EP2689514A2 - Herstellungsverfahren eines elektrischen isolationssystems eines leiters in einem wickelkopf einer elektrischen maschine - Google Patents

Herstellungsverfahren eines elektrischen isolationssystems eines leiters in einem wickelkopf einer elektrischen maschine

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EP2689514A2
EP2689514A2 EP12720128.3A EP12720128A EP2689514A2 EP 2689514 A2 EP2689514 A2 EP 2689514A2 EP 12720128 A EP12720128 A EP 12720128A EP 2689514 A2 EP2689514 A2 EP 2689514A2
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EP
European Patent Office
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paper
insulation
insulation system
base resin
main insulation
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12720128.3A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Peter GRÖPPEL
Thomas Hildinger
Steffen Lang
Stefan Kempen
Friedhelm Pohlmann
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Voith Patent GmbH
Siemens AG
Original Assignee
Voith Patent GmbH
Siemens AG
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
    • H01B13/06—Insulating conductors or cables
    • H01B13/08—Insulating conductors or cables by winding
    • H01B13/0891—After-treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/10—Applying solid insulation to windings, stators or rotors
    • H02K15/105—Applying solid insulation to windings, stators or rotors to the windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/32—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation
    • H02K3/40—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation for high voltage, e.g. affording protection against corona discharges

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an electrical insulation system for an electrical machine.
  • a high-voltage machine such as a turbogenerator in a power plant for generating electrical energy
  • the turbogenerator has a turbogenerator stand with a stator core and a plurality of generator winding bars, which are electrical conductors.
  • the stator core has a
  • the electrical insulation system covers each conductor and has the purpose of electrically insulating each conductor against adjacent conductors, against the stator core and against the environment.
  • the insulation system has a main insulation, which envelops the conductor and forms interfaces with the stator core and the conductor. As a result of thermal or mechanical loading during operation of the high-voltage machine, the main insulation can lift off at these boundary surfaces, as a result of which cavities are formed. In these cavities sparks can be formed at high operating voltages, which are caused by partial electrical discharges. This electrical stress on the main insulation can lead to its damage.
  • a weakly conductive internal potential control is provided.
  • a weakly conductive and groundedassiglimmtik is provided, which wraps around the main insulation.
  • the external corona protection extends starting from the stator core not completely on the Hauptisola ⁇ tion.
  • the electric field strength is reduced starting from the inner potential control in the direction of the external corona protection.
  • the degradation of the electric field is made more uniform by the provision of an end glow protection.
  • the Endenglimmtik extends from the stator core facing away from the end of theêtmmtikes to the beginning of the winding head.
  • the Endenglimmschutz To Ver ⁇ uniformity of the field strength of the Endenglimmschutz is formed with a material that has an increasing voltage, ie electric field strength, an exponentially decreasing electrical resistance.
  • the Endenglimmschutz thus causes a field control.
  • the Endenglimmschutz has partially conductive particles, wel ⁇ che are embedded in a polymer.
  • the polymer is either part of a varnish or a band. If the polymer is part of the paint, the end corona protection is applied to the main insulation in an additional step after it has been impregnated and cured.
  • the partially conductive particles are embedded in the polymer, which soaks through a fabric, a scrim or a non-woven.
  • the polymer has a so-called B-state. This means that the polymer is present in egg ⁇ ner tack-free execution, in order to allow for further proces ⁇ processing of the tape at a high flexibility and strength.
  • the polymer is partially crosslinked, so that the strip can be converted into its final form in a final curing.
  • the final form of the belt is characterized by high temperature resistance and dimensional stability. The application of this volume before the ⁇ venezgntechnik the main insulation is disadvantageous because the polymer is a diffusion barrier that hinders the homogeneous and complete impregnation by the main insulation.
  • the end corona protection strip is partly applied after impregnation and hardening of the main insulation and then thermally cured.
  • the application of the Bandes on the main insulation after impregnation and before curing of the main insulation is not relevant for health reasons (contamination of employees with reactive resins).
  • the partially conductive particles are suspended in the polymer.
  • the paint is applied by dipping, spraying or painting in the appropriate places on the hardened main insulation. Subsequently, the paint is dried and cured.
  • lacquers The problem with lacquers is that the layer thickness of the lacquer can fluctuate, which can lead to insufficient field control, which is insufficient to sufficiently prevent partial discharges.
  • the object of the invention is to provide a method of making an electrical insulation system for an electrical machine with a ⁇ Ma Endenglimmschutz, wherein the life of the insulation system is increased and its Her ⁇ position is easy.
  • the inventive method for producing an electrical insulation system for an electrical machine comprises the following steps: applying a porous Kleinisolati ⁇ onspapiers on a conductor of the electric machine; On- bring a porous Endglimmschutzpapier on the main ⁇ insulation paper, whereby a Isolationsroh redesign of the insulation system is formed; By impregnating the Isolationsroh ⁇ body with a base resin, wherein the Endenglimmschutzpapier and the main insulation paper have such a porosity that the Isolationsroh redesign is saturated with the base resin to form a homogeneous base resin matrix; Completing the insulation system.
  • the method according to the invention preferably has the step of curing the base resin so that the insulation system is completed.
  • the main insulation paper has before ⁇ Trains t on mica paper, alumina paper and / or crepe paper.
  • the Endenglimmschutzpapier preferably has a Parti ⁇ kelverbund from partially conductive particles, in particular silicon carbide particles, or particles with microvaristors ei ⁇ ner partially conductive coating.
  • the main insulation paper preferably has a support structure which increases the mechanical strength of the main insulation paper.
  • the final corona protection paper preferably has a carrier structure which increases the mechanical strength of the final corona protection paper.
  • the support structure is preferably a woven fabric, a Ge ⁇ put and / or a nonwoven, wherein the support structure is glued to the denklimmstoffpapier ene.
  • FIG. 1 shows one Cross section of a turbogenerator stand with an insulation system produced by the method according to the invention.
  • a turbine generators torformatr 1 a stator core 2, from which a Genera ⁇ torwicklungsstab 3 protrudes.
  • the generator winding rod 3 is surrounded by a main insulation 4, wherein the winding rod 3 is arranged with its main insulation 4 and with its one end outside of the stator core 2.
  • a conspiracyglimmschutz 5 is provided, which sheathed the main insulation 4 and is grounded to a grounding 6.
  • Au ⁇ ßerdem is provided an inner potential controller 7 at the exposed longitudinal end of the main insulation. 4
  • the end corona protection 8 envelops the main insulation 4.
  • a main insulation paper is applied to the generator winding rod 3.
  • An end corona protection paper is applied to the main insulating paper, starting from the internal potential control up to the distance from the stator core, on which the stator core facing away from the end of the outer corona shielding 5 is provided, whereby an insulation ⁇ raw body is formed.
  • the insulating raw body is impregnated by a base resin, wherein the final corona protection paper and the main insulating paper have a porosity such that the insulating raw body is impregnated by the base resin to form a homogeneous base resin matrix.
  • the insulation system is cured by applying heat.

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Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Isolationssystems für eine elektrische Maschine weist folgende Schritte auf: Aufbringen eines porösen Hauptisolationspapiers auf einen Leiter (3) der elektrischen Maschine; Aufbringen eines porösen Endenglimmschutzpapiers auf das Hauptisolationspapier, wodurch ein Isolationsrohkörper des Isolationssystems gebildet wird; Durchtränken des Isolationsrohkörpers mit einem Basisharz, wobei das Endenglimmschutzpapier und das Hauptisolationspapier eine derartige Porosität haben, dass der Isolationsrohkörper von dem Basisharz unter Ausbildung einer homogenen Basisharzmatrix durchtränkt wird; Fertigstellen des Isolationsystems.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Isolationssystems für eine elektrische Maschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Isolationssystems für eine elektrische Maschine.
Eine Hochspannungsmaschine, wie beispielsweise ein Turbogene- rator in einem Kraftwerk zur Erzeugung von elektrischer Energie, ist einer hohen mechanischen, thermischen und elektrischen Beanspruchung ausgesetzt. Der Turbogenerator weist insbesondere einen Turbogeneratorständer mit einem Ständerblechpaket und einer Mehrzahl an Generatorwicklungsstäben auf, die elektrische Leiter sind. Das Ständerblechpaket weist eine
Mehrzahl an Nuten auf, in denen die Leiter gelagert sind. Die Leiter stehen dabei aus dem Ständerblechpaket hervor. Das elektrische Isolationssystem umhüllt jeden Leiter und hat den Zweck, jeden Leiter gegen benachbarte Leiter, gegen das Stän- derblechpaket und gegen die Umgebung elektrisch zu isolieren. Das Isolationssystem weist eine Hauptisolation auf, welche den Leiter umhüllt und Grenzflächen mit dem Ständerblechpaket und dem Leiter bildet. Durch thermische oder mechanische Be¬ anspruchungen beim Betrieb der Hochspannungsmaschine kann die Hauptisolation an diesen Grenzflächen abheben, wodurch sich Hohlräume bilden. In diesen Hohlräumen können sich bei hohen Betriebsspannungen Funken ausbilden, die durch elektrische Teilentladungen hervorgerufen sind. Diese elektrische Beanspruchung der Hauptisolation kann zu ihrer Beschädigung füh- ren.
Zur Vermeidung von Teilentladungen an der Grenzfläche zwischen der Hauptisolation und dem Leiter ist eine schwach leitende innere Potentialsteuerung vorgesehen. Zur Vermeidung von Teilentladung an der Grenzfläche zwischen der Hauptisolation und dem Ständerblechpaket ist ein schwach leitender und geerdeter Außenglimmschutz vorgesehen, welcher die Hauptisolation umhüllt. Der Außenglimmschutz erstreckt sich ausgehend vom Ständerblechpaket nicht vollständig über die Hauptisola¬ tion. Die elektrische Feldstärke wird ausgehend von der inne¬ ren Potentialsteuerung in Richtung zum Außenglimmschutz hin abgebaut. Zur Vermeidung von Teilentladungen wird der Abbau des elektrischen Feldes durch das Vorsehen eines Endenglimm- schutzes vergleichmäßigt. Der Endenglimmschutz erstreckt sich von dem dem Ständerblechpaket abgewandten Ende des Außenglimmschutzes bis zum Anfang des Wicklungskopfes. Zur Ver¬ gleichmäßigung der Feldstärke ist der Endenglimmschutz mit einem Material ausgebildet, das bei zunehmender Spannung, d.h. elektrischer Feldstärke, einen exponentiell abnehmenden elektrischen Widerstand hat. Der Endenglimmschutz bewirkt somit eine Feldsteuerung. Der Endenglimmschutz weist teilleitfähige Partikel auf, wel¬ che in einem Polymer eingebettet sind. Das Polymer ist dabei entweder Bestandteil eines Lacks oder eines Bandes. Ist das Polymer Bestandteil des Lacks, wird der Endenglimmschutz in einem zusätzlichen Arbeitsschritt auf die Hauptisolation auf- getragen, nachdem sie imprägniert und ausgehärtet wurde.
In Form von Bändern werden die teilleitfähigen Partikel in das Polymer eingebettet, welches ein Gewebe, ein Gelege oder ein Vlies durchtränkt. Das Polymer weist dabei einen soge- nannten B-Zustand auf. Das bedeutet, dass das Polymer in ei¬ ner klebfreien Ausführung vorliegt, um eine weitere Verarbei¬ tung des Bandes bei einer hohen Flexibilität und Festigkeit zu ermöglichen. Das Polymer ist teilweise vernetzt, so dass das Band in einer abschließenden Aushärtung in seine endgül- tige Form überführt werden kann. Die endgültige Form des Ban¬ des zeichnet sich durch eine hohe Temperaturbeständigkeit und Formstabilität aus. Das Aufbringen dieses Bandes vor der Im¬ prägnierung der Hauptisolation ist nachteilig, weil das Polymer eine Diffusionsbarriere darstellt, die eine homogene und vollständige Durchimprägnierung der Hauptisolation erschwert. Deswegen wird zum Teil das Endenglimmschutz Band nach der Imprägnierung und der Aushärtung der Hauptisolation aufgebracht und anschließend thermisch ausgehärtet. Das Aufbringen des Bandes auf die Hauptisolation nach der Imprägnierung und vor dem Aushärten der Hauptisolation ist aus gesundheitlichen Gründen (Kontamination von Mitarbeitern mit reaktiven Harzen) nicht praxisrelevant.
In Form von Lack werden die teilleitfähigen Partikel in dem Polymer suspendiert. Der Lack wird durch Tauchen, Sprühen oder Lackieren an den entsprechenden Stellen auf die ausgehärtete Hauptisolation aufgebracht. Anschließend wird der Lack getrocknet und ausgehärtet. Bei der Aufbringung des
Lacks besteht das Problem, dass die Schichtdicke des Lacks schwanken kann, was zu einer unzureichenden Feldsteuerung führen kann, die nicht ausreicht, um Teilentladungen in ausreichendem Maße zu vermeiden.
In beiden Fällen, d.h. dem Aufbringen des Endenglimmschutzes in Form von den Bändern oder des Lacks, ist entweder ein nachträgliches Aufbringen des Endenglimmschutzes nach der Im¬ prägnierung und der Aushärtung der Hauptisolation aufwändig in der Herstellung, oder ein vor der Imprägnierung aufgebrachter Endenglimmschutz reduziert die Durchimprägnierbar- keit. Ferner bilden sich durch das nachträgliche Aufbringen des Endenglimmschutzes Feststoff-Feststoff Grenzflächen zwi¬ schen Hauptisolation und Endenglimmmschutz aus, wodurch es an dieser Grenzfläche zu Lufteinschlüssen kommen kann, in denen Teilentladungen möglich sind. Dadurch ist die Lebensdauer des Endenglimmschutzes und der Hauptisolierung reduziert.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Isolationssystems für eine elektrische Ma¬ schine mit einem Endenglimmschutz zu schaffen, wobei die Lebensdauer des Isolationssystems erhöht ist und dessen Her¬ stellung einfach ist. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Isolationssystems für eine elektrische Maschine weist folgende Schritte auf: Aufbringen eines porösen Hauptisolati¬ onspapiers auf einen Leiter der elektrischen Maschine; Auf- bringen eines porösen Endenglimmschutzpapiers auf das Haupt¬ isolationspapier, wodurch ein Isolationsrohkörper des Isolationssystems gebildet wird; Durchtränken des Isolationsroh¬ körpers mit einem Basisharz, wobei das Endenglimmschutzpapier und das Hauptisolationspapier eine derartige Porosität haben, dass der Isolationsrohkörper von dem Basisharz unter Ausbildung einer homogenen Basisharzmatrix durchtränkt wird; Fertigstellen des Isolationssystems. Dadurch, dass die Basisharzmatrix homogen ausgebildet wird, ist keine Feststoff-Feststoff Grenzfläche zwischen dem En¬ denglimmschutz und der Hauptisolation ausgebildet, wodurch vorteilhaft eine hohe Festigkeit des Isolationssystems hin¬ sichtlich der Bildung von Lufteinschlüssen bewirkt wird. Fer- ner kann vorteilhaft der Endenglimmschutz in einer reproduzierbaren Schichtdicke für eine vollständige Feldsteuerung aufgebracht werden. Außerdem ist ein nachträgliches Aufbrin¬ gen des Endenglimmschutzsystems nicht notwendig, so dass die Herstellung einfach ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist bevorzugt den Schritt auf: Aushärten des Basisharzes, so dass das Isolationssystem fertig gestellt wird. Das Hauptisolationspapier weist bevor¬ zugt Glimmerpapier, Aluminiumoxidpapier und/oder Krepppapier auf. Das Endenglimmschutzpapier weist bevorzugt einen Parti¬ kelverbund aus teilleitfähigen Partikeln auf, insbesondere Siliziumcarbidpartikel, Mikrovaristoren oder Partikel mit ei¬ ner teilleitfähigen Beschichtung . Das Hauptisolationspapier weist bevorzugt eine Trägerstruktur auf, die die mechanische Festigkeit des Hauptisolationspapiers erhöht. Ferner weist das Endenglimmschutzpapier bevorzugt eine Trägerstruktur auf, die die mechanische Festigkeit des Endenglimmschutzpapiers erhöht. Die Trägerstruktur ist bevorzugt ein Gewebe, ein Ge¬ lege und/oder ein Vlies, wobei die Trägerstruktur mit dem En- denklimmschutzpapier verklebt ist.
Im Folgenden wird anhand der beigefügten schematischen Zeichnung die Erfindung näher erläutert. Die Figur zeigt einen Querschnitt eines Turbogeneratorständers mit einem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Isolationssystem.
Wie es aus der Figur ersichtlich ist, weist ein Turbogenera- torständer 1 ein Ständerblechpaket 2 auf, aus dem ein Genera¬ torwicklungsstab 3 vorsteht. Der Generatorwicklungsstab 3 ist mit einer Hauptisolation 4 umgeben, wobei der Wicklungsstab 3 mit seiner Hauptisolation 4 und mit seinem einen Ende außerhalb des Ständerblechpakets 2 angeordnet ist. Im Bereich der Austrittsstelle des Wicklungsstabs 3 aus dem Ständerblechpa¬ ket 2 ist ein Außenglimmschutz 5 vorgesehen, der die Hauptisolation 4 ummantelt und mit einer Erdung 6 geerdet ist. Au¬ ßerdem ist am freiliegenden Längsende der Hauptisolation 4 eine innere Potentialsteuerung 7 vorgesehen. Ausgehend von dem dem Ständerblechpaket 2 abgewandten Ende des Außenglimm- schutzes 5 bis zum Ende der Hauptisolation 4 umhüllt der En- denglimmschutz 8 die Hauptisolation 4. Das Isolationssystem 9 weist die Hauptisolation 4 und den Endenglimmschutz 8 auf. Anhand eines Beispiels wird im Folgenden das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert.
Ein Hauptisolationspapier wird auf den Generatorwicklungsstab 3 aufgebracht. Ein Endenglimmschutzpapier wird auf das Haupt- isolationspapier aufgetragen, und zwar ausgehend von der inneren Potentialsteuerung bis zu dem Abstand vom Ständerblechpaket, an dem das dem Ständerblechpaket abgewandte Ende des Außenglimmschutzes 5 vorgesehen ist, wodurch ein Isolations¬ rohkörper ausgebildet wird. Der Isolationsrohkörper wird von einem Basisharz durchtränkt, wobei das Endenglimmschutzpapier und das Hauptisolationspapier eine derartige Porosität haben, dass der Isolationsrohkörper von dem Basisharz unter Ausbildung einer homogenen Basisharzmatrix durchtränkt wird. Abschließend wird das Isolationssystem durch Wärmezufuhr ausge- härtet.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Isolationssystems für eine elektrische Maschine, mit den Schritten:
- Aufbringen eines porösen Hauptisolationspapiers auf einen Leiter (3) der elektrischen Maschine;
- Aufbringen eines porösen Endenglimmschutzpapiers auf das Hauptisolationspapier, wodurch ein Isolationsrohkörper des Isolationssystems gebildet wird;
- Durchtränken des Isolationsrohkörpers mit einem Basisharz, wobei das Endenglimmschutzpapier und das Hauptisolationspa¬ pier eine derartige Porosität haben, dass der Isolationsrohkörper von dem Basisharz unter Ausbildung einer homogenen Basisharzmatrix durchtränkt wird;
- Fertigstellen des Isolationssystems.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, mit dem Schritt:
- Aushärten des Basisharzes, wodurch das Isolationssystem fertig gestellt wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Hauptisolati¬ onspapier ein Glimmerpapier, ein Aluminiumoxidpapier und/oder ein Krepppapier aufweist.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das En¬ denglimmschutzpapier einen Partikelverbund aus teilleitfähi- gen Partikeln, insbesondere Siliziumcarbidpartikel, Mikrova- ristoren oder Partikel mit einer teilleitfähigen Beschich- tung, aufweist.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Hauptisolationspapier eine erste Trägerstruktur aufweist, die die mechanische Stabilität des Hauptisolationspapiers erhöht.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das En¬ denglimmschutzpapier eine zweite Trägerstruktur aufweist, die die mechanische Festigkeit des Endenglimmschutzpapiers er¬ höht .
7. Verfahren gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei die Trägerstruktur ein Gewebe, ein Gelege und/oder ein Vlies ist, wobei die Trägerstruktur mit dem Endenglimmschutzpapier verklebt ist
EP12720128.3A 2011-05-06 2012-04-24 Herstellungsverfahren eines elektrischen isolationssystems eines leiters in einem wickelkopf einer elektrischen maschine Withdrawn EP2689514A2 (de)

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