DE1900679A1 - Glimmschutz fuer die Oberflaeche isolierter elektrischer Leiter,vorzugsweise Endenglimmschutz fuer die Wicklungen elektrischer Hochspannungsmaschinen - Google Patents

Description

• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 3 Figuren 9 AnsprUche

Claims (9)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Glimrnschutz fiir die Oberfläche isolierter elektrischer Leiter, vorzugsweise Endenglimschutz für die Wicklungen elektrischen Hochspannungsmaschinen, inb. Turbogeneratoren, mit in Querschnitt etwa rechteckigen Leiterstäben, bei denen anschließend an einen innerhalb ner Nut liegenden, auf der Isolierhülse aufgebrachten leitenden Glimmschutzbelag außerhalb der Nut (im Wickelkopfbereich) zur Erzielung eines möglichst gleichmäßigen Potentialabbaus die Oberfläche der Isolierhülse einen Endenglimschutzbelag aufweist, dessen Leitfähigkeit in Richtung auf die Stabenden abnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß in Anpassung an die in Umfangarichtung schwankenden Flacherkapazitäten des Leiterstabes die Leitfähigkeit des Endenglimmschutzelages in Umfangsrichtung zonenweise verändert ist.
2. 2. Glimmschutz nach Anspruch 1, fir Leiterstäbe mit im Kantenbereich verringerten Flächenkapazitäten, dadurch gekennzeichnet, daß der Glimmschutzbelag in Kantenbereich des Leiterstebee eine im Vergleich zum angrenzenden Umfangsbereich verringerte Leitfähigkeit aufweist.
3. 3. Glimmschutz nach Anspruch 1 oder ?, für Gitterstäbe mit nach dem Roebelprinzip verdrillten Teilleltern, bei denen auch die Schmalseiten des Stabes aufgrund der Kröpfstellen-Isolierun gen eine geringere Flächenkapazität ale die Breitseiten aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Schmalseiten mit einem Glimmschutzbelag geringerer Leitfähigkeit versehen sind.
4. a. Glimmschutz nach Anspruch 2 und 2, dadurch gekennzeichnet.daß der Glimmschutzbelag im Kanten- und Schmalseitenbereich neweils zu einer Glimmschutzbelagzone mit der gleichen verringer ten Leitfähigkeit vereinigt ist.
5. 5. Glimmschutz nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er auch in Stablängsrichtung zonen- bzw. stufenweise mit unterschiedlicher Leitfähigkeit ausgeführt ist.
6. . Glimmschutz nach Anspruch 1 bis 5, mit Anstrich der Isolierun durch halbleitende Lacke, dadurch gekennzeichnet, daß die in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Zonen unterschiedlicher Flächenkapazitäten mit Lacken unterschiedlicher Leitfähigkeit und/oder Stärke eingestrichen sind.
7. 7. Glimmschutz nach Anspruch 1 bis 5, mit Bandbewicklung, z. B.

   aus Asbest, dadurch gekennzeichnet, daß durch Auflegen von Streifen auf den Steb und spiraliges Umwickeln mit Bändern ein sowohl in StablängQ- als auch -umfangsrichtung leitfähigkeitsmäßig gestufter Belag gebildet ist.
8. 8. Glimmschutz nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in Längsrichtung verschieden lange Streifen bzw. Lagen aufgelegt sind.
9. 9. alimmschutz nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Widerstandsbelag - wie an sich bekannt - ein halbleitendes körniges Material mit spannungsabhängigem Widerstand, wie insb. Silizium-Karbid verwendet ist, das in einem Bindemittel aus Harz, Kleber oder Lack verteilt eingelagert und ggf. auf einem Träger aus Glasseidenband zusammen mit dem Bindemittel befeetigt ist.