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Glimmschutz ffir die Oberfläche isolierter elektrischer Leiter, vorzugsweiee
Endenglimmschutz für die Wicklungen elektrischer Hochspannungsmaschinen Die Erfindung
bezieht sich auf einen Glimmschutz fr die Oberfläche isolierter elektrischer Leiter,
vorzugsweise Endenglimmschutz für die Wicklungen elektrischer Hochspannungsmaschinen,
insb. Turbogeneratoren, mit im Querschnitt etwa reckteckigen Leiterstäben, bei denen
anschließend an einen innerhalb der Nut liegenden, auf der Isolierhülse aufgebrachten
leitenden Glimmschutzbelag außerhalb der Nut (im Wickelkopfbereich) zur Erzielung
eines möglichst gleichmäßigen Potentialabbaus die Oberfläche der Isolierhülse einen
Endenglimmschutzbelag aufweist, dessen Leitfähigkeit in Richtung auf die Stabenden
abnimmt.
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Ein derartiger Glimmschutz ist bekannt (deutsche Patentschrift 1 079
182). Er beruht auf folgenden Überlegungen. Wenn der elektrostatische Potentialgradient
längs der Fläche einer von Luft oder einem anderen Gas umgebenen elektrischen Isolation
einen bestimmten Wert Überschreitet, entsteht eine Koronaentladung, die die Fläche
der elektrischen Isolation und den Isolierstoff zerstören und einen Durchschlag
zur Folge haben kann. Dies muß besonder bei elektrischen Hochspannungsmaschinen
mit in Nuten verlegten Wicklungen, wie Turbogeneratoren, beachtet werden, bei welchen
zwischen der Fläche der aus dem Eisenkern austretenden Wickelköpfe und dem Eisenkern
ein sehr großer, die Koronabildung verursachender Potentialgradient entstehen würde,
würde man diesen nicht durch einen Glimmschutz erheblich reduzieren. Hierbei ist-
es, wie erwähnt, bekannt, die Oberfläche der Isolierhülse mit einem Endenglimmschutzbelag
zu versehen, dessen Leitfähigkeit in Richtung auf die Stabenden abnimmt. Die Leitfähigkeit
dieses Endenglimmschutzbelages liegt zwischen derjenigen für gute Nichtleiter und
metallische Leiter. Derbekannte Endenglimmschutz verwendet Halbleitermaterial aus
Karborundum. Es nt auch bekannt (bekanntgemachte deutsche Patentanmeldung B 5573,
21c)
für den Glimmschutzbelag einen halbleitenden Grundstoff auf Asbestgrundlage zu verwenden,
der mit Isolierstoffen getränkt wird, und hicrbei die Halbleiter zonenweise mit
verschiedenen Isolierstoffen zu tränken, so daß in Stabrichtung gesehen, verschiedene
Zonen steigenden Widerstandes aufeinanderfolgen.
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Die Erfindung geht davon aus, daß die bekannten Glimmschutzanordnungen
bei zunehmenden Nennspannungen, zu welchen die Entwicklung im Generatorenbau führt,
verbesserungsbedürftig sind, wenn auch bei höheren Spannungen mit einem vertretbaren
Aufwand Glimmentladungen sowohl während des Betriebes als auch während der Prifung
mit Sicherheit ausgeschlossen werden wollen Hierfir sind die folgenden tiberlegungen
maebend. An einer äutausladung (Durchführungsanordnung) verteilt sich die Spannung
an Abhängig-'seit vom Oberflächenwiderstand der Ausladung und vom Wechselstromwiderstand
der Oberflächenkapazität gegen den Leiter. Der maßgebende Widerstand zwlschen dem
spannungsführenden Leiter und dem geerdeten Blechpaket ist ein Kettenleiter, bei
dem die Längsglieder durch den Oberflächenwiderstand, die Querglieder durch den
Wechselstromwiderstand der dazugehörigen Kapazität gegeben sind. Dieser Sachverhalt
ist prinzipiell in Fig. 1 dargestellt, worin bedeuten: N einen auf dem Potential
des Eisenbleehpaketee liegenden Punkt, S einen auf dem Potential des Stabes liegendes
Punkt, ii, i2, in-1, in die durch die einzelnen Querkapazitäten cF des Ersatzschaltbildes
fließenden teilbaleitströme; R1, R2, Rn-1, Rn die ohmschen Längswiderstände des
Ersatzachaltbildes, cnut die Kapazität zwischen Stab und Eisenblechpaket, iges die
Summe der durch die einzelnen Querkapazitäten cF fließenden Ableitteilströme am
Anfang des Endenglimmschutzes kurz hinter dem Eisenblechpaket, iges n-1 den Summen
strom durch die vorletzte Querkapazität cF, ige8 n den durch die letzte Querkapazität
eF fließenden Gesamtstrom, welcher im vorliegenden Falle gleich in ist. Damit die
Spannung ber die gesamte Länge der Ausladung, über welche sich der Endenglimmschutzbelag
erstreckt, gleichmäßig verteilt ist, muß die Potentialsteuerung folgende Forderung
erfüllen:
#U = #R. #iges = R1 # iges = R2 # iges 2 = Rn # iges n
= const.
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Die Steuerung wird danach vorrangig durch die Oberflächenkapazität
bestimmt. Diese ist jedoch bei allen nicht kreisförmigen Leiterquerschnitten am
Umfang unterschliedlich. So weisen die am häufigsten vorkommenden etwa rechteckigen
Leiterprofile von Generatoretäben an den Kanten geringere Flächenkapazitäten auf.
Bei Gitterstäben besitzen die Schmalseiten durch die stellenweise dickeren Isolierungen
zwischen den Überkröpfungen auch eine geringere Flächenkapazität als die Breitseiten.
Da die Flächen geringerer Kapazität bei Generatorstäben etwa 20 bin O der Gesamtoberfläche
ausmachen, ist ihre Berücksichtigung zur exakten Steuerung bei kurzen Ausladungen
und hohen Spannungen erforderlic. f)er Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen
Glimmschutz zu schaffen, welcher den geschilderten Anforderungen Rechnung trägt.
Die Erfindung besteht hierzu bei einem Glimmschutz der eingangs genannten Art darin,
daß in Anpassung an die in Umfangsrichtung schwankenden Flächenkapazitäten des Leiterstabes
die Leitfähigkeit des Glimmechutzbelages in Umfangsrichtung zonenweise verandert
ist. Die Vorteile der Erfindung sind vor allem darin zu sehen, daß der Endenglimmschutzbelag
auf diese Weise einen in Stablängsrichtung gesehen praktisch gleichmäßigen Potentialabbau
an allen Umfangeetellen gewährleistet, so daß auch ein Betrieb unter höheren Nennspannungen
ohne die Gefahr von Gleitentladungen ermöglicht iet. Hierzu sieht die Erfindung
für Leiteretäbe mit im Kantenbereich verringerten Flächenkapazitäten insb. von,
daß der Glimschutzbelag im Kantenbereich des Leiterstabes eine im Vergleich zum
angrenzenden Umfangsbereich verringerte Leitfähigkeit aufweist. F5r Gitterstäbe
mit nach dem Roebelprinzip verdrillten Teilleitern, bei denen auch die Schmalseiten
des Stabes aufgrund der Kröpfstellenisolierungen eine geringere Flächenkapazität
als die Breiteeiten aufweisen, empfiehlt die Erfindung, da3 auch die Schmalseiten
mit einem Glimmschutzbelag geringerer Leitfähigkeit versehen sind. Gemäß einer Weiterbildung
der Erfindung ist der Glimmschutzbelag im Kanten- und Schmalseitenbereich jeweils
zu einer Glimmschutzbelagzone mit der gleiche; verringerten Leitfähigkeit
vereinigt.
Hierdurch ist die Herstellbarkeit des Glimmschutzbelages vereinfacht und trotzdem
ein ausreichender Schutz gegen Gleitentladungen gewährleistet.
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Wird für den Glimmschutz ein Anstrich der Isolierung durch halbleitende
Lacke vorgenommen, so ist es besonders vorteilhaft, wenn die in Umfangsrichtung
aufeinanderfolgenden Zonen unterschiedlicher Flächenkapazitäten mit Lacken unterschiedlicher
Leitfähigkeit unS/oder Stärke eingestrichen sind. Wird dagegen für den Glimmschutzbeiag
eine separate Bandbewicklung, z. B. aus Asbest, verwendet, so iet es zweckmäßig,
wenn durch Auflegen von Streifen auf den Stab und spiraliges Umwickeln mit den Bändern
ein sowohl in Stablänge- als auch in -umfangsrichtung leitfähigkeitsmäßig gestufter
Belag gebildet ist. Ffir die vorgenannten beiden grundsätzlichen Ausführungsformen
sieht die Erfindung zwecks einfacher Herstellbarkeit vor, da auch in Stablängsrichtung
zonen- bzw.
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stufenweise der Glimmschutzbelag mit unterschiedlicher Leitfähigkeit
ausgeführt ist. Die Stufung in Stablängerichtung kann zweckmäßigerweise dadurch
erreicht werden, daß in Längsrichtung verschieden lange streifen bzw. Lagen aufgelegt
sind. Als Widerstandsbelag dient vorteilhafterweise - wie an sich bekannt - ein
halbleitendes körniges Material mit spannungsabhängigem Widerstand, wie insb. Silizium-Xarbid,
dae in einem Bindemittel aus Harz, Kleber oder Lack verteilt eingelagert und ggf.
auf einem Träger au Glasseidenband zusammen mit dem Bindemittel befestigt ist. Derartige
halbleitendes Material hat den Vorteil, daß neben der Grobstufung in Umfange- und
Längsrichtung des Stabes der Glimmschutzbelag innerhalb der jeweiligen Zone sich
auf den geforderten Potentialgradienten auch feineinstellen kann, so daß ein stetiger
Potentialabbau an allen Stellen erzielt wird.
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Anhand der weiteren Figuren der Zeichnung wird ein AusfUhrungsbei
spiel der Erfindung beschrieben und die Wirkungsweise erläutert. Es zeigen: Fig.
2 in perspektivischer Darstellung unter Fortlassung der für das Verständnis der
Erfindung nicht wesentlichen Teile den
Teil eines Leiterstabes einer
elektrischen Hochspannungsmaschine, z. B. Turbogenerators, dessen Teilleiter nach
dem Roebelprinzip verdrillt sind und dessen Isolierhülse in Umfangsrichtung gesehen
unterschiedliche Flächenkapazitäten aufweist, Fig. 3 die geeignete Ausführungsform
eines Endenglimtnschutzes für einen Leiterstab nach Fig. 2 gemäß der Erfindung.
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Der in Fig. 2 ausschnittsweiee dargestellte Leiterstab besteht aus
zwei Reihen 1, 2 von nach dem Roebelprinzip verdrillten Teilleitern 3, wobei der
durch die Teilleiterkröpfuna gebildete Raum durch Isolierstoffkeile 4 jeweils ausgefüllt
ist. Die Teilleiter 3 bestehen aus Kupfer und sind gegeneinander durch eine nicht
dar gestellte Isolierung, z. 3. Glasseidenumspinnung, gegeneinander isoliert. Der
Teilleiterverband 1,2 ist durch die Isolierhülse i umgeben. Letztere besteht aus
geschichtetem, glimmerhaltigem und mit einem Harz oder Kunstharz verbackenem Isoliermaterial.
Im Schmalseitenbereich 5 der Isolierung i und im Kantenbereich k, der etwa Sektorform
besitzt, ist die Flächenkapazität huber die Stablänge gesehen jeweils kleiner als
im Breitseitenbereich b.
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Der Schmalseitenbereich s und der Kantenbereich k machen etwa 20 bis
30 % der Gesamtoberfläche der Isolierung i aus; ihre FlEchenkapazität ist zur exakten
Potentialsteuerung im Zusammenhang mit dem Epdenglimmschutz bei kurzen Ausladungen
und hohen Spannungen erfindungsgemäß berücksichtigt. Hierzu ist gemäß Fig. 3, in
welcher mit 5 noch der innerhalb der Nut liegende, auf der Isolierhülse i aufgebrachte
leitende Glimmschutzbelag bezeichnet ist, die Leitfähigkeit des Endenglimmschutzbelages
6 nicht nur in Stablängsrichtung, sondern auch in Umfangsrichtung des Stabes zonenweise
verändert. Der Glimmschutzbelag im Kanten- und Schmalseitenbereich ist, wie ersichtlich,
jeweils zu einer Glimmschutzbelagzone 6a mit der gleichen gegenUber der Glimmschutzbelagzone
6b des Breitseitenbereiches verringerten Leitfähigkeit vereinigt.
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Daneben ist auch eine Leitfähigkeitsetufung in Längsrichtung des Stabes
vorgenommen, wobei die dem Außenglimmschutz 5 unmittelbar benachbarten Endenglimmschutzbelagzonen
mit 6a (Schmalseitenbereich) und 6b (Breitseitenbereich) bezeichnet sind, die diesen
Belagzonen
benachbarten Belagzonen mit 6a' (Schmalseitenbereich) 6b' (Breitseitenbereich) usw.
bis zu den Belagzonen 6a''' und 6b'''. Die einzelnen Glimmschutzbelagzonen 6a, 6b,
6a', 6b' usw.
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können in ihrer Leitfähigkeit bei Ausführung mit Glimmechutzlacken
dadurch verändert werden, daß verschiedene starke Anetriche und/oder unterschiedliche
Leitfähigkeiten aufweisende Lacke entsprechend den jeweiligen Flächenkapazitäten
verwendet werden.
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Bei Bandbewicklungen (z.B. Asbestband) ist durch auflegen von verschieden
langen Lagen in Längsrichtung und spiralartig hierüber gewickelten Bänder eine sowohl
in Dangs- als auch in Umfangsrichtung gestufte Anordnung zu erzielen. Der Glimmschutzbelag
weist - wie erwähnt - vorteilhaft halbleitendes körniges Material mit spannungsabhängigem
Widerstand, wie insb. Silizium-Karbid auf. - Selbstverständlich sind die Zonen 6a,
6b unmittelbar flächig und leitend verbunden mit dem Belag 5. An das freie Ende
des Stabes 1,2 sind - wie üblich - nicht dargestellte Ringleitungen oder Durchführungsleiter
elektrisch anzuschließen.
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3 Figuren 9 AnsprUche