durchgezogene Linie stellt die Verteilung der Wärmeerzeugungsdichte dar, wenn die erste nicht-lineare Widerstandsschicht 11 und die zweite nicht-lineare Widerstandsschicht 12 ausgebildet sind (nachstehend auch als Zweischichtstruktur bezeichnet), wie in 3 dargestellt.
Bei der Berechnung wird angenommen, dass sich die erste nicht-lineare Widerstandsschicht 11 um 30 mm vom Endbereich der Korona-Abschirmschicht 10 mit niedrigem Widerstand erstreckt, und dass sich die zweite nicht-lineare Widerstandsschicht 12 um 100 mm oder mehr vom Endbereich der Korona-Abschirmschicht 10 mit niedrigem Widerstand erstreckt, während sie teilweise mit der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht 11 überlappt. Außerdem ist der spezifische elektrische Widerstand der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht mit einem Wert vorgegeben, der größer ist als der spezifische elektrische Widerstand der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht.
Wie in 4 dargestellt, gilt Folgendes: Wenn die nicht-lineare Widerstandsschicht als eine Schicht konfiguriert ist, hat die Wärmeerzeugungsdichte nur einen Scheitelwert im Endbereich der Korona-Abschirmschicht 10 mit niedrigem Widerstand. Wenn wiederum die erste nicht-lineare Widerstandsschicht 11 und die zweite nicht-lineare Widerstandsschicht 12 ausgebildet sind, ist der spezifische elektrische Widerstand der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht mit einem Wert vorgegeben, der größer ist als der spezifische elektrische Widerstand der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht, und diese spezifischen elektrischen Widerstände sind konstant, die Wärmeerzeugungsdichte hat zwei Scheitelwerte, und die Scheitelwerte sind auf ungefähr 65 % verringert.
Wenn die nicht-lineare Widerstandsschicht in zwei oder mehr Schichten geteilt wird und der spezifische elektrische Widerstand der nicht-linearen Widerstandsschicht, die entfernter von der Korona-Abschirmschicht 10 mit niedrigem Widerstand ist, so vorgegeben wird, dass er einen Wert annimmt, der größer ist als der spezifische elektrische Widerstand der nicht-linearen Widerstandsschicht, die näher an der Korona-Abschirmschicht 10 mit niedrigem Widerstand liegt, kann die Wärmeerzeugungsdichte verringert werden. Im Ergebnis kann der lokale Anstieg der Temperatur der nicht-linearen Widerstandsschicht unterbunden werden.
5 ist ein Kennliniendiagramm, das das Verhältnis zwischen der elektrischen Feldstärke und dem spezifischen elektrischen Widerstand der Oberfläche des nicht-linearen Widerstandsmaterials zeigt, das für die nicht-lineare Widerstandsschicht bei der Ausführungsform verwendet wird. Wie oben beschrieben, beinhaltet das nicht-lineare Widerstandsmaterial im Allgemeinen Siliciumcarbid-Partikel (SiC), die mit einem isolierenden Harz vermischt sind. Es ist bekannt, dass die Kennlinien (das Verhältnis zwischen der elektrischen Feldstärke und dem spezifischen elektrischen Widerstand) des nicht-linearen Widerstandsmaterials, das derart konfiguriert ist, große Variationen zeigen.
Beispielsweise ist empirisch bekannt, dass sich der untere Grenzwert und der obere Grenzwert des spezifischen elektrischen Widerstands in Bezug auf eine vorbestimmte elektrische Feldstärke voneinander um ungefähr eine Größenordnung unterscheiden, und zwar sogar für das gleiche Material (das Mischungsverhältnis zwischen SiC und dem Isolierharz ist identisch). In 5 stellen die durchgezogenen Linien den oberen Grenzwert und den unteren Grenzwert der Kennlinien der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht dar, und die gestrichelten Linien stellen den oberen Grenzwert und den unteren Grenzwert der Kennlinien der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht dar.
Es wird geschätzt, dass die Variationen der Kennlinien des nicht-linearen Widerstandsmaterials durch Variationen des Durchmessers und der Partikelform der SiC-Partikel und die Nichteinheitlichkeit des Verteilungszustands der SiC-Partikel im Isolierharz verursacht werden.
Wie in 5 gezeigt, ist bei der Ausführungsform der spezifische elektrische Widerstand der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht mit einem Wert vorgegeben, der größer ist als der spezifische elektrische Widerstand der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht und, in einer vorbestimmten elektrischen Feldstärke Ea ist der untere Grenzwert des spezifischen elektrischen Widerstands der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht mit einem Wert vorgegeben, der um eine Größenordnung oder mehr größer ist als der obere Grenzwert des spezifischen elektrischen Widerstands der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht.
Bei einer solchen Struktur gilt Folgendes: Selbst wenn der spezifische elektrische Widerstand der nicht-linearen Widerstandsschicht in einem Stehspannungstest zunimmt, können die Produktionsschwankungen bei der Relaxationsfunktion für das elektrische Feld verbessert werden, die von Schwankungen des spezifischen elektrischen Widerstands der nicht-linearen Widerstandsschicht hervorgerufen werden, und es kann eine elektrische Rotationsmaschine mit stabiler Relaxationsfunktion für das elektrische Feld erhalten werden.
Nachfolgend wird beschrieben, dass solche betriebsmäßigen Wirkungen erhalten werden können.
In einem Stehspannungstest einer großen elektrischen Rotationsmaschine wird die Spannung, die erhalten wird, indem die Nennspannung verdoppelt wird und zu dem Ergebnis 1 kV addiert wird, als Testspannung an eine Statorspule angelegt. Die Nennspannung eines Turbogenerators, die von der Kapazität eines Wärmeerzeugers abhängt, reicht von 15 kV bis 30 kV (Effektivwert). Das heißt, die Testspannung während eines Stehspannungstests reicht von 31 kV bis 61 kV. Außerdem ist die Anzahl von Stehspannungstests nicht auf eins beschränkt, und sie kann auch zwei oder mehr betragen.
Im Fall einer normalen Nennspannung, ist die Joulesche Wärme, die in den nicht-linearen Widerstandsschichten einer Zweischichtstruktur erzeugt wird, nicht so groß. Jedoch haben in einem Stehspannungstest zum Anlegen einer hohen Spannung, die gleich der oder mehr als doppelt so groß wie die Nennspannung, die Erfinder klargestellt, dass die Joulesche Wärme in der nicht-linearen Widerstandsschicht die spezifischen elektrischen Widerstände der nicht-linearen Widerstandsschicht stark verändert. Außerdem hat das nicht-lineare Widerstandsmaterial einen höheren Widerstand, wenn die Temperatur steigt, und die Veränderung des spezifischen elektrischen Widerstands ist irreversibel.
Das bedeutet Folgendes: Die Erfinder haben herausgefunden, dass dann, wenn der Widerstand des nicht-linearen Widerstandsmaterials einmal hoch geworden ist, wenn die Temperatur angestiegen ist, der Zustand mit hohem Widerstand nach dem Abkühlen beibehalten wird. Wenn der spezifische elektrische Widerstand der ersten nicht-lineare Widerstandsschicht zunimmt und sich dem spezifischen elektrischen Widerstand der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht nähert, kann die Kennlinie zum Verringern der Wärmeerzeugungsdichte in der Zweischichtstruktur, die mit der durchgezogenen Linie in 4 angezeigt ist, nicht erhalten werden, und die Verteilung der Wärmeerzeugungsdichte wird ähnlich derjenigen der Einzelschichtstruktur, die mit der gestrichelten Linie in 4 angezeigt ist.
Im Ergebnis wird eine positive Rückkopplung erzielt, was eine weitere Wärmeerzeugung in der nicht-linearen Widerstandsschicht und einen weiteren Anstieg des Widerstands zur Folge hat. Schließlich sind die nicht-linearen Widerstandseigenschaften verloren, die erforderliche Relaxationsfunktion für das elektrische Feld kann nicht erhalten werden, und es tritt eine Kriechentladung auf.
Um eine Verschlechterung der Relaxationsfunktion für das elektrische Feld in einem Stehspannungstest zu vermeiden, wie oben beschrieben, ist es wichtig, quantitativ die Wärmeerzeugungsdichte, die in der nicht-linearen Widerstandsschicht erzeugt wird, und das dadurch hervorgerufene Zunahmeniveau des spezifischen elektrischen Widerstands zu klären. Der Erfinder habenden spezifischen elektrischen Widerstand der nicht-linearen Widerstandsschicht in einem Anfangszustand vor dem Anlegen einer Spannung mit dem spezifischen elektrischen Widerstand nach dem Erzeugen von Joulescher Wärme in der nicht-linearen Widerstandsschicht verglichen, indem ein vorbestimmtes elektrisches Feld an den Spulenleiter in einer Modellspule angelegt wird, die die nicht-lineare Widerstandsschicht des Statorspulenendes simuliert.
Zu diesem Zeitpunkt wird die Wärmeerzeugungsdichte pro Zeiteinheit berechnet, die in der nicht-linearen Widerstandsschicht erzeugt wird, wenn das vorbestimmte elektrische Feld angelegt wird, und zwar auf der Basis einer Analyse des transienten elektrischen Felds. Es sei hierbei angemerkt, dass die vorbestimmte elektrische Feldstärke 0,5 kV/mm betrug. Es wurde bestätigt, dass dieser Wert in den Bereich der elektrischen Feldstärke gefallen ist, die an die nicht-lineare Widerstandsschicht während eines Stehspannungstests eines Turbogenerators angelegt wird.
Nachstehend wird die Struktur der Modellspule beschrieben, die zur Verifizierung verwendet worden ist. Als Spulenleiter der Modellspule wurde ein quadratischer Eisenblock mit einer Querschnittsfläche von 600 mm² und einer Länge von 1000 mm verwendet. Glimmerbänder wurden um den quadratischen Block gewickelt, die Glimmerbänder wurden mit einem wärmeaushärtenden Harz, wie z. B. einem Epoxidharz imprägniert, und dann wurde das wärmeaushärtende Harz gehärtet, so dass die Modellspule hergestellt wurde.
Die Dicke der Haupt-Isolierschicht, nachdem das Harz gehärtet wurde, betrug ungefähr 3 mm. Vom Umfang der Haupt-Isolierschicht wurde die Korona-Abschirmschicht mit niedrigem Widerstand im Bereich mit einer Breite von 200 mm im zentralen Bereich der Modellspule ausgebildet, und eine erste nicht-lineare Widerstandsschicht wurde so ausgebildet, dass sie teilweise mit beiden Endbereichen der Korona-Abschirmschicht mit niedrigem Widerstand überlappte.
Außerdem wurde eine zweite nicht-lineare Widerstandsschicht mit einem Widerstand größer als die erste nicht-lineare Widerstandsschicht so ausgebildet, dass sie teilweise mit dem Endbereich der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht überlappte. Der Abstand vom Endbereich der Korona-Abschirmschicht mit niedrigem Widerstand zur zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht betrug 30 mm.
6 ist ein Kennliniendiagramm, das das Verhältnis zwischen der Wärmeerzeugungsdichte und der Zunahmerate des spezifischen elektrischen Widerstands der oben beschriebenen Modellspule zeigt. In 6 stellt die Horizontalachse die Wärmeerzeugungsdichte dar, die auf der Basis der Analyse des transienten elektrischen Felds erhalten wird, und die Vertikalachse stellt die Veränderungsrate des spezifischen elektrischen Widerstands der Oberfläche dar. Die Veränderungsrate in der Vertikalachse ist ein relativer Wert bezogen auf den spezifischen elektrischen Widerstand der nicht-linearen Widerstandsschicht in einem Anfangszustand, in welchem noch keine Spannung anliegt.
Wie aus 6 ersichtlich, gilt Folgendes: Wenn die Joulesche Wärme, die in der nicht-linearen Widerstandsschicht erzeugt wird, größer ist (d. h. wenn die Wärmeerzeugungsdichte größer ist), nimmt der spezifische elektrische Widerstand der Oberfläche zu. Die Zunahmerate beträgt bis zum Fünffachen. Außerdem ist auch ersichtlich, dass das Veränderungsverhältnis des spezifischen elektrischen Widerstands der Oberfläche stark variiert, wenn die Wärmeerzeugungsdichte größer ist. Es wurde bestätigt, dass die Wärmeerzeugungsdichte, die auf der Horizontalachse dargestellt ist, nahezu dieselbe war wie der Wert, der in der nicht-linearen Widerstandsschicht während eines Stehspannungstests eines Turbogenerators erzeugt werden konnte.
7 ist ein Kennliniendiagramm, das das Verhältnis zwischen dem Verhältnis des unteren Grenzwerts des spezifischen elektrischen Widerstands der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht zu dem oberen Grenzwert des spezifischen elektrischen Widerstands der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht und der Wärmeerzeugungsdichte zeigt, die unter Berücksichtigung des Anstiegs des spezifischen elektrischen Widerstands der nicht-linearen Widerstandseigenschaften durch die Joulesche Erwärmung zeigt. Die in 7 dargestellten Kennlinienwerte werden wie nachstehend beschrieben erhalten.
Zunächst werden der obere Grenzwert des spezifischen elektrischen Widerstands der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht und der untere Grenzwert des spezifischen elektrischen Widerstands der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht vorgegeben, und die Wärmeerzeugungsdichte pro Zeiteinheit, die in der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht erzeugt wird, wird auf der Basis einer Analyse des transienten elektrischen Felds berechnet.
Zu dieser Zeit wird der spezifische elektrische Widerstand der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht um einen Faktor eines vorbestimmten Werts vergrößert, so dass er der Horizontalachse in 7 entspricht, und das Ergebnis wird als der spezifische elektrische Widerstand der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht verwendet.
Als Nächstes wird die Zunahmerate des spezifischen elektrischen Widerstands der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht durch Joulesche Wärme unter Verwendung der Wärmeerzeugungsdichte, die in der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht erzeugt wird, und der durchgezogenen Linie erhalten, die die oberen Grenzwertdaten des Verhältnisses zwischen der Wärmeerzeugungsdichte und der Zunahmerate des spezifischen elektrischen Widerstands in 6 verbindet.
Der spezifische elektrische Widerstand der ersten nicht-lineare Widerstandsschicht wird gemäß der Zunahmerate verändert (erhöht). Die Wärmeerzeugungsdichte, die in der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht erzeugt wird, wird auf der Basis der Analyse des transienten elektrischen Felds berechnet, wobei wiederum der spezifische elektrische Widerstand der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht verwendet wird, für welche der Widerstand erhöht worden ist, sowie der spezifische elektrische Widerstand der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht. 7 veranschaulicht die Ergebnisse.
In 7 stellt die Horizontalachse das Verhältnis (R) des unteren Grenzwerts des spezifischen elektrischen Widerstands der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht zum oberen Grenzwert des spezifischen elektrischen Widerstands der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht dar, und die Vertikalachse stellt die Wärmeerzeugungsdichte dar, die in der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht erzeugt wird. Diese Vertikalachse veranschaulicht den Wert, der auf die Basis der Wärmeerzeugungsdichte normiert ist, wenn der Wert auf der Horizontalachse 10 beträgt.
Wie aus 7 ersichtlich, nimmt die Wärmeerzeugungsdichte stark zu, wenn das Verhältnis des unteren Grenzwerts des spezifischen elektrischen Widerstands der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht zum oberen Grenzwert des spezifischen elektrischen Widerstands der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht weniger als 10 beträgt. Außerdem gilt: Wenn das Verhältnis des unteren Grenzwerts des spezifischen elektrischen Widerstands der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht zum oberen Grenzwert des spezifischen elektrischen Widerstands der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht 10 oder mehr beträgt, verändert sich die Wärmeerzeugungsdichte stark.
Wie oben beschrieben, haben die Erfinder herausgefunden, dass das Verhältnis des unteren Grenzwerts des spezifischen elektrischen Widerstands der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht zum oberen Grenzwert des spezifischen elektrischen Widerstands der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht wichtig ist, um die stabile Relaxationsfunktion für das elektrische Feld zu erhalten, indem die Wärmeerzeugungsdichte verringert wird. Wenn der untere Grenzwert des spezifischen elektrischen Widerstands der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht mit einem Wert vorgegeben wird, der bei einer vorbestimmten elektrischen Feldstärke um eine Größenordnung oder mehr größer ist als der obere Grenzwert des spezifischen elektrischen Widerstands der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht, kann ein Anstieg der Temperatur der nicht-linearen Widerstandsschicht durch Joulesche Wärme unterbunden werden.
Bei einer solchen Struktur gilt Folgendes: Selbst wenn der spezifische elektrische Widerstand der nicht-linearen Widerstandsschicht in einem Stehspannungstest zunimmt, können die Produktionsschwankungen in der Relaxationsfunktion für das elektrische Feld verbessert werden, die von Schwankungen des spezifischen elektrischen Widerstands der nicht-linearen Widerstandsschicht hervorgerufen werden, und es kann eine elektrische Rotationsmaschine mit stabiler Relaxationsfunktion für das elektrische Feld erhalten werden.
Ausführungsform 2
Obwohl die vorbestimmte elektrische Feldstärke, die an die nicht-lineare Widerstandsschicht angelegt wird, bei der Ausführungsform 1 einen Wert von 0,5 kV/mm hat, ist die elektrische Kriechfeldstärke, die tatsächlich auf der nicht-linearen Widerstandsschicht eines Turbogenerators erzeugt wird, nicht klar, da die elektrische Feldstärke in Abhängigkeit der Widerstandskennlinie des verwendeten nicht-linearen Widerstandsmaterials bestimmt wird. Bei der Ausführungsform 2 wird die elektrische Feldstärke, die tatsächlich in einem Turbogenerator erzeugt werden kann, auf der Basis des oberen Grenzwerts des spezifischen elektrischen Widerstands der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht und des unteren Grenzwerts des spezifischen elektrischen Widerstands der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht vorgegeben.
8 ist ein Kennliniendiagramm, das das Verhältnis zwischen dem spezifischen elektrischen Widerstand der nicht-linearen Widerstandsschicht gemäß der Ausführungsform und der elektrischen Kriechfeldstärke zeigt, die auf der Fläche der nicht-linearen Widerstandsschicht erzeugt wird. In 8 stellt die Horizontalachse den spezifischen elektrischen Widerstand der nicht-linearen Widerstandsschicht dar, und die Vertikalachse stellt die elektrische Kriechfeldstärke dar, die auf der Oberfläche der nicht-linearen Widerstandsschicht erzeugt wird.
Die in 8 dargestellten Messpunkte entsprechen den tatsächlichen spezifischen elektrischen Widerständen, die in der nicht-linearen Widerstandsschicht bei einer elektrischen Feldstärke von 0,5 kV/mm gemessen werden. Außerdem ist die elektrische Kriechfeldstärke diejenige Kriechfelstärke, die durch eine Analyse des transienten elektrischen Felds berechnet wird, wenn die Frequenz der angelegten Spannung 60 Hz beträgt, der Spannungswert 50 kVrms beträgt und die Dicke der Haupt-Isolierschicht 3 mm beträgt.
Auf der Basis der Ergebnisse gemäß 8 wird das Verhältnis zwischen dem spezifischen elektrischen Widerstand (ρ Ω) der nicht-linearen Widerstandsschicht und der elektrischen Kriechfeldstärke (E kV/mm) durch den nachstehenden Ausdruck (1) angenähert.
[Math. 1] $E = 0.01350 \times ρ^{0.2013}$
Wenn der untere Grenzwert des spezifischen elektrischen Widerstands der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht bei einer elektrischen Feldstärke von 0,5 kV/mm mit ρ1 (Ω) bezeichnet wird und der obere Grenzwert des spezifischen elektrischen Widerstands der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht mit ρ2 (Ω) bezeichnet wird , und zwar in der nicht-linearen Widerstandsschicht, die tatsächliche in einem Turbogenerator verwendet wird, dann wird der Bereich der vorbestimmten elektrischen Feldstärke Ea durch den nachstehenden Ausdruck (2) dargestellt.
[Math. 2] $0.01350 \times ρ_{1}^{0.2013} < E a < 0.01350 \times ρ_{2}^{0.2013}$
Obwohl die Differenz zwischen dem oberen Grenzwert des spezifischen elektrischen Widerstands der Oberfläche der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht und dem unteren Grenzwert des spezifischen elektrischen Widerstands der Oberfläche der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht um eine Größenordnung oder mehr in dem vorbestimmten elektrischen Feld bei der Ausführungsform 1 erhöht ist, braucht das vorbestimmte elektrische Feld nur auf den Wert des elektrischen Felds gesetzt zu werden, der im Spulenende der tatsächlichen Maschine erzeugt wird, um die Wirkung zu erzielen, die erhalten wird, indem die Differenz um eine Größenordnung oder mehr in einem Stehspannungstest einer tatsächlichen Maschine erhöht wird.
Wenn dafür gesorgt wird, dass der Bereich der vorbestimmten elektrischen Feldstärke in den Bereich von Ausdruck (2) fällt, ist es möglich, sicher die Wirkung zu erzielen, indem die Differenz zwischen dem oberen Grenzwert des spezifischen elektrischen Widerstands der Oberfläche der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht und dem unteren Grenzwert des spezifischen elektrischen Widerstands der Oberfläche der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht um eine Größenordnung oder mehr erhöht wird.
Wenn der untere Grenzwert des spezifischen elektrischen Widerstands der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht auf einen Wert gesetzt wird, der um eine Größenordnung oder mehr größer ist als der obere Grenzwert des spezifischen elektrischen Widerstands der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht, und zwar innerhalb des Bereichs der elektrischen Feldstärke Ea, der durch den Ausdruck (2) gegeben ist, gilt Folgendes: Sogar wenn der spezifische elektrische Widerstand der nicht-linearen Widerstandsschicht in einem Stehspannungstest zunimmt, können Produktionsschwankungen bei der Relaxationsfunktion für das elektrische Feld, die von Variationen des spezifischen elektrischen Widerstands der nicht-linearen Widerstandsschicht hervorgerufen werden, verbessert werden, und es kann eine elektrische Rotationsmaschine erhalten werden, die die stabile Relaxationsfunktion für das elektrische Feld hat.
Ausführungsform 3
Bei der Ausführungsform 3 fällt der Abstand vom Endbereich der Korona-Abschirmschicht mit niedrigem Widerstand zum Endbereich der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht in einen vorbestimmten Bereich, der in Abhängigkeit der Kennlinie der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht und der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht in der bei der Ausführungsform 1 beschriebenen elektrischen Rotationsmaschine bestimmt worden ist.
9 ist eine schematische Ansicht, die ein Spulenende gemäß der Ausführungsform zeigt. Die Grundstruktur ist die gleiche wie bei der Ausführungsform 1 gemäß 3. Es wird angenommen, das die Kapazität pro Flächeneinheit der Haupt-Isolierschicht 9 C ist und eine AC-Spannung mit einer Frequenz f und einem Maximalwert V0 über den festen Statorkern und den Spulenleiter 8 hinweg angelegt wird. Wie in 9 veranschaulicht, wird angenommen, dass der Abstand von einem Endbereich der Korona-Abschirmschicht 4 mit niedrigem Widerstand zu dem Endbereich der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht 11 einen Wert L1 hat und dass der Abstand vom Endbereich der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht 11 zum Endbereich der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht 12 einen Wert L2 hat.
Es besteht eine elektrische Leitfähigkeit zwischen dem Statorkern und der Korona-Abschirmschicht 4 mit niedrigem Widerstand, und diese sind auf elektrisches Erdpotential gebracht. Zu dieser Zeit wird angenommen, dass das elektrische Kriechfeld, das auf der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht 11 erzeugt wird, E1 beträgt und dass das elektrische Kriechfeld, das auf der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht 12 erzeugt wird, E2 beträgt.
Es wird angenommen, dass der Endbereich der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht 12 das gleiche elektrische Potential hat wie der Spulenleiter 8 (d. h., dass der folgende Ausdruck gilt), wenn die AC-Spannung den Maximalwert annimmt.
[Math. 3] $V_{0} = E_{1} L_{1} + E_{2} L_{2}$
Wie oben beschrieben, wird die Mehrzahl von nicht-linearen Widerstandsschichten in der Längsrichtung des Spulenleiters angelegt, so dass der Scheitelwert der Wärmeerzeugungsdichte der nicht-linearen Widerstandsschichten infolge von Jouleschen Verlusten verteilt wird und die Maximaltemperatur verringert wird. Wenn zwei nicht-lineare Widerstandsschichten ausgebildet sind, hängt das Verhältnis zwischen der Wärmeerzeugungsdichte an der Grenze zwischen der Korona-Abschirmschicht mit niedrigem Widerstand und der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht und der Wärmeerzeugungsdichte an der Grenze zwischen der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht und der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht hauptsächlich von der Kennlinie der jeweiligen nicht-linearen Widerstandsschicht, dem Abstand vom Endbereich der Korona-Abschirmschicht mit niedrigem Widerstand zum Endbereich der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht und dem Wert der angelegten Spannung ab.
Idealerweise kann die Wärmeerzeugungsdichte minimiert werden, wenn die Wärmeerzeugungsdichte an der Grenze zwischen der Korona-Abschirmschicht mit niedrigem Widerstand und der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht die gleiche ist wie die Wärmeerzeugungsdichte an der Grenze zwischen der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht und der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht.
Da jedoch die Schwankungen in den Kennlinien der nicht-linearen Widerstandsmaterialien signifikant groß sind, gilt Folgendes: Wenn die Wärmeerzeugungsdichten an zwei Positionen für eine bestimmte Kombination von spezifischen elektrischen Widerständen angeglichen werden, verlieren die Wärmeerzeugungsdichten unausweichlich das Gleichgewicht, wenn die spezifischen elektrischen Widerstände variieren, was möglicherweise eine lokale Überhitzung zur Folge hat.
Es ist demzufolge wichtig, dass der Abstand L1 vom Endbereich der Korona-Abschirmschicht mit niedrigem Widerstand zum Endbereich der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht so vorgegeben wird, dass der Abstand L1 die Wärmeerzeugungsdichte unter Berücksichtigung der Variationen der zwei spezifischen elektrischen Widerstände vollständig minimiert.
Es gibt ein Verfahren zum Auswählen des Abstands vom Endbereich der Korona-Abschirmschicht mit niedrigem Widerstand zum Endbereich der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht, indem der Abstand als Parameter verwendet wird und die Wärmeerzeugungsdichte für jede Kombination von Kennlinien von nicht-linearen Widerstandsschichten auf der Basis der Analyse des transienten elektrischen Felds berechnet wird.
Andererseits hat man die folgenden analytischen Ausdrücke hergeleitet, die eine Wärmeerzeugungsdichte W1 an der Grenze zwischen der Korona-Abschirmschicht mit niedrigem Widerstand und der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht und eine Wärmeerzeugungsdichte W2 an der Grenze zwischen der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht und der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht durch theoretische Erwägungen angeben.
[Math. 4] $W_{1} = 2 f E_{1} C [L_{1} \cdot (2 V_{0} - E_{1} L_{1}) + \frac{{(V_{0} - E_{1} L_{1})}^{2}}{E_{2}}]$
[Math. 5] $W_{2} = 2 f E_{2} C L_{2} (V_{0} - E_{1} L_{1})$
10 ist ein Kennliniendiagramm, das das Verhältnis zwischen den Wärmeerzeugungsdichten pro Zeiteinheit veranschaulicht, die in der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht und der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht erzeugt werden und durch Analyse des transienten elektrischen Felds oder die oben beschriebenen analytischen Ausdrücke erhalten werden, und zwar unter Verwendung des Abstands L1 für die erste nicht-lineare Widerstandsschicht als Parameter.
In 10 stellen die durchgezogenen Linien die Trends der Wärmeerzeugungsdichten in den nicht-linearen Widerstandsschichten dar, wenn der spezifische elektrische Widerstand der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht am weitesten vom spezifischen elektrischen Widerstand der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht entfernt ist, d. h. wenn der spezifische elektrische Widerstand der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht den unteren Grenzwert annimmt und der spezifische elektrische Widerstand der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht den oberen Grenzwert annimmt.
In 10 stellen wiederum die gestrichelten Linien die Trends der Wärmeerzeugungsdichten in den nicht-linearen Widerstandsschichten dar, wenn der spezifische elektrische Widerstand der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht am nächsten am spezifischen elektrischen Widerstand der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht liegt, d. h. wenn der spezifische elektrische Widerstand der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht den oberen Grenzwert annimmt und der spezifische elektrische Widerstand der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht den unteren Grenzwert annimmt.
Wie aus 10 ersichtlich, gilt Folgendes: Der Wert La, der dem Schnittpunkt zwischen der Linie, die die Wärmeerzeugungsdichte der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht angibt, wenn der spezifische elektrische Widerstand der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht den oberen Grenzwert annimmt und der spezifische elektrische Widerstand der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht den unteren Grenzwert annimmt (d. h., wenn die spezifischen elektrischen Widerstände einander am nächsten liegen) und der Linie entspricht, die die Wärmeerzeugungsdichte der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht angibt, wenn der spezifische elektrische Widerstand der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht den unteren Grenzwert annimmt und der spezifische elektrische Widerstand der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht den oberen Grenzwert annimmt (d. h., wenn diese spezifischen elektrischen Widerstände voneinander am weitesten entfernt sind), ist gleich dem Abstand vom Endbereich der Korona-Abschirmschicht mit niedrigem Widerstand zum Endbereich der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht, der die Wärmeerzeugungsdichte unter Berücksichtigung der Variationen der spezifischen elektrischen Widerstände vollständig minimieren kann.
Der Abstand vom Endbereich der Korona-Abschirmschicht mit niedrigem Widerstand zum Endbereich der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht, der die Wärmeerzeugungsdichte vollständig minimieren kann, und zwar unter Berücksichtigung der Variationen der spezifischen elektrischen Widerstände, kann wie nachstehend beschrieben hergeleitet werden.
Es wird angenommen, dass dann, wenn der spezifische elektrische Widerstand der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht den oberen Grenzwert annimmt und der spezifische elektrische Widerstand der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht den unteren Grenzwert annimmt (d. h., wenn diese spezifischen elektrischen Widerstände einander am nächsten liegen), das elektrische Kriechfeld, das auf der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht erzeugt wird, E1M ist und das elektrische Kriechfeld, das auf der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht erzeugt wird, E2m ist. Zu diesem Zeitpunkt wird die maximale Wärmeerzeugungsdichte, die in der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht erzeugt wird, durch den folgenden Ausdruck dargestellt.
[Math. 6] $W_{1} = 2 f E_{1 M} C [L_{1} \cdot (2 V_{0} - E_{1 M} L_{1}) + \frac{{(V_{0} - E_{1 M} L_{1})}^{2}}{E_{2 m}}]$
Es wird angenommen, dass dann, wenn der spezifische elektrische Widerstand der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht den unteren Grenzwert annimmt und der spezifische elektrische Widerstand der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht den oberen Grenzwert annimmt (d. h., wenn diese spezifischen elektrischen Widerstände voneinander am weitesten entfernt sind), das elektrische Kriechfeld, das auf der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht erzeugt wird, E1m ist und das elektrische Kriechfeld, das auf der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht erzeugt wird, E2M ist.
Zu diesem Zeitpunkt wird die maximale Wärmeerzeugungsdichte, die in der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht erzeugt wird, durch den folgenden Ausdruck dargestellt.
[Math. 7] $W_{2} = 2 f C {(V_{0} - E_{1 m} L_{1})}^{2}$
L1 für W1 = W2 ist der Abstand vom Endbereich der Korona-Abschirmschicht mit niedrigem Widerstand zum Endbereich der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht, der die Wärmeerzeugungsdichte vollständig minimieren kann, und zwar unter Berücksichtigung der Variationen der spezifischen elektrischen Widerstände. Der folgende Ausdruck wird als quadratischer Ausdruck von L1 aus dem Ausdruck (6) und dem Ausdruck (7) hergeleitet, wenn W1 = W2 angenommen wird.
[Math. 8] $(E_{1 M}^{3} - E_{1 M}^{2} E_{2 m} - E_{1 m}^{2} E_{2 m}) L_{1}^{2} + (2 V_{0} E_{1 M} E_{2 m} - 2 V_{0} E_{1 M}^{2} + 2 V_{0} E_{1 m} E_{2 m}) L_{1} + (E_{1 M} - E_{2 m}) V_{0}^{2} = 0$
Der folgende Ausdruck wird erhalten, indem der obige Ausdruck nach L1 aufgelöst wird. Obwohl das Vorzeichen unmittelbar vor der Quadratwurzel mathematisch positiv sein kann, gilt Folgendes: Da in diesem Fall L2 ein negativer Wert wird, wenn L2 in dem Ausdruck (3) unter L1 berechnet wird, ist das Vorzeichen unmittelbar vor der Quadratwurzel unausweichlich negativ.
[Math. 9] $L_{1} = \frac{- (V_{0} E_{1 M} E_{2 m} - V_{0} E_{1 M}^{2} + V_{0} E_{1 m} E_{2 m}) - \sqrt{{(V_{0} E_{1 M} E_{2 m} - V_{0} E_{1 M}^{2} + V_{0} E_{1 m} E_{2 m})}^{2} - (E_{1 M}^{3} - E_{1 M}^{2} E_{2 m} - E_{1 m}^{2} E_{2 m}) (E_{1 M} - E_{2 m}) V_{0}^{2}}}{E_{1 M}^{3} - E_{1 M}^{2} E_{2 m} - E_{1 m}^{2} E_{2 m}}$
Das heißt, der spezifische elektrische Widerstand der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht und der spezifische elektrische Widerstand der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht variieren stark. Wenn der Abstand L1 vom Endbereich der Korona-Abschirmschicht mit niedrigem Widerstand zum Endbereich der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht auf die Position La des Minimalwerts der Kennlinienkurve vorgegeben wird, an welcher die Wärmeerzeugungsdichte den Maximalwert hat, steigt selbst dann, wenn der spezifische elektrische Widerstand der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht und der spezifische elektrische Widerstand der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht variieren, die Wärmeerzeugungsdichte nicht weiter an.
Wie bei der Ausführungsform 1 beschrieben, reicht die Nennspannung des Turbogenerators von ungefähr 15 kV bis 30 kV. Demzufolge wird die Testspannung eines Stehspannungstests im Allgemeinen auf einen Wert von 31 kV bis 61 kV eingestellt. Unter Berücksichtigung des spezifischen elektrischen Widerstands der nicht-linearen Widerstandsschicht, der tatsächlich angenommen werden kann, ist der Abstand vom Endbereich der Korona-Abschirmschicht mit niedrigem Widerstand zum Endbereich der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht wünschenswerterweise 20 mm bis 50 mm.
Ausführungsform 4
Bei dem nicht-linearen Widerstandsmaterial, das bei der elektrischen Rotationsmaschine gemäß Ausführungsform 4 verwendet wird, wird das Verhältnis zwischen dem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von Siliciumcarbid-Partikeln, die in der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht enthalten sind, und dem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von Siliciumcarbid-Partikeln definiert, die in der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht enthalten sind.
11 ist ein Kennliniendiagramm, das die Korrelation zwischen dem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von Siliciumcarbid-Partikeln, die im nicht-linearen Widerstandsmaterial der nicht-linearen Widerstandsschicht enthalten sind, und dem spezifischen elektrischen Widerstand der Oberfläche der nicht-linearen Widerstandsschicht bei einer elektrische Feldstärke von 0,5 kV/mm zeigt. Das Volumen-Mischungsverhältnis zwischen Siliciumcarbid-Partikeln und Isolierharz betrug 40 %, und der durchschnittliche Partikeldurchmesser von Siliciumcarbid-Partikeln wird auf maximal 40 µm geändert. Wie aus 11 ersichtlich, ist der spezifische elektrische Widerstand der Oberfläche der nicht-linearen Widerstandsschicht um eine Größenordnung verringert, wenn der durchschnittliche Partikeldurchmesser von Siliciumcarbid-Partikeln verdoppelt wird.
Wenn demzufolge der durchschnittliche Partikeldurchmesser von Siliciumcarbid-Partikeln, die in der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht enthalten sind, auf einen Wert eingestellt ist, der gleich oder mehr als doppelt so groß ist wie der durchschnittliche Partikeldurchmesser von Siliciumcarbid-Partikeln, die in der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht enthalten sind, ist es möglich, den oberen Grenzwert des spezifischen elektrischen Widerstands der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht um eine Größenordnung oder mehr entfernt vom unteren Grenzwert des spezifischen elektrischen Widerstands der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht vorzugeben.
Bei einer solchen Struktur gilt Folgendes: Selbst wenn der spezifische elektrische Widerstand der nicht-linearen Widerstandsschicht in einem Stehspannungstest zunimmt, können die Produktionsschwankungen bei der Relaxationsfunktion für das elektrische Feld verbessert werden, die von Schwankungen des spezifischen elektrischen Widerstands der nicht-linearen Widerstandsschicht hervorgerufen werden, und es kann eine elektrische Rotationsmaschine mit stabiler Relaxationsfunktion für das elektrische Feld erhalten werden.
Ausführungsform 5
Bei dem nicht-linearen Widerstandsmaterial, das bei der elektrischen Rotationsmaschine gemäß Ausführungsform 5 verwendet wird, ist der durchschnittliche Partikeldurchmesser von Siliciumcarbid-Partikeln, die in der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht enthalten sind, ähnlich dem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von Siliciumcarbid-Partikeln, die in der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht enthalten sind, und das Verhältnis zwischen den Volumen-Mischungsverhältnissen von leitfähigen Partikeln wird definiert, die den jeweiligen nicht-linearen Widerstandsschichten hinzugefügt sind.
12 ist ein Kennliniendiagramm, das die Korrelation zwischen dem Volumen-Mischungsverhältnis von Siliciumcarbid-Partikeln, die im nicht-linearen Widerstandsmaterial der nicht-linearen Widerstandsschicht enthalten sind, und dem spezifischen elektrischen Widerstand der Oberfläche der nicht-linearen Widerstandsschicht bei einer elektrischen Feldstärke von 0,5 kV/mm zeigt. Bei der Ausführungsform werden Tri-Eisen-Tetroxidpartikel als leitfähige Partikel verwendet. Hierbei beträgt das Volumen-Mischungsverhältnis von Siliciumcarbid-Partikeln 40 %, und der durchschnittliche Partikeldurchmesser ist 10 µm.
Außerdem war der durchschnittliche Partikeldurchmesser von Tri-Eisen-Tetroxid als leitfähiger Partikel 500 nm. Wie aus 12 ersichtlich, gilt Folgendes: Wenn die Differenz der Volumen-Mischungsverhältnisse von leitfähigen Partikeln 5,5 Vol.-% oder mehr wird, wird der spezifische elektrische Widerstand der Oberfläche der nicht-linearen Widerstandsschicht um eine Größenordnung verringert.
Wenn demzufolge die Differenz zwischen dem Volumen-Mischungsverhältnis von leitfähigen Partikeln, die in der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht enthalten sind, und dem Volumen-Mischungsverhältnis von leitfähigen Partikeln, die in der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht enthalten sind, 5,5 Vol.-% oder mehr beträgt, kann der obere Grenzwert des spezifischen elektrischen Widerstands der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht vom unteren Grenzwert des spezifischen elektrischen Widerstands der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht um eine Größenordnung oder mehr entfernt sein.
Bei einer solchen Struktur gilt Folgendes: Selbst wenn der spezifische elektrische Widerstand der nicht-linearen Widerstandsschicht in einem Stehspannungstest zunimmt, können die Produktionsschwankungen bei der Relaxationsfunktion für das elektrische Feld verbessert werden, die von Schwankungen des spezifischen elektrischen Widerstands der nicht-linearen Widerstandsschicht hervorgerufen werden, und es kann eine elektrische Rotationsmaschine mit stabiler Relaxationsfunktion für das elektrische Feld erhalten werden.
Bezugszeichenliste

1: elektrische Rotationsmaschine
2: Stator
3: Rotor
4: Stator-Eisenkern
5: Nut
6: Statorspule
7: Spulenende
8: Spulenleiter
9: Haupt-Isolierschicht
10: Korona-Abschirmschicht mit niedrigem Widerstand
11: erste nicht-lineare Widerstandsschicht
12: zweite nicht-lineare Widerstandsschicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2863649 B2 [0014]

Claims

Elektrische Rotationsmaschine, die Folgendes aufweist: - einen Stator-Eisenkern mit einer Nut; - einen Rotor, der bezüglich des Stator-Eisenkerns in Rotation versetzt werden kann; und - eine Statorspule, die einen Bereich hat, der in der Nut aufgenommen ist, und einen Endbereich, der außerhalb der Nut verläuft, wobei die Statorspule einen Spulenleiter und eine Haupt-Isolierschicht aufweist, die auf einem äußeren peripheren Bereich des Spulenleiters ausgebildet ist, - wobei der Bereich der Statorspule, der in der Nut aufgenommen ist, eine Korona-Abschirmschicht hat, die an einem äußeren peripheren Bereich der Haupt-Isolierschicht ausgebildet ist, - wobei der Bereich der Statorspule, der außerhalb der Nut verläuft, eine erste nicht-lineare Widerstandsschicht hat, die einen Endbereich der Korona-Abschirmschicht teilweise überlappt, und eine zweite nicht-lineare Widerstandsschicht hat, die einen Endbereich der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht teilweise überlappt, - wobei der spezifische elektrische Widerstand der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht mit einem größeren Wert vorgegeben ist als der spezifische elektrische Widerstand der ersten nicht-lineare Widerstandsschicht, und wobei der untere Grenzwert des spezifischen elektrischen Widerstands der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht in einem vorbestimmten elektrischen Feld um eine Größenordnung oder mehr größer ist als der obere Grenzwert des spezifischen elektrischen Widerstands der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht.
Elektrische Rotationsmaschine nach Anspruch 1, wobei der Abstand vom Endbereich der Korona-Abschirmschicht mit niedrigem Widerstand zum Endbereich der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht durch den oberen Grenzwert und den unteren Grenzwert des spezifischen elektrischen Widerstands der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht und den oberen Grenzwert und den unteren Grenzwert des spezifischen elektrischen Widerstands der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht bestimmt ist.
Elektrische Rotationsmaschine nach Anspruch 2, wobei der Abstand L vom Endbereich der Korona-Abschirmschicht mit niedrigem Widerstand zum Endbereich der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht durch den folgenden Ausdruck dargestellt wird: [Math. 1] $L = \frac{- (V_{0} E_{1 M} E_{2 m} - V_{0} E_{1 M}^{2} + V_{0} E_{1 m} E_{2 m}) - \sqrt{{(V_{0} E_{1 M} E_{2 m} - V_{0} E_{1 M}^{2} + V_{0} E_{1 m} E_{2 m})}^{2} - (E_{1 M}^{3} - E_{1 M}^{2} E_{2 m} - E_{1 m}^{2} E_{2 m}) (E_{1 M} - E_{2 m}) V_{0}^{2}}}{E_{1 M}^{3} - E_{1 M}^{2} E_{2 m} - E_{1 m}^{2} E_{2 m}}$
wenn ein elektrisches Kriechfeld, das auf der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht erzeugt wird, als E1M angenommen wird und ein elektrisches Kriechfeld, das auf der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht erzeugt wird, als E2m angenommen wird, und zwar in einem Fall, in welchem der spezifische elektrische Widerstand der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht den oberen Grenzwert annimmt und der spezifische elektrische Widerstand der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht den unteren Grenzwert annimmt, ein elektrisches Kriechfeld, das auf der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht erzeugt wird, als E1m angenommen wird und ein elektrisches Kriechfeld, das auf der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht erzeugt wird, als E2M angenommen wird, und zwar in einem Fall, in welchem der spezifische elektrische Widerstand der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht den unteren Grenzwert annimmt und der spezifische elektrische Widerstand der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht den oberen Grenzwert annimmt, und der Maximalwert einer an die Statorspule angelegten Spannung als V0 angenommen wird.
Elektrische Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Abstand vom Endbereich der Korona-Abschirmschicht mit niedrigem Widerstand bis zum Endbereich der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht mindestens 20 mm, aber nicht mehr als 50 mm beträgt.
Elektrische Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste nicht-lineare Widerstandsschicht und die zweite nicht-lineare Widerstandsschicht Siliciumcarbid-Partikel als ein nicht-lineares Widerstandsmaterial aufweisen, und wobei der durchschnittliche Partikeldurchmesser der Siliciumcarbid-Partikel, die in der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht enthalten sind, gleich dem oder mehr als doppelt so groß ist wie der durchschnittliche Partikeldurchmesser der Siliciumcarbid-Partikel, die in der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht enthalten sind.
Elektrische Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die erste nicht-lineare Widerstandsschicht und die zweite nicht-lineare Widerstandsschicht ferner Siliciumcarbid-Partikel als nicht-lineares Widerstandsmaterial aufweisen, und wobei das Volumen-Mischungsverhältnis der leitfähigen Partikel, die in der ersten nicht-linearen Widerstandsschicht enthalten sind, zum nicht-linearen Widerstandsmaterial um 5,5 Vol.-% oder mehr größer ist als das Volumen-Mischungsverhältnis der leitfähigen Partikel, die in der zweiten nicht-linearen Widerstandsschicht enthalten sind, zum nicht-linearen Widerstandsmaterial.