DE4222975A1

DE4222975A1 - Turn-to-turn insulator for stator winding of electrical machine - has insulating layer applied to paint-insulated part conductor

Info

Publication number: DE4222975A1
Application number: DE19924222975
Authority: DE
Inventors: Roland Schuler
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Schweiz Holding AG; ABB AB
Priority date: 1992-07-13
Filing date: 1992-07-13
Publication date: 1994-01-20

Abstract

The part conductor insulation is for a Roebel bar stator winding of an electrical machine, with which an insulating layer (10) is fitted on a paint-insulated part conductor, which is provided with a soaked resin in the B-condition. The part conductor (8) is provided with a flexible paint layer (9) which adheres well to the copper conductor and an additional spun-around formation (10) contg. glass fibres, the spun-around formation being provided with an outer adhesive layer (11) for holding together the conductor and for filling out the hollow spaces between the conductors. The outer adhesive layer (11) is a melting adhesive, pref. an epoxide adhesive resin in the B-condition. The spun-around formation comprises glass fibres or a combination of glass and plastic fibres with a typical thickness of 0.05mm. USE/ADVANTAGE - A part conductor insulation for the stator winding of an electrical machine. Turn-to-turn insulation which suits many requirements, with which a high operating safety can be guaranteed.

Description

Technical field

Die Erfindung bezieht sich auf eine Teilleiter-Isolation für die Statorwicklung einer elektrischen Maschine, bei welcher auf einen lackisolierten Teilleiter eine Isolierschicht aufgebracht ist, die mit einem Tränkharz im B-Zustand versehen ist.The invention relates to a partial conductor insulation for the stator winding of an electrical machine, on which an insulating layer is applied to a lacquer-insulated partial conductor which is provided with an impregnating resin in the B-state.

Die Erfindung bezieht sich dabei auf einen Stand der Technik, wie er sich beispielsweise aus der EP 0 368 038 A1 ergibt.The invention relates to a prior art, as it results for example from EP 0 368 038 A1.

Technological background and state of the art

Die Statorwicklungen von rotierenden Maschinen größerer Leistungen sind in der Regel aus gegeneinander isolierten, verdrillten Teilleitern, sogenannten Roebelstäben aufgebaut.The stator windings of rotating machines are larger Services are usually made up of isolated, twisted partial conductors, so-called Roebel rods.

Die Isolierung zwischen benachbarten Teilleitern (= Teillei terisolierung engl. turn-to-turn insulation) muß mehreren An forderungen genügen, damit eine hohe Betriebssicherheit gewähr leistet werden kann.The insulation between adjacent sub-conductors (= sub-line terisolation engl. turn-to-turn insulation) must be of several types requirements are sufficient to ensure a high level of operational safety can be achieved.

Die Anforderungen werden im Hinblick auf die verschiedenen Be anspruchungen gestellt, welche die Teilleiterisolierung bereits bei der Verarbeitung des meistens bandförmigen Isoliermate rials, Formen der Teilleiter zu Roebelstäben (d. h. Biegen auf Hoch- und Flachkant), sowie während der weiteren Herstellungs phasen (z. B. Imprägnieren, Aushärten) und dann im Betrieb dauernd bzw. wiederholt, erfährt.The requirements are with regard to the various loading demands, which the partial conductor insulation already when processing mostly tape-shaped insulating mat rials, forming the partial conductors into Roebel bars (i.e. bending up Upright and flat edge), as well as during further manufacturing phases (e.g. impregnation, curing) and then in operation constantly or repeatedly, experiences.

Die Teilleiter-Isolation muß daher neben ihren elektrischen Isoliereigenschaften hohe Flexibilität bei gleichzeitiger hoher mechanischer Belastbarkeit aufweisen. Bisherige Lösungen ließen diesbezüglich zu wünschen übrig, da diese z. T. entgegenge setzten Anforderungen nur teilweise erfüllt werden konnten.The partial conductor insulation must therefore be next to its electrical Isolation properties high flexibility at the same time high have mechanical resilience. Previous solutions left to be desired in this regard, since these z. T. counter set requirements could only be partially met.

Ferner ist es von wirtschaftlicher Bedeutung, daß die Teillei terisolierung möglichst wenig Raum (im Vergleich zum "aktiven" Kupfer) benötigt und sie sich kostengünstig herstellen und ap plizieren läßt.It is also of economic importance that the sub-division as little space as possible (compared to the "active" Copper) and they are inexpensive to manufacture and ap can be copied.

Die Windungsisolation nach der CH-Patentschrift 559 451 besteht aus vier Schichten: einer Glimmerschicht von etwa 100 µm , ei nem dünnen Glasgewebe (als Träger für die Glimmerschicht) und beidseitigen Deckschichten mit einer Dicke von etwa 8-10 µm aus Polycarbonat-Folie. Die aus Glasgewebe und Glimmer bestehende mittlere Lage des Isolierbandes ist mittels eines lösungsfreien Bindemittels, vorzugsweise Epoxidharz im B-Zustand, mit den beiden Deckfolien verklebt. Nach dem Aufbringen der Teilleiter isolation und Formen der Wicklung zu Spulen tritt bei der Druck- und Wärmebehandlung überschüssiges Harz an den Überlap pungsstellen des Bandes aus und verklebt das Isolierband mit den Einzelleitern und die Einzelleiter miteinander. Nach dem Aushärten des Harzes wird das derart vorverfestigte Leiterbün del mit der (trockenen) Hauptisolation versehen und diese dann im sogenannten Ganztränkverfahren weiterbehandelt.The winding insulation according to CH patent 559 451 exists four layers: a mica layer of about 100 µm, egg thin glass fabric (as a support for the mica layer) and cover layers on both sides with a thickness of about 8-10 microns Polycarbonate film. The glass fabric and mica middle layer of the insulating tape is by means of a solution-free Binder, preferably epoxy resin in the B state, with the glued to both cover foils. After attaching the partial conductor Isolation and forms of winding to coils occurs at the Pressure and heat treatment excess resin to the overlap points of the tape and glued the insulating tape with the individual conductors and the individual conductors with each other. After this Hardening of the resin becomes the pre-consolidated conductor well del with the (dry) main insulation and then this further treated in the so-called full drinking process.

Spätere Vorschläge für Isolierbänder für die Windungsisolation, z. B. nach dem Konferenzbericht "Teilleiterisolation auf Glim merbasis für Hochspannungsmaschinen", verteilt am 3. Interna tionalen ASTA-Symposium 5.-7. Mai 1987 in Baden bei Wien, haben aus diesem Grunde auf einer der beiden Deckfolien verzichtet, wobei bei mehrlagigen Isolierbändern extrem dünne Abdeckfolien zur Verwendung kommen.Later proposals for insulating tapes for winding insulation, e.g. B. after the conference report "Partial insulation on Glim base for high-voltage machines ", distributed on the 3rd internals tional ASTA symposium 5.-7. May 1987 in Baden near Vienna for this reason one of the two cover foils has been omitted, with extremely thin cover foils for multi-layer insulating tapes come into use.

Bei aus Roebelstäben aufgebauten modernen Statorwicklungen wer den besonders hohe Anforderungen an die mechanische Festigkeit der Teilleiter-Isolation gestellt: Bei heutigen Wicklungen ist aus Verlustgründen die Kröpfungslänge sehr kurz. Dies bedeutet, daß die beim Formen der Teilleiter im Bereich der Kröpfungen die Gefahr besteht, die Teilleiter-Isolation mechanisch und da mit elektrisch zu schwächen. Aus diesem Grunde werden nach wie vor zusätzliche isolierende Unterlagen zwischen der obersten Teilleiterlage und der darunter liegenden Lage und isolierende Zwischenlagen, sogenannter Schwerter, zwischen den zwei Stab hälften eingelegt (vgl. SEQUENZ "Herstellung der Wicklungen elektrischer Maschinen" Springer Verlag Wien - New York, 1973, Seite 141 und 142). Beide Maßnahmen beanspruchen Raum im Stab verband, der den Nutfüllfaktor vermindert.In modern stator windings constructed from Roebel bars, who the particularly high demands on mechanical strength the partial conductor insulation is provided: With today's windings the offset length is very short for reasons of loss. This means, that when forming the partial conductors in the area of the cranks there is a risk of the partial conductor insulation being mechanical and there to weaken with electrical. For this reason, how before additional insulating pads between the top one Partial layer and the underlying layer and insulating Intermediate layers, so-called swords, between the two bars halves inserted (see SEQUENCE "Production of the windings electrical machines "Springer Verlag Vienna - New York, 1973, Page 141 and 142). Both measures take up space in the staff bandage that reduces the slot fill factor.

Bei dem aus der eingangs genannten EP-Anmeldung bekannte Iso liersystem für Hochspannungsmaschinen wird als Windungsiso lation ein dreilagiges Isolierband verwendet, das eine mittlere Glimmerschicht umfaßt, die beidseits von Kunststoff-Folien verschiedener Dicke abgedeckt ist. Schmelzkleber-Schichten auf den Außenflächen der Folien bewirken eine innige Verklebung der Windungsisolation mit den Leitern und der Hauptisolation. Eine derart aufgebaute Isolation zeichnet sich durch hohe elek trische Lebensdauer bei erhöhter Temperatur und hohe Stoßfestigkeit aus. Ihr Platzbedarf ist jedoch ebenso wie bei der eingangs genannten Ausführung vergleichsweise groß.In the Iso known from the aforementioned EP application The insulation system for high-voltage machines is called a winding insulation lation uses a three-layer electrical tape that has a medium Includes mica layer on both sides of plastic films different thickness is covered. Hot melt adhesive layers on the outer surfaces of the foils create an intimate bond the winding insulation with the conductors and the main insulation. Such insulation is characterized by high elec trical life at elevated temperature and high shock resistance out. However, your space requirement is the same as for the execution mentioned comparatively large.

Brief description of the invention

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Teilleiter-Isolation für Roebelstäbe mit kleinem Platzbedarf zu schaffen, deren elektrische Isolationseigen schaften durch die im Zuge der Formung der Leiter auf die Iso lation einwirkenden mechanischen Beanspruchungen nicht beein trächtigt werden.The object of the invention is based on the prior art based, a partial conductor insulation for Roebel rods with small To create space, their electrical insulation through the formation of the conductors on the Iso mechanical loads not affected to be pregnant.

Die zur Lösung dieser Aufgabe vorgesehen Teilleiter-Isolation ist dadurch gekennzeichnet, daß die mit einer flexiblen, gut auf dem Kupferleiter haftenden Lackschicht versehenen Teillei ter mit einer zusätzlichen Glasfäden enthaltenden Umspinnung zur mechanischen Abstandssicherung versehen sind, welche Um spinnung mit einer äußeren Klebeschicht zum Zusammenhalten der Leiter und zum Ausfüllen der Hohlräume zwischen den Leitern, insbesondere an den Kröpfungsstellen, versehen ist.The partial conductor insulation provided to solve this task is characterized in that with a flexible, good Partials provided on the lacquer layer adhering to the copper conductor ter with an additional glass filament containing braiding are provided for mechanical distance assurance, which order spinning with an outer adhesive layer to hold the Conductors and to fill in the voids between the conductors, in particular at the offset points.

Vorzugsweise wird als Klebeschicht ein Schmelzkleber, vorzugs weise ein Epoxid-Klebeharz im B-Zustand, verwendet.Preferably, a hot melt adhesive is preferred as the adhesive layer as an epoxy adhesive resin in the B-state, used.

Auf diese Weise gestaltet sich die Fertigung der Roebelstäbe besonders einfach und wirtschaftlich. Nach dem Ablängen und Kröpfen der Teilleiter werden diese bei erhöhter Temperatur und Druck zu einem Leiterbündel geformt. Dabei dringt überschüs siges Klebemittel in die Hohlräume zwischen den Teilleitern insbesondere an den Kröpfungsstellen ein. Die elektrische und mechanische Stabilität ist wegen der druckfesten aber noch fle xiblen Lackschicht resp. der Abstandhalterung durch die Glasum spinnung der Teilleiter-Isolation dabei so gut, daß isolie rende Unter- und Zwischenlagen entbehrlich sind.This is how the Roebel bars are manufactured particularly simple and economical. After cutting to length and The partial conductors become cranked at elevated temperature and Pressure formed into a bundle of conductors. Excess penetrates adhesive into the cavities between the partial conductors especially at the offset points. The electrical and mechanical stability is due to the pressure-resistant but still fle xiblen lacquer layer resp. the spacing through the glasum spinning the partial conductor insulation so well that isolie Additional documents and intermediate layers are not necessary.

Brief description of the drawings

In der Zeichnung sind in schematischer Darstellung Ausführungs beispiele der Erfindung dargestellt; dabei zeigtIn the drawing are execution in a schematic representation illustrated examples of the invention; shows

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Roebelstab zur Verdeutli chung der dem Erfindungsgegenstand zugrundeliegenden Problematik; Figure 1 is a plan view of a Roebel rod to illustrate the problem underlying the subject matter of the invention.

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Roebelstab mit Teillei tern, die mit einer erfindungsgemäßen Teilleiter- Isolierung versehen sind; Figure 2 shows a cross section through a Roebel rod with Teillei age, which are provided with a partial conductor insulation according to the invention.

Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 2 vor dem For men und Pressen des Teilleiterverbandes. Fig. 3 is an enlarged section of FIG. 2 before the men form and pressing the partial conductor association.

Ways of Carrying Out the Invention

In der Draufsicht der Fig. 1 auf einen Gitterstab mit verdrill ten Teilleitern (Roebelstab) nach dem Stand der Technik sind mit die mit einer Teilleiter-Isolation versehenen Teilleiter 1, 2, 3, 4, 5 aus Flachkupfer mit Kröpfungen 2.1, 3.1, 4.1 verse hen. An diesen Stellen wechseln die Teilleiter von der einen auf die andere Seite des Roebelstabes. In der Mitte zwischen den beiden Teilleiterreihen ist eine Isolationszwischenlage, das Schwert 6, angeordnet. Im Bereich der Kröpfungen 2.1, 3.1 und 4.1 sind jeweils Isolierunterlagen 7 zwischen den beiden obersten Teilleiterlagen vorgesehen.In the top view of FIG. 1 on a lattice rod with twisted partial conductors (Roebel rod) according to the prior art, the partial conductors 1 , 2 , 3 , 4 , 5 provided with partial conductor insulation are made of flat copper with crankings 2.1 , 3.1 , 4.1 Mistake. At these points, the partial conductors change from one side to the other of the Roebel rod. An intermediate layer of insulation, the sword 6 , is arranged in the middle between the two rows of partial conductors. In the area of the cranks 2.1 , 3.1 and 4.1 , insulating pads 7 are provided between the two uppermost partial conductor layers.

Man erkennt aus Fig. 1 deutlich, daß die Teilleiter-Isolierung im Bereich der Kröpfungen 2.1, 3.1, 4.1 mechanisch sehr hoch beansprucht wird, da das Kröpfen am isolierten Leiter durchge führt wird. Abgesehen vom Arbeitsaufwand verringern die Isolier unter- und -zwischenlagen den Füllfaktor. It can be clearly seen from FIG. 1 that the partial conductor insulation in the area of the cranks 2.1 , 3.1 , 4.1 is subjected to very high mechanical stresses, since the crimping is performed on the insulated conductor. Apart from the amount of work, the insulating layers and intermediate layers reduce the filling factor.

Durch Einsatz der erfindungsgemäßen Teilleiter-Isolation, de ren Aufbau und Herstellung nachstehend noch anhand der Fig. 2 und 3 zu beschreiben ist, entfallen sowohl die Isolierzwischen lagen 6 als auch Isolierunterlagen 7, ohne die mechanische und elektrische Festigkeit der Teilleiter-Isolation zu beeinträch tigen.By using the partial conductor insulation according to the invention, the structure and manufacture of which is to be described below with reference to FIGS. 2 and 3, both the intermediate insulating layers 6 and the insulating underlays 7 are omitted without affecting the mechanical and electrical strength of the partial conductor insulation .

Ausgangsprodukt ist wie beim Bekannten ein blanker Leiter 8 aus Flachkupfer. Dieser wird vorgängig mit einer elastischen Lack schicht 9 versehen. Neben der Elastizität muß diese Lack schicht 9 auch die notwendigen Isoliereigenschaften aufweisen und des weiteren gut auf dem Leiter haften. Hierfür eignen sich Lackschichten auf der Basis von Polyimid oder Polyamid.The starting product is a bare conductor 8 made of flat copper, as is known. This is previously provided with an elastic paint layer 9 . In addition to the elasticity, this lacquer layer 9 must also have the necessary insulating properties and also adhere well to the conductor. Lacquer layers based on polyimide or polyamide are suitable for this.

Der lackisolierte Leiter wird mit einer Glasumspinnung 10 oder einer Kombination aus Glas- und Kunststoffäden umgeben, zum Beispiel durch Umwickeln mit Glasgarn von ca. 0,05 mm Dicke. Nach dem Umwickeln wird auf die äußere Oberfläche des Teillei ters eine Klebeschicht 11 aufgebracht, die ganz oder teilweise die Glasumspinnung 10 durchtränkt. Als Klebeschicht eignet sich ein Epoxid-Harz im angelierten Zustand (B-Zustand).The lacquer-insulated conductor is surrounded with a glass covering 10 or a combination of glass and plastic threads, for example by wrapping with glass yarn of about 0.05 mm in thickness. After wrapping, an adhesive layer 11 is applied to the outer surface of the partial conductor, which completely or partially impregnates the glass wound 10 . An epoxy resin in the gelled state (B state) is suitable as an adhesive layer.

Die derart vorbehandelten Teilleiter fühlen sich trocken an und lassen sich problemlos weiterverarbeiten, im vorliegenden Fall ablängen, abkröpfen, zu Bündeln und Stäben zusammenfassen. Das locker zusammengefügte Leiterbündel wird anschließend bei er höhter Temperatur in einer geeigneten Form - gegebenenfalls un ter Anwendung von Druck - behandelt. Dabei durchtränkt das Harz aus der Klebeschicht 11 die Glasumspinnung 10 vollständig, be netzt die Lackschicht 9 und verklebt auf diese Weise neben- und übereinanderliegende Teilleiter. Neben ihrer Funktion als Harz reserve wirkt die Glasumspinnung 10 als Distanzierungsschicht zwischen auf- und nebeneinanderliegenden Teilleitern, wobei insbesondere fertigungsbedingte lokale Beschädigungen der Gla sumspinnung 10 diese Distanzierungsfunktion nicht beeinträchti gen. Das aus der Harzreserve ausfließende Harz der Klebe schicht füllt bei dem soeben beschriebenen Vorgang zudem Hohl räume und Spalten zwischen den Teilleitern insbesondere im Be reich der Kröpfungen 2.1, 3.1, 4.1 und auch die Spickel 12 (Fig. 2) aus und sorgt auf diese Weise für eine in isolations technischer Sicht homogene Isolation im Inneren des Stabes.The partial conductors pretreated in this way feel dry and can be easily processed further, in the present case cut to length, cropped, combined into bundles and rods. The loosely assembled bundle of conductors is then treated at a high temperature in a suitable form - if necessary using pressure. The resin from the adhesive layer 11 completely soaks the glass wound 10 , be wetted the paint layer 9 and glued in this way adjacent and superimposed partial conductor. In addition to its function as a resin reserve, the glass encapsulation 10 acts as a spacing layer between partial conductors lying on top of and next to one another, in particular local damage to the glass spinning 10 caused by production does not impair this spacing function. The resin of the adhesive layer flowing out of the resin reserve also fills in the process just described Cavities and gaps between the partial conductors, in particular in the area of the cranks 2.1 , 3.1 , 4.1 and also the tines 12 ( FIG. 2), and in this way ensure homogeneous insulation in the interior of the rod from an insulation-technical point of view.

Der so vorbehandelte Roebelstab kann nun der Form entnommen werden und ist ohne weitere Vorkehrungen oder Hilfsmittel hand habbar und kann nun in bekannter Weise mit der Hauptisolation versehen werden.The Roebel rod pretreated in this way can now be removed from the mold become and is hand without further precautions or aids available and can now in a known manner with the main insulation be provided.

BezeichnungslisteLabel list

1-5 vorisolierte Teilleiter
6 Isolierzwischenlagen (Schwert)
7 Isolierunterlage
8 Teilleiter aus Flachkupfer
9 elastische Lackschicht
10 Glasumspinnung
11 Klebeschicht
12 Spickel 1 - 5 pre-insulated partial conductors
6 insulating layers (sword)
7 insulating pad
8 partial conductors made of flat copper
9 elastic paint layer
10 glass wrapping
11 adhesive layer
12 pimples

Claims

1. partial conductor insulation for a stator winding constructed from Roebel bars of an electrical machine, in which an insulating layer ( 10 ) is applied to a lacquer-insulated partial conductor ( 8 ), which is provided with an impregnating resin in the B state, characterized in that the a flexible, well-adhering to the copper conductor paint layer ( 9 ) provided partial conductor ( 8 ) with an additional glass threads containing braiding ( 10 ) for mechanical distance securing are provided, which wrapping with an outer adhesive layer ( 11 ) to hold together the conductors and for filling the cavities between the conductors, in particular at the offset points, is provided.

2. partial conductor insulation according to claim 1, characterized in that the adhesive layer ( 11 ) is a hot melt adhesive, preferably before an epoxy adhesive resin in the B state.

3. partial conductor insulation according to claim 1 or 2, characterized ge indicates that the spinning from glass threads or a Combination of glass and plastic threads with a typi thickness of 0.05 mm.