SE520775C3 - switchgear Station - Google Patents
switchgear StationInfo
- Publication number
- SE520775C3 SE520775C3 SE9704456A SE9704456A SE520775C3 SE 520775 C3 SE520775 C3 SE 520775C3 SE 9704456 A SE9704456 A SE 9704456A SE 9704456 A SE9704456 A SE 9704456A SE 520775 C3 SE520775 C3 SE 520775C3
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- station according
- insulation
- machine
- winding
- outer layer
- Prior art date
Links
Classifications
-
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02B—BOARDS, SUBSTATIONS OR SWITCHING ARRANGEMENTS FOR THE SUPPLY OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02B1/00—Frameworks, boards, panels, desks, casings; Details of substations or switching arrangements
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K2203/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the windings
- H02K2203/15—Machines characterised by cable windings, e.g. high-voltage cables, ribbon cables
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)
- Windings For Motors And Generators (AREA)
- Patch Boards (AREA)
- Insulated Conductors (AREA)
Description
25 35 520 775 ta del avser huvudsakligen magnetkretsen hos en sådan maskin och hur den är uppbyggd enligt klassisk teknik. Eftersom den magnetkrets som avses i de flesta fall finns i statorn kom- mer magnetkretsen nedan i regel att omtalas som en stator med en laminerad plàtkärna, vars lindning kommer att omtalas som statorlindning, och spåren i plåtkärnan för lindningen kommer att omtalas som statorspår eller helt enkelt spår. 5 35 520 775 mainly relates to the magnetic circuit of such a machine and how it is constructed according to classical technology. Since the magnetic circuit referred to in most cases is in the stator, the magnetic circuit below will generally be referred to as a stator with a laminated sheet metal core, the winding of which will be referred to as stator winding, and the grooves in the sheet metal core of the winding will be referred to as stator grooves or entirely. single track.
De flesta synkronmaskiner har en fältlindning i rotorn, där huvudflödet alstras med likström, och en växelströmslindning Ibland De senare i statorn. Synkronmaskinerna är i. regel trefasiga. utformas synkronmaskinerna med utpräglade poler. har växelströmslindningen i rotorn.Most synchronous machines have a field winding in the rotor, where the main flow is generated with direct current, and an alternating current winding Sometimes the latter in the stator. The synchronous machines are usually three-phase. the synchronous machines are designed with distinct poles. has the AC winding in the rotor.
Statorstommen för större synkronmaskiner görs ofta av stål- plåt med en svetsad konstruktion. Plåtkärnan utförs normalt av lackerad 0,35 eller 0,5 mm elplåt. För större maskiner stansas plåten i segment som fästes vid statorstommen med Plåtkärnan sammanhålls kilar/laxar. med tryckfingrar och tryckringar.The stator body for larger synchronous machines is often made of sheet steel with a welded construction. The sheet metal core is normally made of lacquered 0.35 or 0.5 mm sheet metal. For larger machines, the sheet metal is punched in segments that are attached to the stator body with the sheet metal core, wedges / salmon are held together. with pressure fingers and pressure rings.
För kylning av synkronmaskinens lindningar finns tre olika kylsystem att tillgå. Vid luftkylning kyls såväl stator- som rotorlindningen av genomströmmande kylluft. Kylluftkanalerna återfinns såväl i statorplàten soni i rotorn. För radiell ventilation och kylning medelst luft är plåtkärnan åtmins- tone för medelstora och stora maskiner uppdelad i paket med radiella och axiella ventilationskanaler inlagda i kärnan.For cooling the windings of the synchronous machine, three different cooling systems are available. During air cooling, both the stator and rotor windings are cooled by flowing cooling air. The cooling air ducts are also found in the stator plate soni in the rotor. For radial ventilation and air cooling, the sheet metal core is at least for medium-sized and large machines divided into packages with radial and axial ventilation ducts embedded in the core.
Kylluften kan bestå av omgivningsluft men vid högre effekter huvudsakligen slutet används kylsystem med värmeväxlare.The cooling air can consist of ambient air, but at higher effects, mainly closed, cooling systems with heat exchangers are used.
Vätgaskylning används vid turbogeneratorer och vid stora synkronkompensatorer. Kylmetoden fungerar på samma sätt som vid luftkylning med värmeväxlare, men istället för luft som används vätgas. Vätgasen här bättre kylförmåga än luft, men svårigheter uppstår vid tätningar och att övervaka läckage. För turbogeneratorer i det högre effektområdet är lO l5 20 25 u) f) 520 775 det känt att tillämpa Vattenkylning av såväl stator- som ro- torlindningen. Kylkanalerna utgörs av rör som placeras inuti ledare i statorlindningen. Ett problem för stora maskiner är att kylningen tenderar att bli ojämn och att det därmed upp- står temperaturdifferenser över maskinen.Hydrogen cooling is used in turbo generators and in large synchronous compensators. The cooling method works in the same way as for air cooling with heat exchangers, but instead of air using hydrogen gas. The hydrogen gas here has a better cooling capacity than air, but difficulties arise with seals and monitoring for leaks. For turbogenerators in the higher power range, it is known to apply water cooling of both the stator and rotor windings. The cooling channels consist of tubes that are placed inside conductors in the stator winding. A problem for large machines is that the cooling tends to be uneven and that there are thus temperature differences across the machine.
Statorlindningen förläggs i spår i plåtkärnan och där spåren i regel har ett tvärsnitt som en rektangel eller som ett trapets. Varje lindningsfas består av ett antal seriekopp- lade härvgrupper och varje härvgrupp av ett antal seriekopp- lade härvor. Härvans olika delar betecknas härvsida för den del som är placerad i statorn och härvände för den del som En härva består av en eller höjd och/eller bredd. Mellan varje ledare finns en tunn isolering, t ex epoxy/glasfiber. befinner sig utanför statorn. flera ledare sammanförda i Härvan isoleras mot spåret med en härvisolering, dvs en iso- lering avsedd att tåla maskinens märkspänning mot jord. Som isolermaterial kan olika plast-, lack- och glasfibermaterial användas. Vanligen används sk Micatejp, som är en blandning av glimmer och hårdplast, speciellt framtagen för att ge motståndskraft mot partiella urladdningar, som snabbt kan bryta ned isoleringen. Isoleringen påförs härvan genom att Mica-tejpen lindas kring härvan i flera lager. Isoleringen impregneras och därefter påmàlas härvsidan med en kolbaserad färg för att förbättra kontakten med den omgivande statorn som är ansluten till jordpotential.The stator winding is placed in grooves in the sheet metal core and where the grooves usually have a cross section like a rectangle or like a trapezoid. Each winding phase consists of a number of series-connected coil groups and each coil group of a number of series-connected coils. The different parts of the coil are called the coil side for the part that is placed in the stator and the coil for the part that A coil consists of one or height and / or width. Between each conductor there is a thin insulation, eg epoxy / fiberglass. is outside the stator. several conductors combined in the Harness are insulated against the groove with a harness insulation, ie an insulation intended to withstand the rated voltage of the machine against earth. Various plastic, lacquer and fiberglass materials can be used as insulation material. Commonly used so-called Mica tape, which is a mixture of mica and hard plastic, specially developed to provide resistance to partial discharges, which can quickly break down the insulation. The insulation is applied to the skein by wrapping the Mica tape around the skein in several layers. The insulation is impregnated and then the coil side is painted with a carbon-based paint to improve the contact with the surrounding stator which is connected to earth potential.
Lindningarnas ledararea bestäms av aktuell strömstyrka och av kylmetod. Ledare och härva utformas vanligen med rektan- gulär form för att maximera mängden ledarmaterial i spåret.The conductor area of the windings is determined by the current current and by the cooling method. Conductors and coils are usually designed with a rectangular shape to maximize the amount of conductor material in the groove.
En typisk härva formas av sk roebelstavar, där vissa av sta- varna kan göras ihåliga för kylmedel. En roebelstav består av ett flertal rektangulära, parallellkopplade kopparledare, vilka är transponeräde 360 grader långs spåret. Ringlandsta- var med. 540 graders transponeringar och andra transpone- ringar förekommer också.A typical tangle is formed by so-called ruble rods, where some of the rods can be made hollow for coolant. A ruble rod consists of a plurality of rectangular, parallel-connected copper conductors, which are transposed 360 degrees along the track. Ringlandsta- var med. 540 degree transpositions and other transpositions also occur.
Transoponeringen är nödvändig för 10 l5 20 25 30 35 520 775 att undvika uppkomsten av cirkulerande strömmar som alstras i ett tvärsnitt av ledarmaterialet sett från det magnetiska fältet.The transposition is necessary to avoid the occurrence of circulating currents generated in a cross section of the conductor material seen from the magnetic field.
Av mekaniska och elektriska skäl kan en nmskin inte göras hur stor som helst. Maskineffekten bestäms i huvudsak av tre faktorer: - Lindningarnas ledararea. Vid normal driftstemperatur har t ex koppar ett maxvärde på 3-3,5 A/mmz.For mechanical and electrical reasons, a nmskin can not be made as large as possible. The machine power is mainly determined by three factors: - The conductor area of the windings. At normal operating temperature, for example, copper has a maximum value of 3-3.5 A / mmz.
- Maximal flödestäthet (magnetflöde) i stator- och rotor- materialet.- Maximum flux density (magnetic flux) in the stator and rotor material.
- Maximal elektrisk fältstyrka i isolermaterialet, den sk elektriska hållfastheten.- Maximum electric field strength in the insulating material, the so-called electric strength.
Flerfas växelströmslindningar utförs antingen som en- eller tvåskiktslindningar. Vid enskiktslindningar finns endast en härvsida per spår, vid tvåskiktslindningar två härvsidor per spår. Tvåskiktslindningar utföres vanligen som övergångs- lindningar, medan i sammanhanget aktuella enskiktslindningar kan utföras som övergångslindning eller planlindning. Vid övergångslindning förekommer endast en (eller möjligen två) härvvidder, medan planlindningar utföres som koncentriska lindningar, dvs med kraftigt varierande härvvidd. Med härv- vidd avses avståndet i bågmått mellan två härvsidor tillhö- rande samma härva, antingen i förhållande till aktuell pol- delning eller i antal mellanliggande spårdelningar. Vanligen tillämpas olika varianter av kordning, t ex stegförkortning för att ge lindningen önskade egenskaper. Lindningstypen be- skriver i huvudsak hur härvorna i spåren, härvsidorna, kopp- las ihop utanför statorn, dvs vid härvändorna.Multiphase AC windings are made as single- or two-layer windings. For single-layer windings there is only one warp side per track, for two-layer windings two warp sides per track. Two-layer windings are usually performed as transition windings, while in this context current single-layer windings can be performed as transition windings or planar windings. In the case of transition winding, only one (or possibly two) torsional widths occur, while planar windings are carried out as concentric windings, ie with widely varying torsional widths. Twisting width refers to the distance in arc dimensions between two twisting sides belonging to the same twist, either in relation to the actual pole division or in the number of intermediate track divisions. Usually different variants of coding are applied, eg step shortening to give the winding desired properties. The winding type mainly describes how the coils in the grooves, the coil sides, are connected outside the stator, ie at the coil ends.
Utanför statorns plåtpaket är härvan ej försedd med påmålat halvledande jordpotentialskikt. Härvändan är normalt försedd med en E-fältstvrning i form av sk glimskyddslack för att konvertera ett radiellt fält till ett axiellt fält, vilket medför att isoleringen på härvändarna hamnar på en hög po- l0 l5 20 25 30 35 520 775 tential relativt jord. Detta ger ibland upphov till glimning De sk fält- styrningspunkterna vid härvändarna innebär problem för en i härvändsregionen, vilket kan vara destruktivt. roterande elektrisk maskin.Outside the stator's sheet metal package, the coil is not provided with a painted semiconducting earth potential layer. The end face is normally provided with an E-field guide in the form of so-called glow protection varnish to convert a radial field to an axial field, which means that the insulation on the end faces ends up at a high potential relative to earth. This sometimes gives rise to glimmers. rotary electric machine.
Normalt utförs alla större maskiner med 2-skiktslindning och lika stora härvor. Varje härva placeras med en sida i ena Detta innebär Vid flera skikt än två försvårar dessa korsningar lindningsarbete och skiktet och andra sidan i det andra skiktet. att samtliga härvor korsar varandra i härvändan. försämrar härvändan.Normally, all larger machines are made with 2-layer winding and equally large skeins. Each tangle is placed with one side in one This means With more than two layers, these intersections complicate winding work and the layer and the other side in the other layer. that all coils cross each other in reverse. impairs reversal.
Det är allmänt känt att anslutning av en synkronmaskin/ ge- nerator till ett kraftnät måste ske via en.A/Y-kopplad sk "step-up"-transformator, eftersom kraftnätets spänning i re- gel ligger på en högre nivå än den roterande elektriska ma- skinens spänning. Denna transformator utgör således tillsam- mans med synkronmaskinen integrerade delar av en anläggning.It is generally known that the connection of a synchronous machine / generator to a power grid must take place via an A / Y-connected so-called "step-up" transformer, since the voltage of the power grid is generally at a higher level than the rotating voltage of the electric machine. This transformer thus, together with the synchronous machine, forms integral parts of a plant.
Transformatorn utgör en extra kostnad och har också den nackdelen att den totala verkningsgraden i systemet sänks.The transformer is an extra cost and also has the disadvantage that the overall efficiency of the system is reduced.
Om det vore möjligt att tillverka maskiner för väsentligt högre spänningar kan således "step-up"-transformatorn ute- slutas.Thus, if it were possible to manufacture machines for significantly higher voltages, the "step-up" transformer can be excluded.
Det har under de senaste decennierna vuxit fram önskemål på roterande elmaskiner för högre spänning än vad man har kun- nat konstruera och tillverka tidigare. Den maximala spän- ningsnivå som enligt teknikens ståndpunkt har varit möjlig att uppnå för synkronmaskiner med gott utbyte i härvproduk- tionen ligger vid 25-30 kV.In recent decades, there has been a desire for rotary electric machines for higher voltage than has been possible to design and manufacture before. The maximum voltage level which, according to the state of the art, has been possible to achieve for synchronous machines with a good yield in the coil production is 25-30 kV.
Vissa försök till ett nytänkande när det gäller konstruktion av synkrona maskiner finns beskrivna bl a i en artikel "Water-and-oil-cooled Turbogenerator TVM-300" i J. Elektro- technika, Nr. l, l970, sidorna 6-8, i US 4 429 244 "Stator of generator" och i ryska patentskriften CCCP patent 955369. 10 l5 20 25 35 520 775 Den vatten- och oljekylda synkronmaskinen som beskrivs i J.Some attempts at new thinking regarding the design of synchronous machines are described, among other things, in an article "Water-and-oil-cooled Turbogenerator TVM-300" in J. Elektrotechnika, Nr. 1,970, pages 6-8, in US 4,429,244 "Stator of generator" and in Russian patent specification CCCP patent 955369. The water and oil cooled synchronous machine described in J.
Elektrotechnika är avsedd för spänningar upp till 20 kV. I artikeln beskrivs ett nytt isolationssystem bestående av att helt Oljan kan då användas som kylme- olje/pappersisolation, vilket gör det möjligt dränka in statorn i olja. dium samtidigt som den används som isolation. För att hindra finns vid kärnans Stator- lindningen är tillverkad av ledare med en oval ihålig form olja i statorn att läcka ut mot rotorn, invändiga yta en dielektrisk oljeseparerande ring. försedda med olje- och pappersisolation. Härvsidorna med sin isolation är fasthållna i de med rektangulärt tvärsnitt for- made spåren med hjälp av kilar. Som kylmedel används olja både i de ihåliga ledarna och i hål i storväggarna. Sådana kylsystem medför dock att det blir ett stort antal kopp- lingar av både olja och el vid härvändarna. Den tjocka iso- lationen innebär också en ökad krökningsradie på ledarna vilket i sin tur medför en ökad storlek på härvutliggningen.Electrical engineering is intended for voltages up to 20 kV. The article describes a new insulation system consisting of completely Oil can then be used as cooling oil / paper insulation, which makes it possible to soak the stator in oil. dium while being used as insulation. To prevent there is at the core the Stator winding is made of conductors with an oval hollow shape oil in the stator to leak out towards the rotor, inner surface a dielectric oil separating ring. fitted with oil and paper insulation. The warp sides with their insulation are fastened in the grooves formed with a rectangular cross-section by means of wedges. Oil is used as a coolant both in the hollow conductors and in holes in the large walls. Such cooling systems, however, mean that there will be a large number of connections of both oil and electricity at the reversers. The thick insulation also means an increased radius of curvature on the conductors, which in turn leads to an increased size of the coil alignment.
Ovan nämnda US patent avser statordelen hos en synkronmaskin som innefattar en magnetisk kärna av laminerad plåt med tra- petsliknande spår för statorlindningen. Spåren är avtrappade eftersom behovet av isolation av statorlindningen är mindre in mot rotorn där den del av lindningen som befinner sig Statordelen innefattar närmast neutralpunkten är förlagd. dessutom en dielektrisk oljeseparerande cylinder närmast kärnans inre yta. Denna del kan komma att öka nagnetise- ringsbehovet relativt en maskin utan denna ring. Statorlind- ningen är tillverkad av oljeindränkta kablar med samma dia- meter för varje härvlager. Lagren är skida från varandra med hjälp av distanselement i spåren och säkrade med kilar. Det som är speciellt för lindningen är att den består av två vad som kallas halv-lindningar kopplade i serie. Den ena av de två halvlindningarna är centrerat placerad inuti en isola- tionshylsa. Statorlindningens ledare är kylda med omgivande olja. En nackdel med så mycket olja i systemet är läckage- 10 15 20 25 35 520 775 risken och det stora saneringsarbetet som kan bli följden vid ett feltillstànd. De delar av isolationshylsan som be- finner sig utanför spåren har en cylindrisk del och en ko- nisk skärmelektrod vars uppgift är att styra den elektriska fältstyrkan i området där kabeln lämnar plåten.The above-mentioned U.S. patent relates to the stator part of a synchronous machine which comprises a magnetic core of laminated sheet metal with trapezoidal grooves for the stator winding. The grooves are tapered because the need for insulation of the stator winding is less towards the rotor where the part of the winding that is located. The stator part includes closest to the neutral point is located. in addition, a dielectric oil separating cylinder closest to the inner surface of the core. This part may increase the need for networking relative to a machine without this ring. The stator winding is made of oil-soaked cables with the same diameter for each twist bearing. The bearings are separated from each other by means of spacers in the grooves and secured with wedges. What is special about the winding is that it consists of two so-called half-windings connected in series. One of the two half-windings is centrally located inside an insulating sleeve. The stator winding conductors are cooled with ambient oil. A disadvantage of so much oil in the system is the risk of leakage and the large remediation work that can result from a fault condition. The parts of the insulating sleeve that are located outside the grooves have a cylindrical part and a conical shield electrode whose task is to control the electric field strength in the area where the cable leaves the plate.
Av CCCP 955369 framgår det i ett annat försök att höja syn- kronmaskinens märkspänning att den oljekylda statorlind- ningen utgörs av en högspänningskabel med samma dimension för samtliga lager. Kabeln är placerad i statorspår formade som cirkulära radiellt placerade öppningar motsvarande ka- belns tvärsnittsyta och nödvändig plats kylmedel. omges av och fixeras i isolerande rör. för fixering och De olika radiellt placerade lagren av lindningen Isolerande distans- element fixerar rören i statorspåret. Pga oljekylningen be- hövs också här en inre dielektrisk ring för tätning av olje- kylmedlet mot det inre luftgapet. Den visade konstruktionen har ingen trappning av isolationen eller av statorspåren.CCCP 955369 states in another attempt to increase the rated voltage of the synchronous machine that the oil-cooled stator winding consists of a high-voltage cable with the same dimension for all bearings. The cable is placed in stator grooves shaped as circular radially placed openings corresponding to the cross-sectional area of the cable and the necessary location of coolant. surrounded by and fixed in insulating pipes. for fixing and The various radially placed bearings of the winding Insulating spacers fix the pipes in the stator groove. Due to the oil cooling, an inner dielectric ring is also needed here for sealing the oil coolant against the inner air gap. The construction shown has no stepping of the insulation or of the stator grooves.
Konstruktionen uppvisar en mycket smal radiell midja mellan de olika statorspåren vilket innebär ett stort spårläckflöde som påtagligt påverkar maskinens magnetiseringsbehov.The construction has a very narrow radial waist between the various stator grooves, which means a large groove leakage flow which significantly affects the magnetization needs of the machine.
I en rapport från Electric Power Research Institute, EPRI, EL-3391 från april 1984 redovisas en genomgång av maskinkon- cept för att åstadkomma högre spänning hos en roterande elektrisk maskin i syfte att kunna ansluta en maskin till ett kraftnät utan mellanliggande transformator. En sådan lösning bedöms av utredningen ge goda effektivitetsvinster och stora ekonomiska fördelar. Huvudanledningen till att man 1984 bedömde det möjligt att börja utveckla generatorer för direktanslutning' till kraftnät var att. man då hade tagit fram en supraledande rotor. Den stora magnetiseringskapaci- teten hos det supraledande fältet gör det möjligt att använ- da luft med tillräcklig tjocklek för att stå kombinera det att konstruera en emot de elektriska påkänningarna. Genom att enligt projektet mest lovande konceptet 10 l5 20 25 35 520 775 magnetkrets med lindning, sk "monolithe cylinder armature", ett koncept där två cylindrar av ledare är inneslutna i tre cylindrar av isolation och hela strukturen fästes vid en järnkärna utan tänder gjordes bedömningen att en roterande elektrisk maskin för högspänning skulle kunna direktanslutas till ett kraftnät. Lösningen innebar att huvudisolationen måste göras tillräckligt tjock för att klara nät-mot-nät och nät-mot-jord potentialer. Uppenbara nackdelar med den före- slagna lösningen är att förutom att den kräver en suprale- dande rotor, så krävs en mycket tjock isolering vilket ökar maskinstorleken. Härvändarna. måste isoleras och kylas med olja eller freoner för att styra de stora elektriska fälten Hela maskinen måste vara hermetiskt innesluten för att förhindra det flytande dielektrikat att ta upp fukt i ändarna. från atmosfären.A report from the Electric Power Research Institute, EPRI, EL-3391 from April 1984 presents a review of machine concepts for achieving higher voltage in a rotating electric machine in order to be able to connect a machine to a power grid without an intermediate transformer. Such a solution is judged by the inquiry to provide good efficiency gains and major economic benefits. The main reason why it was considered possible in 1984 to start developing generators for direct connection to power grids was that. a superconducting rotor had then been developed. The large magnetizing capacity of the superconducting field makes it possible to use air of sufficient thickness to stand and combine it to construct one against the electrical stresses. According to the project's most promising concept 10 l5 20 25 35 520 775 magnetic circuit with winding, so-called "monolithhe cylinder armature", a concept where two cylinders of conductors are enclosed in three cylinders of insulation and the whole structure is attached to an iron core without teeth, the assessment was made that a rotating electric machine for high voltage could be directly connected to a power grid. The solution meant that the main insulation had to be made thick enough to withstand network-to-network and network-to-ground potentials. Obvious disadvantages of the proposed solution are that in addition to requiring a superconducting rotor, a very thick insulation is required, which increases the machine size. The invaders. must be insulated and cooled with oil or freons to control the large electric fields The entire machine must be hermetically sealed to prevent the liquid dielectric from absorbing moisture at the ends. from the atmosphere.
Ovanstående redovisning påvisar följaktligen att dagens ställverksstationer lämnar en hel del övrigt att önska.The above report consequently shows that today's switchgear stations leave a lot to be desired.
Detta är betingat både av själva generatorutförandet och av den omständigheten att enligt konventionell teknik ”step- up”-transformatorer erfordras.This is conditioned both by the generator design itself and by the fact that according to conventional technology “step-up” transformers are required.
Det påpekas att med begreppet ställverksstation här avses en station, som är avsedd för samling och/eller fördelning av elektrisk energi och innefattar för denna verksamhet erfor- derlig utrustning, inbegripande bland annat utrustning för koppling och övervakning.It is pointed out that the term switchgear station here refers to a station which is intended for the collection and / or distribution of electrical energy and includes equipment required for this activity, including, among other things, equipment for connection and monitoring.
§AMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är primärt att åstadkomma en ställverksstation, vid vilken åtminstone någon eller några av de ovan diskuterade nackdelar, som vidlåder känd + . . . . teknik, eliminerats. lO 15 20 25 30 35 520 775 Det primära syftet uppnås med hjälp av en station av det slag som definieras i efterföljande krav, och då närmast i kravet 1.SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is primarily to provide a switchgear station, in which at least one or some of the disadvantages discussed above, which are known +. . . . technology, eliminated. The primary object is achieved by means of a station of the type defined in the appended claims, and then immediately in claim 1.
I vid bemärkelse konstateras att den uppfinningsenliga ut- formningen genom att den skapar möjlighet att i huvudsak in- nehålla det pà grund av nämnda elektriska ledare uppstàende elektriska fältet i_isolationssystemet reducerar uppkommande förluster så att följaktligen maskinen kan fungera med en högre verkningsgrad. Reduktionen av förlusterna ger i. sin tur upphov till lägre temperatur i anordningen, vilket redu- cerar kylbehovet och gör att eventuellt förekommande kyl- anordningar kan utformas enklare än i avsaknad av uppfin- ningen.In a broad sense, it is stated that the design according to the invention, by creating the possibility to contain mainly the electric field arising due to said electric conductor in the insulation system, reduces losses which occur so that consequently the machine can operate with a higher efficiency. The reduction of the losses in turn gives rise to a lower temperature in the device, which reduces the cooling demand and means that any existing cooling devices can be designed more easily than in the absence of the invention.
Den uppfinningsenliga ledaren/isolationssystemet låter sig förverkligas såsom en böjlig kabel, något som innebär vä- sentliga fördelar vad avser tillverkning och montering jäm- fört med hittills konventionella styva lindningar i prefab- ricerad form. Det enligt uppfinningen använda isolationssys- temet innebär dessutom avsaknad av gas- och vätskeformiga isolationsmedier.The conductor / insulation system according to the invention can be realized as a flexible cable, which entails significant advantages in terms of manufacture and assembly compared with hitherto conventional rigid windings in prefabricated form. The insulation system used according to the invention also means a lack of gaseous and liquid insulation media.
Den uppfinningsenliga roterande elektriska maskinen skapar därmed förutsättningar för att drivas med så hög spänning att den tidigare omtalade "step up"-transformatorn kan ute- slutas. Maskinen kan således drivas med väsentligt högre spänning än maskiner enligt teknikens ståndpunkt för att ut- föra direktanslutning till elkraftnät. Detta medför väsent- ligt lägre investeringskostnader för system med en roterande elektrisk maskin och systemets totala verkningsgrad kan ökas. Uppfinningen eliminerar behovet av särskilda fältstyr- ningsàtgärder vid vissa områden av lindningen, vilka fält- styrningsåtgärder varit nö-vändiga enligt tidigare teknik.The rotating electric machine according to the invention thus creates conditions for operation with such a high voltage that the previously mentioned "step up" transformer can be excluded. The machine can thus be operated with significantly higher voltage than machines according to the state of the art for making a direct connection to an electric power grid. This entails significantly lower investment costs for systems with a rotating electric machine and the system's overall efficiency can be increased. The invention eliminates the need for special field control measures at certain areas of the winding, which field control measures have been necessary according to prior art.
En ytterligare fördel är att uppfinningen gör det lättare att åstadkomma under- och övermagnetisering i ändamål att 10 15 20 25 520 775 10 reducera reaktiva effekter uppkommande när spänning och ström är ur fas med varandra. Härigenom blir således ställ- verksstationen i dess helhet mer effektiv genom reducerade förluster. Till detta kommer* att stationen i. dess helhet förenklas så att densamma icke blott blir prisbilligare utan dessutom tar mindre plats i anspråk.A further advantage is that the invention makes it easier to provide under- and over-magnetization for the purpose of reducing reactive effects which occur when voltage and current are out of phase with each other. This makes the switchgear station as a whole more efficient through reduced losses. In addition, the station as a whole will be simplified so that it not only becomes cheaper but also takes up less space.
Utformningen av lindningen så att den utmed åtminstone en del av sin längd innefattar en isolering bildad av ett fast isoleringsmaterial, innanför denna isolering ett inre skikt och utanför isoleringen ett yttre skikt med dessa skikt av innehålla det Med det avses att halvledande material skapar möjlighet att elektriska fältet i hela maskinen inom lindningen. "fast här använda uttrycket isoleringsmaterial" lindningen skall sakna vätske- eller gasformig isolering, till exempel i form av olja. Istället avses isoleringen vara bildad av ett polymert material. Också det inre och yttre skiktet är bildade av ett polymert material, dock ett halv- ledande sådant.The design of the winding so that along at least a part of its length comprises an insulation formed of a solid insulating material, inside this insulation an inner layer and outside the insulation an outer layer with these layers of containing it. field in the entire machine within the winding. "although the term insulating material is used here" the winding shall have no liquid or gaseous insulation, for example in the form of oil. Instead, the insulation is intended to be formed of a polymeric material. The inner and outer layers are also formed of a polymeric material, however a semiconducting one.
Det inre skiktet och den fasta isoleringen är fast förbundna med varandra över väsentligen hela gränsytan. Även det yttre skiktet och den fasta isoleringen är fast förbundna med var- andra över väsentligen hela gränsytan däremellan. Det inre skiktet fungerar potentialutjämnande och därmed utjämnande vad avser det elektriska fältet utanför det inre skiktet som en konsekvens av dess halvledande egenskaper. Det yttre skiktet avses likaledes vara utformat av ett halvledande ma~ terial och har åtminstone en elektrisk konduktivitet som är högre än den hos isolationen för att det yttre skiktet genom relativt eljest låg potential dels att i anslutning till jord eller skall förmå dels att fungera potentialutjämnande, huvudsak innehålla det på grund av nämnda elektriska ledare skiktet. Å _ g. A + . H . N uppsraenue elektriska fältet innanför det yttre andra sidan bör det yttre skiktet ha en resistivitet som är 10 15 20 25 30 35 520 775 ll tillräcklig för att minimera de elektriska förlusterna i detsamma.The inner layer and the solid insulation are firmly connected to each other over substantially the entire interface. The outer layer and the solid insulation are also firmly connected to each other over substantially the entire interface therebetween. The inner layer has a potential equalizing and thus equalizing with respect to the electric field outside the inner layer as a consequence of its semiconducting properties. The outer layer is likewise intended to be formed of a semiconducting material and has at least an electrical conductivity which is higher than that of the insulation in order for the outer layer to have a relatively equal potential due to relatively otherwise low ground or to be able to function as a potential equalizer. mainly contain it due to said electrical conductor layer. Å _ g. A +. HRS . When the electric field is inside the outer other side, the outer layer should have a resistivity which is sufficient to minimize the electric losses therein.
Den fasta förbindningen mellan isoleringsmaterialet och de inre och yttre halvledande skikten skall vara så likformig över väsentligen hela gränsytan att inga kaviteter, porer eller dylikt uppstår. Vid de höga spänningsnivåer som avses enligt uppfinningen kommer den elektriska och termiska be- lastningen som kan uppstå att ställa synnerligen höga krav på isoleringsmaterialet. Det är känt att så kallade partial discharges, PD, generellt utgör ett allvarligt problem för isoleringsmaterial vid högspänningsanläggningar. Om kavite- ter, porer eller dylikt uppstår kan vid höga elektriska spänningar inre koronaurladdningar uppstå, varvid isole- ringsmaterialet gradvis bryts ned och detta till slut kan Detta kan Isoleringen bör leda till elektriskt genomslag genom isoleringen. medföra allvarliga haverier hos nmskinen. således vara homogen.The solid connection between the insulating material and the inner and outer semiconducting layers must be so uniform over substantially the entire interface that no cavities, pores or the like occur. At the high voltage levels referred to in the invention, the electrical and thermal loads that may occur will place extremely high demands on the insulation material. It is known that so-called partial discharges, PD, generally pose a serious problem for insulation materials in high-voltage installations. If cavities, pores or the like occur, internal corona discharges can occur at high electrical voltages, whereby the insulation material gradually breaks down and this can eventually. This can The insulation should lead to electrical penetration through the insulation. cause serious breakdowns in the nmskinen. thus being homogeneous.
Det inre skiktet innanför isoleringen skall ha en elektrisk ledningsförmåga som är lägre än den hos den elektriska leda- ren men tillräcklig för att det inre skiktet skall fungera potentialutjämnande avser det elektriska fältet utanför det inre skiktet. och därmed utjämnande vad Detta i kombina- tion Ined isoleringen över väsentligen hela gränsytan, det vill säga frånvaron av kaviteter etc, innebär ett väsentligen likfor- migt elektriskt fält utanför det inre skiktet och minimal risk för PD.The inner layer inside the insulation shall have an electrical conductivity which is lower than that of the electrical conductor but sufficient for the inner layer to function as a potential equalizer refers to the electric field outside the inner layer. and thus leveling what This in combination Ined the insulation over substantially the entire interface, ie the absence of cavities etc, means a substantially uniform electric field outside the inner layer and minimal risk of PD.
Det föredrages att det inre skiktet och den fasta isole- ringen utgörs av material med väsentligen lika termiska ut- vidgningskoefficienter. Detsamma föredras vad beträffar det ..4_4. A 1,-I*.+-^+- h »l -F 4- ' l ' ' " yttre skiktet och den rasta isoleringen. Detta innebar att de inre och yttre skikten och den fasta isoleringen kommer att bilda ett isolationssystem som vid temperaturförändring- 10 15 20 25 30 u) (fl 520 775 12 ar utvidgar sig respektive drar sig samman likformigt såsom en monolitisk del utan att dessa temperaturförändringar ger upphov till någon destruktion eller söndring i gränsytorna.It is preferred that the inner layer and the solid insulation consist of materials with substantially equal coefficients of thermal expansion. The same is preferred as far as it ..4_4. A 1, -I *. + - ^ + - h »l -F 4- '1' '" the outer layer and the rust insulation. temperature change 10 15 20 25 30 u) (fl 520 775 12 ar expands and contracts uniformly as a monolithic part without these temperature changes giving rise to any destruction or disintegration in the interfaces.
Således säkerställs intimitet i kontaktytan mellan de inre och yttre skikten och den fasta isoleringen och förutsätt- för att vidmakthålla denna ningar intimitet under långa driftsperioder.Thus, intimacy in the contact surface between the inner and outer layers and the solid insulation is ensured and it is a prerequisite to maintain this intimacy for long periods of operation.
Det påpekas vidare att det är väsentligt att materialen i de inre och yttre skikten och i den fasta isoleringen har hög elasticitet så att materialen förmår utstå de påfrestningar som uppstår när kabeln böjs och när kabeln under drift ut- sätts för termiska pàkänningar. Speciellt viktig är en god vidhäftning mellan den fasta isoleringen och de inre och de yttre skikten och en hög elasticitet hos dessa skikt respek- tive den fasta isoleringen för den händelse Inaterialen i skikten och den fasta isoleringen icke skulle vara av vä- sentligen lika värmeutvidgningskoefficienter. Dessutom är det fördelaktigt att materialen i de inre och yttre skikten och i den fasta isoleringen har väsentligen lika elasticitet (E-modul), skjuvspänningar" i gränszonen Inellan skikten och den fasta något som kommer att motverka uppkomsten av isoleringen.It is further pointed out that it is essential that the materials in the inner and outer layers and in the solid insulation have high elasticity so that the materials are able to withstand the stresses that arise when the cable is bent and when the cable is subjected to thermal stresses during operation. Of particular importance is a good adhesion between the solid insulation and the inner and outer layers and a high elasticity of these layers and the solid insulation, respectively, in the event that the materials in the layers and the solid insulation would not be of substantially equal coefficients of thermal expansion. In addition, it is advantageous that the materials in the inner and outer layers and in the solid insulation have substantially equal elasticity (E-modulus), shear stresses "in the boundary zone between the layers and the solid something which will counteract the formation of the insulation.
Det påpekas vidare att det är väsentligt att materialen i de inre och yttre skikten och i den fasta isoleringen har hög elasticitet så att materialen förmår utstå de påfrestningar som uppstår när kabeln böjs och när kabeln under drift ut- sättes för termiska påkänningar. Speciellt viktig är en god vidhäftning Inellan den fasta isoleringen och de inre och yttre skikten och en hög elasticitet hos dessa skikt respek- tive den fasta isoleringen för den händelse nmterialen i skikten och den fasta isoleringen icke skulle ha väsentligen värmeutvidgningskocfficienter. Dessutom är det fördel- QJ _11. _LI\ FJ aktigt att materialen i de inre och yttre skikten och i den fasta isoleringen har väsentligen lika elasticitet, något 10 15 20 25 35 520 775 ¿¿¿: ggize, 13 skjuvspänningar i Det fö- som kommer att motverka uppkomsten av gränszonen mellan skikten och den fasta isoleringen. redrages att materialen i de inre och yttre skikten och i den fasta isoleringen har en E-modul som är mindre än 500 MPA, 200 MPA. För att kunna bilda lindningar medelst kabeln är det väsentligt att dess böjlig- företrädesvis mindre än het är god. Det föredrages att kabeln skall vara kapabel att underkastas böjningh utan menlig inverkan på funktionen, med en krökningsradie som är 20 gånger kabeldiametern eller mindre, lämpligen 15 gånger kabeldiametern eller mindre. Det föredrages att kabeln skall kunna gå att böja till en krök- ningsradie om 4 à 5 gånger kabeldiametern eller till och med mindre utan att adekvat funktion äventyras.It is further pointed out that it is essential that the materials in the inner and outer layers and in the solid insulation have high elasticity so that the materials are able to withstand the stresses that arise when the cable is bent and when the cable is subjected to thermal stresses during operation. Particularly important is a good adhesion. Between the solid insulation and the inner and outer layers and a high elasticity of these layers and the solid insulation, respectively, in the event that the material in the layers and the solid insulation would not have significant coefficients of thermal expansion. In addition, it is advantageous- QJ _11. _LI \ FJ that the materials in the inner and outer layers and in the solid insulation have substantially equal elasticity, slightly 10 15 20 25 35 520 775 ¿¿¿: ggize, 13 shear stresses in It will counteract the formation of the boundary zone between the layers and the solid insulation. It is explained that the materials in the inner and outer layers and in the solid insulation have an E-modulus that is less than 500 MPA, 200 MPA. In order to be able to form windings by means of the cable, it is essential that its flexibility is preferably less than hot. It is preferred that the cable be capable of being subjected to bending without adversely affecting the function, with a radius of curvature being 20 times the cable diameter or less, preferably 15 times the cable diameter or less. It is preferred that the cable should be able to bend to a radius of curvature of 4 to 5 times the cable diameter or even smaller without compromising adequate function.
Den elektriska belastningen på isolationssystemet minskar som en följd av att de av halvledande naterial bestående inre och yttre skikten kring isoleringen kommer att tendera att utgöra väsentligen ekvipotentiella ytor och att därige- nom det elektriska fältet i själva isoleringen kommer att fördelas relativt jämnt över isoleringens tjocklek.The electric load on the insulation system decreases as a result of the fact that the inner and outer layers of the insulating material around the insulation will tend to constitute substantially equipotential surfaces and that the electric field in the insulation itself will be distributed relatively evenly over the thickness of the insulation.
Det är känt att högspänningskablar för överföring av elek- trisk energi kan vara uppbyggda av ledare med en isolering av ett fast isoleringsmaterial med inre och yttre skikt av halvledande material. Vid överföring av elektrisk energi så har man sedan länge tagit fasta på att isoleringen skall va- ra fri från defekter. Vid högspänningskablar för transmis- sion ändras dock ej den elektriska potentialen utmed kabelns längd utan potentialen ligger i princip pà samma nivå. Dock kan även vid högspänningskablar för transmissionsbruk uppstå transienta för- ibmentana potentialskillnader på grund av såsom vid åsknedslag. Enligt föreliggande uppfinning utnyttjas vid den elektromagnetiska anordningen som lindning 'l.+-4-' 1' i utformad enligt cftcrfoljande krav. 10 15 20 25 30 520 775 14 En ytterligare förbättring kan åstadkommas genonl att den elektriska ledaren i lindningen är uppbyggd av ndndre så kallade kardeler, från varandra. av vilka åtminstone vissa är isolerade Genom att göra dessa parter med relativt li- tet tvärsnitt, företrädesvis närmelsevis runt, så kommer det magnetiska fältet över parterna att uppvisa en konstant geo- metri i förhållande till fältet och uppkomsten av virvel- strömmar minimeras därmed.It is known that high voltage cables for the transmission of electrical energy can be built up of conductors with an insulation of a solid insulation material with inner and outer layers of semiconducting material. When transferring electrical energy, it has long been established that the insulation must be free from defects. In the case of high-voltage cables for transmission, however, the electrical potential does not change along the length of the cable, but the potential is in principle at the same level. However, even with high-voltage cables for transmission use, transient predominant potential differences can occur due to, as in the case of lightning strikes. According to the present invention, the electromagnetic device is used as a winding '1. + - 4-' 1 'in a design according to the following claims. A further improvement can be achieved by the fact that the electrical conductor in the winding is built up of lower so-called strands, from each other. of which at least some are isolated By making these parts with a relatively small cross-section, preferably approximately round, the magnetic field over the parties will have a constant geometry in relation to the field and the occurrence of eddy currents is thereby minimized.
Lindningen utgöres enligt uppfinningen således företrädesvis av en kabel innefattande den elektriska ledaren och det ti- beskrivna varvid dettas inre digare isolationssystemet, skikt sträcker sig kring ledarens parter. Utanför detta inre halvledande skikt finns kabelns huvudisolation i form av ett fast isoleringsmaterial.According to the invention, the winding thus preferably consists of a cable comprising the electrical conductor and the one described, the inner insulation system of the conductor extending around the conductors' parts. Outside this inner semiconductor layer is the main insulation of the cable in the form of a solid insulating material.
Det yttre halvledande skiktet skall enligt uppfinningen upp- visa sådana elektriska egenskaper att en potentialutjämning utmed ledaren säkerställes. Dock får det yttre skiktet icke uppvisa sådana ledningsegenskaper att en ström kommer att ledas utmed ytan, vilket skulle ge uppkomst till förluster För de (vid 20 För det inre som i sin tur kan orsaka oönskad termisk belastning. inre och yttre skikten gäller de motståndsuppgifter C) som definieras i efterföljande krav 5 och 6. halvledande skiktet gäller att det måste uppvisa tillräcklig elektrisk ledningsförmåga för att säkerställa potentialut- jämning för det elektriska fältet men samtidigt måste detta skikt uppvisa sådan resistivitet att inneslutningen av det elektriska fältet säkerställes.According to the invention, the outer semiconductor layer must exhibit such electrical properties that a potential equalization along the conductor is ensured. However, the outer layer must not exhibit such conductive properties that a current will be conducted along the surface, which would give rise to losses. For those (at ) as defined in the following claims 5 and 6. the semiconductor layer must have sufficient electrical conductivity to ensure equipotential bonding of the electric field, but at the same time this layer must have such resistivity that the confinement of the electric field is ensured.
Det är viktigt att det inre skiktet utjämnar oregelbunden- heter hos ledarens yta och bildar en ekvipotentialyta med hög ytfinish vid gränsytan mot den fasta isoleringen. Det inre skiktet kan bildas med varierande tjocklek men för att ..1 säkerställa en jämn yta med. avseende på ledaren. och den lO l5 20 25 Lu C) u) gi _, ...v i 520 775 15 fasta isoleringen är tjockleken lämpligen mellan 0,5 och l mm.It is important that the inner layer evens out irregularities in the conductor surface and forms an equipotential surface with a high surface finish at the interface with the solid insulation. The inner layer can be formed with varying thickness but to ..1 ensure a smooth surface with. with respect to the leader. and in the solid insulation, the thickness is suitably between 0.5 and 1 mm.
En sådan böjlig lindningskabel som kommer till användning enligt föreliggande uppfinning vid dess roterande maskin är en vidareutveckling av den i och för sig för transmissions- ändamål använda PEX-kabeln eller en kabel med EP-gummiisola- tion. Vidareutvecklingen innefattar bland annat ett nytt ut- förande både vad den elektriska ledarens parter beträffar och också att kabeln, åtminstone vid vissa utföranden, icke avses ha något yttre hölje för mekaniskt skydd av kabeln.One such flexible winding cable which is used according to the present invention in its rotating machine is a further development of the PEX cable used per se for transmission purposes or a cable with EP rubber insulation. The further development includes, among other things, a new design both as far as the parts of the electrical conductor are concerned and also that the cable, at least in certain designs, is not intended to have any outer casing for mechanical protection of the cable.
Dock är det möjligt enligt uppfinningen att utanför det yttre halvledande skiktet anordnas en ledande metallskärm och en yttre mantel. Metallskärmen kommer därvid att erhålla karaktären av yttre mekaniskt och elektriskt skydd, exempel- vis mot åsknedslag. Det föredrages att det inre halvledande skiktet kommer att ligga på den elektriska ledarens poten- tial. För detta ändamål avses åtminstone en zæf den elek- triska ledarens kardeler vara oisolerad och så anordnad att god elektrisk kontakt åstadkommes med det inre halvledande skiktet. dande med elektrisk kontakt mot det inre halvledande skik- Alternativt kan olika kardeler vara växelvis le- tet. Den avgörande fördelen med en kabelformad lindning en- ligt uppfinningen är att det elektriska fältet är inneslutet i lindningen och att det således inte finns något elektriskt fält utanför det yttre halvledande skiktet. elektriska fältet uppträder endast i den fasta huvudisole- Det åstadkomna ringen.However, it is possible according to the invention that a conductive metal shield and an outer jacket are arranged outside the outer semiconducting layer. The metal screen will thereby acquire the character of external mechanical and electrical protection, for example against lightning strikes. It is preferred that the inner semiconductor layer be at the potential of the electrical conductor. For this purpose, at least one of the strands of the electrical conductor is intended to be uninsulated and arranged so that good electrical contact is achieved with the inner semiconductor layer. Alternatively, different strands may be alternately conductive. The decisive advantage of a cable-shaped winding according to the invention is that the electric field is enclosed in the winding and that there is thus no electric field outside the outer semiconductor layer. the electric field appears only in the fixed main isolation- The provided ring.
En väsentligt reducerad termisk påkänning på statorn uppnås.A significantly reduced thermal stress on the stator is achieved.
Tillfälliga överbelastningar av maskinen blir därmed mindre kritiska och det blir möjligt att driva maskinen vid över- last under längre tid utan att riskera skador. Detta innebär Fi .. . H . _ s for kraftverksagare som vid störningar idag snabbt tvingas koppla om till andra utrustningar för att sä- kerställa lagstadgade leveranskrav. lO 15 20 25 520 775 16 Med en roterande elektrisk maskin enligt uppfinningen kan underhållskostnaderna minska väsentligt tack vare att trans- formator samt brytare inte behöver ingå i systemet för att koppla maskinen mot kraftnätet.Temporary overloads of the machine thus become less critical and it becomes possible to operate the machine in case of overload for a longer period of time without risking damage. This means Fi ... HRS . s for power plant operators who in the event of disruptions today are quickly forced to switch to other equipment to ensure statutory delivery requirements. With a rotating electrical machine according to the invention, maintenance costs can be significantly reduced due to the fact that the transformer and switch do not have to be included in the system for connecting the machine to the power grid.
Ovan har redan beskrivits hurusom det yttre halvledande skiktet hos lindningskabeln avses bli anslutet till jordpo- tential. Avsikten är därvid att skiktet utmed lindningska- belns hela längd skall hållas på väsentligen jordpotential.It has already been described above whether the outer semiconducting layer of the winding cable is intended to be connected to earth potential. The intention is that the layer along the entire length of the winding cable should be kept at substantially ground potential.
Det är möjligt att uppdela det yttre halvledande skiktet ge- nom avskärning i ett antal utmed lindningskabelns längd för- delade avsnitt, varvid varje enskilt skiktavsnitt kan anslu- tas direkt till jordpotential. Därmed skapas förutsättning för större likformighet utmed lindningskabelns längd.It is possible to divide the outer semiconductor layer by cutting into a number of sections distributed along the length of the winding cable, whereby each individual layer section can be connected directly to earth potential. This creates the conditions for greater uniformity along the length of the winding cable.
Ovan har nämnts hurusom den fasta isoleringen och de inre och yttre skikten kan åstadkommas genom exempelvis extrude- ring. Andra tekniker är emellertid också väl möjliga, exem- pelvis bildning av dessa inre och yttre skikt respektive isoleringen med hjälp av påsprutning av materialet ifråga.It has been mentioned above how the solid insulation and the inner and outer layers can be achieved by, for example, extrusion. However, other techniques are also quite possible, for example the formation of these inner and outer layers or the insulation by means of spraying on the material in question.
Det foredrages att lindningskabeln utformas med ett cirku- lärt tvärsnitt. Dock kan också andra tvärsnitt komma till användning i fall där man önskar erhålla bättre packnings- täthet.It is preferred that the winding cable be designed with a circular cross section. However, other cross-sections can also be used in cases where it is desired to obtain a better packing density.
För att bygga upp spänning i den roterande elektriska maski- nen läggs lindningskabeln i flera på varandra följande varv i spår i magnetkärnan. Lindningen kan utföras såsom en fler- skiktad härvändskorsningar. koncentrisk kabellindning för att minska antalet Kabeln kan utföras med trappad isolation för att bättre utnyttja magnetkärnan, varvid spårens utform- fi) . . . . . . *r ocksa kan anpassas till lindningens avtrappade isola- LQ io F? 5 10 15 20 25 30 520 775 j_j; ¿§fl@ 17 En väsentlig fördel vid uppfinningens tillämpning vid en ro- terande elektrisk maskin är att det elektriska fältet är nä- ra noll i härvändsregionen utanför den yttre halvledaren och att med jordpotential på det yttre halvledande skiktet behö- ver inte det elektriska fältet styras. Detta innebär att man inte kan få några fältkoncentrationer varken inom kärnan, i härvändsregioner eller i övergången mellan dessa.To build up voltage in the rotating electrical machine, the winding cable is laid in several successive turns in grooves in the magnetic core. The winding can be designed as a multi-layered end face junction. concentric cable winding to reduce the number The cable can be made with stepped insulation to make better use of the magnetic core, whereby the design of the grooves fi). . . . . . * r can also be adapted to the tapered insulating LQ io F? 5 10 15 20 25 30 520 775 j_j; ¿§Fl @ 17 A significant advantage in the application of the invention to a rotating electric machine is that the electric field is close to zero in the reversal region outside the outer semiconductor and that with earth potential on the outer semiconductor layer the electric field is not needed controlled. This means that you can not get any field concentrations either within the core, in regions of origin or in the transition between these.
Sammanfattningsvis gäller således att en elektromagnetisk anordning' i fornl av en roterande elektrisk lnaskin enligt uppfinningen innebär ett betydande antal *viktiga fördelar relativt motsvarande maskiner enligt teknikens ståndpunkt.In summary, an electromagnetic device in the form of a rotary electric machine according to the invention entails a significant number of important advantages over corresponding machines according to the prior art.
För det första kan den uppfinningsenliga maskinen anslutas direkt till ett kraftnät vid alla typer av högspänning. En annan väsentlig fördel är att jordpotential konsekvent har förts längs åtminstone en del av och företrädesvis längs he- la lindningen, vilket innebär att härvändsregionen kan göras kompakt och att stagningsanordningar i härvändsregionen kan anbringas på, i det närmaste, jordpotential. Såsom ovan re- dan påpekats försvinner också vid roterande elektriska ma- skiner oljebaserade isolations- och kylsystem. Detta innebär att inga tätningsproblem uppstår och att den tidigare omta- lade dielektriska ringen inte längre behövs. Väsentligt är också att all forcerad kylning kan ske på jordpotential.First, the machine according to the invention can be connected directly to a power grid at all types of high voltage. Another significant advantage is that earth potential has been consistently carried along at least part of and preferably along the entire winding, which means that the turning region can be made compact and that bracing devices in the turning region can be applied to, in the near future, earth potential. As already pointed out above, oil-based insulation and cooling systems also disappear with rotating electrical machines. This means that no sealing problems arise and that the previously mentioned dielectric ring is no longer needed. It is also important that all forced cooling can take place at ground potential.
Kort beskrivning av ritningarna Under hänvisning till bifogade ritningar följer nedan en närmare beskrivning av såsom exempel anförda utföranden av uppfinningen.Brief Description of the Drawings With reference to the accompanying drawings, a more detailed description of exemplary embodiments of the invention follows.
På ritningarna är: Fig l en delvis skuren vy visande de i den aktuella modi- fierade standardkabeln ingående delarna, 10 15 20 25 U) CÖ 35 Fig 2 Fig 3 Fig 4 Fig 5 Fig 6 Fig 7 Fig 8 Fig 9 Fig lO 520 775 18 en axiell ändvy av en sektor/poldelning hos en mag- netkrets enligt uppfinningen, en schematisk vy illustrerande känd teknik, d v s en step-up-transformator inkopplad mellan en generator och tillhörande ställverk, en vy illustrerande en uppfin- anordning enligt ningen, med step-up-transformatorn eliminerad, en perspektivisk vy illustrerande en konventionell generatoranläggning, en liknande vy som illustrerar den förenkling som uppstår som konsekvens av uppfinningens tillämpning, ett över (SVC) enlinjeschema statisk och ett ställverk enligt känd teknik, VAR-kompensering ett enlinjeschema över ett utförande enligt uppfin- ningen som kontrast till det konventionella i Fig 7, ett känd teknik utrustad med statisk omriktare i to-back”-utförande med DC-länk, enlinjeschema över en ställverksstation enligt ”back- och ett enlinjeschema illustrerande, såsom kontrast till det kända utförandet i Fig 9, hurusom en enligt upp- finningen utformad. stallverksstation Ined roterande omriktare blir väsentligt enklare och kräver ett mindre mått av utrymme i jämförelse med stationen enligt Fig 9 med statisk omriktare. wi-šnwnnnflmn rwrnwñnnxwnniFnnnp-*p I: unLL/nnuuvn u .L 1.' utv-nu uu uni' pix 10 15 20 25 35 520 775 19 En viktig förutsättning för att kunna tillverka en magnet- krets i enlighet med uppfinningen är att för lindningen an- med ett inre halvledande skikt mellan isoleringen och en eller flera vända en ledarkabel med fast elektrisk isolering, innanförliggande elektriska ledare och med ett yttre halv- ledande kablar finns skikt beläget utanför isoleringen. Sådana som standardkablar för andra krafttekniska använd- ningsområden, nämligen krafttransmission. För att kunna re- dogöra för en utföringsform skall inledningsvis ges en kort- fattad beskrivning av en standardkabel. Den inre strömfö- rande ledaren består av ett antal kardeler. Kring kardelerna finns ett halvledande inre skikt eller hölje. Utanför detta halvledande inre skikt finns ett isolerande skikt av fast isolering. Den fasta isoleringen bildas av ett polymert ma- terial med. låga elektriska förluster och hög genomslags- (PE) och (EP).In the drawings: Fig. 1 is a partially cut-away view showing the parts included in the current modified standard cable, 10 15 20 25 U) CÖ 35 Fig 2 Fig 3 Fig 4 Fig 5 Fig 6 Fig 7 Fig 8 Fig 9 Fig 10 520 775 18 is an axial end view of a sector / pole division of a magnetic circuit according to the invention, a schematic view illustrating prior art, i.e. a step-up transformer connected between a generator and associated switchgear, a view illustrating an inventive device according to the invention, with the step-up transformer eliminated, a perspective view illustrating a conventional generator set, a similar view illustrating the simplification that arises as a consequence of the application of the invention, an over (SVC) single-line diagram static and a switchgear according to the prior art, VAR compensation a single-line diagram over an embodiment according to the invention in contrast to the conventional one in Fig. 7, a known technique equipped with a static converter in to-back 'design with DC link, one-line diagram of a switchgear illustration according to the reverse and a single line diagram illustrating, as a contrast to the known embodiment in Fig. 9, whether one according to the invention is designed. stable station Ined rotary inverters become significantly simpler and require a smaller amount of space in comparison with the station according to Fig. 9 with static inverters. wi-šnwnnn fl mn rwrnwñnnxwnniFnnnp- * p I: unLL / nnuuvn u .L 1. ' An important condition for being able to manufacture a magnetic circuit in accordance with the invention is that for the winding having an inner semiconducting layer between the insulation and one or more turns a conductor cable with fixed electrical insulation, internal electrical conductors and with an external semiconductor cables, layers are located outside the insulation. Such as standard cables for other power engineering applications, namely power transmission. In order to be able to account for an embodiment, a brief description of a standard cable must initially be given. The internal live conductor consists of a number of strands. Around the strands there is a semiconducting inner layer or casing. Outside this semiconducting inner layer is an insulating layer of solid insulation. The solid insulation is formed from a polymeric material with. low electrical losses and high impact (PE) and (EP).
Såsom konkreta exempel må nämnas polyeten (PEX) Kring det yttre halvledande skiktet kan vara anordnad en me- tallskärm och ett yttre De halvledande styrka. då särskilt tvärbunden polyeten och etenpropen isolerande hölje. skikten består av ett polymert material, med en elektriskt ledande beståndsdel, till exempel eten- sampolymer, till ex- empel ledande sot. En sådan kabel kommer nedan att omtalas som en kraftkabel.As concrete examples may be mentioned polyethylene (PEX) A metal shield and an outer semiconducting strength may be arranged around the outer semiconducting layer. especially crosslinked polyethylene and ethylene propylene insulating casing. The layers consist of a polymeric material, with an electrically conductive component, for example ethylene copolymer, for example conductive soot. Such a cable will be referred to below as a power cable.
En föredragen utföringsform av en kabel avsedd som lindning i den roterande elektriska maskinen framgår av figur 1. Ka- beln 1 visas i figuren som innefattande en strömförande le- dare 2 som innefattar transponerade både oisolerade och iso- lerade kardeler. Elmaskinmässigt transponerade, fast isole- rade kardeler kan också tänkas. Dessa kardeler kan vara slagna/transponerade i ett antal skikt. Kring ledaren finns ett inre halvledande skikt 3 som i sin tur omges av ett ho- mogent skikt av ett fast isoleringsmaterial. I isoleringen 4 , . . . H saknas saledes helt isoleringsmatcrial av vatske- och gastyp. 5. Den kabel som används som lindning i den föredragna utfö- Detta skikt 4 omges av ett yttre halvledande skikt 10 l5 20 25 år) O 35 520 775 20 ringsformen kan vara försedd med metallskärm och yttre man- tel men behöver inte vara detta. För att undvika inducerade strömmar och därmed förknippade förluster i det yttre halv- ledande skiktet 5 skärs detta av, utliggningen, företrädesvis i härvänds- dvs i övergångarna från plåtpaket till härv- korg. Avskärningen utföres så att det yttre halvledande skiktet 5 kommer att uppdelas i flera utmed kabeln förde- lade, delar. Varje avskuren del ansluts sedan till jord varvid det från varandra elektriskt helt eller delvis åtskilda yttre halvledande skiktet 5 kommer att hållas på eller näs- tan på jordpotential i hela kabellängden. Detta innebär att kring den fast isolerade lindningen vid härvändarna har de beröringsbara och de, efter viss tids användning, smutsiga ytorna endast försumbara potentialer till jord samt att de även orsakar försumbara elektriska fält.A preferred embodiment of a cable intended as winding in the rotating electrical machine is shown in Figure 1. The cable 1 is shown in the figure as comprising a live conductor 2 which comprises transposed both uninsulated and insulated strands. Electrically machined, permanently insulated strands are also conceivable. These strands can be beaten / transposed in a number of layers. Around the conductor there is an inner semiconducting layer 3 which in turn is surrounded by a homogeneous layer of a solid insulating material. In the insulation 4,. . . There is thus a complete lack of insulation material of the liquid and gas type. The cable used as the winding in the preferred embodiment This layer 4 is surrounded by an outer semiconducting layer 10 l5 20 25 years) 0 35 520 775 20 ring shape may be provided with a metal shield and outer sheath but need not be this. In order to avoid induced currents and associated losses in the outer semiconductor layer 5, this is cut off, the alignment, preferably in the reverse direction, ie in the transitions from the sheet metal package to the twist basket. The cut-off is made so that the outer semiconducting layer 5 will be divided into several parts distributed along the cable. Each cut-off part is then connected to earth, whereby the electrically completely or partially separated outer semiconductor layer 5 will be kept apart or almost at ground potential for the entire length of the cable. This means that around the permanently insulated winding at the end faces, the touchable and, after a certain period of use, dirty surfaces only have negligible potentials to earth and that they also cause negligible electric fields.
För att optimera en roterande elektrisk maskin är nøgnet- kretsens utformning vad beträffar spåren respektive tänderna av betydelse. Spåren bör anslutas så nära härvsidornas hölje Det är också önskvärt att tänderna på varje ra- Detta är viktigt för att som möjligt. diell nivå är så breda som möjligt. minimera maskinens förluster, magnetiseringsbehov m m.In order to optimize a rotating electric machine, the design of the naked circuit with regard to the grooves and the teeth, respectively, is important. The grooves should be connected as close to the casing side casing It is also desirable that the teeth of each ra- This is important to as possible. The level is as wide as possible. minimize machine losses, magnetization needs, etc.
Med tillgång till en ledare för lindningen som den ovan om- talade kabeln finns stora möjligheter* att kunna optimera magnetkärnan ur nämnda synpunkter. I det följande refereras till en xnagnetkrets i den roterande elektriska maskinens stator. I figur 2 visas en utföringsform av en axiell ändvy av en sektor/poldelning 6 hos en maskin enligt uppfinningen.With access to a conductor for the winding such as the cable mentioned above, there are great opportunities * to be able to optimize the magnetic core from the mentioned points of view. In the following, reference is made to a magnetic circuit in the stator of the rotary electric machine. Figure 2 shows an embodiment of an axial end view of a sector / pole division 6 of a machine according to the invention.
Rotor med rotorpol är betecknad med 7. Statorn är på konven- tionellt sätt sammansatt av en laminerad kärna av elplåt successivt sammansatt av sektorformade plåtar. Från ett ra- diellt ytterst beläget ryggparti 8 av kärnan sträcker sig ett antal tänder 9 radiellt in mot rotorn. Mellan tänderna finns ett motsvarande antal spår 10. Användning av kablar ll enligt ovan medger bl a att spårens djup för högspännings- 10 15 20 25 30 35 520 775 21 maskiner kan göras större än vad som har varit möjligt en- ligt teknikens ståndpunkt. Spåret har ett mot rotorn avtrap- pat tvärsnitt eftersom behovet av kabelisolation blir lägre för varje lindningsskikt in mot rotorn. Som det framgår av figuren består spåret av i huvudsak ett cirkulärt tvärsnitt 12 kring varje skikt hos lindningen med smalare midjepartier 13 mellan skikten. rätt omtalas som ett "cykelkedjespår". Eftersom det i en så- Ett sådant spårtvärsnitt kan :ned viss dan högspänningsmaskin kommer att behövas ett relativt stort antal skikt och tillgången på aktuella kabeldimensioner vad isolation och yttre halvledare beträffar är begränsad, kan det i praktiken bli svårt att åstadkomma en önskvärd konti- nuerlig avtrappning av kabelisolering respektive statorspå- ret. I det i figur 2 visade utföringsexemplet användes kab- lar med tre olika dimensioner på kabelisolering, anordnade i tre i överensstämmelse därmed dimensionerade sektioner 14, 15 och 16, dvs att man i praktiken kommer att ha ett modifi- erat cykelkedjespår. Av figuren framgår också att statortan- den 9 kan utformas med en praktiskt taget konstant radiell bredd utmed hela spårets djup.Rotor with rotor pole is denoted by 7. The stator is conventionally composed of a laminated core of electrical sheet successively composed of sector-shaped sheets. From a radially outermost ridge portion 8 of the core, a number of teeth 9 extend radially towards the rotor. Between the teeth there is a corresponding number of grooves 10. The use of cables 11 as above allows, among other things, that the depth of the grooves for high-voltage machines can be made larger than has been possible according to the state of the art. The groove has a tapered cross-section towards the rotor as the need for cable insulation is lower for each winding layer towards the rotor. As can be seen from the figure, the groove consists essentially of a circular cross-section 12 around each layer of the winding with narrower waist portions 13 between the layers. rightly referred to as a "bicycle chain track". Since in such a track cross-section a relatively large number of layers will be needed and the availability of current cable dimensions in terms of insulation and outer semiconductor is limited, it can in practice be difficult to achieve a desirable continuous phasing out of cable insulation and the stator groove, respectively. In the exemplary embodiment shown in Figure 2, cables with three different dimensions of cable insulation are used, arranged in three sections 14, 15 and 16 dimensioned accordingly, ie in practice there will be a modified cycle chain groove. The figure also shows that the stator teeth 9 can be designed with a practically constant radial width along the entire depth of the groove.
I en alternativ utföringsform kan den kabel som används som lindning vara en konventionell kraftkabel som den ovan omta- lade. genom att kabelns metallskärm och mantel skalas av på lämp- Jordningen av det yttre halvledande skiktet 5 sker då liga platser.In an alternative embodiment, the cable used as winding may be a conventional power cable such as the one mentioned above. by peeling off the metal shield and sheath of the cable on the suitable grounding of the outer semiconducting layer 5 then takes place.
Inom ramen för uppfinningen ryms ett stort antal, beroende på tillgängliga kabeldimensioner vad isolation och det yttre halvledarskiktet m m beträffar, alternativa utföringsformer. Även utíöringsformer næd. sk cykelkedjespår" kan nwdifieras utöver vad som här beskrivits.Within the scope of the invention, a large number of alternative embodiments are accommodated, depending on the available cable dimensions in terms of insulation and the outer semiconductor layer, etc. Also forms of expression. so-called bicycle chain tracks "can be nwdified in addition to what is described here.
Som ontaiat ovan kan magnetkretsen befinna sig i den rote- rande elektriska maskinens stator och/eller rotor. Magnet- kretsens utformning kommer dock i stora drag att motsvara 10 l5 20 25 30 520 775 22 ovanstående beskrivning oberoende av om magnetkretsen befin- ner sig i statorn och/eller rotorn.As indicated above, the magnetic circuit may be located in the stator and / or rotor of the rotating electric machine. However, the design of the magnetic circuit will broadly correspond to the above description, regardless of whether the magnetic circuit is located in the stator and / or the rotor.
Som lindning används företrädesvis en lindning som kan be- skrivas som en flerskikts koncentrisk kabellindning. en så- dan lindning innebär att antalet korsningar vid härvändorna har ndnimerats genom att samtliga härvor inom samma grupp har placerat radiellt utanför varandra. Detta medger också ett enklare förfarande vid tillverkningen och trädningen av statorlindningen i. de olika spåren. Genonx att den enligt uppfinningen använda kabeln är relativt lättböjlig låter sig lindningen åstadkommas genom en förhållandevis enkel träd- ningsoperation, i vilken den böjliga kabeln träds in i. de öppningar 12 som finns i spåren 10.A winding is preferably used as a winding which can be described as a multilayer concentric cable winding. such a winding means that the number of intersections at the ends of the hairs has been minimized by all the hairs within the same group being placed radially outside each other. This also allows a simpler procedure in the manufacture and threading of the stator winding in the various grooves. Due to the fact that the cable used according to the invention is relatively easily bendable, the winding can be achieved by a relatively simple threading operation, in which the flexible cable is inserted into the openings 12 present in the grooves 10.
Den i Fig 3 visade, kända lösningen innefattar en konventio- Denna matar via en effektbrytare 23 en kallad förekommer nell generator 20: generatortransformator eller så step-up- transformator. Den senare eftersom den konventionella generatorn 20 genererar spänning på relativt erfordras för att reducera låg nivå. Transformatorn 21 överföringsförlusterna, d Xr s för att få upp spänningen i erforderlig grad.The known solution shown in Fig. 3 comprises a conventional generator. The latter because the conventional generator 20 generates voltage at relatively required to reduce low level. The transformer 21 the transmission losses, d Xr s to bring up the voltage to the required degree.
Mellan transformatorn och Högspänningsställverket är betecknat 22. såväl generatorn och transformatorn som mellan ställverket är anordnade brytare 23 respektive 24. Med 25 är betecknad en frånskiljare.Between the transformer and the high-voltage switchgear is designated 22. both the generator and the transformer and between the switchgear are arranged switches 23 and 24, respectively. With 25 is designated a disconnector.
Konventionella för mätändamål tjänande ström- och spänningstransformatorer 26 respektive 27 förekommer på konventionellt sätt. Generatorn 20 är samordnad med en mag- netiseringstransformator 28 och en styrenhet 29 för magneti- sering. En hjälpkrafttransformator är betecknad 30. Denna är förbunden med ett hjälpkraftsställverk 3l. " : förekommer konventionella ventilavledare tjänstgö- -r L: ...J _, .L UVLLKJ rande :ör överspänningsskydd. Jordare är betecknade med 33. 10 15 20 25 520 775 23 I Fig 4 ningen. illustreras en ställverksstation enligt uppfin- En högspänningsgenerator 34 utrustad med en eller flera lindningar i enlighet med föreliggande uppfinning är här så högspänd att den förmår kopplas direkt till distribu- tions- eller transmissionsnätet i fråga via högspännings- ställverket 35. matorn enligt utförandet i Fig 3 helt bortfaller. blir Den i utförandet Detta innebär således att step-up-transfor- En dras- tisk förenkling av ställverksstationen resultatet.Conventional current and voltage transformers 26 and 27, respectively, are used in conventional manner. The generator 20 is coordinated with a magnetizing transformer 28 and a control unit 29 for magnetizing. An auxiliary power transformer is designated 30. This is connected to an auxiliary power switchgear 3l. ": there are conventional valve diverters serving L: ... J _, .L UVLLKJ rande: for surge protection. Grounds are designated 33. 10 15 20 25 520 775 23 In Fig. high voltage generator 34 equipped with one or more windings in accordance with the present invention is here so high voltage that it is able to be connected directly to the distribution or transmission network in question via the high voltage switchgear 35. the feeder according to the embodiment in Fig. 3 is completely omitted. This means that step-up transfer- A drastic simplification of the switchgear station results.
Vissa tillkommande differenser föreligger. enligt Fig 3 förekommande hjälpkrafttransformatorn är ersatt av en hjälpkraftlindning på generatorn 34. I övrigt är den notabla skillnaden att en speciell skyddsanordning 36 till- kommit i ledningen mellan generatorn och högspänningsställ- verket 35. Denna skyddsanordning är avsedd att fungera över- strömsbegränsande. Närmare bestämt sker denna överströmsbe- gränsningsfunktion genom att anordningen i händelse av att något fel detekteras en lågimpediv strömbana till jord bil- das. Eftersmn den i. utförandet enligt Eïg 3 förekommande 21 bortfallit i skulle ett eventuellt förekommande fel, transformatorn utförandet enligt Fig 4 exempelvis i genera- torns 34 isolationssystem, kunna ge upphov till att nätets fulla effekt belastade generatorn under åtminstone viss tid innan förekommande effektbrytare hinner bryta. Den över- strömsavledande anordningen 36 avses fungera väsentligt snabbare för att på så vis avleda överströmmen och undvika att densamma fullt ut drabbar generatorn 34. Det föredrages dessutom att i ledningen mellan generatorn 34 och högspän- ningsställverket 35 placeras en nu strömbegränsande reaktor med den egenskapen att den i händelse av fel föranledande Enligt utfö- överströmmar begränsar dessa. ett föredraget rande anbringas nämnda strömbegränsande reaktor i ledningen 37 mellan att den generatorn 34 och högspänningsställverket 35 så strömbegränsande reaktorn blir belägen mellan den ---_,_ _-;_r__-1,. - ._ __..- fnfifirmaf. -mfiwa a: ' ÅA 4.. A vciotruinloavicdafïdc auc-Iuuiugcus .rutniïïg till lcoñiigcfi d v s så att reaktorn kommer att fun- Lu O: 7 och generatorn 34, gera strömbegränsande för ström som tenderar att från nätet 10 15 20 25 35 520 775 24 flyta i riktning mot generatorn i händelse av något fel i denna.There are some additional differences. according to Fig. 3, the auxiliary power transformer is replaced by an auxiliary power winding on the generator 34. Otherwise, the notable difference is that a special protection device 36 has been added in the line between the generator and the high voltage switchgear 35. This protection device is intended to function overcurrently limiting. More specifically, this overcurrent limiting function takes place by the device in the event of a fault being detected in the formation of a low-impedance current path to earth. If the 21 according to the embodiment according to Eïg 3 is omitted, a possible fault, the transformer embodiment according to Fig. 4, for example in the isolation system of the generator 34, could give rise to the full power of the mains being loaded on the generator for at least some time before the circuit breaker . The overcurrent diverting device 36 is intended to operate significantly faster in order to divert the overcurrent and thus avoid it hitting the generator 34 in full. it in the event of faults causing According to executor currents limit these. preferably, said current limiting reactor is placed in line 37 between that generator 34 and the high voltage switchgear 35 so that the current limiting reactor is located between it. - ._ __..- fn fifi rmaf. -m fi wa a: 'ÅA 4 .. A vciotruinloavicdafïdc auc-Iuuiugcus .rutniïïg to lcoñiigc fi ie so that the reactor will fun- Lu O: 7 and the generator 34, make current limiting for current that tends to from the network 10 15 20 25 35 520 775 24 float in the direction of the generator in the event of a fault in it.
I Fig 5 .illustreras i perspektiv' en konventionell ställ- verksstation inbegripande två generatorer 38 som via hög- strömsskenor 39 och en högströmsställverksmodul 40 matar var sin step-up-transformator 41, som i sin tur är förbundna med högspänningsställverket 42. Ytterligare hjälputrustning så- som hjälpkrafttransformatorer etc. tillkommer. Dessutom på- pekas att transformatorerna 41, som är av konventionellt ol- jefyllt utförande, kräver både brandavskiljningar i form av väggar etc. och säkerhetsåtgärder i form. av oljeuppfång- ningsanläggningar. Som synes är stationen i dess helhet syn- nerligen komplex och kostsam. Det må nämnas att de oljeiso- lerade transformatorerna 41 placeras utanför den byggnad 43 som innehåller generatorerna på grund av den stora med olje- fyllda transformatorer förknippade brandrisken.Fig. 5 illustrates in perspective a conventional switchgear station comprising two generators 38 which via high current rails 39 and a high current switchgear module 40 each supply their step-up transformer 41, which in turn are connected to the high voltage switchgear 42. Additional auxiliary equipment so - as auxiliary power transformers etc. are added. In addition, it is pointed out that the transformers 41, which are of conventional oil-filled design, require both fire separations in the form of walls, etc. and safety measures in the form. of oil capture plants. As can be seen, the station as a whole is extremely complex and expensive. It may be mentioned that the oil-insulated transformers 41 are placed outside the building 43 which contains the generators due to the great fire risk associated with oil-filled transformers.
I Fig 6 illustreras utövning av uppfinningen, d v s direkt- koppling av högspända generatorer 44 direkt på kraftnät utan mellanliggande step-up-transformatorer. Såsom tidigare för- klarats är nyckeln till denna möjlighet utformningen av ge- neratorernas lindningar. I Fig 6 antydes hurusom från gene- ratorerna 44 löpande kablar 45 går till högspanningsställ- verket 46. rerna och nätet med hjälp av en högspänningskabel reducerar Den mycket enkla förbindningen mellan generato- drastiskt kostnaden jämfört med de mer dyrbara utrustningar som erfordras i utförandet enligt Fig 3. Till detta kommer att transformatorer etc. kan elimineras. Utförandet enligt Fig 6 är väsentligt mer miljövänligt eftersom man helt kan undvika att använda sig av transformatorolja. Även brandris- ken reduceras markant. statisk I Pig 7 illustreras ett konventionellt (SVC) står normalt av kopplingsapparater i högspänningsställverket utförande för VAR-kompensering jämte ställverk. En SVC-station be- 10 15 20 25 u) (_11 520 775 25 47, en transformator 48 som itransformerar ned spänningen till en nivå som tyristorerna 49, 50 kan hantera, reaktorer, De flesta transmissionstillämpningarna kräver en automatisk spännings- (AVR) Nackdelen anläggning är att det blir många apparater och de upptar kondensatorer och dubbelriktade tyristorventiler. regulator som 'tyristorstyrning. med denna stort utrymme.Fig. 6 illustrates the practice of the invention, i.e. direct connection of high-voltage generators 44 directly on power grids without intermediate step-up transformers. As previously explained, the key to this possibility is the design of the generators' windings. In Fig. 6 it is indicated whether cables 45 running from the generators 44 go to the high-voltage switchgear 46. The networks and the network by means of a high-voltage cable reduce In addition, transformers etc. can be eliminated. The design according to Fig. 6 is significantly more environmentally friendly because the use of transformer oil can be completely avoided. The risk of fire is also significantly reduced. static In Fig. 7, a conventional (SVC) stand is normally illustrated by switching devices in the high-voltage switchgear design for VAR compensation together with switchgear. An SVC station is a transformer 48 which transforms the voltage down to a level that thyristors 49, 50 can handle, reactors. Most transmission applications require an automatic voltage (AVR). The disadvantage of the system is that there are many devices and they occupy capacitors and bidirectional thyristor valves, regulators such as thyristor control, with this large space.
I Fig 8 illustreras en station enligt uppfinningen med en roterande synkronkompensator och ett högspänningsställverk 52. Någon transformator behövs icke mellan synkronkompensa- torn och högspänningsställverket eftersom synkronkompensa- torn 51 är utformad så att den klarar aktuell transmissions- spänning, något som är en följd av att synkronkompensatorns lindning utförts medelst en kabel enligt uppfinningen.Fig. 8 illustrates a station according to the invention with a rotating synchronous compensator and a high voltage switchgear 52. No transformer is needed between the synchronous compensator and the high voltage switchgear because the synchronous compensator 51 is designed to handle the current transmission voltage, which is a consequence of the winding of the synchronous compensator is performed by means of a cable according to the invention.
Såsom är uppenbart av Fig 8 blir utförandet väsentligt enk- lare än det i Fig 7 och det kräver också mindre utrymme. I Fig 9 illustreras en konventionell ställverksstation utrus- tad med en statisk omriktare i ”back-to-back”-utförande med DC-länk. station att den erforderliga ytan blir stor, Som synes är en betydande nackdel med denna typ av främst på grund av mängden med filter. Transformatorerna är komplicerade och speciellt utformade för dessa anläggningar.As can be seen from Fig. 8, the design becomes significantly simpler than that in Fig. 7 and it also requires less space. Fig. 9 illustrates a conventional switchgear station equipped with a static inverter in “back-to-back” design with DC link. station that the required area becomes large, which seems to be a significant disadvantage of this type of mainly due to the amount of filters. The transformers are complicated and specially designed for these plants.
I Fig 10 illustreras ett schema över en ställverksstation uppvisande roterande omriktare 53. Var och en av dessa be- står av en motor/generator försedd med en lindning i enlig- het med ovan levererade beskrivning. Utförandet enligt Fig 10 lämpar* sig speciellt när kommunikation skall etableras mellan två olika nät med olika parametrar i något avseende.Fig. 10 illustrates a diagram of a switchgear station having a rotary inverter 53. Each of these consists of a motor / generator provided with a winding in accordance with the description supplied above. The embodiment according to Fig. 10 is * particularly suitable when communication is to be established between two different networks with different parameters in some respect.
Exempelvis kan nätet 54 ligga på en annan spänningsnivå, ett eller ha ett annat antal annat fasläge, en annan frekvens, faser än det andra växelspänningsnätet 55. Den illustrerade hopkopplingen av näten med hjälp av motorer/generatorer där således den ena enheten 53 kommer att driva den andra löser lO 15 20 25 520 775 26 kommunikationsproblemet utan att vålla några störningar mel- lan näten. Såsom tidigare förekommer högspänningsställverk 56 och diverse brytare etc. Även här förekommer den närmare med ledning av 1Jtförandet i. Fig 4 beskrivna skyddsanord- ningen 36 och närmare bestämt i en dual upplaga under be- teckningen 57 på ömse sidor om paret av motor/generator. Så- ledes kommer skyddsanordningarna 57 att skydda paret av mo- tor/generator från båda näten 54, 55. I övrigt förekommer också här beståndsdelar som redan tidigare förklarats med hjälp av tidigare figurer.For example, the network 54 may be at a different voltage level, one or have a different number of different phase positions, a different frequency, phases than the other alternating voltage network 55. The illustrated interconnection of the networks by means of motors / generators where thus one unit 53 will operate the other solves the communication problem without causing any interference between the networks. As before, there are high-voltage switchgear 56 and various switches, etc. Here, too, it is more closely guided by the protection device described in Fig. 4 and more specifically in a dual edition under the designation 57 on either side of the motor / generator pair. Thus, the protection devices 57 will protect the pair of motor / generator from both networks 54, 55. In other respects, there are also components which have already been explained with the aid of previous figures.
Av ovanstående beskrivning framgår att den uppfinningsenliga ställverksstationen medför distinkta fördelar utöver tidi- gare teknik i en mängd olika utföranden av roterande elek- triska maskiner uppvisande magnetkretsar. Ovan har redan be- rörts de grundläggande fördelarna med uppfinningen. Som tillkommande moment må också betonas att det är av ett bety- dande næskinens lindning kommer att leda till en bättre miljö i värde att den uppfinningsenliga utformningen av närheten av ställverksstationen som en konsekvens av lägre elektriskt fält synnerhet vid dess kabelanslutning. negnetiskt och kring maskinen och i MÖJLIGA MODIFIKATIONER Det är givet att uppfinningen icke blott är begränsad till de utföranden som ovan redovisats. Således kommer fackmännen inom teknikområdet att inse att en mängd detaljmodifieringar är' möjliga när väl kännedon1 onm den grundläggande uppfin- ningstanken erhållits utan att för den skull avvika från uppfinningstänken sådan denna definieras i efterföljande pa- tentkrav. Såsom exempel påpekas att uppfinningen icke är be- gränsad till de specifika materialval som exemplifieras ovan. Funktionellt likvärdiga material kan således användas istället. Vad gäller tillverkningen av isolationssystemet enligt uppfinningen påpekas att också andra tekniker än ex- 520 775 *p>.l¿j 27 trudering och sprutning är möjliga så länge intimitet mellan de olika skikten uppnås. Vidare påpekas att fler ekvipoten- tialskikt skulle kunna anordnas. Exempelvis skulle ett eller flera ekvipotentialskikt av halvledande material kunna an- bringas i isoleringen mellan de ovan som "inre" och "yttre" betecknade.From the above description it appears that the switchgear station according to the invention entails distinct advantages in addition to prior art in a variety of embodiments of rotating electric machines having magnetic circuits. The basic advantages of the invention have already been discussed above. As an additional factor, it must also be emphasized that it is a significant winding of the nose rail that will lead to a better environment in value that the inventive design of the vicinity of the switchgear station as a consequence of lower electric field especially at its cable connection. genetically and around the machine and in POSSIBLE MODIFICATIONS It is a given that the invention is not only limited to the embodiments described above. Thus, those skilled in the art will recognize that a variety of detailed modifications are possible once knowledge of the basic inventive concept has been obtained without departing from the spirit of the invention as defined in the appended claims. By way of example, it is pointed out that the invention is not limited to the specific material choices exemplified above. Functionally equivalent materials can thus be used instead. With regard to the manufacture of the insulation system according to the invention, it is pointed out that techniques other than extrusion and spraying are also possible as long as intimacy between the different layers is achieved. It is further pointed out that more equipotential layers could be arranged. For example, one or more equipotential layers of semiconductor material could be placed in the insulation between those referred to above as "inner" and "outer".
Claims (31)
Priority Applications (8)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE9704456A SE520775C3 (en) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | switchgear Station |
BR9815052-9A BR9815052A (en) | 1997-11-28 | 1998-11-27 | Switch key transmission station |
PCT/SE1998/002149 WO1999029014A1 (en) | 1997-11-28 | 1998-11-27 | Switch gear station |
ZA9810864A ZA9810864B (en) | 1997-11-28 | 1998-11-27 | Switch gear station |
JP2000523738A JP2001525654A (en) | 1997-11-28 | 1998-11-27 | Switchyard |
IL13637598A IL136375A0 (en) | 1997-11-28 | 1998-11-27 | Switch gear station |
DE19882849T DE19882849T1 (en) | 1997-11-28 | 1998-11-27 | Switchgear station |
AU15802/99A AU737358B2 (en) | 1997-11-28 | 1998-11-27 | Switch gear station |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE9704456A SE520775C3 (en) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | switchgear Station |
Publications (4)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SE9704456D0 SE9704456D0 (en) | 1997-11-28 |
SE9704456L SE9704456L (en) | 1999-05-29 |
SE520775C2 SE520775C2 (en) | 2003-08-26 |
SE520775C3 true SE520775C3 (en) | 2003-10-01 |
Family
ID=20409203
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SE9704456A SE520775C3 (en) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | switchgear Station |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001525654A (en) |
AU (1) | AU737358B2 (en) |
BR (1) | BR9815052A (en) |
DE (1) | DE19882849T1 (en) |
IL (1) | IL136375A0 (en) |
SE (1) | SE520775C3 (en) |
WO (1) | WO1999029014A1 (en) |
ZA (1) | ZA9810864B (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6014833B2 (en) * | 2015-01-06 | 2016-10-26 | 株式会社明電舎 | Coil for rotating electrical machine |
CN114530764A (en) * | 2022-01-07 | 2022-05-24 | 国网上海市电力公司 | Low-loss and high-reliability box-type substation for data center |
CN117477396B (en) * | 2023-07-26 | 2024-06-14 | 河北电之力电气有限公司 | Outdoor high-voltage power distribution cabinet |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4184186A (en) * | 1977-09-06 | 1980-01-15 | General Electric Company | Current limiting device for an electric power system |
SU961048A1 (en) * | 1979-12-06 | 1982-09-23 | Научно-Исследовательский Сектор Всесоюзного Ордена Ленина Проектно-Изыскательского И Научно-Исследовательского Института "Гидропроект" Им.С.Я.Жука | Generator stator |
DE3006382C2 (en) * | 1980-02-21 | 1985-10-31 | Thyssen Industrie Ag, 4300 Essen | Three-phase alternating current winding for a linear motor |
US4481438A (en) * | 1982-09-13 | 1984-11-06 | Electric Power Research Institute, Inc. | High voltage electrical generator and windings for use therein |
US5036165A (en) * | 1984-08-23 | 1991-07-30 | General Electric Co. | Semi-conducting layer for insulated electrical conductors |
DE3543106A1 (en) * | 1985-12-06 | 1987-06-11 | Kabelmetal Electro Gmbh | ELECTRIC CABLE FOR USE AS WINDING STRING FOR LINEAR MOTORS |
US5545853A (en) * | 1993-07-19 | 1996-08-13 | Champlain Cable Corporation | Surge-protected cable |
-
1997
- 1997-11-28 SE SE9704456A patent/SE520775C3/en not_active IP Right Cessation
-
1998
- 1998-11-27 IL IL13637598A patent/IL136375A0/en unknown
- 1998-11-27 JP JP2000523738A patent/JP2001525654A/en active Pending
- 1998-11-27 AU AU15802/99A patent/AU737358B2/en not_active Ceased
- 1998-11-27 WO PCT/SE1998/002149 patent/WO1999029014A1/en active IP Right Grant
- 1998-11-27 ZA ZA9810864A patent/ZA9810864B/en unknown
- 1998-11-27 BR BR9815052-9A patent/BR9815052A/en not_active IP Right Cessation
- 1998-11-27 DE DE19882849T patent/DE19882849T1/en not_active Withdrawn
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
AU737358B2 (en) | 2001-08-16 |
SE9704456D0 (en) | 1997-11-28 |
AU1580299A (en) | 1999-06-16 |
SE9704456L (en) | 1999-05-29 |
IL136375A0 (en) | 2001-06-14 |
SE520775C2 (en) | 2003-08-26 |
JP2001525654A (en) | 2001-12-11 |
WO1999029014A1 (en) | 1999-06-10 |
BR9815052A (en) | 2000-10-03 |
ZA9810864B (en) | 1999-06-01 |
WO1999029014A9 (en) | 2000-07-27 |
DE19882849T1 (en) | 2000-11-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6936947B1 (en) | Turbo generator plant with a high voltage electric generator | |
AP1083A (en) | Electromagnetic device. | |
KR20000016040A (en) | Insulated conductor for high voltage windings and a method of manufacturing the same | |
AU766297B2 (en) | Power flow control | |
KR100447489B1 (en) | Insulated conductor for high-voltage windings | |
SE513083C2 (en) | Synchronous compensator system and the use of such and phase compensation method in a high voltage field | |
AU738019B2 (en) | High voltage rotating electric machines | |
SE510925C2 (en) | Electromagnetic device | |
US20020125788A1 (en) | Axial cooling tubes provided with clamping means | |
SE520775C3 (en) | switchgear Station | |
SE520890C2 (en) | Electromagnetic apparatus with magnetic field generating electric circuit | |
SE523099C2 (en) | Rotating electric machine for high voltage with stator, rotor and windings | |
GB2350488A (en) | Winding construiction in a high voltage rotating electrical machine | |
CA2309971A1 (en) | Power flow control | |
MXPA00005192A (en) | Switch gear station | |
MXPA98009955A (en) | Electromagnet device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
NUG | Patent has lapsed |