ОБМОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК H02K3/40 H02K3/32 C09D5/24 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к изготовлению обмоток электрических машин высокого напряжения.

Для устранения разрушающих изоляцию разрядных процессов на краях пазовой части секции обмотки электрической машины высокого напряжения на поверхности изоляции наносятся полупроводящие покрытия, уменьшающие напряженность продольного электрического поля благодаря относительно высокой проводимости покрытия и свойству ее увеличения при увеличении напряженности.

Известны полупроводящие эмали, в которых повышенная проводимость и ее увеличение при увеличении напряженности создаются путем введения в состав основного наполнителя карборунда и регулирующей добавки (см. а.с. СССР 463688, МПК С 09 D 5/24, а.с. СССР 710240, МПК С 09 D 5/24). Однако эти эмали не выдерживают необходимый уровень испытательных напряжений, постепенно разрушаются, обладают нестабильными свойствами.

Наиболее близким аналогом к заявляемому техническому решению является обмотка электрической машины высокого напряжения (см. а.с. СССР 1354341, МПК Н 02 К 3/40), содержащая расположенный в пазу магнитопровода изолированный проводник с полупроводящим покрытием на выходе проводника из паза, состоящим из двух последовательно расположенных участков, один из которых примыкает к магнитопроводу и гальванически соединен с ним, а второй участок примыкает к первому и гальванически соединен с ним, содержащих слои эмали с наполнителем из микропорошка карборунда с дисперсностью 20-28 мкм и содержанием последнего в эмали 75-80 мас.ч.

Недостатками этой конструкции являются:
- предельное одноминутное испытательное напряжение, обеспечиваемое защитным покрытием, не превышает 65 кВ, тогда как в ряде случаев необходимый уровень испытательных напряжений составляет 82 кВ;
- на уровне рабочих напряжений не обеспечивается полное подавление ионизационных явлений, что в рабочих условиях приводит к постепенной деструкции защитного покрытия и последующему разрушению изоляции;
- различие электрических свойств карборунда в разных партиях материала затрудняет изготовление эмали и приводит к нестабильности свойств защитного покрытия, его повреждениям при испытаниях изоляции секций высоким напряжением.

Задачей заявляемого изобретения является увеличение долговечности и надежности изоляции обмотки электрической машины путем повышения предельного уровня испытательных напряжений, обеспечения полного подавления ионизационных явлений в защитном покрытии при рабочем напряжении, повышение стабильности свойств защитного покрытия.

Указанный технический результат достигается тем, что в указанной обмотке электрической машины высокого напряжения, содержащей расположенный в пазу магнитопровода изолированный проводник с полупроводящим покрытием на выходе проводника из паза, состоящим из двух последовательно расположенных участков, один из которых примыкает к магнитопроводу и гальванически соединен с ним, а второй участок примыкает к первому и гальванически соединен с ним, при этом указанные участки содержат слои эмали с наполнителем из микропорошка карборунда с дисперсностью 20-28 мкм и содержанием последнего в эмали 75-80 мас. ч., согласно изобретению первый участок полупроводящего покрытия выполнен длиной не более 40 мм, второй участок полупроводящего покрытия выполнен длиной не менее 200 мм, в эмаль покрытия в качестве регулирующей добавки введен микропорошок алюминия с дисперсностью 40-60 мкм, причем на первом участке полупроводящего покрытия его вводят в количестве 5-12% от массы карборунда, а на втором участке полупроводящего покрытия - в количестве 2-4% от массы карборунда.

Первый участок покрытия выравнивает распределение тока в полупроводящем покрытии по периметру проводника у края магнитопровода и повышает напряжение появления ионизационных процессов в покрытии (свечение) на 60-80%. Второй участок покрытия выравнивает распределение напряженности электрического поля вдоль поверхности изоляции. Выполнение первого участка относительно малой длины (не более 40 мм), с проводимостью на 1-2 порядка более высокой, чем у второго участка, увеличивает стабильность покрытия и его работоспособность при предельных нагрузках.

Введение в эмаль добавки из микропорошка алюминия позволяет эффективно регулировать параметры зависимости проводимости эмали покрытия от напряжения и в итоге изготовить эмаль с необходимыми электрическими характеристиками. Микропорошок алюминия хорошо смешивается с карборундом, уменьшает седиментацию наполнителя и улучшает равномерность свойств по объему эмали в исходном состоянии и после ее нанесения.

Наличие защитного покрытия из полупроводящего материала, состоящего из двух участков, выполнение первого участка длиной не более 40 мм, второго участка длиной не менее 200 мм и введение в эмаль защитного покрытия наполнителя из микропорошка карборунда с дисперсностью 20-28 мкм и содержанием последнего в эмали 75-80 мас.ч. и использование в качестве регулирующей добавки микропорошка алюминия с дисперсностью 40-60 мкм на первом участке в количестве 5-12% от массы карборунда, а на втором участке - в количестве 2-4% от массы карборунда увеличивает предельный уровень испытательных напряжений до 82 кВ, полностью подавляет ионизационные явления в защитном покрытии, повышает стабильность свойств защитного покрытия, т.е. в итоге увеличивает долговечность и надежность изоляции обмотки электрической машины.

Новым в заявляемом изобретении является то, что в защитном покрытии первый участок выполнен длиной не более 40 мм и в эмаль покрытия этого участка введен микропорошок алюминия с дисперсностью 40-60 мкм в количестве 5-12% от массы карборунда, а второй участок выполнен длиной не менее 200 мм и в эмаль покрытия этого участка введен микропорошок алюминия с дисперсностью 40-60 мкм в количестве 2-4% от массы карборунда.

Выполнение в защитном покрытии первого участка, ближнего к пазовой зоне, длиной не более 40 мм, второго участка длиной не менее 200 мм и введение в эмаль защитного покрытия в качестве регулирующей добавки микропорошка алюминия с дисперсностью 40-60 мкм на первом участке в количестве 5-12% от массы карборунда, а на втором участке в количестве 2-4% от массы карборунда не выявлено из существующего уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности "изобретательский уровень".

На фиг. 1 представлена часть обмотки с защитным покрытием. На фиг.2 показана область параметров зависимости проводимости эмали от напряженности электрического поля (начальная проводимость Go и коэффициент степени экспоненты β), в которой обеспечивается достижение указанного выше технического результата.

Проводник 1 с изоляцией 2 уложен в пазу магнитопровода 3. Поверх изоляции 2 нанесено проводящее покрытие 4. Защитное покрытие состоит из двух участков. Первый участок 5 покрытия примыкает к магнитопроводу 3 и гальванически соединен с ним через проводящее покрытие 4. Второй участок 6 покрытия примыкает к первому участку 5 и гальванически с ним контактирует.

На участке 5 покрытие выполнено в виде слоя эмали с наполнителями из микропорошка карборунда с дисперсностью 20-28 мкм и содержащем последнего в эмали 75-80 мас.ч. и микропорошка алюминия с дисперсностью 40-60 мкм в количестве 5-12% от массы карборунда. Длина первого участка не более 40 мм.

На участке 6 покрытие выполнено в виде слоя эмали с наполнителями из микропорошка карборунда с дисперсностью 20-28 мкм и содержанием последнего в эмали 75-80 мас.ч. и микропорошка алюминия с дисперсностью 40-60 мкм в количестве 2-4% от массы карборунда. Длина второго участка не менее 200 мм.

Процентное содержание микропорошка алюминия в каждом из участков подбирается экспериментально.

При приложении к проводнику 1 высокого напряжения относительно магнитопровода 3, в частности равного 82 кВ, участок 6 покрытия выравнивает распределение тока в покрытии по периметру проводника 1 у края магнитопровода и повышает напряжение появления ионизационных процессов в покрытии (свечение) на 60-80%. Участок 6 покрытия выравнивает распределение напряженности электрического поля вдоль поверхности изоляции 2.

На диаграмме (фиг. 2) показана область оптимальных значений G₀ и β зависимости проводимости эмали покрытия от напряжения, выраженной формулой
G=G₀ exp (βЕ),
где G - проводимость эмали, См (сименс);
G₀ - начальная проводимость эмали, См;
Е - напряженность в покрытии, кВ/см;
β - коэффициент в степени экспоненты, см/кВ.

В этой области максимальные нагрузки (напряженность поля и плотность тока) в начале покрытия не превышают предельно допустимых значений в одноминутном испытательном режиме при напряжении 82 кВ, что определено экспериментально.

Для участка 5 область параметров начальной проводимости эмали и коэффициента в степени экспоненты располагается выше верхней линии параллелограмма, для участка 6 - это область, ограниченная параллелограммом.

Вышесказанное позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "промышленная применимость".

Изобретение относится к электротехнике, в частности к изготовлению обмоток электрических машин высокого напряжения. Технический результат от использования данного изобретения - увеличение долговечности и надежности изоляции обмотки электрической машины путем повышения предельного уровня испытательных напряжений, обеспечение полного подавления ионизационных явлений в защитном покрытии при рабочем напряжении, повышение стабильности свойств защитного покрытия. Сущность изобретения состоит в том, что полупроводящее защитное покрытие проводника на его выходе из паза выполнено из двух участков. Первый участок, ближайший к пазовой зоне, выполнен длиной не более 40 мм, второй участок - длиной не менее 200 мм. В эмаль защитного покрытия с наполнителем из микропорошка карборунда с дисперсностью 20-28 мкм и его содержанием 75-80 мас.ч. в качестве регулирующей добавки введен микропорошок алюминия с дисперсностью 40-60 мкм, на первом участке в количестве 5-12% от массы карборунда, а на втором участке - в количестве 2-4% от массы карборунда. При этом первый участок гальванически соединен с магнитопроводом электрической машины, а второй участок - с первым и примыкает к нему. 2 ил.

Обмотка электрической машины высокого напряжения, содержащая расположенный в пазу магнитопровода изолированный проводник с полупроводящим покрытием на выходе проводника из паза, состоящим из двух последовательно расположенных участков, один из которых примыкает к магнитопроводу и гальванически соединен с ним, а второй участок примыкает к первому и гальванически соединен с ним, оба участка содержат слои эмали с наполнителем из микропорошка карборунда с дисперсностью 20-28 мкм и содержанием последнего в эмали 75-80 мас. ч., отличающаяся тем, что первый участок покрытия выполнен длиной не более 40 мм, второй участок покрытия выполнен длиной не менее 200 мм, в эмаль покрытия дополнительно введен микропорошок алюминия с дисперсностью 40-60 мкм, причем на первом участке покрытия он введен в количестве 5-12% от массы карборунда, на втором участке покрытия - в количестве 2-4% от массы карборунда.