DE3050139C2 - Olgek}hlter St{nder eines Generators - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen ölgekühlten Ständer eines Generators, dessen Blechpaket öldicht gekapselt ist und eine Wicklung aus durch Zwischenlagen voneinander iso­ lierten, in Nuten des Blechpakets eingesetzten und ver­ keilten Hochspannungsleiterstäben aufweist, wobei die Wicklung aus zwei in Reihe liegenden Teilwicklungen aus­ gebildet ist.

Ein derartiger ölgekühlter Ständer eines Generators ist aus der GB-PS 15 30 897 bekannt. Die Leiterstäbe sind bei dieser bekannten Konstruktion im Bereich des Blechpa­ kets bzw. im Bereich der Nuten mit einem Isolierfaden schneckenförmig umwickelt. Auf diese Weise bildet sich für die beiden parallel verlaufenden Leiterbereiche ein Schneckengang. Beide Leiterbereiche mit Isolierschnecke sind durch eine Distanzfolie voneinander getrennt. Mit Hilfe der schneckenartig verlaufenden Isolierfäden werden Schneckenkanäle mit Kühlöl gebildet.

Aus der DE-PS 7 24 113 ist ein Ständerblechpaket eines Wechselstromgenerators mit einer Nut bekannt, in der in radialer Richtung übereinanderliegend einzelne Leiter an­ geordnet sind, die alle einen runden Querschnitt aufwei­ sen und von einer Isolierung umgeben sind. die Stärke der Isolierung nimmt in radialer Richtung nach außen hin zu.

Aus der DE-PS 7 00 930 ist ein Gummischutz für Leiterstäbe bzw. Spulen elektrischer Hochspannungsmaschinen bekannt, wobei die Leiter mit einer normalen Isolierung umgeben sind, die im Bereich des Austritts aus dem Blechpaket mit einem Glimmschutz umgeben ist. Außerhalb des Blechpakets ist die normale Isolierung mit leitenden Einlagen verse­ hen, die konzentrisch zum eigentlichen Leiter angeordnet sind.

Aus der DE-AS 27 21 905 ist ein Linearmotor bekannt, bei dem die einzelnen Wicklungsstränge der Wicklung aus elek­ trischen Kabeln bestehen, die vor ihrer Einbringung in die Nuten des Stators einer vorgefertigten Wicklung verformt und untereinander verbunden sind.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, einen ölgekühlten Ständer eines Generators der angegebenen Gattung zu schaffen, in welchem die Wicklungen in Nuten des Eisenkörpers so angeordnet sind, daß der Isoliermate­ rialaufwand sowie der Raumbedarf der elektrischen Stirn­ verbindungen reduziert wird. Auch soll eine höhere Betriebs­ sicherheit der Ständerwicklung des Generators in den Stirn­ zonen infolge einer erheblichen Verringerung der Anzahl der Stirnverbindungen der Wicklungen erzielt werden.

Ausgehend von dem ölgekühlten Ständer eines Generators der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Hochspannungsleiterstäbe der einen Teilwicklung zusätzliche Isolierhülsen aufweisen, deren Innenflächen hohle, öldurchströmte Vorsprünge tragen, wo­ bei die Zwischenräume zwischen den Vorsprüngen mit einem ausgehärteten Kunstharz kompoundiert sind, und daß der den Nutenteil des Blechpakets überragende Teil jeder Isolierhülse einen zylindrischen Abschnitt und einen zum Ende hin kegelig verjüngten Abschluß aufweist, in wel­ chem letzteren potentialsteuernde, leitende Schichten vorgesehen sind.

Die erfindungsgemäße Konstruktion führt zu einer beträcht­ lichen Einsparung an Elektroenergie und Verlängerung von Reparaturintervallen, was sich auf eine höhere betriebssi­ cherheit der Ständerwicklung des Generators in den Stirn­ zonen infolge einer erheblichen Verringerung der Anzahl der Stirnverbindungen der Wicklung zurückführen läßt.

Darüber hinaus wird der Verbrauch an Isoliermaterial we­ sentlich reduziert und ferner werden die Abmessungen der Stirnzonen des Ständers des Generators wesentlich vermin­ dert, was auch zu einer Verminderung des Aufwands an Kon­ struktionsstahl für das Gehäuse des Ständers des Genera­ tors mit sich bringt.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 6.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungs­ beispiels unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen ölgekühlten Ständer eines Generators mit Merkmalen nach der Erfindung,

Fig. 2 einen elektrischen Schaltplan der Ständerwick­ lung des Generators,

Fig. 3 eine Ansicht einer in Fig. 1 dargestellten Baugruppe M in Pfeilrichtung N mit Merkmalen nach der Erfindung; und

Fig. 4 eine Schnittdarstellung gemäß der Linie IV-IV nach Fig. 3.

Der Ständer des Generators enthält ein Gehäuse I (Fig. 1), innerhalb dessen ein Blechpaket 2 aus ge­ schachteltem Blech mit Nuten 3, ein ölabscheidender, an der Innenfläche des Blechpakets 2 anliegender Isolierzy­ linder 4 und eine Wicklung 5, aus in die Nuten 3 einge­ lassene Hochspannungsleiterstäben 6 untergebracht sind.

Die Wicklung 5 (Fig. 2) ist dreiphasig aus zwei Teil­ wicklungen 7 _A , 7 _B , 7 _C und 8 _A , 8 _B , 8 _C ausgeführt, die in Punk­ ten 9, 10, 11 in Reihe geschaltet sind. Die Punkte A, B, C stellen Anschlüsse des Ständers des Generators dar.

Fig. 3 zeigt eine Ansicht einer Baugruppe M nach Fig. 1 in Pfeilrichtung N, wo zwei benachbarte Nuten 3 des Stän­ ders des Generators dargestellt sind. In jeder Nut 3 lie­ gen vier Hochspannungsleiterstäbe 6 der Wicklung 5. Die Teilwicklungen 7, 8 sind durch eine ölabscheidende Zwi­ schenlage 12 getrennt.

Die zwischen dem Grund 13 der Nut 3 und der ölab­ scheidenden Zwischenlage 12 liegenden Hochspannungsleiterstäbe 6 bil­ den die Teilwicklung 8 (Fig. 2) und sind in zusätzlichen Isolierhülsen 14 (Fig. 3) mit an deren Innenfläche vorhandenen hohlen Vorsprüngen 15 angeordnet. In einem durch die zwei be­ nachbarten hohlen Vorsprünge 15, die Innenfläche der Isolierhül­ se 14 und die Oberfläche des Hochspannungsleiterstabes 6 gebildeten Raum ist eine härtbare Kunstharzmasse untergebracht. Die Isolierhülsen 14 sind voneinander durch eine Zwischenlage 17 und vom Grund 13 der Nut 3 durch eine Zwischenlage 18 getrennt.

Die zwischen der ölabscheidenden Zwischenlage 12 und einem Keil 19 liegenden Hochspannungsleiterstäbe 6 bilden die Teil­ wicklung 7 (Fig. 2) und sind voneinander durch eine Zwi­ schenlage 20 (Fig. 3) und vom Keil 19 durch eine Zwischen­ lage 21 getrennt.

Der Nutenteil des Ständers des Generators über­ ragende Teil jeder Isolierhülse 14 (Fig. 4) enthält einen zylindrischen Abschnitt 22 und einen durch leitende Schichten 24 verstärkten kegeligen Abschluß 23 vorgegebener Größe, die einheitlich ausgeführt sind.

Die leitenden Schichten 24 können aus Folie, Metallgit­ ter oder durch Aufdampfung eines leitenden Materials hergestellt werden.

Zur Erhöhung der elektrischen Festigkeit der Konstruk­ tion des Ständers des Generators außerhalb seines Nuten­ bereiches sind die Hohspannungsleiterstäbe 6 der Teilwicklungen 7 (Fig. 2) und 8 durch eine ölabscheidende Barriere 25 (Fig. 4) ge­ trennt.

In der vorliegenden Ausführungsform des Ständers des Generators stellen die Hochspannungsleiterstäbe 6 der Wick­ lung 5 zylindrische (ein- oder mehrschichtige) Hochspan­ nungskabel dar.

Die Teilwicklungen 7 (Fig. 2) und 8 liegen in Reihe, weshalb auf jede von ihnen eine Hälfte der Phasenspannung V ₁/2 entfallen wird, was es gestattet, die Isolierdicke der Leiterstäbe 6 (Fig. 3) um das Zweifache zu reduzieren.

Führen die Windungen der Teilwicklung 7 (Fig. 2) bezüglich eines Punktes X mit einem Nullpotential eine Spannung in Grenzen von 0 bis V ₁/2, so führen die Windungen der Teilwicklung 8 bezüglich des Punktes X eine Spannung in Grenzen von V ₁/2 bis V ₁.

Da die Isolation der Teilwicklung 8 nur für eine Span­ nung V ₁/2 ausgelegt ist, ist sie von der Fläche mit einem Nullpotential zusätzlich zu isolieren, weshalb die Hochspannungs­ leiterstäbe 6 (Fig. 3) in dieser Teilwicklung 8 im Nutenteil des Ständers des Generators in den Isolierhülsen 14 unter­ gebracht werden. Die leitenden Schichten 24 (Fig. 4) gestatten es, ein schwach inhomogenes elektrisches Bild zu erzeugen, was notwendig ist, um einen elektrischen Überschlag zwi­ schen den aus den kegeligen Abschlüssen 23 der Isolierhülsen 14 hervortretenden Elementen der Teilwicklung 8 und den am nächsten liegenden metallischen Stellen des Ständers des Generators unmöglich zu machen.

Infolge der Anwendung der zusätzlichen Isolierhülsen 14 entfällt ei­ ne Gehäuseisolation für sämtliche Elemente der Ständer­ wicklung, d. h. es ergibt sich eine erhebliche Einsparung an Isoliermaterial.

Eine doppelte Verringerung der Isolierschichtdicke gestattet es, sich nur auf eine Außenkühlung der Kabel zu beschränken. Hierbei nimmt die Durchlauflänge für ein Kühlöl sehr stark ab. Das Kühlöl durchfließt Parallelwege gleicher Länge, die gleich einer Axiallänge des Generators ist, während bei einer Innenkühlung die Durchlauflänge für das Kühlöl ungefähr der Axiallän­ ge des Generators, multipliziert mit einer Anzahl von hintereinander gekühlten Kabelabschnitten, gleich ist, was es gestattet, die Anzahl von Einlaufstellen für das Kühlöl, also die Anzahl der Stirnverbindungen, stark herabzusetzen. So kann eine Phase der Ständerwicklung des Generators mit einem Kabel mit nur einer oder zwei Stirnverbindungen gewickelt werden. Dies führt zu einer wesentlichen Vereinfachung der Montage der Ständerwick­ lung des Generators, weil eine beträchtliche Quote des Arbeitsaufwandes auf die Montage und Lötung der Stirn­ verbindungen, besonders bei einer Hochspannung in der Ständerwicklung des Generators, entfällt, wo jede Stirn­ verbindung eine Kupplung darstellt. Darüber hinaus steigt die Betriebssicherheit des Generators wesentlich an, denn Beschädigungen treten mit der größten Wahrscheinlich­ keit an den Lötstellen auf.

Die Erfindung gestattet es, die Herstellungskosten für die Ständer zu senken, den Materialaufwand bei deren Fertigung zu verringern und die Zuverlässigkeit der Ge­ neratoren zu erhöhen.

Die Erfindung kann bei der Herstellung von Leistungs­ generatoren, darunter Turbogeneratoren für Wärme- und Atomkraftwerke, verwendet werden.

Claims (6)

1. Ölgekühlter Ständer eines Generators, dessen Blech­ paket öldicht gekapselt ist und eine Wicklung aus durch Zwischenlagen voneinander isolierten, in Nuten des Blechpakets eingesetzten und verkeilten Hoch­ spannungsleiterstäben aufweist, wobei die Wicklung aus zwei in Reihe liegenden Teilwicklungen ausgebil­ det ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungsleiterstäbe (6) der einen Teilwicklung zusätzliche Isolierhülsen (14) aufweisen, deren In­ nenflächen hohle, öldurchströmende Vorsprünge (15) tra­ gen, wobei die Zwischenräume zwischen den Vorsprüngen mit einem ausgehärteten Kunstharz kompoundiert sind, und daß der den Nutenteil des Blechpakets überragende Teil jeder Isolierhülse (14) einen zylindrischen Abschnitt und einen zum Ende hin kegelig verjüngten Abschluß ( 23) aufweist, in welchem letzteren potentialsteuern­ de, leitende Schichten (24) vorgesehen sind.
2. 2. Ständer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lei­ tenden Schichten (24) aus einer Folie hergestellt sind.
3. 3. Ständer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Schichten (24) aus einem Metallgitter ausgeführt sind.
4. 4. Ständer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Schichten (24) durch Aufdampfung eines leitenden Materials ausgeführt sind.
5. 5. Ständer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungsleiterstäbe (6) der einen Teilwicklung (8) in den Nutenhülsen (14) zwischen dem Grund (13) der Nut (3) und der Zwischenlage (12) untergebracht sind.
6. 6. Ständer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die öldichte Kapselung zur Ständerbohrung hin durch einen an der Innenfläche des Blechpakets anliegenden Isolierzylinder gebildet ist.