SE514216C2 - Förfarande vid roterande maskin samt maskin för genomförande av förfarandet - Google Patents

Description

30 514 216 2 beskrivna i bl a ”Electrical World", October 15, 1932, sid 524-525, artikeln ”Water- and-Oil-cooled Turbogenerator TVM-SOO” i J. Elektrotechnika, nr 1, 1970, sid 6-8, och patentpublikationerna US 4,429,244 och SU 955 369. Emellertid har inga av dessa försök varit framgångsrika och de har inte heller lett till någon kommersiellt tillgänglig produkt.

Det har dock visat sig vara möjligt att som statorlindning i en roterande elektrisk maskin använda högspända isolerade elektriska ledare med fast isola- tion, av likartat utförande som kablar för överföring av elkraft (t ex s k PEX-kablar).

Härigenom kan maskinens spänning höjas till sådana nivåer att den kan direktan- slutas till kraftnätet utan mellanliggande transformator. Därigenom uppnås således bl a den mycket betydande fördelen att den konventionella transformatorn kan eli- mineras. En roterande elektrisk maskin med sådan lindning beskrivs exempelvis i PCT-ansökan WO 97/45919. Ytterligare beskrivning av den isolerade ledaren eller kabeln finns i FCT-ansökningarna WO 97/45918, WO 97/45930 och WO 97/45931.

Ovan nämnda typ av lindning, väsentligen motsvarande kablar med fast extruderad isolation som i dag används för kraftdistribution, t.ex. nämnda PEX- kablar eller kablar med EPR-isolation, innefattar en inre ledare sammansatt av en eller flera kardeler, ett ledaren omgivande inre halvledande skikt, ett detta omgi- vande fast isoleringsskíkt och ett isoleringsskiktet omgivande yttre halvledande skikt. Dylika kablar är böjliga vilket är en väsentlig egenskap i sammanhanget ef- tersom tekniken för anordningen enligt uppfinningen i första hand baserar sig på ett lindningssystem där lindningen görs med ledningar som böjs vid montering. En PEX-kabel har normalt en böjlighet motsvarande en krökningsradie på ca 20 cm för en kabel med 30 mm diameter och en krökningsradie på ca 65 cm för en kabel med 80 mm diameter. Med uttrycket böjlig avses i denna ansökan således att lindningen är böjlig ned till en krökningsradie i storleksordningen 4 gånger kabeldi- ametern och företrädesvis 8-12 gånger kabeldiametern.

Lindningen bör vara utförd så att den kan bibehålla sina egenskaper även när den böjs och när den under drift utsätts för termiska påkänningar. Att skikten bibehåller sin vidhäftning vid varandra är av stor betydelse i detta sammanhang.

Avgörande är här skiktens materialegenskaper, framför allt deras elasticitet och deras relativa värrneutvidgningskoefficienter. För exempelvis en PEX-kabel är det isolerande skiktet av tvärbunden lågdensitetspolyeten och de halvledande skikten 20 25 30 » 51.4 216 3 av polyeten med inblandade sot- och metallpartiklar Volymförändringar till följd av temperaturförändringar upptas helt som radieförändringar i kabeln och tack vare den jäm-förelsevis ringa skillnaden hos skiktens värmeutvidgningskoefficienter i förhållande till den elasticitet som dessa material har, så kommer kabelns radiella expansion att kunna ske utan att skikten lossnar från varandra.

Ovan angivna materialkombinationer är endast att ses som exempel. Inom uppfinningens ram faller naturligtvis även andra kombinationer som uppfyller de nämnda villkoren och uppfyller villkoren att vara halvledande, dvs. med en resisti- vitet i området10'1 - 106 ohm-cm, t. ex. 1 - 500 ohm-cm, eller 10 - 200 ohm-cm.

Det isolerande skiktet kan exempelvis utgöras av ett fast termoplastiskt material såsom lågdensitetspolyeten (LDPE), högdensitetspolyeten (H DPE), po- 'lypropylen (PP), poly-butylen (PB), polymetylpenten (PMP), tvärbundna material såsom tvärbunden polyetylen (XLPE) eller gummi såsom etylen-propylengummi (EPR) eller silikongummi.

De inre och yttre halvledande skikten kan ha samma basmaterial men med inblandning av partiklar av ledande material såsom sot eller metallpulver.

För de halvledande skikten kan även etylenvinyl-acetatsampolymerlni- trilgummi, butylymppolyeten, etylen-akrylat-sampolymer och etylenetylakrylat- sampolymer utgöra lämpliga polymerer. Även då olika slag av material användes som bas i respektive skikt âr det önskvärt att deras värmeutvidgningskoefficient år av samma storleksord ning. För kombinationen av de ovan uppräknade materialen förhåller det sig på detta sätt.

De ovan uppräknade materialen har en ganska god elasticitet med en E- modul E < 500 MPa, företrädesvis < 200 MPa. Elasticiteten är tillräcklig för att eventuella smärre awikelser hos värrneutvidgningskoefficienterna för materialen i skikten kommer att upptas i radialriktningen av elasticiteten så att ej sprickor eller andra skador uppstår och så att skikten ej släpper från varandra. Materialen i skikten är elastiska och vidhäftningen mellan skikten av åtminstone samma stor- leksordning som i det svagaste av materialen.

Ledningsförrnågan hos de båda halvledande skikten är tillräckligt stor för att i huvudsak utjämna potentialen längs respektive skikt. Ledningsförrnågan hos det yttre halvledande skiktet är så pass stor att det yttre halvledande skiktet har tillräcklig ledningsförrnåga för att innesluta det elektriska fältet i kabeln, men sam- 15 20 25 30 tidigt liten nog att ej ge anledning till signifikanta förluster p g a i skiktets längsrikt- ning inducerade strömmar.

Vardera av de båda halvledande skikten utgör således väsentligen en ek- vipotentialyta och Iindningen med dessa skikt kommer att i huvudsak innesluta det elektriska fältet inom sig.

Det utesluts naturligtvis inte att ytterligare ett eller flera halvledande skikt kan vara anordnade i det isolerande skiktet.

Ett problem som uppstår vid användning av PEX-ledare och liknande som lindning är den utvidgning dessa undergår vid den uppvärmning som blir resultatet av idrifttagandet av maskinen, p g a deras förhållandevis höga värmeutvidgnings- koefficient. Normal drifttemperatur för en maskin av det aktuella slaget är av stor- _ leksordningen 70°C, vilket är betydligt lägre än för konventionella maskiner som har en drifttemperatur på ca 100-120°C. Skillnaden i temperatur när maskinen ej är i drift och när den är i drift, vilken vanligen är av storleksordningen 50°C men även kan vara betydligt större om maskinen t ex är placeradutomhus i kallt klimat, gör att en PEX-ledare som sitter väl fixerad istatorspåren när maskinen är i drift krymper när ett driftuppehåll görs och mycket väl kan släppa kontakten med spå- ren så att den ligger mer eller mindre lös när maskinen ej är i drift. Denna lösa le- dare utgör då ett problem när maskinen tas i drift igen. Altemativt är PEX-ledaren och statorspåren så dimensionerade i förhållande till varandra att ledaren är fixe- rad i spåren även när maskinen ej är i drift. När maskinen sedan tas i drift och temperaturen ökar kommer PEX-ledaren att värmeutvidgas och den riskerar då att skadas i spåren. Som ett ytterligare alternativ kan särskilda anordningar för infäst- ning och fixering av PEX-ledaren i spåren användas, vilket har nackdelen att vara både kostnadskrävande och svårt att installera.

Föreliggande uppfinning avser att lösa ovanstående problem orsakat av temperaturskillnader och värmeutvidgning hos Iindningen.

Problemet löses, enligt föreliggande uppfinning såsom definieras i den kännetecknande delen av kravet 1, genom ett förfarande där statorn kyls, när den äri drift, till en temperatur T1, och att den uppvärms, när den ej är i drift, till en temperatur T2. En motsvarande roterande elektrisk maskin löser problemet så som anges i den kännetecknande delen av kravet 26. Den roterande maskinen innefattar således en anordning för att kyla statorn, när den är i drift, till en tempe- ratur T1 och uppvärma statorn, när den ej är i drift, till en temperatur T2. Härige- 20 25 30 514 216 5 nom åstadkoms fördelen att nämnda temperaturskillnader minskar och värrneut- vidgningen hos lindningen minskar därmed även. Genom att temperaturskillnader- na på detta sätt reduceras i hög grad eller, enligt en särskilt fördelaktig utförings- form, utjämnas helt, se nedan, elimineras också problemen med olika termisk ut- vidgning av den fasta isolationen och de isolationen omgivande skikten hos den använda isolerade, elektriska ledaren. En sådan reduktion av temperaturvariatio- nen, alternativt konstanthållning av temperaturen, möjliggör därmed friare val av material i den isolerade ledaren. Sålunda kan andra ledarmaterial, med större tem- peraturkoefficienter, användas och material med skilda temperaturkoefficienter kan kombineras i den fasta isolationen och de omslutande skikten.

Enligt ett särskilt fördelaktigt särdrag innefattar denna anordning åtminsto- ne ett kyl- och uppvärmningssystem för statom och ett övervakningssystem inne- fattande organ som uppmäter statorns temperatur vid drift resp när den ej är i drift och organ som styr kyl- och uppvårmningssystemet så att nämnda temperaturer T1, till vilken statorn kyls när den är i drift, resp T2, till vilken statorn uppvärrns när den ej är i drift, uppnås och upprätthålls.

Enligt ett föredraget särdrag är temperaturen T2 företrädesvis väsentligen lika med temperaturen T1, vilket innebär att statorns temperatur hålls väsentligen konstant oavsett om den äri drift eller inte.

Enligt ett annat föredraget särdrag är den temperatur T2 som statorn upp- värms till när den ej är i drift, något lägre än den temperatur T1 som statorn kyls till när den är i drift, varvid företrädesvis T2 är av storleksordningen 0-20°C lägre än T1, och med fördel 0-10°C lägre än T1, eller av storleksordningen 10-15% lägre än Ti.

Genom att temperaturen är konstant eller i det närmaste konstant har PEX-ledarens isolering konstant volym, vilket förenklar infästningen och monte- ringen av lindningen samt gör hela konstruktionsprincipen enklare och pålitligare. lnga märkbara relativa rörelser p g a skillnader i utvidgningskoefficientema mellan de olika delarna hos stator och lindning erhålls.

Enligt ett föredraget förfarande monteras lindningen, vid tillverkningen av maskinen, i statorns spår med ett spel som väsentligen motsvaras av lindningens förväntade expansion vid statoms drifttemperatur. Alternativt kan lindningen, före monteringen i statoms spår deformeras mekaniskt på ett sådant sätt att lindning- en, när den därefter monterats i spåren, kommer att återta sitt odefonnerade till- 10 20 25 30 514 216 s stånd varvid lindningen kommer att anligga mot spårens väggar. Enligt ett ytterli~ gare alternativ kan lindningen, före monteringen i statorns spår, kylas ned varvid den undergår termisk krympning, varefter den monteras i spåren, och efter monte- ringen i spåren kommer den att återta sin ursprungliga form p g a uppvärmning, varvid lindningen kommer att anligga mot spårens väggar. l samtliga fall uppvärms statorn, efter monteringen av lindningen men före idrifttagandet, med fördel till en temperatur T3, vilken företrädesvis väsentligen motsvarar statorns förväntade drifttemperatur TO.

Maskinens övervakningssystem innefattar således med fördel även organ för uppmätning av statorns temperatur innan den tas i drift för första gången, or- gan som styr kyl- och uppvärmningssystemet så att statorn, innan den tas i drift för första gången, uppvärms till en temperatur T3, och organ som styr att maskinen tas i drift först när temperaturen T3 har uppnåtts.

Temperaturen T3 kan även vara något lägre än statorns förväntade drift- temperatur TO, varvid företrädesvis T3 är av storleksordningen O-20°C lägre än TO, och med fördel av storleksordningen 0-10°C lägre än TO.

Genom att bl a utnyttja det ”minne” som en PEX-ledare och liknande leda- re har, vilket utlöses av värme eller tid, så erhålls fördelen att man får en lindning som inte är fixerad i statorspåren förrän drifttemperaturen väsentligen uppnåtts.

Detta förbättrar även möjligheterna att ersätta en skadad del av lind ningen.

Enligt en föredragen utföringsform innefattar den roterande maskinens kyl- och uppvärmningssystem åtminstone en expanderbar ledning för transport av ett kylmedium och/eller ett värmemedium, vilken är införd i härför avsedda kanaler i statorkärnan, samt medel för expandering av nämnda ledning, varvid nämnda led- ning när den expanderats trycks mot kanalens insida för god kontakt och värme- överföring.

Nämnda ledning, vilken företrädesvis är ett förhållandevis styvt rör av PEX-material eller liknande, har med fördel före införande belagts med ett skikt smältbart vidhäftningsmedel, exempelvis i form av en limfilm som lindas på röret eller extruderas utanpå röret. Skiktets tjocklek kan vara av storleksordningen nå- gon eller några tiondels millimeter. Det smâltbara vidhäftningsmedlet kan innehålla ett fyllmedel med god värmeledande förmåga, exempelvis aluminiumoxid eller bor- nitrid. 20 25 30 514 215 7 Vidare innefattar maskinen med fördel medel för expandering av ledning- en, innefattande organ för att samtidigt utsätta ledningen för övertryck och upp- värmning, så att den därmed kommer till anliggning mot kanalens väggar och att nämnda smältbara vidhäftningsmedel smälter och väsentligen fyller ut alla hålrum mellan ledningen och kanalens väggar, varigenom ledningen fixeras mot kanalens väggar. Trycksättningen och uppvärmningen kan ske genom att t ex varm glykol cirkuleras i ledningen. För att PEX-materialet och ledningen skall expandera krävs en uppvärmning till ca 150°C, och det medium som används för trycksättningen och uppvärmningen måste alltså kunna anta denna temperatur. Medlet kan för övrigt även utgöras av det kyl- och/eller värmemedium som senare används för kylning resp uppvärmning av statorn. Vid uppvärmningen blir ledningen mjuk och formbar, limmet smälter och fyller ut eventuella hålrum mellan lindning och stator- kärna, och när det sedan svalnar stelnar det och fixerar därmed lindningen. Detta arrangemang har fördelen att kunna ersätta den insprutning av silikon som annars förekommer för fixering av lindningen och ”tätning” mellan lindning och stator. Ge- nom uppfinningen kan transportsträckan för värrnet mellan lindning och stator kär- na minska med av storleksordningen 2 mm.

Enligt en variant kan ledningen, före införandet i kanalen, vara stukad ra- diellt till en diameter som är mindre än kanalens diameter.

Enligt en annan föredragen utföringsform innefattar den roterande maski- nens kyl- och uppvärmningssystem åtminstone en expanderbar ledning för trans- port av ett kylmedium och/eller ett värmemedium, vilken är införd i statorkärnans spår, i de mellanrum som bildas mellan intill varandra liggande lindningsvarv, samt medel för expandering av nämnda ledning, varvid nämnda ledning när den expan- derats klämmer fast lindningen i statorspåren. Denna ledning har med fördel en profil som huvudsakligen motsvarar det geometriska tvärsnittet hos nämnda mel- lanrum, företrädesvis en väsentligen trekantig profil.

Enligt en variant införs den expanderbara ledningen i statorkärnans spår i ett lufttomt tillstånd. Ledningen kan exempelvis utgöras av en armerad slang och nämnda medel för expandering av ledningen som införs i statorkärnans spår, in- nefattar företrädesvis organ för införande av en trycksatt fluid i ledningen. Led- ningen kan t ex trycksättas med ett statiskt vattentryck, varvid lindningen kläms fast i statorspåret. Vattnet kan sedan cirkuleras för uppvärmning resp kylning av spår/stator och lindning. 20 25 30 514 216 8 Enligt en annan variant innefattar nämnda medel för expandering av led- ningen organ för att samtidigt utsätta ledningen för övertryck och uppvärmning, och maskinen innefattar även organ för kylning av ledningen under bibehållande av ett övertryck, varigenom ledningen bibehåller sin expanderade form. Ledningen utgörs då företrädesvis av ett PEX-rör eller är av ett liknande material, vilket kan fås att expandera på motsvarande sätt som beskrivits ovan för ledningen i kana- lerna i statorkärnan, och har motsvarande fördelar.

Ytterligare särdrag och fördelar med föreliggande uppfinning framgår av de resterande underordnade patentkraven.

Med föreliggande uppfinning har således åstadkommits inte bara en lös- ning till problemet med att undvika temperaturförändringar hos statorn och därmed sammanhängande problem, utan har även åstadkommits förbättrade sätt och an- ordningar för infästning av lindningen i statorspåren och fixering av kyl- och vär- meledningar i kanaler i statorkärnan och i spåren, samt förbättrad värmeöverfö- ring.

Föreliggande uppfinning kommer nu att beskrivas mer i detalj, med hän- visning till de utföringsexempel som visas på bifogade ritningar, på vilka: Figur 1 visar en schematisk skiss över det övervakningssystem som ingår i upp- finningen, Figur 2 visar en schematisk bild illustrerande monteringen av lindningen ista- torspåren, Figur 3 illustrerar en variant av monteringen av lindningen, Figur 4 illustrerar kanaler i statorkärnan i vilka införts en ledning för transport av kyl- och/eller värmemedium, Figur 5 illustrerar statorspår med lindning och ledningar för transport av kyl- och/eller värrnemedium, och Figur 6 visar ett exempel på en isolerad elektrisk ledare lämplig att användas som lindning.

Figur 1 visar schematiskt de uppgifter som ett övervakningssystem för en roterande elektrisk maskin i huvudsak skall utföra, i enlighet med föreliggande uppfinning. Såsom redan nämnts är det önskvärt att statoms temperatur, när väl den roterande maskinen tagits i drift, hålls förhållandevis konstant. För att kunna åstadkomma detta krävs dels ett system som kyler statorn vid drift och som vär- mer statorn när den ej är i drift, och dels ett övervakningssystem. Exempel på olika 20 25 30 i 51-4 21.6 9 utföringsformer av kyl- och värmesystem kommer att visas nedan, men även and- ra utföranden är naturligtvis tänkbara. Som en viktig del i övervakningssystemet ingår även mätning av statorns temperatur. Övervakningssystemet kan naturligtvis även användas för att styra den temperatur som ledningarna för kylning- och upp- värmning i stator resp vid lindningen uppvärms till resp kyls till vid monteringen, samt det tryck de utsätts för, eller vad som helst som befinns användbart i sam- manhanget. Övervakningssystemet inklusive styrsystemet för kyl- och värmesys- temet och mätningen av statorns temperatur är företrädesvis datorbaserat. Ett så- dant system kan konstrueras med hjälp av känd teknik och kommer därför ej att beskrivas i detalj här.

Såsom även nämnts ovan är det särskilt lämpligt att som lindning använda en typ av isolerad elektrisk ledare eller kabel som är en så kallad PEX-kabel, ifö- religgande sammanhang även kallad PEX-ledare. Denna kabel utvidgas när tem- peraturen höjs, det vill säga när maskinen tas idrift och detta kan utnyttjas vid monteringen av kabeln. Såsom illustreras i figur 2, högra delen av bilden, monte- ras kabeln 8 i statorspåren 9 med ett visst spel mellan kabelns utsida och spårets insida. När statorn uppvärms, vilket skall ske innan den tas i drift eftersom lind- ningen i den visade högra delen av figur 2 ej är fixerad i spåren, så kommer ka- beln att värmeutvidgas och expandera så att den kommer till anliggning mot spåret och således sätts fast i spåret. Därefter kan maskinen tas i drift. Övervaknings- systemet har här till uppgift att kontrollera statorns temperatur så att den kommer upp till en temperatur som ungefärligen motsvarar driftstemperaturen, vid vilken temperatur således kabeln förutsätts sitta fast i spåret, innan maskinen tas i drift. I den vänstra halvan av figur 2 illustreras ett statorspår 9' där lindningen/kabeln 8' har expanderat så att den sitter fast mot spårets innervägg och maskinen är då redo att tas i drift.

Som ett alternativ kan man utnyttja kabelns ”minne” och kyla ner kabeln före monteringen i spåren. När kabeln värms återtar kabeln sin ursprungliga di- mension och kommer då till anliggning mot spårets väggar och järnkärnan.

Det skall påpekas att det är viktigt att när väl drifttemperaturen uppnåtts denna temperatur hålles i stort sett konstant, det vill säga att när maskinen ej är i drift så upprätthålls en temperatur som är ungefärligen lika med drifttemperaturen genom uppvärmning, för att lindningen ej skall lossna från sin anliggning mot sta- torspårens insida genom att kabeln krymper när den kyls ned för mycket. 10 15 20 25 30 514 216 10 Den ifigur 3 illustrerade varianten för montering av Iindningen visar en stator med särskilt utformade spår 19 för Iindningen, nämligen spår som är ovala i radiell riktning. l varje sådant ovalt spår 19 monteras två elektriska ledare 18 till Iindningen, dvs motsvarande två lindningsvarv. Lindningens ledare kan således lindas två och två. Denna variant är särskilt fördelaktig vid luftkylning men kan na- turligtvis även användas vid andra typer av kylning. För att kunna använda Iuftkyl- ning krävs vanligen mer plats i spåren och genom att ha lindningens ledare två och två i ovala spår bildas ett kanalformat utrymme mellan de två ledarna i ett spår och denna kanal kan användas för kylning. Denna uppfinning gör det således möj- ligt att kyla både lindning och statortänder medelst luft.

Ledarna 18 kan lämpligen behandlas och monteras i enlighet med det förfarande som beskrivits ovan i anslutning till figur 2. Som ett alternativ eller ett komplement kan mellan de två ledarna 18 i ett spår 19 kombinerade element 17 anbringas för fastklämning av ledarna och kylning/uppvärmning av statorn och Iindningen, vilka är av motsvarande slag och anbringas på motsvarande sätt som kommer att beskrivas nedan.

Det skall nämnas att uppfinningen illustrerad i figur 3 även kan utgöra en separat uppfinning avseende en stator med ovala spår i vilka lindningens ledare monteras två och två, då den i sig ej är begränsad till en roterande elektrisk ma- skin av det slag som anges i kravet 26 eller det förfarande som definieras i kravet 1. Det skall även nämnas att elementen 17 kan utgöras av infästningselement för Iindningen av vilken som helst lämplig typ, dvs utan den kombinerade kyl- och/eller uppvärmningsfunktionen. l figur 4 visas hur kylningen/uppvärmningen av statorn kan gå till. Stator- kärnan 20 är försedd med ett antal kanaler 21 för kylning/uppvämming. l dessa kanaler införs en ledning 22 för transport av ett kyl- och/eller ett värmemedium, vilken ledning företrädesvis utgörs av ett PEX-rör el liknande. Röret har med fördel i förväg stukats radiellt till en diameter som är mindre än diametern hos kanalen i statorplåten. l vilket fall har röret 22 en diameter dl som är mindre än kanalens diameter dk. Detta förenklar avsevärt införandet i kanalen av röret. Därefter tillåts röret 22 expandera i kanalen så att det kommer att anta en diameter d; som före- trädesvis är lika eller något större än kanalens minsta diameter dk, för att säker- ställa att ledningenlröret fixeras och anligger med god kontakt och för god värme- överföring mot kanalens insida och därmed mot statorplåten. Expansionen av röret 20 25 30 . 514 216 11 åstadkoms företrädesvis genom en kombination av uppvännning och trycksätt- ning, vilket kan ske genom att en uppvärmd tryckfluid cirkuleras genom ledningar- na.

För att ytterligare förbättra fixeringen av ledningen mot kanalens insida kan ledningen/röret på utsidan vara belagd med ett skikt av en smältbar limfilm som när röret uppvärms smälter. Limmet kommer då att fylla ut alla eventuella hål- rum mellan ledningen och statorplåtskikten i kärnan. Limfilmen kan även innehålla ett fyllmedel med god värmeledningsförmåga, såsom aluminiumoxid eller bornitrid, vilket ytterligare förbättrar smältningen av limmet och ledningens anliggning mot statorplåten och värmeöverföringen mellan ledningen och statorn.

Figur 5 visar hur en ledning 27 för transport av ett kyl- och/eller ett värme- medium kan placeras i utrymmet mellan lindningen 28 och statorspåret 29. Denna ledning kan ha samma egenskaper som den ledning som användes i kanalerna i statorkärnan. Den kan således vara ett PEX-rör som med fördel givits en trekantig profil som stämmer överens med formen på det tillgängliga utrymmet mellan sta- torspåret insida och två mot varandra angränsande lindningsvarv 28. Detta kan ha skett genom stukning. Den kan efter införandet expanderas på motsvarande sätt som redan beskrivits ovan, det vill säga företrädesvis genom en kombination av uppvärmning och trycksättning av ett medium som cirkuleras genom ledningen.

Härigenom kommer således ledningen att anligga både mot spårets insida och lindningen varigenom således ledningen åstadkommer fixering av lindningen i statorspåret. Samtidigt åstadkoms en god kontakt mellan ledningen och lindningen samt statorplåten, vilket är gynnsamt för värmeöverföringen och således utnyttjas för kylning respektive uppvärmning av statorn (och lindningen). Ledningen är i denna figur 5 endast anordnad på en sida» av lindningen men kan naturligtvis vara anordnad på båda sidor av lindningen, såsom fö visas i figur 3. Det kan även no- teras att figur 3 illustrerar en motsvarande ledning i icke expanderat tillstånd.

Som ett alternativ till PEX-rör kan istället en armerad slang användas som ledning, vilken företrädesvis träs in i de tillgängliga utrymmena i lufttomt tillstånd.

Den trycksätts sedan med hjälp av statiskt vattentryck och klämmer på så sätt fast lindningskabeln i spåret.

Slutligen visas i figur 6 ett tvärsnitt av en isolerad elektrisk ledare/kabel som är särskilt lämplig att använda som lindning i statom enligt uppfinningen. Ka- beln 30 innefattar åtminstone en strömförande ledare 31 omgiven av ett första 5.14 216 ÅÃÄQzLfIfi i i ” 12 halvledande skikt 32. Runt detta första halvledande skikt är anordnat ett isola- tionsskikt 33, och runt detta finns i sin tur anordnat ett andra halvledande skikt 34.

Den elektriska ledaren 31 kan bestå av ett antal kardeler 35. De tre skikten är ut- förda så att de vidhäftar varandra även då kabeln böjs. Den visade kabeln är flexi- bel och denna egenskap bibehålls av kabeln under dess livslängd. Den illustrera- de kabeln skiljer sig även från konventionell högspänningskabel genom att det yttre, mekaniskt skyddande höljet samt den metallskärm som normalt omger en sådan är eliminerade.

Föreliggande uppfinning skall ej anses begränsad till de utföringsexempel som illustrerats, utan kan varieras av fackmannen på mångahanda sätt inom ra- men för uppfinningstanken såsom definierad i patentkraven.

Claims (48)

20 25 30 514 216 i. 13 PATENTKRAV

1. Förfarande vid roterande elektrisk maskin för hög spänning, innefattande en rotor och en stator med en kärna samt en lindning anordnad i spår i statorkär- nan, vilken lindning innesluter det elektriska fältet och är utförd med en isolerad elektrisk ledare (30) innefattande åtminstone en strömförande ledare (31), vidare innefattande ett första skikt (32) omslutande den strömförande ledaren, ett fast isolationsskikt (33) omslutande nämnda första skikt, och ett andra skikt (34) om- slutande isolationsskiktet, kännetecknat av att statorn kyls, när den är i drift, till en temperatur T1, och att statom uppvärms, när den ej är i drift, till en temperatur T2.

2. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att den temperatur T2 som statorn uppvärms till när den ej är i drift, är väsentligen lika med den temperatur T1 som statorn kyls till när den är i drift.

3. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att den temperatur T2 som statorn uppvärms till när den ej är i drift, är något lägre än den temperatur T1 som statorn kyls till när den är i drift, varvid företrädesvis T2 är av storleksordningen 0- 20°C lägre än T1.

4. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att den temperatur T2 som statorn uppvärms till när den ej är i drift, är något lägre än den temperatur T1 som statorn kyls till när den är i drift, varvid företrädesvis T2 är av storleksordningen O- 10°C lägre än T1.

5. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att lind- ningen (8), vid tillverkningen av maskinen, monteras i statorns spår (9) med ett spel som väsentligen motsvaras av lindningens förväntade expansion vid statorns drifttemperatur.

6. F örfarande enligt något av kraven 1-4, kännetecknat av att lind ningen, vid tillverkningen av maskinen, före monteringen i statorns spår deforrneras mekaniskt på ett .sådant sätt att lindningen, när den därefter monterats i spåren, kommer att 20 25 30 514 21611,, 14 återta sitt odeformerade tillstånd varvid lindningen kommer att anligga mot spå- rens väggar.

7. Förfarande enligt något av kraven 1-4 eller 6, kännetecknat av att lind- ningen, vid tillverkningen av maskinen, före monteringen i statorns spår kyls ned varvid den undergår termisk krympníng, att den därefter monteras i spåren, och att den efter monteringen i spåren kommer att återta sin ursprungliga form p g a upp- värmning, varvid lindningen kommer att anligga mot spårens väggar.

8. Förfarande enligt något av kraven 5-7, kännetecknat av att statorn, efter monteringen av lindningen i spåren men före idrifttagandet, uppvärms till en tem- peratur T3.

9. Förfarande enligt krav 8, kännetecknat av att temperaturen T3 väsentli- gen motsvarar statorns förväntade drifttemperatur TO, samt att maskinen tas i drift först när denna temperatur T3 uppnåtts.

10. Förfarande enligt krav 8, kännetecknat av att temperaturen T3 är något lägre än statorns förväntade drifttemperatur TO, varvid företrädesvis T3 är av stor- leksordningen O-20°C lägre än TO.

11. Förfarande enligt krav 8, kännetecknat av att temperaturen T3 är något lägre än statorns förväntade drifttemperatur TO, varvid företrädesvis T3 är av stor- leksordningen O-10°C lägre än TO.

12. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att en ex- panderbar ledning (22) för transport av ett kylmedium och/eller ett värmemedium införs i härför avsedda kanaler (21) i statorkärnan (20), varefter nämnda ledning tillåts expandera så att ledningen trycks mot kanalens insida för god kontakt och värmeöverföring.

13. Förfarande enligt krav 12, kännetecknat av att ledningen för införandet beläggs med ett skikt smältbart vidhäftningsmedel. 20 25 30 1514 216 15

14. Förfarande enligt krav 13, kännetecknat av att det smältbara vidhäft- ningsmedlet innehåller ett fyllmedel med god värmeledande förmåga.

15. Förfarande enligt något av kraven 13-14, kännetecknat av att ledningen expanderas genom att den samtidigt utsätts för övertryck och uppvärmning, så att den därmed kommer till anliggning mot kanalens väggar och att nämnda smältba- ra vidhäftningsmedel då smälter och väsentligen fyller ut alla hålrum mellan led- ningen och kanalens väggar, varigenom ledningen fixeras mot kanalens väggar.

16. Förfarande enligt något av kraven 12-15, kännetecknat av att ledningen före införandet i kanalen stukas radiellt till en diameter som är mindre än kanalens diameter.

17. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att en ex- panderbar ledning (17;27) för transport av ett kylmedium och/eller ett värmemedi- um införs i statorkärnans spår (19;29), i de mellanrum som bildas mellan intill var- andra liggande lindningsvarv (18;28), varefter nämnda ledning tillåts expandera så att lindningen därigenom kläms fast i statorspåren.

18. Förfarande enligt krav 17, kännetecknat av att den expanderbara ledning för transport av ett kylmedium och/eller ett värmemedium som införs i statorkär- nans spår, före införandet i spåren, stukas till en profil som huvudsakligen motsva- rar det geometriska tvärsnittet hos nämnda mellanrum.

19. Förfarande enligt krav 18, kännetecknat av att nämnda ledning före infö- randet i spåren stukas till en väsentligen trekantig profil.

20. Förfarande enligt krav 17, kännetecknat av att den expanderbara led- ningen för transport av ett kylmedium och/eller ett värmemedium som införs i sta- torkärnans spår införs i ett lufttomt tillstånd.

21. Förfarande enligt krav 20, kännetecknat av att nämnda ledning expande- ras genom att en trycksatt fluid införs i ledningen. 10 20 25 30 514216 16

22. Förfarande enligt något av kraven 12-19, kännetecknat av att ledningen (22;17;27) expanderas genom att den samtidigt utsätts för ett övertryck och upp- värmning, och att den därefter kyls under bibehållande av ett övertryck, varigenom ledningen bibehåller sin expanderade form.

23. Förfarande enligt krav 22, kännetecknat av att expanderingen sker ge- nom att en värmeledande trycksatt fluíd cirkuleras i ledningen (22;17;27).

24. Förfarande enligt något av kraven 21 eller 23, kännetecknat av att den trycksatta fluiden utgörs av det kylmedium och/eller värmemedium som senare används för kylning resp uppvärmning av statorn.

25. Förfarande enligt något av kraven 12-24, kännetecknat av att kylmediet och värmemediet utgörs av samma medium.

26. Roterande elektrisk maskin för hög spänning, innefattande en rotor och en stator med en kärna samt en lindning anordnad i spår i statorkärnan, vilken lind- ning innesluter det elektriska fältet och är utförd med en isolerad elektrisk ledare (30) innefattande åtminstone en strömförande ledare (31), vidare innefattande ett första skikt (32)omslutande den strömförande ledaren, ett fast isolationsskikt (33) anordnat omslutande nämnda första skikt, och ett andra skikt (34) omslutande isolationsskiktet, kännetecknad av att den innefattar en anordning för att kyla statorn, när den är i drift, till en temperatur T1 och uppvärma statorn, när den ej är i drift, tiil en temperatur T2.

27. Roterande maskin enligt krav 26, kännetecknad av att anordningen in- nefattar åtminstone ett kyl- och uppvärmningssystem för statorn och ett övervak- ningssystem (1) innefattande organ (3) som uppmäter statorns temperatur vid drift resp när den ej är i drift och organ (2) som styr kyl- och uppvännningssystemet så att nämnda temperaturer T1, till vilken statorn kyls när den är i drift, resp T2, till vilken statorn uppvärms när den ej äri drift, uppnås och upprätthålls. 20 25 30 51.4 216 17

28. Roterande maskin enligt krav 26 eller 27, kännetecknad av att den tem- peratur T2 som statorn uppvärms till när den ej är i drift, är väsentligen lika med den temperatur T1 som statorn kyls till när den är i drift.

29. Roterande maskin enligt krav 26 eller 27, kännetecknad av att den tem- peratur T2 som statorn uppvärms till när den ej är i drift, är något lägre än den temperatur T1 som statorn kyls till när den är i drift, varvid företrädesvis T2 är av storleksordningen 0-20°C lägre än T1.

30. Roterande maskin enligt krav 26 eller 27, kännetecknad av att den tem- peratur T2 som statorn uppvärms till när den ej är i drift, är något lägre än den temperatur T1 som statorn kyls till när den är i drift, varvid företrädesvis T2 är av storleksordningen 0-10°C lägre än T1.

31. Roterande maskin enligt något av kraven 27-30, kännetecknad av att övervakningssystemet (1) även innefattar organ för uppmätning av statorns tem- peratur innan den tas i drift för första gången, organ som styr kyl- och uppvärm- ningssystemet så att statorn, innan den tas i drift för första gången, uppvärrns till en temperatur T3, och organ som styr att maskinen tas i drift först när temperatu- ren T3 har uppnåtts.

32. Roterande maskin enligt krav 31, kännetecknad av att temperaturen T3 väsentligen motsvarar statorns förväntade drifttemperatur TO.

33. Roterande maskin enligt krav 31, kännetecknad av att temperaturen T3 är något lägre än statorns förväntade drifttemperatur TO, varvid företrädesvis T3 är av storleksordningen 0-20°C lägre än TO.

34. Roterande maskin enligt krav 31, kännetecknad av att temperaturen T3 är något lägre än statorns förväntade drifttemperatur TO, varvid företrädesvis T3 är av storleksordningen 0-10°C lägre än TO. 20 25 30 514 216Äf¿I_¿~, 18

35. Roterande maskin enligt något av kraven 26-34, kännetecknad av att lindningen (8;18;28) är så utformad att den inte är fixerad i statorspåren (9;19;29) förrän temperaturen T3 uppnåtts.

36. Roterande maskin enligt något av kraven 26-35, kännetecknad av att den innefattar åtminstone en expanderbar ledning (22) för transport av ett kylmedium och/eller ett värmemedium, vilken är införd i härför avsedda kanaler (21) i stator- kärnan (20), samt medel för expandering av nämnda ledning, varvid nämnda led- ning när den expanderats trycks mot kanalens insida för god kontakt och värme- överföring.

37. Roterande maskin enligt krav 36, kännetecknad av att ledningen före in- förande belagts med ett skikt smältbart vidhäftningsmedel.

38. Roterande maskin enligt krav 37, kännetecknad av att det smältbara vid- häftningsmedlet innehåller ett fyllmedel med god värmeledande förmåga.

39. Roterande maskin enligt något av kraven 37-38, kännetecknad av att nämnda medel för expandering av ledningen innefattar organ för att samtidigt ut- sätta ledningen för övertryck och uppvärmning, så att den därmed kommer till an- liggning mot kanalens väggar och att nämnda småltbara vidhäftningsmedel smäl- ter och väsentligen fyller ut alla hålrum mellan ledningen och kanalens väggar, varigenom ledningen fixeras mot kanalens väggar.

40. Roterande maskin enligt något av kraven 36-39, kännetecknad av att ledningen, före införandet i kanalen, är stukad radiellt till en diameter som är mind- re än kanalens diameter.

41. Roterande maskin enligt något av kraven 26-40, kännetecknad av att den innefattar åtminstone en expanderbar ledning (17;27) för transport av ett kylmedi- um och/eller ett värmemedium, vilken är införd i statorkärnans spår (19;29), i de mellanrum som bildas mellan intill varandra liggande lindningsvarv (18;28), samt medel för expandering av nämnda ledning, varvid nämnda ledning när den expan- derats klämmer fast lindningen i statorspåren. 10 20 25 30 i 51.4 216 19

42. Roterande maskin enligt krav 41, kännetecknad av att ledningen har en profil som huvudsakligen motsvarar det geometriska tvärsnittet hos nämnda mel- lanrum, företrädesvis en väsentligen trekantig profil.

43. Roterande maskin enligt krav 41, kännetecknad av att den expanderbara ledningen för transport av ett kylmedium och/eller ett värmemedium som införs i statorkärnans spår är i ett lufttomt tillstånd när den införs.

44. Roterande maskin enligt krav 43, kännetecknad av att nämnda medel för expandering av ledningen som införs i statorkärnans spår, innefattar organ för in- förande av en trycksatt fluid i ledningen.

45. Roterande maskin enligt något av kraven 36-42, kännetecknad av att nämnda medel för expandering av ledningen (22;17;27) innefattar organ för att samtidigt utsätta ledningen för övertryck och uppvärmning, och av att maskinen även innefattar organ för kylning av ledningen under bibehållande av ett övertryck, varigenom ledningen bibehåller sin expanderade form.

46. Roterande maskin enligt krav 45, kännetecknad av att den innefattar or- gan för cirkulering av en värrneledande trycksatt fluid i ledningen (22;17;27).

47. Roterande maskin enligt krav 46, kännetecknad av att den trycksatta flui- den utgörs av det kylmedium och/eller värmemedium som senare används för kyl- ning resp uppvärmning av statorn.

48. Roterande maskin enligt något av kraven 36-47, kännetecknad av att kylmediet och värmemediet utgörs av samma värmeledande medium som kyls resp uppvärms.