Статор многофазной высоковольтной электрической машины Советский патент 1993 года по МПК H02K3/40 

Изобретение относится к крупным тур- бо- и гидрогенераторам, преимущественно имеющим водяное охлаждение, и в частности, к конструкции обмотанного статора.

Цель изобретения - повышение надежности электрической машины путем предот- вращения междуфазных замыканий связанных с увлажнением в высокопотенциальном междуфазном промежутке

Радиальный размер перемычки П-об- разного полупроводящего экрана выполнен не менее радиальной протяженности изолированного элемента соединения стержня.

Для облегчения проведения высоковольтных испытаний обмогки путем уменьшения искажений электрического поля в междуфазных промежутках и создания разрыва цепи между экраном и низкопотенциальными элементами схемы защиты, П-образный гибкий полупроводящий экран соединен со схемой защиты гибкой съемной

вставкой, например, из полупроводящей ре- зиностеклоткани.

Новизна заявляемой конструкции состоит в том, что введенный в каждый высокопотенциальный междуфазный промежуток П-обрэзный полупроводящий гибкий экран, расположенный по поверхностям симметрии указанного промежутка, позволяет вывести на измерительные устройства сигнал, возникающий при увлажнении междуфазных зон обмотки, который позволит отключить генератор как только часть (менее 50%) этого промежутка будет увлажнена по поверхности из-за возникшей микротечи.

Наличие закрепленного П-образного гибкого полупроводящего экрана, расположенного по поверхностям симметрии каждого высокопотенциального междуфазного промежутка сообщает конструкции следующие новые свойства

со

с

00

ю

8

XJ

00

появляется возможность измерять постоянную составляющую сигнала (тока), возникающую на защищаемых междуфазных промежутках под действием переменного напряжения при увлажнении последних;

схема защиты является помехоустойчивой и практически безынерционной, так как полупроеодящий экран не подвержен тепловым или электродинамическим воздействиям мощных электромагнитных полей, существующих в этой зоне и подключен непосредственно к элементу, чувствительному к увлажнению;

полностью сохраняется возможность проведения профилактических высоковольтных испытаний обмотки, так как полупроводящий экран, расположенный по поверхностям симметрии промежутка (при отключении его от схемы защиты на время испытаний), практически не искажает электрическое поле, и кроме того, удален от низ- копотенциольиых участков схемы на требуемое расстояние;

в заявленной конструкции микротечь в любой точке на поверхности изоляции одного из входящих в междуфазный промежуток соединений будет надежно выявляться задолго до образования короткого замыкания, что резко уменьшает объем повреждений и простой генератора в ремонте.

Описанные свойства явились причиной возникновения сверхсуммарного положительного эффекта, заключающегося в повышении надежности электрической машины, путем предотвращения обмотки от междуфазных замыканий, связанных с постепенным развитием микротечи, и приводящих к большому обьему повреждений и длительному простою машины в ремонте.

На фиг.1 показан П-образный полупроводящий экран в исходном состоянии (а) и после придания ему формы, необходимой для установления в междуфазном промежутке (б); на фиг.2 - часть обмотки статора с защищаемым междуфазным промежутком и установленным в нем экраном; на фиг.З - более наглядно часть этой зоны в аксонометрии; на фиг.4 - вид в поперечном сечении фазных групп двухслойной обмотки, разделенных чередующимися низко- и высокопотенциальными междуфазными промежутками.

Пример выполнения. В статоре многофазной высоковольтной электрической машины в пазы сердечника уложена двухслойная обмотка, имеющая верхние 1 и нижние 2 стержни. Соединение указанных стержней между собой (или стержней с шинами) имеет изоплцию 3, которая на участках границ фазных зон (см. фиг.2). совместно с изоляционным промежутком, составляет изоляцию междуфазной зоны. Между этими изолированными соединениями размещены тангенциальные распорные элементы 4. например, в виде клиньев из диэлектрика. Между эвольвентными лобовыми частями стержней 1, 2, расположенных на границах фазных зон, установлены

дополнительные короногасящие элементы 5 из отвержденной объемной композиции на основе карбида кремния. Распорки 4, расположенные в междуфазных зонах, снабжены пазами 6, ширина которых выбра5 на в соответствии с толщиной t..гибкого П- образного полупроводящего экрана 7. Экран 7 вставлен в паз 6 распорки 4 и закреплен в нем, например, с помощью клея. Наилучшим образом требуемая гибкость 0 при достаточной прочности обеспечивается, если экран 7 имеет толщину 10.4-0,7 мм. Для исключения вредного воздействия электромагнитных полей экран 7 выполнен полупроводящим, т.е. из материала с удель5 ным объемным сопротивлением порядка 10 -10 Ом -см, например из полупроводящего стеклотекстолита СТЭФ-П, ТУ 16- 503.168-78.

Надежное закрепление экрана 7 в пазу

0 Q достигается, если глубина паза будет порядка 3-5 мм. В паз 6 заведена перемычка 8 экрана 7 (фиг.1). имеющая длину L, которая приблизительно равна или больше высоты h изолированного соединения 3 (фиг.З). Ука5 занная перемычка 8 экрана 7 до точки начала разреза располагается приблизительно по плоскости симметрии 9 междуфазного промежутка. Протяженность S перемычки 8 экрана 7 выбрана такой, чтобы при начале,

0 отгиба на эвольвенту лобовой части стержней 1. 2 соответственно отгибались бы и пластины 10, 11 экрана 7, также располагаясь приблизительно по поверхностям симметрии 12, 13 соответствующих

5 междустержневых промежутков. Именно такое расположение достаточно гибкого полупроводящего экрана сводит к минимуму искажений поля при высоковольтных испытаниях обмотки (когда экран отключен от

0 нулевого потенциала схемы защиты 14 - путем снятия гибких вставок 15, выполненных, например, из полупроводящей резино- стеклоткани (фиг.4) и позволяет избежать пробоев по поверхности изоляции 3. Кроме

5 того, обеспечивается заблаговременное отключение машины при увлажнении защищаемого высокопотенциального промежутка 16 со стороны любой из соседних фазных групп (на фиг.2 - фаз Л и В) Отгибаемые пластины 10. 11 экрана 7 подходят к торцлм дополни тельных короногасящих элементов 5 и закреплены в них на глубине 3-5 мм в процессе отверждения композиции на основе карбида кремния, из которой выполнены указанные элементы. Такое закрепление 5 обеспечивает стабильное расположение в работе различных частей экрана 7 по соответствующим поверхностям симметрии и отсутствие смещений под действием циркулирующих в зоне лобовых частей газовых 10 потоков.

Ширина прорези экрана 7 (фиг.1 б) выбирается порядка 2-5 мм с таким расчетом. чтобы размеры Li и пластин экрана были бы примерно равны половине высоты h изо- 15 лированного соединения 3, т.е.

Li U2 h /2

При таком выборе размеров практиче- 20 ски исключается возможность нефиксируемого защитой увлажнения в междуфазном промежутке.

Работа статора, выполненного таким образом, протекает следующим образом. 25 Пусть на том высокопотенциальном промежутке между фазами А и С обмотки, где действует линейное напряжение машины (например, 24 кВ для генератора мощностью 800 МВт) - поз.16 на фиг.1, возникла 30 микротечь, например, о фазе А). Напряжение, как следует из фиг.2, приложено к участку статора от головки крайнего в группе стержня фазы А по поверхности коронога- сящего элемента 13 до отводящего электро- 35 да 7. Так как последний подключен к имеющей практически нулевой потенциал измерительной схеме 14 (фиг.4), контролируемый промежуток оказывается под фазным напряжением (например, 14 кВ). Как 40 только поверхность элемента 13 начинает увлажняться из-за течи, например, в головке крайнего стержня 1 фазы А(фиг.2), возникает Поляризация влаги и микрочастиц карбида кремния, что приводит к значитель- 45 ной постоянной составляющей в сигнале отводимом с помощью электрода 7, гибкой вставки 15 и кабеля 17 в измерительную схему 14.

Этот сигнал надежно регистрируется и 50 может быть использован п соответствующих устройствах защиты для отключения генератора до того момента, когда в нем возникла электрическая дуга.

При этом автоматически фиксируется та из междуфазных зон, где возникло увлажнение. Так как междуфазная дуга при этом предотвращается, обьем повреждений и простой в ремонте сокращаются, что и определяет экономическую эффективность заявляемого решения.

Формула изобретения 1. Ста гор многофазной высоковольтной электрической машины, содержащий двуслойную обмотку из стержней и шин с собственной изоляцией, образующих фазные группы, разделенные чередующимися низко- высокопотенциальными междуфазными промежутками, изолированные элементы соединений шин и стержней, короногзся- щис элементы из отзержденной обьемной композиции на основе карбида кремния, ус- тамопленные в эвольвентных зонах мсжду- фазных промежутков обмотки, и таженциальные распорные элементы, напри тер, в виде клиньев из диэлектрика, раз- мещенные между изолированными элементами соединений обмотки, отличаю- щ и и с я тем. что, с целью повышения надежности электрической машины путем предотвращения междуфззных коротких замыканий, возникающих из-за увлажнения междуфазных промежутков, в каждом высокопотенциальном междуфазном промежутке установлен П-образный гибкий полупроводяший экран, образуемый двумя пластинами, соединенными перемычкой, и служащий электродом для подключения к схеме защиты, причем перемычка и пластины закреплены на обращенных одна к дру- гой торцевых поверхностях тангенциальных распорных и короногасящих элементов так, что экран расположен по поверхностям симметрии указанного промежутка

2. Статор машины по п. 1. о т л и ч a torn, и и с я тем, что радиальный размер перемычки П-о&разного полупрэводящего экрана не менее радиальной протяженности изолированного элемента соединения стержней

а Л7л

Фиг.1

,/

;;

1 J

Использование, в электрических машинах высоковольтных энергетических установок Сущность изобретения: в каждом высокопотенциальном междуфазном промежутке статора установлен П-образный гибкий полупроводниковый экран, образуемый двумя пластинами, соединенными перемычкой, и подключен к схеме защиты. 4 ил

Ф А $йЗаВ

Л Фиг.1

т

фиг.З

« SS

№

со

x// --.и Wnna

1Й/2.4

&

$

ФУA