DE19536209A1 - Kombiband zur gleichzeitigen Herstellung einer Isolierung und eines Glimmschutzes und damit umwickelter elektrischer Leiter - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kombiband zur gleichzeitigen Herstellung einer elektrischen Isolie­ rung und eines Glimmschutzes um einen elektrischen Lei­ ter, insbesondere um Leiterstäbe der Ständerwicklungen von Großgeneratoren.

Elektrische Leiter müssen oftmals mit Isolierungen ver­ sehen werden, die verschiedene Anforderungen gleichzei­ tig erfüllen. Dies gilt insbesondere für Ständerwick­ lungsstäbe großer Generatoren, den bevorzugten Anwen­ dungsfall der vorliegenden Erfindung. Zunächst einmal muß eine elektrische Isolierung oftmals hochspannungs­ fest sein, weshalb sie elektrisch sehr gut isolierende Schichten enthält, beispielsweise Schichten aus Glim­ mer, wobei je nach Anwendungsgebiet eine Schicht aus Feinglimmer, d. h. pulverisiertem Glimmer, oder aus Spaltglimmer, d. h. aus größeren Plättchen von Glimmer gebildet sein kann. Ein solches Isoliermaterial wird zur besseren Verarbeitung nach dem Stand der Technik mittels eines Klebers auf ein Gewebeband aufgebracht, welches aus Glasgewebe oder aus Kunststoffgewebe, ins­ besondere auf Polyesterbasis, bestehen kann. Mit diesem Band wird der elektrische Leiter dann wendelförmig so umwickelt, daß jede Wendel die vorhergehende teilweise, vorzugsweise zur Hälfte überlappt. Unter Umständen wer­ den mehrere solcher Wicklungsschichten aufgebracht.

Insbesondere bei Leiterstäben, die aus mehreren Teil­ leitern zusammengesetzt sind, ist im innersten Bereich der Isolierung eine Homogenisierung des elektrischen Feldes im Bereich der Kanten der Teilleiter und im Be­ reich der zwischen den Teilleitern beim Verröbeln ent­ stehenden Zwickel erforderlich. Auch sollen Glimmentla­ dungen in möglichen Luftspalten zwischen dem Stabgrund und der Hochspannungsisolierung vermieden werden, da diese auf Dauer die Isolierung schädigen.

Eine typische Anordnung zur Innenpotentialsteuerung bei verdrillten Generatorstäben ist beispielsweise aus der DE-OS 31 02 849 bekannt, in der auch Einzelheiten der Herstellung dieses sogenannten "Innenglimmschutzes" beschrieben sind. Wesentlich bei der Herstellung eines solchen Innenglimmschutzes ist es, daß zunächst eine elektrisch isolierende Unterschicht, der sogenannte "Unterwickel" und darüber eine elektrisch schwach lei­ tende Schicht, die auf definiertem Potential gehalten werden kann, aufgebracht wird. Die Einhaltung eines definiertem Potentials wird dabei oft durch einen Kon­ taktleiter hergestellt, der an einer Stelle mit einem Teilleiter galvanisch verbunden ist und über die ganze Länge des Leiters mit der schwach leitenden Schicht in Kontakt steht.

Die Herstellung eines solchen Innenglimmschutzes ist relativ aufwendig, da zwei nacheinanderfolgende Wickel aus unterschiedlichen Materialien und die Anbringung des Kontaktleiters notwendig sind, wozu der Leiterstab im allgemeinen zwischen verschiedenen Bearbeitungssta­ tionen transportiert werden muß.

Eine ähnliche Problematik tritt auch beim sogenannten Außenglimmschutz auf, wie er beispielsweise in der WO 93/06646 beschrieben ist. Bei der dortigen Anordnung wird zwischen einer inneren und einer äußeren schwach leitenden Schicht ein auf Stoß gewickeltes Spaltglimmerband aufgebracht, wobei zusätz­ lich in Längsrichtung auf einer Wicklungsstab-Breitsei­ te ein schwach leitendes Band abwechselnd unter und über der Spaltglimmerschicht durchgefädelt wird, um die innere und äußere elektrisch schwach leitende Schicht miteinander zu verbinden. Auch die Herstellung des Au­ ßenglimmschutzes ist aufwendig, da verschiedene Schich­ ten hintereinander aufgebracht und definiert miteinan­ der verbunden werden müssen.

Weitere Einzelheiten zur Verwendung und Anbringung von verschiedenen Isolationsschichten an elektrischen Lei­ tern sind in den Schriften DE 31 02 886 A1 und EP 0 481 984 B1 beschrieben.

Bei der elektrischen Isolierung und Anbringung von schwach leitenden elektrischen Schichten an elektri­ schen Leitern wurde bisher immer davon ausgegangen, daß diese Schichten radial aufeinanderfolgen müssen, d. h. daß jede dieser Schichten gegenüber der benachbarten Schicht in sich abgeschlossen sein muß. Deshalb wurden nacheinander Schichten aus unterschiedlichen Bändern durch Umwickeln des Teilleiters aufgebracht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Aufbrin­ gung von elektrischen Isolierschichten und Glimmschutz­ schichten, d. h. elektrisch schwach leitfähigen Schich­ ten zur Potentialsteuerung in bestimmten Bereichen der Isolierung, einfacher herzustellen, und die dafür not­ wendigen Materialien zur Verfügung zu stellen. Auch ein Leiterstab mit entsprechend vereinfacht aufgebauter Isolierung mit Glimmschutz ist Gegenstand der vorlie­ genden Erfindung.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Kombiband zur gleichzeitigen Herstellung einer Isolierung und eines Glimmschutzes um einen elektrischen Leiter, wobei die­ ses mindestens eine Gewebeschicht zum Zusammenhalt des Bandes, mindestens eine elektrisch gegen Hochspannung isolierende Schicht und mindestens eine elektrisch schwach leitende Potentialausgleichsschicht enthält, wobei die Gewebeschicht und die elektrisch schwach lei­ tende Potentialausgleichsschicht auch gemeinsam durch eine entsprechend leitfähige Gewebeschicht oder durch eine mit geeignetem Material imprägnierte Gewebeschicht gebildet werden können.

Während man bisher davon ausging, daß Isolierschicht und elektrisch schwach leitfähige Schicht radial ge­ trennt übereinanderliegen müßten, entsteht beim Umwickeln eines Leiterstabes mit dem erfindungsgemäßen Kom­ biband eine sich immer wieder überlappende Doppel­ schicht, die beide gewünschten Funktionen gleichzeitig erfüllt. Die Gewebeschicht, die die Basis des Kombiban­ des bildet, kann aus Glasgewebe oder Kunststoffgewebe sein, insbesondere aus Polyester. Auf eine solche Schicht wird typischerweise mittels an sich bekannter Verfahren Glimmer aufgebracht, für den inneren Bereich der Isolierung vorzugsweise in Form von Feinglimmer, für den äußeren Bereich vorzugsweise in Form von Spalt­ glimmer. Die elektrisch schwach leitende Potentialaus­ gleichsschicht kann durch Kleberschichten mit Kohlen­ stoffpartikeln oder durch Verwendung geeigneter Kunst­ stoffgewebe erreicht werden.

Für ein Kombiband sind, wie anhand der Zeichnung näher beschrieben wird, zahlreiche Ausführungsformen und Schichtfolgen möglich, je nach Anwendungsfall. So kann im einfachsten Fall auf ein Gewebeband zunächst eine Glimmerschicht und dann eine elektrisch schwach leitfä­ hige Schicht aufgebracht sein. Es kann auch ein elek­ trisch leitfähiges Gewebe mit einer Glimmerschicht ver­ sehen werden. Weiterhin ist es möglich beide Außensei­ ten des Kombibandes mit Potentialausgleichsschichten zu versehen, beispielsweise indem eine Isolationsschicht, vorzugsweise Glimmer, zwischen zwei elektrisch schwach leitfähigen Gewebebändern angeordnet ist. Für besondere Anwendungsfälle ist es auch möglich, eine elektrisch schwach leitfähige Schicht zwischen zwei isolierenden Schichten anzuordnen.

Bevorzugt werden jedoch Ausführungsformen, bei denen eine oder beide Außenseiten des Kombibandes durch eine elektrisch schwach leitfähige Schicht gebildet werden.

Durch Umwickeln eines Leiterstabes mit solchen Kombi­ bändern können gleichzeitig Isolierung und Innenpoten­ tialsteuerung bzw. Glimmschutz hergestellt werden, wo­ bei der Leiterstab vorzugsweise wendelförmig mit sich überlappenden Lagen des Kombibandes umwickelt wird.

Zur Herstellung eines Leiterstabes mit Außenglimmschutz wird insbesondere ein Kombiband verwendet, welches auf beiden Außenseiten elektrisch schwach leitende Schich­ ten aufweist und im Inneren eine Schicht aus Spaltglim­ mer, wobei insbesondere die Außenseiten aus elektrisch schwach leitfähigen Gewebeschichten bestehen. Die sich überlappenden Bereiche des Kombibandes werden mit schwach leitendem Kleber verbunden, wodurch Unter- und Oberseite des Kombibandes immer wieder elektrisch mit­ einander verbunden werden, wie dies früher nur durch aufwendiges Durchfädeln eines zusätzlichen schwach lei­ tenden Bandes durch die dazwischen liegende elektrisch isolierende Schicht möglich war.

Zur Erzielung eines Innenglimmschutzes wird bevorzugt ein Kombiband verwendet, welches auf einer Seite eine elektrisch isolierende Schicht und auf der anderen Sei­ te eine schwach leitfähige Schicht aufweist. Für diese Aufgabe muß beim Umwickeln eines Leiters mit dem Kom­ biband sichergestellt werden, daß im Überlappungsbe­ reich die Hochspannungsisolationsschicht und die Poten­ tialausgleichsschicht räumlich getrennt werden, was beispielsweise durch einen isolierenden Kleber oder Binder erreicht werden kann.

Um die einzelnen Wicklungen der elektrisch schwach leitfähigen Schicht sicher auf einem gleichen Potential halten zu können, kann, wie aus dem Stand der Technik bekannt, wiederum ein Kontaktleiter eingesetzt werden, der auf der Seite der Umwicklung verläuft, auf der sich die elektrisch schwach leitfähige Schicht befindet.

Auch das erfindungsgemäße Kombiband und die damit um­ wickelten Leiter können nach üblichen Verfahren mit Isolationsharz getränkt und umgeben werden. Insbesonde­ re ist es möglich, auch so hergestellte erfindungsgemä­ ße Teilleiter zusammen mit dem ganzen Ständer des Gene­ rators in einem sogenannten Ganztränkverfahren mit Iso­ lationsharz zu versehen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung, auf die diese jedoch nicht beschränkt ist, sind in der Zeich­ nung dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Leitersta­ bes mit teilweise aufgeschnittenem Innen­ glimmschutz,

Fig. 2 den Aufbau eines Kombibandes zur Herstellung eines Innenglimmschutzes,

Fig. 3 einen alternativen Aufbau zur Herstellung eines Innenglimmschutzes,

Fig. 4 den Aufbau eines Kombibandes zur Herstellung eines Außenglimmschutzes,

Fig. 5 schematisch einen Längsschnitt durch zwei Windungen eines Außenglimmschutzes aus Kom­ biband und

Fig. 6 einen Längsschnitt durch zwei Windungen eines Kombibandes als Innenglimmschutz.

Fig. 1 zeigt in teilweise geschnittener perspektivi­ scher Darstellung einen aus Teilleitern 1 aufgebauten Leiterstab 2 mit einem Wickel 10 aus Kombiband, der als Innenglimmschutz dient. Das Kombiband besteht aus einer Gewebeschicht 11, einer darüber liegenden Feinglimmer­ schicht 12 und einer darauf aufgebrachten elektrisch schwach leitenden Schicht 13, die als Potentialaus­ gleichsschicht dient. Durch ein Fenster 4 in dem Wickel aus Kombiband ist ein Kontaktleiter 3 galvanisch mit dem Leiterstab 2 verbunden 5, und verläuft im übrigen entlang des Leiterstabes in Kontakt mit der äußeren elektrisch schwach leitenden Schicht 13.

Fig. 2 zeigt in perspektivischer, quergeschnittener Darstellung den Aufbau eines Kombibandes für den Innen­ glimmschutz. Auf ein Gewebeband 21 ist eine Feinglim­ merschicht 22 aufgebracht, über der eine elektrisch schwach leitfähige Schicht 23 liegt.

Gemäß Fig. 3 kann diese Anordnung dadurch vereinfacht werden, daß die Gewebeschicht 31 als elektrisch schwach leitfähige Schicht ausgebildet ist, indem sie entweder aus einem dafür geeigneten Material hergestellt oder mit einem elektrisch schwach leitenden Material imprä­ gniert ist.

Fig. 4 zeigt eine zur Herstellung eines Außenglimm­ schutzes bevorzugte Schichtanordnung des Kombibandes. Auf eine elektrisch schwach leitfähige Gewebeschicht 41 ist eine Schicht mit Spaltglimmer 42 aufgebracht, die wiederum von einer elektrisch schwach leitfähigen Gewe­ beschicht 43 abgedeckt ist.

Die typischen Konstellationen beim wendelförmigen über­ lappenden Wickeln von Kombibändern sind in den Fig. 5 und 6 schematisch dargestellt. Fig. 5 zeigt im Längs­ schnitt zwei sich überlappende Windungen des in Fig. 4 dargestellten Kombibandes, wobei im Überlappungsbereich durch einen elektrisch schwach leitfähigen Kleber 44 gegebenenfalls der Kontakt zwischen der oberen und der unteren Gewebeschicht aufeinanderfolgender Wicklungs­ schichten verbessert werden kann. Es entsteht auf diese Weise die für den Außenglimmschutz besonders geeignete Form von zwei elektrisch schwach leitfähigen Schichten, die durch eine Hochspannungsisolierschicht voneinander getrennt sind, aber immer wieder untereinander in Kon­ takt stehen.

Fig. 6 zeigt im Gegensatz dazu die typische Anordnung für einen Innenglimmschutz aus Kombiband, wo in den Überlappungsbereichen durch einen elektrisch isolieren­ den Kleber 34 oder dergleichen sichergestellt werden muß, daß kein unerwünschter elektrischer Kontakt zwi­ schen den elektrisch schwach leitfähigen Schichten 41, 43 aufeinander folgender Wicklungen entsteht.

Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen mehrschich­ tigen Kombibandes wird die Herstellung von elektrischen Isolierungen mit Glimmschutz wesentlich vereinfacht, da Verfahrensschritte und der Transport von Leiterstäben entfallen. Die entstehenden Glimmschutzschichten haben dennoch die gleichen guten Eigenschaften wie die bisher bekannten Schichten und lassen sich auch mit Isolier­ harz tränken, insbesondere im Ganztränkungsverfahren. Das bevorzugte Anwendungsgebiet der Erfindung liegt bei den Ständerwicklungen von Großgeneratoren, d. h. Gene­ ratoren von mehr als 150 MVA oder sogar mehr als 300 MvA.

Claims (16)

1. Kombiband zur gleichzeitigen Herstellung einer Isolierung und eines Glimmschutzes um einen elektrischen Leiter, enthaltend

• - mindestens eine Gewebeschicht (11; 21; 31; 41, 43) zum Zusammenhalt des Bandes,
• - mindestens eine elektrisch gegen Hochspannung isolierende Schicht (12; 22; 32; 42) und
• - mindestens eine elektrisch schwach leitende Po­ tentialausgleichsschicht (13; 23; 31; 41; 43).

2. Kombiband nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Gewebeschicht (11; 21; 31; 41, 43) ein Flies auf Glasgewebebasis oder Kunststoff­ basis ist, insbesondere auf Polyesterbasis.

3. Kombiband nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Hochspannungsisolations­ schicht (12; 22; 32; 42) Glimmer enthält.

4. Kombiband nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Glimmer in Form von Feinglimmer (12; 22; 32) vorliegt.

5. Kombiband nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Glimmer in Form von Spaltglimmer (42) vorliegt.

6. Kombiband nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Potential­ ausgleichsschicht (13; 23; 31; 41; 43) Kohlen­ stoffpartikel enthält.

7. Kombiband nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Potential­ ausgleichsschicht (13; 23; 31) eine Außenseite des Kombibandes bildet.

8. Kombiband nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß beide Außenseiten des Bandes Potentialausgleichsschichten (41, 43) sind.

9. Kombiband nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Potentialaus­ gleichsschicht im Inneren des Bandes zwischen zwei Isolierschichten liegt.

10. Kombiband nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewebe­ schicht (31; 41, 43) selbst die Potentialaus­ gleichsschicht bildet, indem sie aus elektrisch schwach leitfähigem Material besteht oder mit einem solchen imprägniert ist.

11. Kombiband nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Außenseiten des Bandes aus Gewebe­ schichten (41, 43) bestehen, die aus elektrisch schwach leitfähigem Material hergestellt sind und/oder mit einem solchen imprägniert sind.

12. Leiterstab (2) mit Isolierung und Glimmschutz, hergestellt unter Verwendung von einem Kombiband (10) gemäß Anspruch 1, wobei der Leiterstab (2) wendelförmig mit sich überlappenden Lagen des Kombibandes (10) umwickelt ist.

13. Leiterstab nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Leiterstab (2) ein Ständer­ wicklungsstab eines Generators, vorzugsweise eines Großgenerators mit einer Leistung über 150 MVA, insbesondere über 300 MVA, ist und einen Außenglimmschutz dadurch aufweist, daß er mit einem Kombiband (10) gemäß einem der Ansprüche 8 oder 11 umwickelt ist, wobei die sich überlap­ penden Bereiche des Kombibandes (10) mit schwach leitendem Kleber (44) verbunden sind.

14. Leiterstab nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Leiterstab ein Läuferwick­ lungsstab eines Generators ist und einen Innen­ glimmschutz dadurch aufweist, daß er mit einem Kombiband gemäß einem der Ansprüche 7, 9 oder 10 umwickelt ist, wobei eine elektrisch isolierende Schicht (54), insbesondere aus Kleber oder Bin­ der, eine räumliche Trennung von Hochspannungs­ isolationsschicht (12; 22; 32) und Potentialaus­ gleichsschicht (13; 23; 31) sicherstellt.

15. Leiterstab nach einem der Ansprüche 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß entlang des Lei­ terstabes (2) außerhalb der durch das Kombiband (10) gebildeten Umwicklung eine Kontaktleiter (3) verläuft, der an einer Kontaktstelle (5) mit dem Leiterstab (2) galvanisch verbunden ist und in seinem übrigen Verlauf galvanisch mit der oder den auf dem Kombiband (10) gebildeten Po­ tentialausgleichsschicht(en) (13; 23; 31; 41; 43) gekoppelt ist.

16. Leiterstab nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiterstab (2) mit seiner Umwicklung aus Kombiband (10) und den ihn umgebenden Teilen nach einem Ganztränkungs­ verfahren mit Isolationsharz getränkt und umge­ ben ist.