JP2016517259A - 発電機の中性点 - Google Patents

Abstract

本発明は、ハウジング（２）と、ロータ（４）と、中性点（５）と、を含む電気機械（１）に関するものであり、中性点（５）は、ハウジング（２）内部に配置され、中性点端は、短絡リンク（１３、１５）によって相互接続されており、接続ブリッジは、発電機ハウジング（２）内部における中性点端（１０、１１、１２）が互いから電気的に絶縁されることが可能であるように構成されている。

Description

本発明は電気機械に関するものであり、当該電気機械は、回転可能に取り付けられたロータと、当該ロータの周りに配置されたステータと、当該ステータの周りに配置されたハウジングと、を含んでおり、当該ステータは、３つの巻線を有するステータ巻線を有しており、当該巻線はそれぞれ、端子リード端（Ableitungsende）と中性点端（Sternpunktende）とを有しており、当該中性点端は、短絡リンクを介して互いに接続されて中性点を形成しており、当該中性点は、ハウジング内部に位置している。

電気機械の実施形態としての発電機内では、電気エネルギーが生成される。このために、回転軸周りに回転可能に取り付けられたロータがステータ内部に配置されており、当該ロータは、回転軸周りに動く磁場を作り出す。この回転する磁場は、ステータ内に配置された巻線内で電圧を誘導する。発電機では動作中に温度が上昇するので、発電機を適切に冷却する必要がある。発電機を空気、酸素、又は、水素で冷却することが知られている。このために、ハウジング壁内のステータを、冷却媒体の流出が効果的に回避されるように構成することが必要である。

しかしながら、これは、ステータ内で生成された電気エネルギーを、いわゆる端部リードブッシングを用いて、ハウジングから外部へ通過させることが必要になり、端部リードブッシングは、ハウジングに対して、いかなる漏れも許容すべきではないことを意味する。端部リードブッシングの形成と、ハウジング内への端部リードブッシングの配置と、に伴われる複雑さは比較的大きい。なぜなら、支配的な高電圧及び大電流と、必要な短絡強度と、ガス圧及びガス密度に関する要求と、によって、電気的、熱的、及び機械的に高い要求が課されるからである。

一般的に、発電機では、６つの端部リードブッシングが必要である。当該発電機内には、三相巻線とも呼ばれ且つ三相交流電源機構の内の１つの相を表す３つの巻線が存在している。各相は始点と終点とを含んでおり、始点及び終点はそれぞれ、各端部リードブッシングを通じて、ハウジングから外へ通過させられる。したがって、３相の場合、６つの端部リードブッシングが必要である。このために、相端子と呼ばれる巻線の始点と、中性点端子と呼ばれる巻線の終点と、の間で区別が行われる。端部リードブッシングを通じてハウジングから外へ通過させられる中性点端子を、発電機の外側の中性点を形成するために互いに接続することが知られている。３つの相端子は、エネルギー輸送のために、ブロック変圧器に連結される。

巻線、特にステータ巻線の絶縁は、定期的に検査されなければならない。つまり、例えば抵抗測定及び電圧試験のような、様々な電気的計測を実施することが必要であり、これらの測定はオフラインで実施される。これらの測定は、相に対して個々に行われる。それゆえ、旋回接続部（Windungsanschluesse）は、いわゆる端部リードブッシングを用いて、ハウジングから外へ通過させられる。

タービン発電機の中性点は、ハウジングの外側で短絡しており、中性点ボックス（Sternpunktkasten）で覆われる。相結線（Phasenanschluesse）は、複雑に遮蔽された端部リード管（Ausleitungsrohr）内に位置しており、分解に極めて多大な労力を要さないとアクセスできない。発電機の個々の相での測定を実施可能にするために、この端部リードブッシングボックスを開放し、螺合短絡リンクから成る中性点を絶縁し、測定が行われた後には再び接続しなければならない。

ボックスの開放、端部リードブッシングを接続して中性点を形成する個々の短絡リンクの絶縁、及び、測定プロセス後の接触点の回復は、非常に複雑である。

本発明は、上述した困難を除去することを意図している。

本発明の課題は、試験測定を容易に実施できるような電気機械について記載することにある。

本課題は、回転可能に取り付けられたロータと、当該ロータの周りに配置されたステータと、当該ステータの周りに配置されたハウジングと、を含む電気機械によって解決される。当該ステータは、３つの巻線を有するステータ巻線を有しており、当該巻線はそれぞれ、端子リード端と中性点端とを有しており、当該中性点端は、短絡リンクを介して互いに接続されて中性点を形成しており、当該中性点は、ハウジング内部に位置しており、当該短絡リンクは、中性点端間の電気的絶縁が実施され得るように構成されており、電気的絶縁は、短絡リンクの移動によって行われ、短絡リンクは、ハウジングの外側から移動可能である。

本発明は、まず中性点がハウジング内部に配置され、個々の相の絶縁は、閉鎖したハウジング内部での短絡リンクの除去によって行われるという思想に基づいている。それによって、中性点ボックスを取り除くという多大な労力を要する作業が不要になる。同様に、個々の相を短絡リンクで絶縁するという時間を浪費する作業も不要になる。それによって、時間が大幅に節約される。これは、端部リードブッシングが完全に省略されるからである。

中性点ボックスに必要である、ねじ込みの際のトルク制御の実施が必要ではなく、このことは、プラグタイプの接続を利用することによって、中性点の配線の均一な質が保たれる。同様に、新しいねじ込み要素のような代用部材も、本発明に係る解決法では不要である。

本発明の主要な特徴は、中性点端を互いに電気的に接続する短絡リンクが、ハウジングの内部にのみ配置されており、ハウジングの内部でも、中性点端から絶縁され得ることである。

有利な発展は、従属請求項に記載されている。

第１の有利な発展では、中性点端は、測定リード線を通じて、ハウジングの外側へ、測定箇所を介して通過させられる。

本発明によると、これは、有利には、短絡リンクを一方向に引っ張ることによって行われる。その際、この引張は、短絡リンクによって完全な電気的絶縁が実施されるように行われるべきである。

有利な発展では、電気的絶縁の反対、つまり電気的接続が、中性点端へ向かう方向に押圧することによって行われる。このとき、接触点を、頻繁に接続及び絶縁を行うことによって大きな摩耗効果が生じないように構成すべきである。

特に有利には、短絡リンクの移動は、ハウジングの外側で行われる。すなわち、短絡リンクと、一方向において短絡リンクに力を加える際に用いられ得る部材と、の間には、機械的な連結が存在する。当該部材の操作は、ハウジングの外側で行われる。

さらに有利な発展では、短絡リンクの移動は、ハウジングの内側で電気的に行われる。したがって、短絡リンクは、短絡リンクの移動を電気的に行うために用いられるさらなる部材と機械的に接続されるよう意図される。その際、制御装置は、ハウジングの外側に配置され、それによって、短絡リンクの移動は、ハウジングの外側から行われる。

そのために、有利な発展では、短絡リンクは、実質的に非磁性のロッド組立体と接続され、当該ロッド組立体は、昇降装置と接続される。ここでは、有利には、非磁性のロッド組立体を用いる必要がある。なぜなら、磁力は電気機械内で常に生じ得るものであり、磁性のロッド組立体では、障害となる力が引き起こされる可能性があるからである。この障害となる力に抵抗するためには、ロッド組立体を非磁性に構成すべきである。

有利には、当該装置は原動機を含むことが可能であり、当該原動機は、力が、短絡リンクを中性点端から絶縁するために十分な大きさを有するように、寸法設計されるべきである。

有利には、中性点端は、測定端部リードブッシングと共に、ハウジングの外側に配置される。これによって、短絡リンクが除去されるとすぐに、端部リードブッシングが測定ラインと接続され、それによって、相における電流が測定可能になるという所望の効果がもたらされるよう意図される。結果として、絶縁内での損傷が認識され得る。

この際、有利には、中性点の個々の相を測定するための変流器が配置される。

以下に、本発明の実施例を図面を用いて説明する。当該図面は、例示的な実施例を表し、図面は、説明に資する場合には、概略的及び／又はわずかに歪んだ形で描かれている。図面から直接認識可能な教示の補足に関しては、関連する先行技術が参照される。示されているのは以下の図面である。

先行技術に係る発電機の斜視図である。 本発明に係る発電機の一部の概略的断面図である。 本発明に係る発電機の一部の別の斜視図である。

図１は、電気機械の一実施形態としての発電機１の斜視図である。当該発電機は、１０ＭＷから１５００ＭＷの間の電気エネルギーを供給する。例えば電動機は、電気機械１のさらなる実施形態である。

発電機は、ハウジング２と、ハウジング２内で回転軸３周りに回転可能に取り付けられたロータ４と、を含んでいる。ロータ４は、図１には詳細に図示されていない巻線を含んでおり、これらの巻線は、小文字のｕ、ｖ、ｗで表記されている。地域的なエネルギー供給の範囲では、発電機は一般的に３つの巻線で構成されている。巻線ｕ、ｖ、ｗはそれぞれ、端子リード端９と中性点端５とを有している。端子リード端ｕ、ｖ、ｗは、端部リードブッシング８を通じて、外側へ通過させられる。このとき、端部リードブッシング８は、気密に、かつ、高電圧に耐えられるように、ハウジング２上に配置されている。中性点端に関する端部リードブッシング８には、文字ｘ、ｙ、ｚが選ばれている。先行技術によると、中性点端ｘ、ｙ、ｚは、互いに電気的に接続され、中性点ボックス（図示せず）は、このように形成された中性点端の上方に配置される。

図２には、概略的に示されたステータ端部巻線６と、積層スタック７と、が認められる。

このように構成された電気機械１は、回転可能に取り付けられたロータ４と、ロータ４の周りに配置されたステータと、を含んでいる。ステータは、３つの巻線を有するステータ巻線を有している。これらの巻線はそれぞれ、端子リード端９と、第１の中性点端１０、第２の中性点端１１、及び、第３の中性点端１２と、を有している。第１の中性点端１０は、短絡リンク１３を介して、第２の中性点端１１と電気的に接続される。それによって、中性点端１０、１１、１２は互いに接続され、中性点５を形成する。この中性点５は、ハウジング２内部に配置されている。短絡リンク１３は、中性点端１０、１１、１２間での電気的絶縁が行われ得るように構成されている。

このために、短絡リンク１３は、一方向１４に移動可能なように構成される。この方向は、図２において、両矢印で示されている。このとき、短絡リンク１３は、ハウジングの外側から移動させられる。本件では、ハウジング２は閉鎖されている。

短絡リンク１３が上に向かって移動することによって、短絡リンク１３で引張が生じ、従って第１の中性点端１０と第２の中性点端１１との間で電気的絶縁が生じる。

図３は、図２を９０°回転させた描写となっている。第２の短絡リンク１５は、第２の中性点端１１を第３の中性点端１２と接続している。第２の短絡リンク１５に関しては、短絡リンク１３と同じことが当てはまる。方向１４において上に向けて引っ張ることは、第２の中性点端１１と第３の中性点端１２との間の電気的絶縁につながる。

短絡リンク１３と第２の短絡リンク１５とが、方向１４において下に向けて移動することによって、短絡リンクにより第１の中性点と第２の中性点との間で接触する場合、電気的接続が再び可能である。同様に、電気的接続を再び形成すべき場合には、第２の短絡リンク１５が方向１４において下に向けて進むことになる。

この際、短絡リンク１３及び１５の移動は、ハウジング２の外側から機械的に行われる。短絡リンク１３、１５の移動がハウジング２内部で電気的に行われ得ることも同じく考えられる。

短絡リンク１３は、非磁性のロッド組立体１６によって、昇降装置１７と接続される。

修理の際にも測定を実施可能にするために、測定リード線１８、１９、２０が形成されており、当該測定リード線は、中性点端１０、１１、１２を、測定箇所２１、２２、２３を通って、ハウジング２の外側へ電気的に通過させる。

測定リード線１８は、中性点端１０を測定箇所２１と接続する。測定リード線１９は、中性点端１１を測定箇所２２と接続する。測定リード線２０は、中性点端１２を測定箇所２３と接続する。

変流器は、内側に配置される。短絡リンク１３及び１５を用いて中性点端１０、１１、１２を絶縁した後、個々の相を測定できるようにするために、中性点の個々の接続部の接触箇所は、測定端部リードブッシングを用いて、外側に配置される。そこでは、当該接触箇所は、発電機の端部リード領域（Ausleitungsbereich）における相結線のガルバニック絶縁の後、ステータ巻線の所望の電気的測定に利用され得る。

１ 発電機
２ ハウジング
３ 回転軸
４ ロータ
５ 中性点
６ ステータ端部巻線
７ 積層スタック
８ 端部リードブッシング
９ 端子リード端
１０ 第１の中性点端
１１ 第２の中性点端
１２ 第３の中性点端
１３ 短絡リンク
１４ 方向
１５ 第２の短絡リンク
１６ ロッド
１７ 昇降装置
１８、１９、２０ 測定リード線
２１、２２、２３ 測定箇所
ｕ、ｖ、ｗ 巻線
ｘ、ｙ、ｚ 中性点端

Claims (10)

1. 回転可能に取り付けられたロータ（４）と、前記ロータ（４）の周囲に配置されたステータと、前記ステータの周囲に配置されたハウジング（２）と、を含む電気機械（１）であって、
   前記ステータは、３つの巻線を備えたステータ巻線を有しており、
   前記巻線はそれぞれ、端子リード端（９）と中性点端（１０、１１、１２）とを有しており、
   前記中性点端（１０、１１、１２）は、短絡リンク（１３、１５）を介して互いに接続され、中性点（５）を形成しており、
   前記中性点（５）は、前記ハウジング（２）内部に配置されており、
   前記短絡リンク（１３、１５）は、前記中性点端（１０、１１、１２）の間で電気的絶縁が行われるように構成されている、電気機械（１）において、
   前記電気的絶縁は、前記短絡リンク（１３、１５）の移動によって行われ、
   前記短絡リンク（１３、１５）は、前記ハウジング（２）の外側から移動可能であることを特徴とする電気機械（１）。
2. 前記中性点端（１０、１１、１２）が、測定リード線（１８、１９、２０）を通じて、前記ハウジング（２）の外側へ、測定箇所（２１、２２、２３）を介して通過させられる、請求項１に記載の電気機械（１）。
3. 前記電気的絶縁は、前記短絡リンク（１３、１５）を一方向に引っ張ることによって行われる、請求項２に記載の電気機械（１）。
4. 前記中性点端（１０、１１、１２）間の電気的接続は、前記中性点端（１０、１１、１２）に向けて前記方向（１４）に押すことによって行われる、請求項１から３のいずれか一項に記載の電気機械（１）。
5. 前記短絡リンク（１３、１５）の移動が、前記ハウジング（２）の外側で機械的に行われる、請求項１から４のいずれか一項に記載の電気機械（１）。
6. 前記短絡リンク（１３、１５）の移動は、前記ハウジング（２）の内部で電気的に行われる、請求項１から４のいずれか一項に記載の電気機械（１）。
7. 前記短絡リンク（１３、１５）が、実質的に非磁性のロッド組立体（１６）と接続されており、前記ロッド組立体（１６）が、昇降装置（１７）と接続されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の電気機械（１）。
8. 前記昇降装置（１７）が原動機を含んでいる、請求項７に記載の電気機械（１）。
9. 前記中性点端（１０、１１、１２）が、前記ハウジング（２）の外側の測定端部リードブッシング（８）と共に形成されている、請求項１から８のいずれか一項に記載の電気機械（１）。
10. 変流器が、中性点（５）の個々の相を測定するために配置されている、請求項９に記載の電気機械（１）。

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