DE3050677C1 - Direkt gekühlte Ständerspule eines Hochspannungsgenerators - Google Patents

Description

gekennzeichnet

— durch zwischen die einzelnen, spiralförmig übereinander angeordneten Windungen (2) der Spule eingelegte Kühlrohrwindungen (3) mit seitlichen Kühlmitteleintrillsöffnunger. (4) am Anfang und Kühlmittelauslrittsöffnungcn (S) am Ende jeder Kühlrohrwindung (3),

— — wobei das leilfähige Rohr (t) der Durch

führung mit der radial äußersten Windung (2) der Spule verbunden ist.

— durch das leitfähige Rohr (1) der Durchführung umschließende, längs einer zwischen den Kühlmittelein- und -austrittsöffnungen (4, 5) und in Axialrichtung des leitfähigen Rohres (1) liegenden Ebene in Teile (9) geteilte, isolierende Hohlzylinder (8),

— — wobei jeder Teil (9) wenigstens einen bis zu

einer zugehörigen Kühlmittelein- bzw. -austrittsöffnung (4, 5) reichenden Vorsprung (15) aufweist, und

— durch in die Wandungen der Hohlzylindcrtcile (9) zwischen deren der Spule abgewandter Stirnfläche (11) und den Vorsprüngen (15) verlaufende Kanäle (14), die in den Kühlmiltclcin- und -austrittsöffnungen (4, 5) gegenüberliegende öffnungen (16) münden.

2. Ständerspule nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlzylinder (8) an ihrer von der Spule abgewandten Stirnseite konisch abgeschrägt sind.

3. Ständerspule nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß auf und zwischen die einzelnen Hohlzylinder (8) je eine Wicklungsisolation (12) und eine darauf angebrachte Abschirmung (7) geführt sind, die in entsprechende Isolierschichten übergehen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine direkt gekühlte Ständerspule eines Hochspannungsgenerators der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen, aus »Elektrotechnika«, 1977. Nr. 6, Seiten I bis 5, insbesondere Bild 1 auf Seite 2, bekannten Art.

Zur Erzielung höherer Wirkungsgrade werden bei elektrischen Anlagen, nämlich Übcrtragungsleitungcn, Transformatoren und Generatoren, immer höhere Arbci'sspannungen angestrebt; d. h.. die elektrischen Gerate müssen eine möglichst hohe Hochspannungsfestigkeit haben. Dabei sollen die Abmessungen möglichst klein sein.

Die bekannte direkt gekühlte Ständerspule hat infolge ihres Aufbaues verhältnismäßig große Abmessungen und hat sich im Betrieb als unzureichend zuverlässig

erwiesen.

Die großen Abmessungen der bekannten Ständerspu-Ic sind dadurch bedingt, daß die Isolation im Bereich der Durchführung nicht kontinuierlich ist, so daß die Verteilun« der Feldstärke ungleichmäßig ist, was bereits bei verhältnismäßig niedrigen Spannungen zu einem Durchschlag der Isolation führen kann. Zwar wurde versucht, dieser Gefahr durch die Isolierschichten und die sie abdeckenden Abschirmungsschichten Rechnung ίο zu tragen; deren Länge wird jedoch durch die Notwendigkeit bestimmt, die elektrische Feldstärke auf einen bestimmten Wert zu reduzieren. Dies führt zu einer großen Länge des die Durchführung umgebenden Isolicrkcgels, die mit steigender Nennspannung stark zunimmt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die gallungsgcmäße Stänöcrspule eines Hochspannungsgeneralors so weiterzubilden, daß die Kühlkanäle und die Kühlmittclanschlüssc zur Durchführung hin im Hinblick auf den Raumbedarf und die elektrische Isolierung möglichst günstig verlaufen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

2^r> Die erfindungsgemäße direkt gekühlte Ständerspule erlaubt eine unmittelbare Kühlung ihrer Windungen und dabei eine Verringerung der Abmessungen der Spule und eine Erhöhung ihrer Zuverlässigkeit im Betrieb. Die erfindungsgemäße Ständerspule erlaubt es. jo Ständerspulen leistungsstarker Hochspannungsgeneratoren für Ständerwicklungsspannungen bis zu 500 kV zu realisieren, wobei auch eine Einsparung an Werkstoffen dadurch erzielt wird, daß auf die Hochtransformation der Spannung verzichtet werden kann.
Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Ständerspule sind Gegenstand der Patentansprüche 2 und 3.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbcispiels erläutert. Es zeigt
4ü Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Ständerwicklungsspulc eines Hochspannungsgenerators.
Fig.? eine Draufsicht eines Isolierelementcs,
Fig. 3den Längsschnitt Ill-Ill in Fig.2.
F i g. 4 den Längsschnitt IV-IV in F i g. 2.
F i g. 5 den Querschnitt V-V in F i g. 1, und
Fig. 6 den Schnitt Vl-Vl in F ig. 1.
Die Sländerwicklungsspule eines Hochspannungsgenerator enthält eine elektrische Durchführung 1 (Fig. 1), die in Form eines Rohres aus leitendem Material al ausgeführt und mit dem Anfang der ersten Windung 2 elektrisch verbunden ist. Die Ständerwicklungsspule des Hochspannungsgenerators ist aus drei Windungen 2 ausgeführt, die in Form von Schienen aus leitendem Material mittels einer ununterbrochenen Wicklung ausgeführt sind. An jeder Windung 2 liegt ein an den Enden abgeschlossenes Kühlrohr 3 mit zwei Seitenlöchern 4 zur Zuleitung eines Kühlmittels und mit zwei Seitenlöchern 5 zur Ableitung des Kühlmittels. Die Windungen 2 sind mit mehreren Schichten 6 einer Wicklungsisolation bo mit einer darauf aufgetragenen Abschirmungsschicht 7 überzogen, wobei die Wicklungsisolation 6 und die Ab-Kchirmungsschicht 7 jeder nachfolgenden Wicklung 2. beginnend mit der ersten Windung 2, sämtliche vorhergehenden Windungen 2 umschließen.
hi Die Siänderwicklungsspule des Hochspannungsgenerators enthält Isolierrohre 8 zur Zuleitung des Kühlmittels, deren jedes aus zwei Isolierclementen 9 ausgeführt ist. jedes Isolierclcmcnt 9. durch welches das Kühlmittel

den Kühlrohren 3 zugeführt wird, isl in Form zweier einheitlich ausgeführter Teile 10,11 hergestellt. Der erste den Spulenwiiidungen 2 zugekehrte Teil 10 stellt eine Hälfte eines Hochzylinders dar, die von diesem durch eine Diametralebene abgetrennt ist, in der die Längsachse des Zylinders liegt.

Jedes Isolierrohr 8 zur Zuleitung des Kühlmittels ist vom nachfolgenden Isolierrohr 8 durch mehrere die entsprechende Wicklungsisolation 6 lückenlos fortsetzende Isolierschichten 12 mit einer darauf aufgetragenen Abschirmungsschicht 13 getrennt, die die entsprechende Abschirmungsschicht 7 kontinuierlich fortsetzt.

In jedem Isolierelement 9 (F i g. 2) gibt es längs seiner Achse zwei Kanäle 14. Der den Spulenwindungen 2 (F i g. 1) zugewandte erste Teil (F i g. 3) weist zwei Vorsprünge 15 (Fig.3) auf, in denen auf der Innenseite Löcher 16 vorgesehen sind.

Die Kanäle 14 (F i g. 4) sind mit entsprechenden Hohlräumen 17 in den Vorsprüngen 15 (F i g. 3) und die Hohlräume 17(Fig.4)mit den Löchern 16 verbunden.

Der zweite Teil 11 (Fig. 1) bildet eine Hälfte eines hohlen Kegelstumpfes, die von dem letzteren durch eine Diametralebene abgetrennt ist, in der die mit der Längsachse des Zylinders zusammenfallende Längsachse des Kegelstumpfes liegt. Die größere Basis des zweiten Teiles 11 fällt mit der Basis des ersten Teiles 10 zusammen, die von den Spulenwindungen 2 am weitesten entfernt liegt.

Die Isolierrohre 8 zur Zuleitung des Kühlmittels liegen konzentrisch zum Rohr der elektrischen Durchführung 1. Jedes Paar der Isolierelemente 9 bildet das isolierrohr 8, das als Ganzes aus zwei Teilen ausgeführt isl. Der eine Teil stellt einen Hohlzylinder mit den den Spulenwindungen 2 (Fig. I) zugekehrten Vorsprüngen 15 (F i g. 3) dar und ist durch die zwei Teile 10 des entsprechenden Paares der Isolicrelementc 9 gebildet, die das entsprechende Isolierrohr 8 bilden. Der andere Teil stellt einen hohlen Kegelstumpf dar, dessen größere Basis mit der Basis des Zylinders zusammenfällt, der von den Spulenwindungen 2 am weitcslcn entfernt ist, und ist durch die zwei Teile 11 des entsprechenden Paares der Isolierelemente 9 gebildet, die das entsprechende Isolierrohr 8 bilden.

Der Kegelstumpf des Isolierrohres 8, das am Rohr der elektrischen Durchführung 1 dicht anliegt, ist von der ersten Spulenwindung 2 am weitsten entfernt und der Kegelstumpf jedes nachfolgenden Isolierrohres 8, das am vorhergehenden Isolierrohr 8 dicht anliegt, ist von der ersten Spulenwindung 2 um einen kleineren Abstand entfernt, während die größeren Basen der Kegelstümpfe der Isolierrohre 8 in einem vorgegebenen Abstand voneinander liegen.

Im Isolierrohr 8 sind die zwei Löcher IQ der Vorsprünge 15 (Fig. 3) mit den entsprechenden Scilcnlöchern 4 (Fig. 1) des Kühlrohres 3 zur Zuleitung des Kühlmittels und die zwei anderen Löcher 16 der Vorsprünge 15 (Fig. 3) mit den entsprechenden Scitenlöchern 5 (Fig. 1) des gleichen Kühlrohres 3 zur Ableitung des Kühlmittels verbunden.

In F i g. 5 ist der Querschnitt V-V in F i g. 1 dargestellt, der eine Vorstellung über die Konfiguration der Spule im Querschnitt vermittelt. Der Raum zwischen den Seitenflächen der Spulenwindungen 2, der Kühlrohre 3 und den entsprechenden Isolierschichten 6 ist mit einem 1 ·üllstoff 18 (beispielsweise mit fipoxidharzmassc) gefüllt.

F i g. 6 /cigt den Schnitt Vl-Vl der F i g. I, aus dem die gegenseitige Anordnung idler Paare tier Isolierelemente 9 zu ersehen ist, die das betreffende Isolierrohr 8 bilden. Die Sländerwicklungsspule des Hochspannungsgenerators weist dank der Anwendung der Isolierrohre 8 (Fig. 1) zur Zuleitung des Kühlmittels geringe Abmessungon auf. die durch mehrere die entsprechende Wicklungsisolation 6 lückenlos fortsetzende Isolierschichten

12 mit der darauf aufgetragenen Abschirmungsschiehi

13 getrennt sind, die die entsprechende Abschirnningsschicht 7 lückenlos fortsetzt. Die Aufrechlerhaltung der

ίο Kontinuität der Isolierschichten 6, 12 und der Abschirmungsschichten 7,33 gewährleistet, daß das elektrische Feld im Raum der elektrischen Durchführung 1 nur schwach inhomogen ist, wie es in einem beliebigen Querschnitt der Ständerwicklungsspule des Hochspannungsgenerators zu verzeichnen ist.

Dies gewährleistet eine einwandfreie Funktion der Isolation. Da die Spannung an den benachbarten Abschirmungsschichten 13 erzwungen vorgegeben und die Potentialdifferenz zwischen ihnen daher ein konstanter und vorgegebener Wert ist (d. h. von den Gegeninduktivitäten zwischen den benachbarten Abschirmungsschichten 13, dem Rohr der elektrischen Durchführung 1 und dem Gehäuse des Generators (nicht gezeigt) nicht abhängt), sind der vorgegebene Abstand zwischen den größeren Basen der Kegelstümpfe der Isolierrohre 8 und die Gesamthöhe der elektrischen Durchführung 1 klein.

Die Konstruktion der Ständerwicklungsspule des Hochspannungsgenerators, darunter die Zahl der Win-

jo düngen 2, ist von der Nennleistung und -spannung abhängig, für die sie bemessen ist.

Im vorliegenden Beispiel ist eine Spule mit drei Windungen 2 gezeigt.

Der vorgegebene Abstand zwischen den benachbarten Isolierkegcln hängt von der Nennspannung des Generators, der Spulenzahl je Phase der Ständerwicklung und der Zahl der Spulenwindungen 2 ab. Diese Faktoren bestimmen die vorgegebene Potentiaidifferenz zwischen den benachbarten Abschirmungsschichicn 13 und den dieser entsprechenden vorgegebenen Abstand zwischen den Kegclslümpfen.

Die Potentiaidifferenz zwischen den benachbarten Abschirmungsschiehten 13 wird auch djrch den Wert der EMK festgelegt, die in einer Spulenwindung 2 der

A^r> Ständerwicklung des Hochspannungsgenerators induziert wird. Die Ausführung der elektrischen Durchführung 1 in Gestalt des Rohres und der hohlen Isolierrohre 8 zur Zuleitung des Kühlmittels, die aus zwei Teilen bestehen, deren den Spulenwindungen 2 zugewandter

so Teil einen Zylinder und deren anderer Teil einen mit diesem durch die Basis gekoppelten hohlen Kegelstumpf darstellt, gestattet es, die elektrischen Durchführung 1 und die daran anliegenden Isolierrohre 8 zur Zuleitung des Kühlmittels ähnlich der Abschlußmuffe

y> eines Hochspannungskabels auszubilden, und erzeugt in geeigneter Weise ein elektrisches Feld im Raum der elektrischen Durchführung I und der daran anliegenden Isolierrohre 8 zur Zuleitung des Kühlmittels.

Zur Emiöglichung der Montage der elektrischen

bo Durchführung 1 und der daran anliegenden Isolierrohre 8 werden die letzteren jeweils aus einem Paar der nacheinander aufzulegenden Isolierclemente 9 ausgeführt. Das erste Paar der Isolicrelemente 9 gelangt auf das Rohr der elektrischen Durchführung 1, das zweite auf

h^r> die das erste Isolicrelcment 9 überdeckende Isolierschicht 12 usw.

Das Kühlmittel strömt in die Kanäle 14 (F ig. 2) des einen des Paares der Isolierclemente 9 (F i g. 1) ein. die

das jeweilige Isolierrohr 8 zur Zuleitung des Kühlmiltels bilden. Weileren gelangt das Kühlmittel in den Hohlraum 17 (F ig. 4) der Vorsprünge 15(Ki g. 3) des betreffenden Isolierelementes 9 und von dorl in die Löcher 16 der Vorsprünge 15, von denen das Kühlmittel in die ^ri Seitenlöcher 4 (F i g. I) des Kühlrohrs 3 einströmt. Nach diesem Kühlrohr 3 strömt das Kühlmittel durch die Seitenlöcher 5 zur Ableitung des Kühlmittels aus dem gleichen Kühlrohr 3 heraus.

Aus den Löchern 5 gelangt es durch die Löcher 16 in den Vorsprüngen 15 (Fig. 3) in die Hohlräume 17 (F i g. 4) des anderen Isolierelemenies 9 des Paares, das das Isolierrohr 8(Fig. 1) zur Zuleitung des Kühlmittels bildet.

Aus den Hohlräumen 17 (F i g. 4) strömt das Kühlmil- r> tel (F i g. 1) über die Kanäle 14 dieses Isolierelcmenics 9 (Fig. 1) heraus.

Jedes Paar der isolierelemente 9 sichert in ähnlicher Weise den Durchgang des Kühlmittels durch das zugehörige Kühlrohr 3.

Jedes Kühlrohr 3 liegt an der entsprechenden Spulenwindung 2 an und gewährleistet eine Wärmeableitung von der Windung 2.

Außerhalb der elektrischen Durchführung 1 werden die Zonen zur Zu- und Ableitung des Kühlmittels durch 2^r> eine besondere (nicht gezeigte) Isolierzwischenwand getrennt.

Die Erfindung gestattet es also, Spulen für die Ständerwicklung von leistungstarken Hochspannungsgeneratoren für Spannungen der Ständerwicklung bis zu jo 500 kV mit geringen Abmessungen und unmittelbarer Abkühlung der Spulenwindungen des Ständers des Hochspannungsgenerators zu schaffen.

Die Anwendung derartiger Hochspannungsgencratoren führt zu einer Einsparung von elektrischen Werk- js stoffen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Direkt gekühlte Ständerspulc eines Hochspannungsgenerators.

— mit einer ein leitfähiges Rohr (1) aufweisenden Durchführung, die gemeinsam mit der Spule isoliert ist und mit der Spule gemeinsame Potentialsteuerungsschichten aufweist,