SE516442C2 - Stationär induktionsmaskin och kabel därför - Google Patents

Description

»Inna l0 15 20 25 30 35 516 442 strömma. Vanligtvis är kylningen forcerad, dvs. kylmedlet bringas att strömma med hjälp av en pump- eller fläkt- anordning.

Ett genom WO 98/34239 Al känt kylningsarrangemang är att utforma lindningen med distansbildande element som sepa- rerar förutbestämda angränsande lindningsvarv frän var- andra. Därigenom bildas strömningsvägar i lindningen, i vilka en fläktanordning bringar en gas, vanligtvis luft, att strömma. Vanligen används därvid kåpor för att styra gasströmmen in i lindningen. Ovannämnda kylningsarrange- mang uppvisar emellertid en rad nackdelar. För det första medför placeringen av strömningsvägarna mellan angrän- sande lindningsvarv att lindningen upptar en relativt stor volym. Detta gör induktionsmaskinen relativt stor, vilket i vissa applikationer kan vara en nackdel, t.ex. vid transformatorer där en stor fyllfaktor hos lindningen eftersträvas. Dessutom bidrar kàporna, som styr luft- strömmen in i lindningen, i stor utsträckning till induk- tionsmaskinens storlek och gör dessutom induktionsmaski- nen dyr att tillverka. För det andra utgör strömnings- vägarna försvagningar i lindningen, eftersom angränsande lindningsvarv, som skiljs ät genom en strömningsväg, inte stödjer varandra. Dessa försvagningar kan göra lindningen känslig för de krafter som uppkommer vid kortslutningar i elkraftsystemet. För det tredje går dagens utveckling mot allt högre strömstyrkor i induktionsmaskinerna, vilket i gaskylda induktionsmaskiner kräver en allt högre ström- ningshastighet hos kylmedlet för att tillräckligt effek- tiv kylning ska erhållas. Detta medför en stor energi- àtgàng i fläktanordningen.

Ett annat känt kylningsarrangemang är att bilda ström- ningsvägar i form av kylrör av ett elektriskt isolerande material, vanligtvis ett polymermaterial, vilka kylrör sträcker sig genom lindningen mellan lindningsvarven. En pumpanordning pumpar en vätska, exempelvis avjoniserat a-aan 10 15 20 25 30 35 516 442 3 vatten, genom rören. Sådana vätskekylda arrangemang upp- visar dock samma nackdelar som ovan beskrivna gaskylda arrangemang då strömningsvägarna ökar lindningens volym och minskar dess förmåga att motstå kortslutningskrafter.

Dessutom uppkommer ytterligare ett problem. Eftersom polymermaterial i åtminstone begränsad utsträckning är genomsläppligt för vätskor, riskerar kylvätskan att trånga igenom kylröret och in i det isolationsskikt som omger ledaren i kabeln. I samverkan med det elektriska växelfält, som uppstår runt ledaren då en växelström flyter genom densamma vid drift, kan kylvätskan bilda så kallade vattenträd i isolationsskiktet. Eftersom vatten- trädsbildning försämrar den elektriska isolationshåll- fastheten i isolationsskiktet, är detta oönskat. Vatten- trädsbildning kan också uppkomma i kylröret, vilket inte heller är önskvärt.

REDoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en stationär induktionsmaskin med en ny kylanordning, som helt eller delvis avhjälper ovannämnda nackdelar och problem.

Induktionsmaskinen och kabeln enligt uppfinningen känne- tecknas av att ledaren har formen av ett rör och omsluter en kontinuerlig kanal för genomströmning av nämnda kyl- medel.

Genom att kanalen är anordnad inuti ledaren åstadkommes en effektiv kylning genom att kylmedlet verkar i omedel- bar närhet av värmekällan, dvs. kabelns ledare. Över- skottsvärmen måste inte tränga genom kabelns isolations- skikt, innan kylmedlet kan bortföra nämnda värme. Vidare verkar kylmedlet i det område där värmemaxima, så kallade "hot spots“, normalt förekommer i konventionella kablar, nämligen i kabelns centrumparti, vilket ytterligare 10 15 20 25 30 35 516 442 effektiviserar kylningen. Dessutom uppnàs att kanalen genom sin placering inuti ledaren inte utsätts för det elektriska vâxelfält som strömmen i ledaren genererar. I det fall kanalen omsluts av ett kylrör av ett polymer- material, vilket kylrör är anordnat inuti ledaren, und- viks följaktligen problemet med vattenträdsbildning i kylröret. Genom kanalens placering inuti kabeln kan dess- utom angränsande lindningsvarv placeras tätt intill var- andra, vilket möjliggör en stabil lindningskonstruktion som väl kan uppta kortslutningskrafter.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen kommer att förklaras närmare i det följande med hänvisning till ritningarna, där Figur 1 visar schematiskt en kabellindad reaktor, Figur 2 visar en uppskuren del av kabeln, som ingår i reaktorn enligt figur 1, och Figur 3 visar ett ändparti hos kabeln enligt figur 1.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL Figur 1 visar delar av en kabellindad stationär induk- tionsmaskin i form av en reaktor. Reaktorn är avsedd för anslutning mellan strömriktare i ett HVDC-system (ej visade) och en fasledare i ett HVAC-system (ej visad) för att dämpa de övertoner som strömriktarna genererar. Reak- torn innefattar en ej visad stödstruktur, som uppbär en kabel 1, som är lindad så att denna bildar en cylinder- formad lindning 2, som omsluter ett luftfyllt centrum- parti 3, vilket bildar reaktorns luftkärna. Kabeln 1 är därvid anordnad att föra en elektrisk ström för att i luftkärnan 3 generera ett magnetiskt flöde. En uppskuren del av kabeln visas i figur 2. Kabeln har ett i huvudsak cirkulärt tvärsnitt och innefattar ett koncentriskt, runt o. -fl un: >- 10 15 20 25 30 35 516 442 sin längdaxel anordnat långsträckt, böjligt kylrör 4, ett kylröret 4 omslutande diffusionsskikt 5, ett diffusions- skiktet 5 omslutande halvledande skikt 6, en det halv- ledande skiktet 6 omslutande ledare 7, ett ledaren 7 omslutande stödskikt 8 och slutligen ett stödskiktet 8 omslutande isolationsskikt 9. Kylröret 4 bildar en kanal 10 som upptar kabelns 1 centrumparti, i vilken kanal 10 ett kylmedel i form av en blandning av glykol och vatten strömmar. Kylröret 4 består företrädesvis av tvärbunden polyeten (PEX). Eftersom polymermaterial i åtminstone begränsad utsträckning är genomsläppligt för vätskor, är diffusionsskiktet 5 anordnat på rörets mantelyta för att säkerställa att glykol- och vattenblandningen inte tränger ut i kabelns 1 yttre delar och orsakar vatten- trädsbildning i isolationsskiktet 9. Diffusionsskiktet 5 består företrädesvis av polyetenlaminerad aluminiumtejp, som är spirallindad runt kylröret 4, varigenom erhålles ett diffusionsskikt 5 som är tätt och i vilket endast små elektriska strömmar genereras på grund av det magnetiska flödet i reaktorns luftkärna 3. Det på diffusionsskiktet 5 anordnade halvledande skiktet 6 består av polyeten blandat med kolpulver, vilket bildar underlag för kabelns 1 ledare 7. Ledaren 7 har formen av ett rör och består i den visade utföringsformen av ett flertal tätt intill varandra liggande lackade aluminiumtrådar, som i ett lager är lindade på det halvledande skiktet 6. Stödskik- tet 8 består av ett band av polypropensampolymerisat (PP-copolymer) som vid tillverkningen av kabeln 1 lindas på ledaren 7 för att förhindra att isolationsskiktets 9 polymermaterial tränger in mellan aluminiumtrådarna vid isolationsskiktets 9 extrudering på kabeln 1. Isola- tionsskiktet 9 består företrädesvis av PEX.

Kabeln sträcker sig mellan två ändpartier 11, 12 belägna vid var sin av den cylinderformade lindningens 2 två mot- stående ändytor. Ett av ändpartierna visas i figur 3. Vid ändpartierna 11, 12 är isolationsskiktet 9 och stödskik- v.. ~ vv - 10 15 20 25 30 35 . 516 442 tet 8 avlägsnade från kabeln 1. Kylröret 4 med diffu- sionsskiktet 5 löper vid vardera ändpartiet 11, 12 ut genom en öppning i det halvledande skiktet 6 och ledaren 7 och år vid vardera ändpartiet 11, 12 sammankopplat med ett anslutningsrör (ej visat), som leder glykol- och vattenblandningen till en pump- och värmeväxlaranordning (ej visad). Ledaren 7 är vid vardera ändpartiet 11, 12, efter separationen från kylröret 4, elektriskt samman- kopplad med en anslutningskoppling 13, 14, vilka anslut- ningskopplingar 13, 14 är anslutna till HVDC-systemets strömriktare (ej visade) respektive en av HVAC-systemets fasledare (ej visade).

Uppfinningens princip har ovan beskrivits utifrån en kabellindad enfasreaktor med luftkärna. Det inses dock att uppfinningen också är tillämplig pà andra typer av kabellindade, stationära induktionsmaskiner, t.ex. kabel- lindade trefaskrafttransformatorer med järnkärna.

I utföringsexemplet ovan är kylmedlet en glykol- och vattenblandning. I andra applikationer kan dock andra kylmedel förekomma, t.ex. avjoniserat vatten eller ett gasformigt kylmedel, t.ex. luft. I vissa applikationer kan diffusionsskiktet och till och med kylröret undvaras, i vilka applikationer ledarens insida avgränsar kanalen.

Av stor betydelse år dock att de i kabeln ingående delarna är böjliga för att medge en smidig formning av kabeln vid tillverkning av induktionsmaskinen. 000428 Pl489SE.TOl

Claims (11)

5 l0 15 20 25 30 35 516 442 P A T E N T K R A V

1. Stationär induktionsmaskin omfattande - minst en lindning (2), som innefattar minst en lång- sträckt, böjlig kabel (1), som har en elektrisk ledare (7), - en kylanordning, som är anordnad att med hjälp av kyl- och medel leda bort överskottsvärme, som vid drift av induktionsmaskinen genereras i ledaren (7), där ledaren (7) har formen av ett rör och omsluter en kontinuerlig kanal (10) för genomströmning av nämnda kylmedel, kännetecknad av att kabeln (1) innefattar ett som är anordnat i ledaren (7) och som bildar nämnda kanal (10). kylrör (4) av ett polymermaterial,

2. Induktionsmaskin enligt krav 1, kännetecknad av att polymermaterialet är tvärbunden polyeten.

3. Induktionsmaskin enligt krav 1 eller 2, kännetecknad av att ett för kylmedlet ogenomträngligt diffusionsskikt (5) är anordnat på kylrörets (4) mantelyta.

4. Induktionsmaskin enligt krav 3, kännetecknad av att diffusionsskiktet (5) består av polyetenlaminerad alumi- niumtejp.

5. Induktionsmaskin enligt något av kraven 1-4, känne- tecknad av att kylmedlet är en blandning av glykol och vatten.

6. Induktionsmaskin enligt något av kraven 1-5, känne- tecknad av att kabeln (1) innefattar ett fast elektriskt isolationsskikt (9) av ett polymermaterial som omger ledaren (7). von n» 10 15 20 25 30 35 516 442

7. Induktionsmaskin enligt nàgot av kraven 1-6, känne- tecknad av att kanalen (10) upptar kabelns (1) centrum- parti.

8. Lángsträckt, böjlig kabel (1) innefattande en elek- trisk ledare (7) och ett ledaren (7) omgivande fast elek- triskt isolationsskikt (9) av ett polymermaterial, vilken kabel (1) är avsedd att bilda en lindning (2) i en sta- tionär induktionsmaskin, i vilken en kylanordning är anordnad att med hjälp av kylmedel leda bort överskotts- värme, som vid drift av induktionsmaskinen genereras i ledaren (7), vilken ledare (7) har formen av ett rör och omsluter en kontinuerlig kanal (10) för genomströmning av nämnda kylmedel, kännetecknad av att kabeln (1) inne- fattar ett kylrör (4) av ett polymermaterial, som år anordnat i ledaren (7) och som bildar nämnda kanal (10).

9. Kabel enligt krav 8, kännetecknad av att polymer- materialet är tvärbunden polyeten.

10. Kabel enligt krav 8 eller 9, kånnetecknad av att ett för kylmedlet ogenomträngligt diffusionsskikt (5) är anordnat pà kylrörets (4) mantelyta.

11. Kabel enligt nàgot av kraven 8-10, kännetecknad av att kanalen (10) upptar kabelns (1) centrumparti. 010406 Pl489SE NKl vv» en