-
Durchführung der Ständerableitung elektrischer Maschinen großer Leistung
Die Erfindung betrifft eine Durchführung der Ständerableitung elektrischer Maschinen
großer Leistung, insbesondere gas- und flüssigkeitsgekühlter Maschinen, bei der
die als Hohlleiter ausgebildeten Leiter jeder Phase aus mehreren gegeneinander isolierten,
in mehreren radialen Lagen angeordneten, kreisringsektorförmigen Lamellen zusammengesetzt
sind, die miteinander verdrillt sind. Bei großen elektrischen Maschinen entstehen
auch in den Generatorableitungen, also in der Verbindungsleitung zwischen Generator
und Transformator, beträchtliche Verluste durch Stromverdrängung. Die Abführung
dieser Verluste bereitet im allgemeinen längs der Ableitung keine besonderen Schwierigkeiten.
Ein kritischer Punkt ist jedoch die Durchführung der Generatorableitungen durch
das Maschinengehäuse.
-
Die durch die das Gehäuse an den Durchführun-"en durchdringenden magnetischen
Felder verursach ten Verluste können zwar leicht dadurch vermieden werden, daß die
Gehäusepartien an den Ableitungen aus einem unmagnetischen Material hergestellt
sind. Die durch die Stromverdrängung verursachte starke Erwärmung der Generatorableitungen
bereitet bei gasgekühlten Generatoren jedoch deshalb erhebliche Schwierigkeiten,
weil diese Durchführungen unbedingt gasdicht sein müssen. Die durch die Erwärmung
der Ableitungen bedingten Ausdehnung erschwert nämlich eine einwandfreie Abdichtung
ganz erheblich.
-
Um die Auswirkung der Stromverdrängung zu verkleinern, ist es bereits
bekannt, die Durchführung aus konzentrisch ineinander angeordneten, voneinander
isolierten Rohren aufzubauen, wobei jedes der konzentrisch angeordneten Rohre mit
einem der voneinander isolierten einseitig parallelgeschalteten Wicklungsstränge
der Ständerwicklung verbunden ist. Die einzelnen konzentrischen Rohre sind bei dieser
Leiteranordnung erst außerhalb des Ständergehäuses elektrisch miteinander verbunden.
Diese Anordnung ist jedoch insbesondere im Inneren der Maschine sehr aufwendig,
weil die einzelnen Wicklungsstränge einzeln und isoliert voneinander zu der Durchführung
der Generatorableitung geführt werden müssen, während normalerweise die einzelnen
Wicklungsstränge bereits in den Wickelköpfen miteinander verbunden werden können.
-
Es ist auch bereits ein aus in Umfangsrichtung unterteilten Teilleitern
hergestellter Leiter für die Wicklun- einer elektrischen Maschine bekannt (USA.-Patentschrift
3 014 139). Die Unterteilung der Leiter erfolgt bei dieser bekannten
Anordnung, um eine Flexibilität der Leiter zu erreichen. Bei dieser bekannten Wicklungsanordnung
sind die Leiter in radialer Richtung nicht unterteilt, so daß die Gesamtleiter nur
mit einem Wechselstrom beschränkter Größe belastbar sind, denn die sogenannte Eindringtiefe
beträgt z. B. bei einem Kupferleiter kreisförmigen Querschnittes bei einer Frequenz
von 50 Hz, bedingt durch die Wirkung der Stromverdrängung, nur etwa
10 mm. Es ist daher sinnlos, die Wandstärke eines der Stromleitung dienenden
Kupferrohres größer als 10 mm zu machen. Bei Generatoren sehr großer Leistung
genügt daher für die Abführung des Generatorstromes nicht eine einzige solcher bekannter
Leiteranordnungen, sondern es müssen mehrere, parallelgeschaltete Leiter verwendet
werden, die einen erheblichen Platzmehrbedarf erfordern.
-
Es ist ferner bereits ein Leiterstab für die Durchführung der Ableitungen
einer elektrischen Maschine bekannt, bei dem mehrere rechteckige aus ebenfalls rechteckigen
verröbelten Leiterlamellen aufgebaute Teilleiter neben- und übereinander oder in
Kreisform angeordnet sind, wobei bei der letztgenannten Anordnung die Zwischenräume
zwischen den Teilleitern mit einem Gießharz ausgegossen sind (deutsche Auslegeschrift
1098 562). Solche Leiterstäbe sind nicht für eine direkte Kühlung durch
' ein Kühlgas oder eine Flüssigkeit vorgesehen und haben einen relativ großen
Platzbedarf.
-
Es sind ferner als Rundleiter ausgebildete Leiterstäbe für das Einlegen
in die Nuten des Blechpaketes von Turbogeneratoren bekannt (schweizerische Patentschrift
340 894), die durch um einen axial verlaufenden Hohlraum symmetrisch angeordnete,
mit einer äußeren Isolationsumhüllung versehene Teilleiterstäbe gebildet sind, wobei
der Hohlraum von einem Kühlmittel durchflossen werden kann. Diese
Rundleiter
können über di e Eisenlänge des Stators des Generators verdrillt sein. Solc'hg.
-Rundleiter werden angewendet, um eine gleichmäßige elektrische Feldverteilung an
der Oberfläche des Leiterstabes zu erzielen. Sie lassen bei elektrischen Maschinen
höhere Betriebsspannungen zu, als die üblicherweise benutzten Leiter mit -rechteckigem
Querschnitt. ,
Es ist die Aufga.be.- der Erfindung, die in den Durchführungen
dei Generätörableitungen großer elektrischer Maschiüöii-durch Strornverdrängung
entstehenden Verluste so wesentlich zu vermindern, daß infolge der durch die Zusatzverluste
bedingten Erwärmung bzw. Wärmedehnung keine Schwierigkeiten an -der- Abdichtung-,der..Durchführung
durch das Gehäuse auftreten können. Eine solche Durchführung soll eine zusätzliche
Gas- oder Flüssigkeitskühlung gestatten, und: der Aüfwand für die Herstellung der
Durchführung soll dabei möglichst gering sein. Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß
darin, daß die n Teilleiter-(n-1)-mal nach Art eines Wicklungsstabes in der Weise
verkreuzt sind, daß die Summe der Einzellängen der Teilleiter in den verschiedenen
radialen Lagen jeweils den n-ten Teil der Durchführungslänge beträgt, wobei n eine
Potenz von zwei mit ganzzahligen Exponenten ist, und daß die Teilleiter an den Kreuzungen
so gekröpft sind, daß die Breite des Teilleiters ün Bereich der Abkröpfung jeweils
nur die halbe Teilleiterbreite beträgt, jedoch den gleichen Querschnitt aufweist,
so daß die Teilleiter jeweils so ineinandersteckbar sind, daß jeweils eine kreisringsektorförmige
Lamelle gebildet wird.
-
Der Fertigungsaufwand für die Herstellung einer erfindungsgemäßen
Generatorableitung ist relativ gering, da nach Herstellung der kreisringsektorförmigen
Lamellen lediglich ein Zusammenstecken gleicher Einzelelemente erforderlich
ist.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
In der F i g. 1 ist die eine Hälfte einer Leiteranordnung gemäß der Erfindung
mit jeweils zwei radial übereinanderliegenden Teilleitern zum Teil aufgeschnitten
dargestellt. Die F i g. 2 zeigt die Hälfte einer Leiteranordnung mit vier
radial übereinander angeordneten Teilleitern. Die F i g. # zeigt den Verlauf
von zwei radial übereinander angeordneten Teilleitern, entsprechend der F i
g. 1, und F i g. 4 den Verlauf einer Leiteranordnung gemäß F i
g. 2. In den F i g. 5 und 6 sind die beiden Einzelleiter der
Anordnung gemäß der F i g. 1
einzeln perspektivisch dargestellt, während in
den F i g. 7 und 8 jeweils je zwei bereits zusammengefügte
Teilleiter für die Leiteranordnung der F i g. 2 perspektivisch dargestellt
sind.
-
In der Darstellung in den F i g. 5 bis 8 sind die einzelnen
Teilleiter der besseren übersicht halber rechteckig gezeichnet. Praktisch müssen
die Einzelleiter selbstverständlich eine kreisrüigsektorförmige Gestalt haben. Die
praktische Ausführung der Teilleiter gemäß der F i g. 1 ist in den F #g.
9 bis 11 für den einen und in den F i g. 12 bis 14 für den
anderen Teilleiter jeweils in einer Ansicht von oben und von unten auf die Schmalseite
und auf die Stirnseite gesehen dargestellt. Die F i g. 15, 16 und
17 zeigen zwei zusammengesteckte Leiter, während in F i g. 18 das
eine Ende einer Durchführung gemäß der Erfindung dargestellt ist.
-
Wie aus den Figuren der Zeichnung zu ersehen ist, besteht der Hohlleiter
aus mehreren konzentrisch angeordneten, nach Art eines Kollektors zusammenjesefzten-
Lamellen von kreisringsektorförmiger, Gestalt. In F i g. 1 ist ein Hohlleiter
dargestellt, dessen Lamellen aus zwei radial übereinander angeordneten Teilleitern
aufgebaut ist. Die Teilleiter jeder Lamelle sincf'in- radialer Richtung übereinander
angeordnet und zweimal miteinander verschränkt. Grundsätzlich ist aber eine einzige
Verschränkung ausreichend. Die doppelte Verschränkung ist nur gewählt worden, um
die Teilleiter noch fester miteinander zu verbinden. In den entsprechenden Figuren
ist der eine Teilleiter mit a und der andere Teilleiter mit b bezeichnet.
Der Leiter b befindet sich im oberen Teil (s. F i g. 1, 5
und
6) auf der Innenseite des Hohlleiters. An der mit K- bezeichneten Stelle
ist der Leiter-b--,abgekröpft, wobei in tangentialer Richtung die Leiterbreite auf
die Hälfte vermindert ist. In radialer Richtung hat die Abkröpfung die doppelte
Höhe-wie der obere Leiterteil. In axialer Richtung ist die Höhe der Abkröpfung so
groß, daß keine Verringerung des Leiterquerschnittes stattfindet. Hinter der Abkröpfung
weist der Leiter b wieder die volle Breite wie oberhalb der Abkröpfung auf;
der untere Leiterteil ist jedoch in radialer Richtung gegenüber dem oberen Leiterteil
um eine Leiterhöhe versetzt. Der Teilleiter' a weist eine Kröpfung auf, die den
leeren Raum L am Teilleiter b ausfüllt (s. perspektivische Darstellung in
F i g. 5 und 6).
-
Die Leiter a und b der F i g. 9 bis 14 können bei der
Montage in tangentialer Richtung ineinandergeschoben werden. Die Teilleiter sind
so weit konisch ausgebildet, daß aus den zusammengesteckten Teilleitern, die jeweils
eine Lamelle ergeben, ein Kreisring zusammengesetzt werden kann. An beiden Enden
in axialer Richtung des Hohlleiters ist je eine Eindrehung e (s. F ig.
18) vorgesehen, in die je ein Metallring eingelegt werden kann. Die
beiden Ringe 1
am oberen und unteren Ende des Hohlleiters können mit den Anschlüssen
für die Ableitungen vereinigt sein.
-
Die in den F i g. 1, 5, 6 und 9 bis
17 dargestellte Leiteranordnung weist pro Lamelle jeweils zwei Kreuzungen
auf, obwohl dies aus elektrischen Gründen nicht unbedingt erforderlich wäre. Die
Summen der Längen in der oberen und der unteren Lage sind bei den Teilleitern
jeweils gleich, so daß eine weitgehende Beseitigung des Stromverdrängungseffektes
gewährleistet ist, Der Vorteil dieser Andrdnung besteht darin, daß an beiden Enden
des Hohlleiters die mit b
bezeichneten Teilleiter innen und die mit a bezeichneten
Teilleiter außen liegen, so daß durch die in die Eindrehung eingelegten Ringe
f der Hohlleiter fester zusammengehalten wird als bei der Ausführung mit
nur einer Kreuzung.
-
Die in den F i g. 5 und 6 dargestellten Teilleiter weichen
in der Ausführung der Abkröpfung von den Teilleitern der F i g. 9 bis 14
ab. Bei den Teilleitern entsprechend F i g. 5 besitzt der Teilleiter a einmal
eine Abkröpfung K auf der Oberseite und eine Abkröpfung auf der Unterseite. Die
in dieser Weise gestalteten Teilleiter können zwar nicht ineinandergesteckt werden,
wie die in den F i g. 9 bis 16 dargestellten, sondern müssen ineinandergeschwenkt
werden. Bei den Teilleitern entsprechend den F i g. 5
und
6 ergibt sich aber der große Vorteil für die Fabrikation, daß die Teilleiter
a und b vollkommen gleich sind.
-
Bei den in den F i g. 7 und 8 dargestellten vier Teilleitern
sind wohl die beiden Teilleiter c und d verschieden
im Aufbau,
es sind jedoch nur zwei Teilleitertypen erforderlich, um drei Kreuzungen innerhalb
der Durchführung und damit eine weitgehende Beseitigung des Stromverdrängungseffektes
zu erzielen.
-
Außer den oben beschriebenen, aus zwei bzw. vier Teilleitern bestehenden
Lamellen können solche Lamellen auch aus 8, 16 oder 32 Teilleitern
aufgebaut .sein (jeweils eine Potenz von 2 mit einem ganzzahligen Exponenten) und
7, 15 oder 31 usw. Kreuzungen aufweisen.