DE19619727A1 - Ständerwicklung einer dynamoelektrischen Maschine mit einer Schicht aus schwach leitendem Material im Wickelkopfbereich - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Gestaltung einer Ständerwicklung einer dynamoelektrischen Maschine ins­ besondere eines Generators, die eine Vielzahl von außen mit einer Isolierung versehenen Wicklungsstäben auf­ weist.

Bei elektrischen Maschinen mit Hochspannungs-Ständer­ wicklungen werden die Wicklungsstäbe generell mit einer elektrischen Isolierung versehen. Dies gilt insbesonde­ re für Ständerwicklungsstäbe großer Generatoren, dem bevorzugten Anwendungsfall der vorliegenden Erfindung. Diese elektrische Isolierung enthält oftmals elektrisch sehr gut isolierende Schichten, beispielsweise Schich­ ten aus Glimmer, 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. Diese Isolierschichten dienen dem Zweck, die einzelnen Wicklungsstäbe gegen­ einander und gegen andere Bauteile des Generators zu isolieren und hochspannungsfest zu machen. Dadurch wer­ den Entladungen vermieden und die Durchschlagsfestig­ keit und der Kriechweg vergrößert. In der Praxis ent­ stehen jedoch Probleme, da die Isolierschichten unter den Betriebsbelastungen kriechen und sich verformen. Durch die Ungleichmäßigkeit der Isolierschichten ent­ stehen Potentialspitzen, an denen die Isolierschicht schädigende Glimmentladungen auftreten können. Durch solche Glimmentladungen kann es auch zur Bildung von Ozongas in den Zwischenräumen der Wicklungsstäbe kom­ men.

Bisher ist dieses Problem dadurch gelöst worden, daß man die einzelnen Wicklungsstäbe im Wicklungskopfbe­ reich, in dem die geforderten Isolationsbedingungen am schwersten einzuhalten sind, mit Abständen versehen hat, die groß genug waren, um solche Glimmentladungen und Ozongasbildung zu verhindern. Es wurde daher in Kauf genommen, daß bei der Maschinenabmessung diese Abstände mitberücksichtigt werden mußten.

Dieses Problem tritt vorwiegend bei luftgekühlten Stän­ derwicklungen auf und führt dazu, daß wie erwähnt Min­ destabstände eingehalten werden müssen, und/oder daß die Bemessungsspannungen der Turbogeneratoren durch diese Glimmentladungen begrenzt sind. Es hat sich erge­ ben, daß bei wasserstoffgekühlten Wicklungen dieses Problem in geringerem Maße ebenfalls auftritt, auch wenn ein hoher Wasserstoffdruck entsprechend dem Pa­ schengesetz den Glimmeinsatz zu höheren Spannungen hin verschiebt.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Ständerwicklungen bereitzustellen, die es ermöglichen, geringere Abstände zwischen den Wicklungsstäben vorzu­ sehen, ohne zu einer Zunahme von isolierungsschädigen­ den Glimmentladungen zu führen, und/oder die die Ver­ wendung von mit höheren Bemessungsspannungen arbeiten­ den Turbogeneratoren ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch eine Ständerwicklung gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen ange­ geben und werden anhand der Zeichnung näher erläutert.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Ständerwick­ lung zumindest in für Glimmentladungen anfälligen Teil­ bereichen des Wickelkopfes, d. h. des stirnseitigen Endbereiches der Wicklung, zusätzlich zu einer üblichen Isolierschicht mit einer schwach leitenden Material­ schicht versehen, welche Glimmentladungen unterdrückt, bzw. deren Ladungsenergie so weit abschwächt, daß die Isolierstoffoberflächen auch langzeitig nicht angegrif­ fen werden. Besonders gefährdet durch Glimmentladungen sind die Bereiche, in denen die Wicklungsstäbe dicht nebeneinander verlaufen und/oder gebogen und unregel­ mäßig geformt sind. Durch einen äußeren Potentialaus­ gleich mittels einer elektrisch schwach leitfähigen Schicht wird in diesem Bereich eine Glimmentladung oder Ozongasbildung verhindert, die ansonsten beim Anlegen einer Hochspannung an die Ständerwicklung während des Betriebes der Maschine auftreten könnte.

Die erfindungsgemäße Gestaltung der Ständerwicklung sieht vor, insbesondere in Bereichen, in denen die ein­ zelnen Wicklungsstäbe in unmittelbarer Nähe benachbar­ ter Wicklungsstäbe angeordnet sind, die jeweiligen Wicklungsstäbe mit einem schwach leitfähigen Material zu umwickeln oder zu imprägnieren.

Es ist ferner bevorzugt, weitere Bauteile, die in der unmittelbaren Nähe der Wicklungsstäbe angeordnet sein können, auch mit einem schwach leitfähigen Material zu umwickeln oder zu imprägnieren oder aus einem solchen herzustellen. Aus Konstruktionsgründen sind bei Genera­ toren zum Beispiel Distanzierungsmittel und/oder Ban­ dagen zwischen den Wicklungsstäben vorgesehen, die sich in unmittelbarer Nähe zu den Wicklungsstäben befinden, so daß insbesondere an diesen stellen Glimmentladungen auftreten können. Erfindungsgemäß ist es daher vorgese­ hen, auch solche Bauteile aus einem schwach leitfähigen Material herzustellen oder mit einem solchen zu umwickeln oder zu imprägnieren. Nicht nur die Anordnung un­ mittelbar benachbart zu den Ständerwicklungen, sondern auch die Tatsache, das solche Teile sich auf Erdpoten­ tial oder einem niedrigeren Potential als die Wick­ lungsstäbe befinden, kann eine Glimmentladungen bewir­ ken.

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung liegt darin, daß die schwach leitfähige Material­ schicht nicht unbedingt die äußerste Beschichtung der Ständerwicklung sein muß, sondern, daß auf ihr auch eine weitere Isolierschicht oder andere Umwicklung an­ gebracht sein können. Hierdurch wird immer noch gewähr­ leistet, daß die Möglichkeit einer Glimmentladung zu­ mindest teilweise unterbunden wird, und somit die Ein­ haltung einer Mindestbeabstandung oder Höchstspannungs­ belastung nicht erforderlich ist, da ein Ladungsaufbau verhindert oder geschwächt wird.

Erfindungsgemäß wird somit ermöglicht, daß bei herkömm­ lichen Generatoren, deren Wicklungen im Wickelkopfbe­ reich mit schwach leitfähigem Material gemäß der vor­ liegenden Erfindung versehen wurden, auch bei der Ver­ wendung einer Luftkühlung der Ständerwicklung, eine Bemessungsspannung von größer als 12 KV, insbesondere sogar größer als 16,5 KV angelegt werden kann.

Im nachfolgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbei­ spiel der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 die Anordnung einer Ständerwicklung im Wickel­ kopfbereich und

Fig. 2 einen Querschnitt zweier benachbarter Wick­ lungsstäbe, die gemäß der vorliegenden Erfin­ dung mit einer Schicht aus schwach leitfähi­ gem Material versehen sind.

In der Fig. 1 ist die Anordnung einzelner Wicklungs­ stäbe 1 einer Ständerwicklung im Wickelkopfbereich ge­ zeigt. Durch diese Figur wird deutlich, daß es Bereiche gibt, in denen die einzelnen Wicklungsstäbe näher an­ einander angeordnet sind und Bereiche, in denen die Abstände zwischen den einzelnen Wicklungsstäben größer gewählt sind. Besonders in den Bereichen in denen die einzelnen Wicklungsstäbe 1a, 1b nahe aneinander ange­ ordnet sind, können Glimmentladungen und damit verbun­ dene Ozongasbildungen auftreten. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind insbesondere in diesen Bereichen, wie in der Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 8 angezeigt, die Ständerwicklungen mit einem schwach leitfähigen Materi­ al umwickelt oder imprägniert.

Die Fig. 2 zeigt einen Querschnitt zweier benachbarter Wicklungsstäbe 1a und 1b. Bei dem Ausführungsbeispiel, das in dieser Figur gezeigt ist, ist die aus schwach leitfähigem Material hergestellte Schicht 3 auf der Isolierschicht 2 angeordnet. In der Fig. 2 sind des weiteren Distanzierungsmittel 4 und Bandagen 5 gezeigt. Das Distanzierungsmittel 4 ist in dem vorliegenden Bei­ spiel mit einer schwach leitfähigen Materialschicht 6 versehen, um eine Entladung zwischen einer der Materi­ alschichten 1a oder 1b und dem Distanzierungsmittel 4 zu verhindern. In gleicher Weise besteht die Bandage 5 aus einem solchen schwach leitfähigen Material.

Durch das Versehen der Wicklungsstäbe 1a und 1b mit einer schwach leitfähigen Materialschicht 3 kann der Abstand 7 zwischen den benachbarten Wicklungsstäben 1a und 1b reduziert werden, oder die Bemessungsspannung der Ständerwicklung dementsprechend, bei Einhaltung des Abstandes 7, höher gewählt werden.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht daher einerseits eine Erweiterung des Anwendungsgebietes eines Genera­ tors durch Erhöhung der anlegbaren Bemessungsspannung, andererseits ermöglicht die vorliegende Erfindung eine Senkung der einzuhaltenden Mindestabstände und somit eine größere Vielfalt bei der Maschinenbemessung.

Claims (6)

1. Ständerwicklung einer dynamoelektrischen Maschine, insbesondere eines Generators, aus einer Vielzahl von außen mit einer Isolierung (2) versehenen Wicklungs­ stäben (1a, 1b), die im Wickelkopfbereich paarweise zusammenlaufen und miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung (2) der Ständerwicklung zumindest in den Bereichen (8) des Wickelkopfes mit einem schwach leitfähigem Material (3) umwickelt oder imprägniert ist, in denen bei Anlegen einer Hochspannung an die Ständerwicklungen im Betrieb der Maschine ansonsten eine Glimmentladung oder Ozongasbildung stattfinden könnte.

2. Ständerwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche (8) ge­ ringer gegenseitiger Abstände (7) der Wicklungsstäbe (1a, 1b) oder anderer Bauteile, die im Wickelkopfbe­ reich der Ständerwicklungen liegen, mit einem schwach leitfähigen Material (3) umwickelt oder imprägniert sind.

3. Ständerwicklung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Di­ stanzierung der einzelnen Wicklungsstäbe (1a, 1b) Di­ stanzierungsmittel (4) und/oder Bandagen (5) vorgese­ hen sind und daß diese aus schwach leitfähigem Mate­ rial (3) bestehen oder mit einem solchen umwickelt oder imprägniert sind.

4. Ständerwicklung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzierungs­ mittel (4) und/oder Bandagen (5) nur im Wickelkopfbe­ reich aus schwach leitfähigem Material (3) bestehen oder mit einem solchen umwickelt oder imprägniert sind.

5. Ständerwicklung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie gasgekühlt, insbesondere luftgekühlt ist.

6. Ständerwicklung nach einem der vorherigen Ansprüche, insbesondere eine luftgekühlte Ständerwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß sie für eine Hochspannung größer als 12 kV, insbesondere größer als 16,5 kV, ausgelegt ist.