СТЕРЖЕНЬ ОБМОТКИ СТАТОРА ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Российский патент 1997 года по МПК H02K3/40 

Предлагаемое изобретение относится к турбогенераторам, преимущественно выполняемым на напряжение 24 кВ и выше.

Известна конструкция стержней высоковольтной обмотки, снабженных средствами защиты от скользящих разрядов. Так в патенте США N 3210461 описано наносимое на изоляцию стержня одноступенчатое эмалевое покрытие, электрические свойства которого задаются микропорошком карбида кремния (SiC) с добавкой сажи или графита. Такие покрытия надежно работают только при нормальном напряжении порядка 10 кВ. При более высоких напряжениях требуется большая длина покрытия, что увеличивает токовую нагрузку, и уже при напряжении больше 15 кВ заметно снижается термическая стабильность покрытия, на котором в ходе испытаний появляются прогары (науглероженные дорожки).

Известна более сложная конструкция наносимого на стержень двухступенчатого покрытия (патент США N 4207482), причем первая ступень длиной 50-100 мм выполнена из слоя с меньшим электрическим сопротивлением, чем у второй ступени. При этом для повышения термостабильности при высоких рабочих и испытательных напряжениях первая ступень усилена наложением слоя асбестовой ленты или асболавсановой ленты, пропускающей без повреждений больший ток.

Такое покрытие оказывается вполне работоспособным до напряжения меньше 24 кВ, но применение асбестовых материалов в настоящее время практически повсеместно запрещено по экологическим соображениям и, кроме того, эти материалы имеют повышенную гигроскопичность, что может приводить к потере регулирующих свойств покрытия, т.е. снижению его стабильности.

Наиболее близкой к заявляемой и выбранной за прототип, является конструкция двухслойного покрытия, описанная в патенте США N 3975653 (опубликован 17.08.1976, том 949, N 3). Это покрытие предназначено для использования в машинах U ≥ 24 кВ, где испытательные напряжения изоляции стержней могут достигать величины 80 кВ и более.

Повышение термостабильности в этой конструкции достигается путем нанесения на обе ступени первого слоя покрытия, расположенные на основной изоляции стержня, дополнительного (защитного ) слоя изоляции толщиной от 0,2 до 0,5 от толщины основной изоляции. Поверх этого защитного слоя нанесен второй слой двухступенчатого покрытия, практически идентичный первому, но смещенный от него в сторону концов стержня на длину экранирующей части заземленного электрода. Благодаря введению дополнительного слоя изоляции и второго слоя покрытия происходит перераспределение токов и тепловой нагрузки между этими двумя слоями, что определяет повышение термостабильности при высоких напряжениях.

Недостатками этой конструкции являются:
электрический контакт между низкоомными ступенями, расположенными в разных слоях покрытия, осуществляется с помощью слоя эмали, токонесущая способность которого сравнительно невелика. При тепловом повреждении этого контактного слоя полностью нарушается распределение токов между слоями и теряются преимущества данной конструкции;
при неизбежных вибрациях стержней возможно достаточно быстрое истирание контактного эмалевого слоя или даже отслоение и откалывание его с поверхности дополнительной изоляции;
выпечка дополнительного слоя изоляции приводит к неизбежному попаданию части связующего на уже упомянутую контактную эмаль, в результате чего, как установлено экспериментально, ее сопротивление увеличивается, а термостабильность, соответственно, уменьшается.

Важно отметить, что ухудшение термостабильности контакта может приводить к необнаруживаемым визуально дефектам, ведущим к последующему пробою изоляции.

Задачей предполагаемого изобретения является повышение надежности покрытия стержня в машинах с номинальным напряжением ≥ 24 кВ путем увеличения термической и механической стабильности, а также износоустойчивости наиболее нагруженного током участка покрытия.

Указанный технический результат достигается тем, что в стержне обмотки статора высоковольтной электрической машины, имеющем пазовую и лобовую части и содержащем медные проводники, заключенные в термореактивную изоляцию, низкоомное полупроводящее покрытие, нанесенное поверх указанной изоляции в пазовой части стержня; находящиеся в электрическом контакте с этим покрытием и частично перекрывающие его участки лобового короногасящего покрытия, а также наложенные поверх первого слоя лобового покрытия участки дополнительной изоляции и расположенный поверх участков второй слой лобового короногасящего покрытия, введенный в электрический контакт с низкоомным пазовым покрытием с помощью дополнительного низкоомного покровного слоя, указанный низкоомный покровный слой выполнен в виде манжет из стеклополотна, предварительно пропитанных низкоомным термореактивным связующим, указанные манжеты зафиксированы одним концом на участках взаимного перекрытия пазового и лобового покрытий, а другим вывернуты на слой дополнительной защитной изоляции таким образом, чтобы зона контакта ступеней во втором слое покрытия была сдвинута относительно такой же зоны в первом слое в сторону выхода из изоляции медных проводников.

Новизна заявляемой конструкции состоит в том, что стержень снабжен двумя дополнительными манжетами из стеклополотна, предварительно пропитанного низкоомным термореактивным связующим, причем каждая из этих манжет расположена одновременно в двух слоях короногасящего покрытия, образуя термостойкую и малоизнашиваемую зону контакта.

Заявляемая конструкция обладает существенными отличиями, так как взаимодействие новых признаков (наличие дополнительных манжет из стеклополотна с низким электрическим сопротивлением, расположенных одновременно в двух слоях покрытий и задающих требуемый сдвиг контактных зон) с известными сообщает ей следующие новые свойства:
увеличивается термостабильность и допустимая токовая нагрузка контактного слоя;
повышается износоустойчивость и механическая прочность указанного контактного слоя;
предотвращается ухудшение начальных свойств покрытия в процессе запечки дополнительной изоляции;
обеспечивается возможность применения испытательных напряжений порядка 80 кВ, что позволяет гарантировать более высокий уровень надежности работы всей обмотки при номинальных напряжениях ≥ 24 кВ.

На фиг. 1 показан продольный разрез участка стержня с покрытием заявляемой конструкции.

На фиг. 2 показана установка и фиксация манжеты в первом и втором слоях покрытия.

Медные проводники 1 заключены в основную изоляцию 2. Поверх изоляции 2 в пазовой части стержня нанесено низкоомное полупроводящее покрытие 3, выполненное из лака, содержащего графит или сажу. Удельное поверхностное сопротивление этого лака составляет
ρ_s1= 10³...10⁴ Ом.

Частично перекрывая этот лак (зона 4), наложено более высокоомное лобовое короногасящее покрытие 5 (в первом слое) и 6 во втором. Оно выполнено из эмали на основе микропорошка карбида кремния (SiC), имеет нелинейную вольтамперную характеристику с начальным значением ρ_s2= 10⁹ Ом при E 1 кВ/см.

На участке 4 (зоне контакта) зафиксирована манжета 7 из стеклополотна, пропитанного предварительно низкоомным термореактивным связующим (форполимером марки ЭУД-288 с добавкой 3.5 мас.ч. графита).

После наложения защитной дополнительной изоляции 8 часть манжеты 7 (участки 9 на фиг. 2) вывернута по стрелке 10 на нее и запечена вместе с ней таким образом, что ее правый край (фиг. 1) заходит за левый на величину L (длина экранирующего электрода). Величина L зависит от соотношения толщин изоляционных слоев (d₁, d₂ их диэлектрических проницаемостей (ε₁, ε₂) и ряда других факторов. Величина L оптимизирована экспериментально по снижению нагрева покрытия. Для наиболее типичного варианта соотношения таковы: U_н 27 кВ; d₁ 6,5 мм; d₂ 1,3 мм; ε_r1=5; ε_r2=5,5; L 20.25 мм.

Как следует из фиг. 2, общая длина заранее вырезанной манжеты 7 определяется по формуле:
L 2 • L_k + d₂ + L где:
l_k протяженность зоны контакта 4 (обычно 10.15 мм).

Как следует из фиг. 2, манжета 7 выполнена с некоторым нахлестом. Этим обеспечивается большая эффективность барьера, которым является манжета для выходящего при опрессовке из дополнительной изоляции избыточного связующего. Для обычно применяемых размеров достаточно нахлеста 15.20 мм.

Использование: изобретение относится к турбогенераторам, преимущественно выполняемым на напряжение 24 кВТ и выше. Сущность изобретения: стержень обмотки статора высоковольтной электрической машины, имеющий пазовую и лобовые части, содержащий медные проводники, заключенные в термореактивную изоляцию, низкоомное полупроводящее покрытие, нанесенное поверх указанной изоляции в пазовой части стержня, находящийся в электрическом контакте с этим покрытием и частично перекрывающий его участки слой лобового короногасящего покрытия, дополнительный слой защитной изоляции, нанесенный поверх участков лобового короногасящего покрытия и расположенный поверх слоя дополнительной защитной изоляции второй слой лобового короногасящего покрытия, находящихся в электрическом контакте с низкоомным пазовым покрытием с помощью дополнительного инзкоомного покрывного слоя. При этом указанный низкоомный покровный слой выполнен в виде манжет из стеклополотна, пропитанного предварительно низкоомным термореактивным связующим, указанные манжеты со стороны выхода из изоляции медных проводников зафиксированы на зонах взаимного перекрытия пазового и лобового покрытий, лежащих в первом слое покрытий, а со стороны пазовой части вывернуты на слой дополнительной защитной изоляции таким образом, чтобы край манжеты был сдвинут в сторону концов стержня относительно зоны взаимного перекрытия пазового и лобового покрытия в первом слое. Изобретение позволяет повысить надежность покрытия и изоляции стержня в машинах с номинальным напряжением 24 кВ путем увеличения термической и механической стабильности, а также износоустойчивости наиболее нагруженного током участка покрытия. 2 ил.

Стержень обмотки статора высоковольтной электрической машины, имеющий пазовую и лобовые части, содержащий медные проводники, заключенные в термореактивную изоляцию, низкоомное полупроводящее покрытие, нанесенное поверх указанной изоляции в пазовой части стержня, находящийся в электрическом контакте с этим покрытием и частично перекрывающий его первый слой лобового короногасящего покрытия, дополнительную защитную изоляцию, нанесенную поверх лобового короногасящего покрытия, и расположенный поверх дополнительной защитной изоляции второй слой лобового короногасящего покрытия, находящийся в электрическом контакте с низкоомным полупроводящим покрытием с помощью дополнительного низкоомного покровного слоя, отличающийся тем, что указанный низкоомный покровный слой выполнен в виде манжет из стеклополотна, пропитанного низкоомным термореактивным связующим, указанные манжеты со стороны выхода из изоляции медных проводников зафиксированы на зонах взаимного перекрытия пазового низкоомного полупроводящего покрытия и первого слоя лобового короногасящего покрытия, а со стороны пазовой части вывернуты на дополнительную защитную изоляцию таким образом, чтобы край манжеты был сдвинут в сторону концов стержня относительно зоны взаимного перекрытия.