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Verfahren zum Herstellen einer Koronaabschirmung
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für die Ständerwicklung einer elektrischen maschine Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Koronaabschirmung für das Ende
der Ständerwicklung einer elektrischen Maschine, insbesondere zum Verhindern der
Ausbildung einer Koronaentladung an einem Ende von Ständerwicklungen, die in einer
elektrischen Maschine wie einem turbinengetriebenen Generator, einer Induktionsmaschine
etc. vorgesehen sind.
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Eine elektrische Maschine besteht in der Hauptsache aus einem Ständer,
der mit Eisenkernen und Wicklungen versehen ist, und einem Läufer, der drehbar im
Ständer angeordnet ist und Eisenkerne und Wicklungen aufweist.
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Nach Fig. 1 ist bei dem Ständer eine vorbestimmte Anzahl Eisenbleche
oder -platten in Axialrichtung aneinanderyestapelt und bildet ein Ständerpaket 10,
und in diesem ist eine Nut ausgebildet. In die Nut ist eine Ständerwicklung 11 eingesetzt,
die mit einem bestimmten Isolierstoff beschichtet ist. Bei einer üblichen Anordnung
springt
die Ständerwicklung 11 in Axialrichtung aus dem Endabschnitt des Ständer pakets
vor und ist an einer Stelle, die vom Ständerpaket 10 um einen bestimmten Betrag
beabstandet ist, rückwärts umgebogen.
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In einer so aufgebauten Ständerwicklung treten Koronaentladungen zwischen
dem geerdeten Ständerpaket 10 und demjenigen Teil der Ständerwicklung 11 auf, der
in die Nut des Ständerpakets 10 eingesetzt ist, wenn die elektrische Maschine läuft
oder wenn ein Stehspannungstest durchgeführt wird. Normalerweise weisen sowohl die
Nut des Ständerpakets 10, in die die Ständerwicklung 11 eingesetzt ist, als auch
derjenige Endabschnitt der Ständerwicklung 11, der aus der Nut vorspringt, eine
Abschirmung auf, die die Erzeugung von Koronaentladungen verhindern soll. Abschirmungen
gegen die Erzeugung von Koronaentladungen sind z. B. in der JA-Patentveröffentlichung
Nr. 43482/72 angegeben.
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Fig. 2 zeigt einen Endabschnitt einer STänderwicklung, der gemäß einem
herkömmlichen Verfahren zur Vermeidung der Erzeugung von Koronaentladungen hergestellt
ist.
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Dabei ist eine Ständerwicklung 1 vorgesehen, um die eine Hauptisolierschicht
angeordnet ist, die durch Umwickeln der Ständerwicklung mit Glimmerband und anschließendes
Lackieren des Bands hergestellt ist; eine leitende Widerstandsschicht 3 ist auf
der Oberfläche der Nut eines Ständerpakets, in der die Ständerwicklung 1 angeordnet
ist, vorgesehen, um die Erzeugung von Koronaentladungen zu verhindern, und eine
Abschirmschicht 4 ist um die Hauptisolierschicht 2 an der Außenseite der Nut angeordnet
und mit der leitenden Widerstandsschicht 3 verbunden.
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Die Abschirmschicht 4 ist so hergestellt, daß ein halbleitendes Gewebe
oder ein Vliesstoff (nachstehend als Grundstoff bezeichnet) 4a um die Hauptisolierschicht
2
gewickelt und anschließend mit einem Fixiermittel 4b getränkt
oder beschichtet wird. Der Grundstoff 4a ist z. B. ein durch Zwirnen diskontinuierlicher
Asbestfasern od. dgl. gebildeter Faden.
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Gemäß dem vorgenannten herkömmlichen Verfahren zur Verhinderung von
Koronaentladungen am Endabschnitt der Ständerwicklung 1 wird die Abschirmschicht
4 um die Hauptisolierschicht 2 herum, die um die Ständerwicklung 1 gewickelt und
dann gehärtet ist, angeordnet und haftet daher nicht gut an der Hauptisolierschicht
2. Somit bilden sich an der Grenzfläche zwischen der Abschirmschicht 4 und der Hauptisolierschicht
2, besonders auf der Seite der Abschirmschicht 4, Hohlräume 5 (vgl. Fig. 3).
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Fig. 4 ist eine größere Ansicht, die einen Ausschnitt A des Aufbaus
von Fig. 3 zeigt. Wenn an der Grenzfläche zwischen der Hauptisolierschicht 2 und
der Abschirmschicht 4 ein Hohlraum 5 entsteht, wird zwischen einem Punkt P auf der
dem Hohlraum 5 zugewandten Oberfläche der Abschirmschicht und einem Punkt P1 auf
der dem Hohlraum 5 zugewandten Oberfläche der Hauptisolierschicht 2 eine Spannungsdifferenz
erzeugt. Die Erzeugung der Spannungsdifferenz e wird unter Bezugnahme auf Fig. 4
näher erläutert.
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In Fig. 4 ist I ein elektrischer Strom, der bei Anlegen einer Spannung
an die Ständerwicklung 1 durch die Hauptisolierschicht 2 fließt, I. ist eine Stromkomponente
des Stroms I, die in der Oberfläche der Hauptisolierschicht 2 fließt, 1c ist eine
weitere Stromkomponente des Stroms I, die durch die Abschirmschicht 4 fließt, R.
ist ein Widerstand zwischen Punkten 0 und P1 auf der Oberfläche der
Hauptisolierschicht
2, und R ist ein Widerstand zwischen c Punkten 0 und P auf der Oberfläche der Abschirmschicht
4.
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Es ist bekannt, daß die Spannungsdifferenz e zwischen den Punkten
P und P1 durch die folgende Gleichung gegeben ist: e = IcRc R IiRi (1).
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Normalerweise ist der Oberflächenwiderstand der Abschirmschicht 4
auf einen Bereich zwischen 10 und 10 Q eingestellt und ist um einen Faktor von 102-105
kleiner als derjenige der Hauptisolierschicht 2. Somit fließt der größere Teil des
Stroms I durch die Abschirmschicht 4 und erreicht dann die leitende Widerstandsschicht
3, die auf der Oberfläche der Nut vorgesehen ist. D. h., im Vergleich zu der Stromkomponente
I ist die Stromc komponente I. sehr klein. Der Hohlraum 5 ist, wie bereits erwähnt,
in der Grenzfläche der Abschirmschicht 4 gebildet, und die Wandung des Hohlraums
5 auf der Seite der Abschirmschicht 4 ist als mit Lack beschichtet anzusehen.
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Infolgedessen ist der Widerstand R. nahezu gleich dem Widerstand R
. D. h., 1 R » 1 R. . Somit kann das Proc cc ci dukt IiRi unbeachtet bleiben, und
daher ist die Spannungsdifferenz e ungefähr gleich dem Produkt ICRc. Aufgrund der
Spannungsdifferenz e wird in dem Hohlraum 5 eine Koronaentladung erzeugt. Die so
erzeugte Koronaentladung nimmt über einen Zeitraum zu, wenn die elektrische Maschine
läuft, und damit wird die Abschirmschicht 4 unwirksam. Ferner wird, wenn innerhalb
des Hohlraums 5 Koronaentladungen erzeugt werden, die Hauptisolierschicht 2 örtlich
erwärmt, so daß die Verminderung der Isoliereigenschaften der Schicht 2 beschleunigt
wird.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum Abschirmen
eines Endes einer Ständerwicklung gegen in einer elektrischen Maschine auftretende
Koronaentladungen, wobei die Erzeugung von Koronaentladungen am Ende der Ständerwicklung
zuverlässig vermieden und daher die Verschlechterung der Eigenschaften einer Hauptisolierschicht
verhindert wird.
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Das Abschirmverfahren nach der Erfindung zur Vermeidung von Koronaentladungen
an einem Endabschnitt einer Hauptisolierschicht, die um einen Ständerwicklungsleiter
in einer elektrischen Maschine angeordnet ist, ist gekennzeichnet durch die folgenden
Schritte: Umwickeln des Endabschnitts der Hauptisolierschicht mit einem Abschirmgrundmaterial,
das aus einem Halbleitermaterial besteht, und Tränken des Abschirmgrundmaterials
und wenigstens des Endabschnitts der Hauptisolierschicht mit einem Harz zum Fixieren
als einheitlicher Körper.
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Nach der Erfindung wird also auf einem Endabschnitt einer Ständerwicklung
einer elektrischen Maschine, z. B. eines turbinengetriebenen Generators, einer Induktionsmaschine
etc., eine Abschirmschicht so gebildet, daß ein Halbleitergrundmaterial zur Bildung
der Abschirmschicht um einen Endabschnitt einer auf der Ständerwicklung vorgesehenen
Hauptisolierschicht gewickelt wird. Sowohl das Halbleitergrundmaterial als auch
der Endabschnitt der Hauptisolierschicht werden mit Harz getränkt und ausgehärtet,
so daß die Abschirmschicht gebildet ist. Die so gebildete Abschirmschicht kann die
Erzeugung von Koronaentladungen verhindern, und außerdem besteht keine Gefahr der
Bildung von Hohlräumen an der Grenzfläche zwischen der Abschirm- und der Hauptisolierschicht,
da beide zu einer Einheit zusammengefügt sind.
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Anhand der Zeichnung wird die Erfind-ung beispielsweise näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 eine Schnittansicht eines Endabschnitts einer Ständerwicklung,
die in einer elektrischen Maschine vorgesehen ist; Fig. 2 Schnittansichten, die
jeweils einen End-und 3 abschnitt einer Ständerwicklung zeigen, der gemäß dem Stand
der Technik abgeschirmt ist; Fig. 4 eine größere Schnittansicht, die einen Ausschnitt
A des Aufbaus nach Fig. 3 im Detail zeigt; Fig. 5 eine Schnittansicht eines Endabschnitts
einer Ständerwicklung, der gemäß dem Verfahren nach der Erfindung abgeschirmt ist;
Fig. 6 eine größere Ansicht, die im Detail einen Ausschnitt B des Aufbaus nach Fig.
5 zeigt; Fig. 7 eine Grafik, die Spannungsverteilungskennlinien von Ausführungsbeispielen
einer Abschirmschicht nach der Erfindung zeigt; Fig. 8 eine Schnittansicht eines
Endabschnitts einer Ständerwicklung, der gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel
des Verfahrens nach der Erfindung abgeschirmt ist; und Fig. 9 eine Grafik, die eine
Spannungsverteilung in der Abschirmschicht nach Fig. 8 zeigt.
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Fig. 5 zeigt den Endabschnitt einer Ständerwicklung, die gemäß einem
Ausführungsbeispiel des Abschirmverfahrens abgeschirmt ist. Der Aufbau entspricht
zum größten Teil demjenigen nach Fig. 2 und wird daher nicht im einzelnen
erläutert.
Eine Abschirmschicht ist so ausgebildet, daß ein Abschirmgrundmaterial 4a, das ein
Halbleitermaterial ist, um eine Hauptisolierschicht 2, die um eine Ständerwicklung
1 gewickelt ist, nur an einem Endabschnitt der Hauptisolierschicht 2 gewickelt ist,
so daß dann sowohl das Abschirmgrundmaterial 4a und die Hauptisolierschicht 2 unter
Unterdruckbedingungen mit einem Lack 4c getränkt werden; der Lack 4c ist z. B. der
gleiche Lack, der für die Bildung der Hauptisolierschicht 2 verwendet wurde.
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Anschließend wird das Harz 4c fixiert oder ausgehärtet.
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Bei diesem Verfahren werden die Hauptisolierschicht 2 und die Abschirmschicht
4 zu einer Einheit verbunden, so daß an der Grenzfläche zwischen den Schichten 2
und 4 keine Hohlräume entstehen. Infolgedessen kann die vorher erwähnte Spannungsdifferenz
e nicht erzeugt werden, und es besteht keine Gefahr der Erzeugung von Koronaentladungen
an der Grenzfläche zwischen den Schichten 2 und 4. Damit wird die Erzeugung von
Koronaentladungen am Endabschnitt der Ständerwicklung 1 zuverlässig verhindert,
und die Hauptisolierschicht 2 erfährt keine Verschlechterung ihrer Eigenschaften.
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Da das Abschirmgrundmaterial 4a, das bei diesem Ausführungsbeispiel
verwendet wird, eine große Anzahl verzwirnte Fasern umfaßt, könnte angenommen werden,
daß der Widerstand der Abschirmschicht 4 stark erhöht wird, wenn der Lack zwischen
die Fasern eindringt. Die Fasern sind jedoch miteinander durch eine Kapazität c
(vgl.
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Fig. 6 verbunden, und im übrigen sind die Abstände zwischen den Fasern
sehr klein, da die Fasern zur Bildung eines Fadens verzwirnt sind. Im Fall von Wechselspannungen
ist daher der kapazitive Blindwiderstand der Abschirmschicht 4 klein im Vergleich
zu der durch das Abschirmgrundmaterial 4a gegebenen Ohmschen Komponente. Der Lack
4c
ist so gewählt, daß das Abschirmgrundmaterial 4a, das einen spezifischen Widerstand
von 108-1011 #cm hat, einen Oberflächenwiderstand von 107-109 # nach dem Aufbringen
des Lacks hat. Dann hat die Abschirmschicht 4 einen Widerstand von 108-1011#. Wenn
der Widerstandswert der Abschirmschicht 4 wesentlich über den vorstehenden Werten
liegt, kann die Abschirmschicht 4 als nicht vorhanden angesehen werden. Wenn dagegen
der Widerstandswert der Abschirmschicht 4 so klein ist, daß er nahezu gleich dem
Widerstandswert (103-105 Q ) der leitenden Widerstandsschicht 3 ist, ist die Abschirmschicht
4 als Fortsetzung der leitenden Widerstandsschicht 3 und daher als unwirksam anzusehen.
Es ist somit sehr wichtig, daß die Abschirmschicht 4 den richtigen Widerstandswert
hat.
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Ferner wird bei diesem Ausführungsbeispiel um das Abschirmgrundmaterial
4a ein isolierendes Gewebe oder ein isolierender Vliesstoff gewickelt, um den Austritt
des Lacks 4c, mit dem das Abschirmgrundmaterial 4a getränkt wird, zu verhindern.
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In der vorstehenden Erläuterung wurde das Abschirmgrundmaterial 4a
mit dem Lack 4c unter Vakuum ohne Vorbehandlung getränkt. Wenn es aber erforderlich
ist, einen Anstieg des Widerstands des Abschirmgrundmaterials 4a infolge des Eindringens
des Lacks 4c zwischen die Fasern des Abschirmgrundmaterials 4a und der Verhinderung
eines unmittelbaren Kontakts zwischen Fasern durch den Lack 4c zu vermeiden, wird
das Abschirmgrundmaterial 4a vorher mit einem Faserverklebemittel getränkt oder
versehen, das ein Katalysator, ein Harz od. dgl. sein kann.
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In diesem Fall kann das Faserverklebemittel auf das Abschirmgrundmaterial
4a entweder vor oder nach dem Umwickeln
der Hauptisolierschicht
2 mit dem Abschirmgrundmaterial 4a aufgebracht werden. Da das Abschirmgrundmaterial
4a mit dem Faserverklebemittel bei Atmosphärendruck getränkt wird, dringt das Faserverklebemittel
nicht in einen aus verzwirnten Fasern gebildeten Faden ein, sondern die Fadenoberfläche
wird mit dem Faserverklebemittel beschichtet. Damit verhindert das Faserverklebemittel
das Eindringen des Lacks 4c in den Faden. Somit wird der Widerstandswert des Abschirmgrundmaterials
4a nicht durch das Tränken des Materials 4a mit dem Lack 4c unter Vakuum beeinflußt,
und daher kann der Widerstandswert der Abschirmschicht 4 einfach und genau auf einen
erwünschten Wert eingestellt werden.
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Die Auswirkung des Verfahrens nach der Erfindung wird unter Bezugnahme
auf Fig. 7 erläutert. Dabei bezeichnet die Abszisse x einen Abstand zwischen einem
Ende der leitenden Widerstandsschicht 3 und einem Punkt in der Abschirmschicht 4
in Richtung vom Ende der Schicht 3 zum Ende der Schicht 4, also in Axialrichtung,
und x = 1O bezeichnet das Ende der Abschirmschicht 4. Die Kurve C zeigt eine Spannungsverteilung
in der Abschirmen schicht 4, wenn das Abschirmgrundmaterial 4a mit dem Lack 4c unter
Vakuum ohne Vorbehandlung getränkt ist, und die Kurve D zeigt die Spannungsverteilung,
wenn das Abschirmgrundmaterial 4a mit dem Lack 4c unter Vakuum getränkt wurde, nachdem
es vorher mit dem Faserverklebemittel behandelt wurde. Im ersten Fall wird der Widerstand
der Abschirmschicht 4 dadurch erhöht, daß der Lack 4c in den aus Fasern gebildeten
Faden eindringt, und daher wird der Spannungsgradient in der Abschirmschicht 4 auf
der Seite der leitenden Widerstandsschicht 3 hoch, wie aus der Kurve C ersichtlich
ist. Im letzteren Fall
dagegen kann der Widerstandswert der Abschirmschicht
4 nicht ansteigen, und damit ist der Spannungsgradient in der Schicht 4 niedrig,
wie durch die Kurve D angegeben ist. Wie bereits erwähnt, basiert der Unterschied
zwischen den Kurven C und D auf eine Differenz im Widerstandswert zwischen dem Abschirmgrundmaterial
4a ohne Vorbehandlung einerseits und dem Abschirmgrundmaterial mit der vorgenannten
Vorbehandlung andererseits. D. h., durch Anwenden oder Nichtanwenden der Vorbehandlung
ist der Spannungsgradient in der Abschirmschicht 4 änderbar.
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Fig. 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Abschirmschicht,
die mit dem Verfahren hergestellt wird.
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Dabei sind eine Hauptisolierschicht 2 und eine Abschirmschicht 4 ebenso
wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 zu einer Einheit verbunden, aber nur
ein Abschnitt E der Abschirmschicht 4 nahe der leitenden Widerstandsschicht 3 ist
mit einem Faserklebemittel behandelt. Mit diesem Ausführungsbeispiel sind die gleichen
Auswirkungen wie mit demjenigen nach Fig. 5 zu erzielen. In diesem Fall ist es allerdings
möglich, in der Abschirmschicht 4 eine nichtlineare Spannungsverteilung entsprechend
Fig. 9 auszubilden, und außerdem sind die Kosten für die Bildung der Abschirmschicht
4 niedrig.
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Wenn das oben erwähnte Faserverklebemittel 10-50 % Epoxidharz und
5-40 % eines Füllstoffs mit hoher Dielektrizitätskonstante wie Titanoxid enthält,
so daß das Faserverklebemittel nach dem Härten eine relative Dielektrizitätskonstante
von 10-40 hat, sind die Fasern auch dann, wenn das Faserverklebemittel in einen
aus Fasern gebildeten Faden eindringt, miteinander durch
das Faserverklebemittel
mit hoher relativer Dielektrizitätskonstante verbunden. In diesem Fall ist der kapazitive
Blindwiderstand eines Abschirmgrundmaterials 4a relativ klein. Daher wird unabhängig
davon, wie das Faserverklebemittel in den Faden eindringt, der Widerstandswert des
Abschirmgrundmaterials 4a auf einem Wert im Bereich von 107-lo9lL gehalten, und
daher wird eine Abschirmschicht 4 mit stabilem Widerstand erhalten.
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Wie vorstehend erläutert, werden bei dem Verfahren zum Abschirmen
eines Endabschnitts einer Ständer wicklung gegen Koronaentladungen nach dem Umwickeln
eines Endabschnitts einer um eine Ständerwicklung vorgesehenen Hauptisolierschicht
mit einem Abschirmgrundmaterial dieses und die Hauptisolierschicht als eine Einheit
unter Vakuum mit Harz getränkt, und dann wird das Harz ausgehärtet. Dadurch werden
das Abschirmgrundmaterial und die Hauptisolierschicht zu einer Einheit verbunden,
so daß an der Grenzfläche zwischen beiden weder ein Hohlraum noch eine Spannungsdifferenz
entstehen kann.
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Somit werden die Eigenschaften der Hauptisolierschicht nicht verschlechtert.
Das bedeutet, daß das angegebene Verfahren eine sehr günstige Auswirkung auf elektrische
Maschinen der eingangs genannten Art hat.