NO176419B - Höyspenningsisolasjonssystem for elektriske maskiner - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører et høyspenningsisolasjonssystem for elektriske maskiner, omfattende en viklingsisolasjon og en hovedisolasjon, ved hvilken viklingsisolasjon på en lakkisolert delleder er viklet et isolasjonsbånd med minst tre sjikt som er klebet sammen med dellederen, hvilket isolasjonsbånd omfatter et midterste sjikt som inneholder i det vesentlige glimmer og som på begge sider er dekket av plastfolier, idet dellederen sammen med andre delledere, er kombinert til viklinger eller staver ved hjelp av en hovedisolasjon og er bygget inn i statoren hos en elektrisk maskin, og er impregneret i sin helhet med impregneringsharpiks som deretter er herdet i varme.

Oppfinnelsen refererer til teknikkens stilling slik som den fremgår f.eks. av CH-PS 559 451.

Til isolering av statorviklinger i roterende maskiner, spesielt høyspenningsmotorer, har i de siste årene fullimp-regneringsteknikken blitt mest brukt. Viklingselementene for disse maskiner er av konstruktive grunner bygget opp som såkalte helformspoler. Frem for alt ved støtvis spennings-belastning (koblings- og andre overspenninger med kort frontvarighet) belastes viklingsisolasjonen ekstremt og den representerer isolasjonsteknisk sett den svakeste del av statorviklingen. I tidligere litteratur er det beskrevet en rekke forstyrrelsestilfeller som skyldes svikt i viklings-isolas jonen .

Isolasjonen mellom naboliggende elektriske viklinger

(= viklingsisolasjon = turn-to-turn insulation) må tilfreds-stille flere krav for å kunne gi en høy driftssikkerhet.

Kravene stilles med henblikk til de forskjellige belastninger som viklingsisolasjonen vedvarende hhv. gjentatt, støt-artig utsettes for allerede under forarbeidelsen av det for det meste båndformede isolasjonsmaterialet (båndets vikling rundt viklingstråden, profiltråden), forming av spolene (dvs. bøyning til høy- og flatkant), samt under den videre fremstillingsprosess (f.eks. impregnering, herdning), diverse tester og til slutt under drift.

Som følge derav må et bånd som anvendes til isolasjon av viklingene, oppvise høy fleksibilitet ved samtidig høy mekanisk belastningsdyktighet. Tidligere løsninger var i denne sammenheng ikke tilfredsstillende, idet disse delvis motsatte krav bare delvis kunne oppfylles. Glimmersjiktets gode egenskaper, f.eks. den elektriske barrierevirkning, ble på grunn av mekaniske belastninger delvis tydelig forminsket.

Dessuten må viklingsisolasjonen ha en høy glimmbestandighet ved øket (drifts)temperatur. Det dielektriske langtidsfor-hold av de tidligere løsninger har ifølge litteraturangivel-ser i visse tilfeller vist seg som utilstrekkelig.

Meget vesentlig er den tilstrekkelig høye støtspenningsfast-het (også ved gammel viklingsisolasjon). Nyeste IEC-anbefål-inger foreskriver en minimal støtspenningsfasthet på 0,5 (4 UN+ 1) kV [toppverdi], idet UN = nominell spenning i kVeff pr. spole! For en maskin med UN = 15 kV betyr dette en viklingsisolasjon med en støtfasthet på mere enn 30,5 kV.

Dessuten må viklingsisolasjonens komponenter i forhold til impregneringsharpiksene/-lakkene være kjemisk bestandig. Videre kreves det en god sammenklebing av viklingsisolasjonen såvel med den (lakkerte) viklingstråd som med spolens såkalte hovedisolasjon (dvs. isolasjon mot jordet jern), for å oppnå en totalt homogen struktur av hoved/viklingsisolasjonen.

Det er også av økonomisk betydning at viklingsisolasjonen trenger minst mulig plass (sammenlignet med "aktivt materiale" såsom kobbertråd) og at den kan fremstilles og appliseres på en rimelig måte.

Viklingsisolasjonen ifølge CH-patentskrift 559 451 består av fire sjikt: et glimmersjikt på ca. 100 um, et tynt glassvev (som bærer for glimmersjiktet) og tosidige dekksjikt med en tykkelse på ca. 8-10 um av polykarbonat-folie. Isolasjonsbåndets midterste sjikt som består av glassvev og glimmer, klebes sammen med de to dekkfolier ved hjelp av et oppløs-ningsfritt bindemiddel, fortrinnsvis epoksidharpiks i Ur-tilstand. Etter påføring av dellederisolasjonen og forming av de isolerte ledere til spoler, siver harpiks ut på båndets overlappingsområder under trykk- og varmebehandlingen og kleber isolasjonsbåndet sammen med enkeltlederne og enkeltlederne til hverandre. Etter herdning av harpiksen forsynes den således størknede lederbunt med (den tørre) hovedisolasjonen og dette viderebehandles deretter i den såkalte totalimpregneringsprosess.

Denne kjente fremgangsmåte har tidligere hevdet seg best, men den krevde et sammenligningsvis tidkrevende mellomtrinn som ikke kunne unngås. Uten dette er det nemlig ikke sikkert at harpiksen siver ut fra det nevnte glimmer-/glassvevsjikt på isolasjonsbåndets overlappingsområder i ønsket og nødvendig omfang. Også hovedisolasjonens harpikssystem måtte avstemmes nøyaktig med dekkfoliene, for å sikre en perfekt hulromfri sammenklebing mellom dellederisolasjonen og hoved-isolas jonen .

Senere forslag for isolasjonsbånd for viklingsisolasjon, f.eks. ifølge konferanseberetningen "Teilleiterisolation auf Glimmerbasis fiir Hochspannungsmaschinen", utgitt på det 3. internasjonale ASTA-symposium 5.-7. mai 1987 i Baden ved Wien, har av denne grunn droppet de to dekkfolier, idet man ved flersjiktsisolasjonsbånd anvender ekstremt tynne dekkfolier .

Med disse kjente isolasjonsbånd blir imidlertid det oven-nevnte sammenklebingsproblem bare delvis løst.

Fra GB-A-996901 er det kjent et høyspenningsisolasjonssys-tem, omfattende isolasjonsbånd med flere sjikt. Isolasjonsbåndet oppviser et sjikt av glimmerflak, som på begge sider er dekket av asbest- eller glimmerpapir. Ifølge kjent tek-nikk blir det ene av yttersjiktene forsynt med klebemiddel som ved varmebehandling fører til en fastgjøring av isola-sjonbåndet på lederen. Imidlertid er det kjente isolasjonsbånd innrettet til fremstilling av hovedisolasjonen. Å skulle fremstille dellederisolasjon med denne type isolasjonsbånd vil ikke kunne være aktuelt, ikke minst på grunn av fyllfaktoren.

Ut fra teknikkens stilling består hensikten med oppfinnelsen i å tilveiebringe et system for en viklingsisolasjon som muliggjør en høyverdig viklingsisolasjon med små plassbehov, samt i å tilveiebringe et isolasjonsbånd for dette system.

Høyspenningsisolasjonssystemet av den innledningsvis angitte art er ifølge oppfinnelsenkarakterisert vedat dellederne er viklet med et isolasjonsbånd hvor i det minste den ene plastfolie som vender mot dellederne, er forsynt med et klebemiddel som under varmebehandling bevirker i det minste sammenklebingen av isolasjonsbåndet med dellederne, og at den plastfolie som vender mot dellederne, er 1,5 til 3 ganger tykkere enn den andre plastfolie.

Således kan det på den ene side anvendes isolasjonsbånd som på forhånd er forsynt med et smelte-klebemiddel, fortrinnsvis fenoksyharpiks i B-tilstand (se US 3.662.199), og på den andre side kan påføringen av smelte-klebemiddelet også foretas umiddelbart før viklingen.

På tegningen er det vist skjematisk utførelseseksempler av oppfinnelsen, idet

figur 1 viser et lengdesnitt av et isolasjonsbånd for viklingsisolasjon av delledere;

figur 2 viser et tverrsnitt av statorviklingen av en elektrisk maskin;

figur 3 viser en forstørrelse av detalj X på figur 2.

I lengdesnittet av et isolasjonsbånd ifølge figur 1 er det med 1 betegnet et glimmersjikt med ca. 40 um tykkelse, som er impregnert med et bindemiddel, f.eks. modifisert epoksidharpiks i B-tilstand, dekket på begge sider med plastfolier 2, 3 av forskjellig tykkelse. Begge plastfolier 2, 3 består av modifisert PETP eller polyimid, idet folien som vender mot dellederen, som ved senere påføring på dellederen som er forsynt med en lakkisolasjon - f.eks. folien 2 - er 1,5 til 3 ganger tykkere enn den andre folie 3. Folien 2 bestemmer herved i det vesentlige de mekaniske egenskaper som er viktige for forarbeidelsen av isolasjonsbåndet (rivedyktig-het) og bæreren for det ømfientlige glimmerbånd, mens den tynne dekkfolie praktisk talt bare utøver beskyttelsefunk-sjoner og på grunn av sin ubetydelige tykkelse heller kan strekkes. Folienes 2 og 3 ytre overflater er påført et smelte-klebemiddel 4, 5. Sjikttykkelsen for smelte-klebemiddelet er som regel 5 um. Det består som regel av en fenoksyharpiks i B-tilstand.

Figur 2 viser generelt og figur 3 viser i detalj oppbygning-en av isolasjonssystemet ifølge oppfinnelsen. I et spor 6 i statorplatelegemet 7 i den elektriske maskin er det anordnet en delleder 9 valgt fra et antall som er isolert innbyrdes ved hjelp av en viklingsisolasjon 8. Delleder-bunten er omgitt av en hovedisolasjon.Bunten er under me11omkobling av et underlag 11 fiksert ved hjelp av en sporkile 12.

På figur 3 er det vist detalj X fra figur 2 i sterkt forstørret målestokk; der kan man se tydelig den i dette tilfelle tolags oppbygging av viklingsisolasjonen og klebesjiktene 5 som er smeltet sammen til et eneste sjikt 4+5 av det nederste sjikt og klebsjiktet 5 av det øverste sjikt av isolasjonsbåndene.

Fremgangsmåten for fremstilling av viklinger hvis forløp er vist på figur 2, gjennomføres ved følgende fremgangsmåte-trinn.

A. Fremstilling av isolasjonsbåndet ifølge figur 1.

B. Vikling av de lakkosolerte delledere med isolasjonsbåndet . C. Forming og sammenfatning av dellederne til spoler eller halvspoler.

D. Påføring av hovedisolasjonen.

E. Innføring av spolene eller halvspolene i sporene (av

statoren).

F. Fremstilling av koblingsforbindelsene i viklings-hodet.

G. Totalimpregnering av det ferdig viklede statorlegeme

i impregneringstrauet.

H. Varmebehandling av den impregnerte stator i en tørke-ovn.

Av oppfinnelsesmessig betydning er her de prosesser som foregår i trinnene G og H, som avgjørende påvirker kvalitet-en av den totale isolasjon.

Smelte-klebesjiktet 4 som ligger mellom folien 2 og del-ledernes lakkisolasjon, smelter under varmebehandlingen og kleber folien 2 sammen med dellederen uten at en "harpiks-reserve" fra glimmersjiktet 1 er nødvendig. Ifølge kapillar-virkningen fylles ut over dette også uunngåelige hulrom ved overlappende eller tilstøtende vikling. Det andre smelte-klebesjikt 5 tjener på den ene side til klebing av isola- sjonsbåndsjikt som ligger oppå hverandre og på den annen side som adhesjonsformidler mellom det ytre isolasjonsbånd-sjikt og hovedisolasjonen.

I stedet for et isolasjonsbånd som allerede hos isolasjons-båndprodusenten er blitt forsynt med smelte-klebesjikt 4, 5, kan dette klebemiddelet påføres like før viklingen av dellederne, idet man må passe på at smelte-klebemiddelet ved viklingens tidspunkt er godt tørket, for å forenkle håndter-ingen av de isolerte ledere.

Isolasjonsbåndet ifølge oppfinnelsen muliggjør en hermetisk og dielektrisk høyverdig viklingsisolasjon i forhold til kovensjonelle løsninger med forminsket plassbehov og lavere omkostninger og meget god forarbeidelsesevne. Fordelene fremgår av båndkombinasjonens spesielle oppbygging (glimmersjikt og bærer hhv. glidebånd), idet frem for alt de to kunststoff-filmer av forskjellig tykkelse og kombinasjonen med på yttersiden påført smelte-klebemiddel skal fremheves.

Omfangsrike forsøk har vist at den "elektriske" levetid ved øket temperatur (140°C) er 5...8 ganger lengre enn ved vanlige løsninger, og støtfastheten (målt på ferdige spoler) er ca. 3 ganger høyere. Motorviklinger som er forsynt med den beskrevne viklingsisolasjon, behøver således ikke å forsynes med en ytterligere overspenningsbeskyttelse.

Claims (4)

1. Høyspenningsisolasjonssytem for elektriske maskiner, omfattende en viklingsisolasjon og en hovedisolasjon, ved hvilken viklingsisolasjon på en lakkisolert delleder (9) er viklet et isolasjonsbånd med minst tre sjikt som er klebet sammen med dellederen, hvilket isolasjonsbånd omfatter et midterste sjikt (1) som inneholder i det vesentlige glimmer og som på begge sider er dekket av plastfolier (2, 3), idet dellederen (9) sammen med andre delledere er kombinert til viklinger eller staver ved hjelp av en hovedisolasjon og er bygget inn i statoren hos en elektrisk maskin, og er impregneret i sin helhet med impregneringsharpiks som deretter er herdet i varme, karakterisert vedat dellederne er viklet med et isolasjonsbånd hvor i det minste den ene plastfolie (2) som vender mot dellederne, er forsynt med et klebemiddel (4) som under varmebehandling bevirker i det minste sammenklebingen av isolasjonsbåndet med dellederne, og at den plastfolie (2) som vender mot dellederne, er 1,5 til 3 ganger tykkere enn den andre plastfolie (3).

2. Høyspenningsisolasjonssystem som angitt i krav 1,karakterisert vedfolier på polyester-eller polyimid-basis med en tykkelse på ca. 18 til 50 um for den tykkere folie og ca. 10 til 30 um for den tynnere folie.

3. Høyspenningsisolasjonssystem som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert vedglimmersjikt eller glimmerbånd med en tykkelse mellom 40 og 60 um.

4. Høyspenningsisolasjonssystem som angitt i ett av kravene 1 til 3, karakterisert vedat klebemiddelsjiktene (4, 5) består av smelte-klebemiddel, fortrinnsvis et oppløsningsmiddelfritt impregnerharpiks i B-tilstand, og er mellom 3 og 8 um tykke.