СИСТЕМА ЗАЩИТЫ ОТ КОРОНЫ ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Российский патент 2019 года по МПК H02K3/40 

Изобретение относится к системе защиты от короны для электрической машины с внешней защитой от короны и концевой защитой от короны. В частности, электрическая машина представляет собой машину высокого напряжения, предпочтительно генератор для выработки электрической энергии и/или электродвигатель и/или другое электрооборудование с высоким номинальным напряжением, в частности, трансформатор, проходной изолятор или кабель.

Разрабатываются все более мощные машины, такие как, например, генераторы, так как передовая технология требует все более высоких плотностей мощности. Мощный генератор, такой как турбогенератор содержит, в частности, статор со (статорным) листовым пакетом и множеством генераторных пазов, в которых находится генераторная обмотка.

Основная изоляция этой генераторной обмотки по отношению к листовому пакету представляет собой электрически сильно нагруженную систему. В процессе работы возникают высокие напряжения, которые должны снижаться в объеме изоляции между проводящим стержневым сердечником, находящимся на высоком напряжении, и листовым пакетом, находящимся под потенциалом заземления. При этом на кромках листов в листовом пакете возникают превышения напряженности поля, которые, со своей стороны, вызывают возникновение частичных разрядов. Эти частичные разряды при попадании на систему изоляции приводят к локально очень сильным перегревам. При этом органические материалы системы изоляции, включая материалы системы внешней защиты от короны, последовательно разлагаются на низкомолекулярные летучие продукты, например, на диоксид углерода.

Важной составной частью системы изоляции является так называемая внешняя защита от короны (AGS). В случае больших генераторов и электродвигателей, она находится непосредственно на поверхности изоляции генераторной обмотки. Внешняя защита от короны в настоящее время состоит из полос или лаков, содержащих углеродную сажу и графит.

Внешняя защита от короны должна иметь определенное сопротивление на квадрат, которое находится в определенном диапазоне. Если оно слишком низкое, то это может привести к короткому замыканию листовых пакетов, что может привести к высоким индуцированным контурным токам, которые замыкаются через концы листового пакета и внешнюю защиту от короны и приводят к возникновению сильноточных электрических дуг. Слишком высокое сопротивление, напротив, может привести к высоковольтной электроискровой эрозии.

Для снижения превышения напряженности поля в области конца/концов защиты от короны используется резистивно-емкостное управление полем. Емкостное управление осуществляется через изоляционные материалы системы изоляции, в то время как резистивное управление осуществляется через концевую защиту от короны (EGS). Концевая защита от короны представляет собой проводящие поверхностные накладки на выходах проводящих стержневых сердечников из листового пакета. Поверхностные накладки, как правило, имеют квадратичное электрическое сопротивление приблизительно от 10⁸ до 10¹⁰ Ом. С помощью концевой защиты от короны достигается более однородное распределение электрического поля. С помощью сильной нелинейности сопротивления используемых материалов в концевой защите от короны делается попытка вытеснить электрическое поле из областей высоких напряженностей поля. Эта нелинейность приводит к уменьшению удельного сопротивления при увеличении напряженности электрического поля. Такие поверхностные накладки могут быть реализованы либо в виде покрытий высыхающими и отверждаемыми смолами, которые наносятся непосредственно на поверхность изоляционного материала или реализуются вместе с лентами.

В свете вышеописанного, задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованной системы защиты от короны для электрической машины; в частности, система защиты от короны должна быть особенно экономичной в изготовлении. К тому же концевая защита от короны и внешняя защита корона рациональным образом должны быть особенно хорошо согласованы электрически друг с другом. В частности, система защиты от короны должна к тому же иметь длительный срок службы. Кроме того, задачей изобретения является создание электрической машины с такой системой защиты от короны.

Эта задача решается системой защиты от короны с признаками, указанными в пункте 1 формулы изобретения, и электрической машиной с признаками, указанными в пункте 11 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения следуют из соответствующих зависимых пунктов формулы изобретения и последующего описания.

Соответствующая изобретению система защиты от короны представляет собой систему защиты от короны, которая предпочтительным образом выполнена для электрической машины, предпочтительно генератора для выработки электрической энергии и/или электродвигателя и/или другого электрического оборудования с повышенным номинальным напряжением, особенно трансформатора, проходного изолятора или кабеля. Соответствующая изобретению система защиты от короны имеет внешнюю защиту от короны и концевую защиту от короны. В соответствующей изобретению системе защиты от короны, как внешняя защита от короны, так и концевая защита от короны выполнены с тем же самым материалом защиты от короны, который имеет нелинейное электрическое сопротивление, зависимое от напряженности поля.

Соответствующим образом, материал защиты от короны, имеющий нелинейное электрическое сопротивление, зависимое от напряженности поля, представляет собой стойкую к частичным разрядам EGS-полосу, как известно, в частности, из выложенной заявки DE 10 2010 009462 A1. Предпочтительно, эта EGS-полоса нанесена по всей первоначальной длине AGS и EGS на основную изоляцию обмотки статорной обмотки электрической машины, в частности, намотана вокруг основной изоляции. Таким образом, EGS-полоса обычно имеет нелинейную электрическую характеристику сопротивления для обеспечения возможности эффективного управления потенциалом у конца защиты от внешней короны. Особенно предпочтительно, электрическое сопротивление в рабочем диапазоне от 0,1 до 0,3 кВ/мм составляет от 10⁴ до 10⁷ Ом. Ввиду явно нелинейного, зависимого от напряженности поля электрического сопротивления EGS-полосы, ее можно также использовать в области пазов статорной обмотки. В области листового пакета и/или, при необходимости, имеющегося внешнего AGS проводящего нетканого материала, радиальная напряженность поля на основной изоляции статорной обмотки составляет до примерно 3 кВ/мм, в зависимости от положения статорной обмотки внутри листового пакета. Предпочтительно, таким образом, EGS-полоса при высоких рабочих напряженностях поля и, тем самым, вблизи фазных выводов становится высоко проводящей и действует как дополнительный AGS-слой. При низких рабочих напряженностях поля, в частности, на удалении от листового пакета, EGS-полоса является очень высокоомной и действует в качестве дополнительного изолирующего слоя. Понятно, что EGS-материал также может быть выполнен в виде EGS-лака вместо EGS-полосы. Соответствующая изобретению система защиты от короны, таким образом, может быть выполнена особенно просто. В частности, с помощью одного и того же материала защиты от короны можно выполнить как внешнюю защиту от короны, так и концевую защиту от короны. Следовательно, соответствующая изобретению система защиты от короны может быть выполнена особенно просто. Кроме того, посредством формирования как внешней защиты от короны, так и концевой защиты от короны с одним тем же материалом защиты от короны реализуется особенно тесная электрическая связь между концевой защитой от короны и внешней защитой от короны. Предпочтительно, AGS проводящий нетканый материал формируется вместе с концевой защитой от короны.

В предпочтительном варианте осуществления соответствующей изобретению системы защиты от короны, внешняя защита от короны, по меньшей мере частично, и концевая защита от короны, по меньшей мере частично, выполнены из того же самого материала защиты от короны. Особенно в этом варианте осуществления обеспечивается возможность особенно простого изготовления и особенно тесной электрической связи внешней защиты от короны и концевой защиты от короны. Рациональным образом, в соответствующей изобретению системе защиты от короны, по меньшей мере часть внешней защиты от короны и по меньшей мере часть концевой защиты от короны образованы EGS-полосой и/или ESG-лаком, как описано выше.

Рациональным образом, в соответствующей изобретению системе защиты от короны, по меньшей мере часть внешней защиты от короны и по меньшей мере часть концевой защиты от короны выполнены с возможностью использования в качестве единого целого. Предпочтительным образом, при выполнении по меньшей мере части внешней защиты от короны и части концевой защиты от короны в виде EGS-полосы, изготовление и удобство обращения в процессе производства облегчаются.

В предпочтительном варианте осуществления соответствующей изобретению системы защиты от короны, материал защиты от короны имеет тем меньшее электрическое сопротивление, чем сильнее рабочее электрическое поле электрической машины, в котором находится материал защиты от короны, особенно в процессе работы.

Особенно в области внешней защиты от короны, в процессе работы, присутствует очень сильное рабочее электрическое поле. В случае сильной нелинейности материала защиты от короны, электрическое сопротивление материала защиты от короны в области внешней защиты от короны является достаточно низким, чтобы предотвратить или уменьшить пики потенциала вдоль длины проводящего стержневого сердечника статорной обмотки. В области концов такого проводящего стержневого сердечника, с другой стороны, электрическое сопротивление материала защиты от короны является достаточно высоким, так что материал защиты от короны образует дополнительный изолирующий слой, который эффективно снижает или предотвращает пики потенциала в этой области.

Соответственно, в соответствующей изобретению системе защиты от короны, материал защиты от короны содержит матрицу и находящийся внутри матрицы заполнитель. Рациональным образом, матрица представляет собой полимерную матрицу, в частности, матрицу из пластика и/или смолы. Рациональным образом, полимерная матрица представляет собой термопласт и/или реактопласт и/или эластомер.

Соответственно, заполнитель образован частицами с размерами, по меньшей мере в (особенно арифметическом) среднем, не более одного миллиметра и предпочтительно, по меньшей мере в (особенно арифметическом) среднем, не более 100 микрон. Рациональным образом, заполнитель включает в себя стойкие к частичным разрядам и электропроводные частицы. Соответственно, частицы содержат стойкую к частичным разрядам сердцевину и стойкое к частичным разрядам покрытие, которое является проводящим.

Соответственно, в соответствующей изобретению системе защиты от короны, заполнитель содержит шаровидные и/или планарные частицы. В частности, под шаровидными частицами следует понимать такие частицы, у которых размеры в различных пространственных направлениях отличаются менее чем на коэффициент 3, предпочтительно не более 1,5. Рациональным образом, под планарными частицами следует понимать такие частицы, размер которых по меньшей мере в одном пространственном направлении отличается на коэффициент по меньшей мере 3, предпочтительно по меньшей мере 5 от размера в одном, предпочтительно двух перпендикулярных ему направлениях.

В соответствующей изобретению системе защиты от короны, заполнитель предпочтительно образован из слюды.

Рациональным образом, в соответствующей изобретению системе защиты от короны, матрица содержит стекловолокно.

В особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения, в системе защиты от короны, по меньшей мере часть материала защиты от короны образует полосу и/или лак.

Соответствующая изобретению электрическая машина имеет систему защиты от короны, как описано выше. Соответственно, электрическая машина является машиной высокого напряжения. Предпочтительно, электрическая машина представляет собой генератор для выработки электрической энергии и/или электродвигатель и/или другое электрооборудование с повышенным номинальным напряжением, в частности, трансформатор, проходной изолятор или кабель.

Идеальным образом, в электрической машине, материал защиты от короны, по меньшей мере частично, расположен на основной изоляции электрической машины. Рациональным образом, основная изоляция расположена на проводящем стержневом сердечнике и/или на статорной обмотке электрической машины.

Идеальным образом, соответствующая изобретению электрическая машина имеет по меньшей мере один проводящий стержневой сердечник и систему защиты от короны, как описано выше, причем материал защиты от короны системы защиты от короны нанесен, по меньшей мере частично, на проводящий стержневой сердечник или по меньшей мере один из проводящих стержневых сердечников и/или его/их электрическую изоляцию или расположен на стержневом сердечнике обмотки или по меньшей мере на по меньшей мере одном из проводящих стержневых сердечников и/или его/их электрической изоляции.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к системе защиты от короны для электрической машины. Технический результат - усовершенствование системы защиты от короны для электрической машины, повышение экономичности в изготовлении. Система защиты от короны для электрической машины включает внешнюю защиту от короны и концевую защиту от короны. При этом как внешняя защита от короны, так и концевая защита от короны выполнены из одинакового материала, который имеет нелинейное электрическое сопротивление, зависимое от напряженности поля. 2 н. и 12 з.п. ф-лы.

1. Система защиты от короны для электрической машины с внешней защитой от короны и концевой защитой от короны, в которой как внешняя защита от короны, так и концевая защита от короны выполнены с тем же самым материалом защиты от короны, который имеет нелинейное электрическое сопротивление, зависимое от напряженности поля.

2. Система защиты от короны по п.1, в которой внешняя защита от короны, по меньшей мере частично, и концевая защита от короны, по меньшей мере частично, выполнены из того же самого материала защиты от короны.

3. Система защиты от короны по п.1, в которой по меньшей мере часть внешней защиты от короны и по меньшей мере часть концевой защиты от короны выполнены с возможностью использования в качестве единого целого.

4. Система защиты от короны по п.1, в которой материал защиты от короны имеет тем меньшее электрическое сопротивление, чем сильнее рабочее электрическое поле электрической машины, в котором находится материал защиты от короны, особенно в процессе работы.

5. Система защиты от короны по п.1, в которой материал защиты от короны содержит матрицу и находящийся внутри матрицы заполнитель.

6. Система защиты от короны по п.5, в которой матрица представляет собой полимерную матрицу.

7. Система защиты от короны по п.5, в которой заполнитель содержит шаровидные и/или плоские частицы.

8. Система защиты от короны по п.5, в которой заполнитель образован из слюды.

9. Система защиты от короны по п.5, в которой матрица содержит стекловолокно.

10. Система защиты от короны по п.1, в которой по меньшей мере часть материала защиты от короны образует полосу и/или лак.

11. Электрическая машина с системой защиты от короны по п. 1.

12. Электрическая машина по п. 11, которая представляет собой машину высокого напряжения.

13. Электрическая машина по п. 11, в которой материал защиты от короны, по меньшей мере частично, расположен на основной изоляции электрической машины.

14. Электрическая машина по п. 11, с по меньшей мере одним проводящим стержневым сердечником и с системой защиты от короны, в частности, по п. 10, в которой материал защиты от короны нанесен, по меньшей мере частично, на проводящий стержневой сердечник или по меньшей мере на один из проводящих стержневых сердечников и/или его/их электрическую изоляцию или расположен на проводящем стержневом сердечнике или по меньшей мере на одном из проводящих стержневых сердечников и/или его/их электрической изоляции.