CH662454A5 - Anordnung zur verbindung zweier schichtkabel im stirnteil der staenderwicklung eines hochspannungsgenerators. - Google Patents

Description

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PATENTANSPRUCH Anordnung zur Verbindung zweier Schichtkabel im Stirnteil der Ständerwicklung eines Hochspannungsgenerators, welche Anordnung in den Endzonen der zu verbindenden Kabel konzentrisch angeordnete in Form von Rohren ausgeführte und voneinander durch Isolationsschichten getrennte leitende Schichten sowie Verbindungsstege, welche die leitenden Schichten der zu verbindenden Kabel miteinander elektrisch verbinden, wobei der den Verbindungsstegen zugewandte Abschnitt jeder Isolationsschicht die Form eines abgestumpften Isolierkegels hat, enthält, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Verbindungssteg (18, 20, 22, 24) eine Gesamtheit von Elementen (32, 33, 34, 35) darstellt, von welchen jedes als durch zwei Mantellinien begrenzter Teil eines Hohlzylinders ausgeführt ist, wobei die Elemente (32, 33, 34, 35) des jeweiligen Verbindungssteges (18, 20, 22, 24), der die entsprechenden leitenden Schichten (3, 6, 8, 11, 12) der Endzonen (1) verbindet, zueinander derart angeordnet sind, dass jeder Verbindungssteg (18, 20, 22, 24) die Form einer zylindrischen Fläche mit zur Achse desselben parallelen Nuten (36) zwischen den Elementen (32, 33, 34, 35) hat, wobei die Elemente (33, 34, 35) eines jeweiligen Verbindungssteges (20, 22, 24), der eine nächstfolgende leitende Schicht verbindet, gegenüber den Elementen (32, 33, 34) eines Verbindungssteges (18, 20, 22), der eine vorangehende leitende Schicht verbindet, mit einer Versetzung angeordnet sind, bei der die Nuten (36) des vorangehenden Verbindungssteges (18, 20, 22) unter den Elementen (33, 34, 35) des nächstfolgenden Verbindungssteges (20, 22, 24) angeordnet sind, wobei an jedem Verbindungssteg (18, 20, 22, 24) eine Isolierbuchse (19, 21, 23, 25) in Form eines Zylinders und abgestumpfter Kegel (26), welche als Ganzes ausgebildet sind, derart angeordnet ist, dass deren Teile symmetrisch zur Ebene, die den Verbindungssteg (18, 20, 22, 24) in zwei gleiche Teile teilt und parallel zu deren Stirnflächen liegt, angeordnet sind, wobei in den abgestumpften Kegeln (26) dünnwandige, zu den Verbindungsstegen (18, 20, 22, 24) konzentrisch angeordnete Isolierzylinder (27) und in jedem abgestumpften Endisolierkegel (16) der Endzone (1) ebenfalls dünnwandige Isolierzylinder (28) befestigt sind, wobei die Flächen des abgestumpften Kegels (26) der Isolierbuchse (19, 21, 23) und des abgestumpften Endisolierkegels (16) sowie die Fläche zweier Nachbarverbindungsstege (18, 20, 22, 24) und der mit diesen jeweils verbundenen leitenden Schichten (2, 6, 8, 10), zwischen welchen jeweils ein solcher abgestumpfter Endisolierkegel (16) angeordnet ist, eine Isolierkammer (30) bilden, in welcher die dünnwandigen Isolierzylinder (27, 28) untergebracht sind, wobei ein Teil des einen Isolierzylinders in das Innere des anderen ragt, während die Fläche des Verbindungssteges (24) und des mit diesem verbundenen Rohres (12) der äusseren leitenden Schicht (12), die Fläche des abgestumpften Endisolierkegels (16) und des abgestumpften Kegels (26) der Isolierbuchse (25) sowie die Flächen der dünnwandigen Isolierzylinder (27, 28) der betreffenden abgestumpften Kegel (16, 26) einen Isolierraum (31) bilden, wobei die Zahl der Isolierkammern (30) jeder Endzone (1) um Eins kleiner als die Zahl der Isolierschichten (7, 9,14, 15) ist, während die Isolierkammern

(30) jeder Endzone (1) miteinander und mit dem Isolierraum

(31) der betreffenden Endzone (1) sowie mit Kühlungskanälen (13, 5), die jeweils durch zwei benachbarte konzentrische elektrisch miteinander verbundene und jeweils eine leitende Schicht (2, 10) bildende Rohre (3, 4 und 11, 12) gebildet sind, in Verbindung stehen.

Gebiet der Technik

Die Erfindung bezieht sich auf den Elektromaschinenbau und betrifft eine Anordnung zur Verbindung zweier Schichtkabel im Stirnteil der Ständerwicklung eines Hochspannungsgenerators.

Stand der Technik

Die gegenwärtigen Tendenzen in der Elektroenergetik werden durch das Streben nach einer immer grösseren Steigerung der Arbeitsspannung elektrotechnischer Einrichtungen: Energieübertragungsleitungen, Transformatoren und Generatoren gekennzeichnet, was die Möglichkeit bietet, deren Wirkungsgrad zu erhöhen. Jedoch rückt die Steigerung der Arbeitsspannung die Aufgabe der Kopplung dieser elektrischen Einrichtungen untereinander, z.B. des Hochspannungskabels mit der Energieübertragungsleitung bzw. des Transformators mit dem Hochspannungskabel in den Vordergrund. Insbesondere entsteht bei Erhöhung der Generatorspannung das Problem der Verbindung der Hochspannungskabel der Ständerwicklung untereinander in den Kopfteilen.

Die der angemeldeten Erfindung nächstliegende technische Lösung ist eine Einheit zur Verbindung zweier Schichtkabel der Ständerwicklung eines Hochspannungsgenerators («The procee-dings of the Institution of electrical engineers», Vol. 67, No. 393, 1929, London, pp. 1065-1870, Ch. A. Parson and J. Rosen «Direct Generation of Alternating Current of High Voltages»).

Die bekannte Einheit zur Verbindung zweier Schichtkabel der Ständerwicklung eines Hochspannungsgenerators in den Kopfteilen derselben, enthält Endzonen der zu koppelnden Kabel, bei welchen konzentrisch angeordnete in Form von Rohren ausgeführte und voneinander durch Isolationsschichten getrennte leitende Schichten vorhanden sind. Auch enthält die Einheit zur Verbindung zweier Schichtkabel der Ständerwicklung eines Hochspannungsgenerators Verbindungsstege, die untereinander die leitenden Schichten der zu verbindenden Schichtkabel verbinden, während der dem Verbindungssteg zugewandte Abschnitt jeder Isolationsschicht die Form eines abgestumpften Isolierkegels hat.

Die Verbindungsstege sind in Form von auf Isolationsträgern in den Stirnteilen der Maschine angeordneten Kupferschienen ausgeführt.

Bei der bekannten Konstruktion der Einheit zur Verbindung zweier Schichtkabel der Ständerwicklung eines Hochspannungsgenerators haben die Endzonen eine grosse Länge, was dadurch bedingt ist, dass in dem Bereich der Störung der Isolationskontinuität, also in der Endzone, das elektrische Feld sich äusserst ungleichmässig verteilt, was zu einem Durchschlag der Isolationsschichten führen kann. Zur Vermeidung dieser Gefahr enden in der Endzone die Isolationsschichten mit abgestumpften Isolierkegeln, deren Länge durch die benötigte Verminderung der Feldstärke bestimmt wird, was zu einer grossen Länge jedes abgestumpften Isolierkegels, die mit dem Anstieg der Nennspannung stark zunimmt, führt.

Somit wird die bekannte Einheit zur Verbindung zweier Kabel der Ständerwicklung eines Hochspannungsgenerators durch grosse Abmessungen gekennzeichnet, was die Herstellung von Generatoren für hohe Ständerwicklungsspannungen von 110 kV, 220 kV und mehr erschwert.

Auch gestattet die bekannte Verbindungseinheit es nicht, eine direkte Kühlung der Ständerwicklung auszuführen, d.h. über diese Einheit ein Kühlmittel der Wicklung zuzuführen.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der Verbindung zweier Schichtkabel im Stirnteil der Ständerwicklung mit solcher Verbindung der Endzonen der Mehrschichtkabel zu schaffen, die es gestattet, die Abmessungen der Verbindungsanordnung zu vermindern und eine direkte Kühlung der Ständerwicklung des Hochspannungsgenerators zu sichern.

Die gestellte Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches gelöst.

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Die Erfindung gestattet es, sowohl eine direkte Kühlung der Schichtkabel der Ständerwicklung eines Hochspannungsgenerators zu sichern, als auch durch Anwendung von Isolierkammern die Abmessungen der Verbindungseinheit wesentlich zu vermindern, was die Aufgabe real macht, eine Ständerwicklung mit gedrängten Verbindungseinheiten in den Stirnteilen leistungsstarker Hochspannungsgeneratoren für Ständerspannungen bis 500 kV zu schaffen. Die Anwendung solcher Hochspannungsgeneratoren führt zu einer wesentlichen Einsparung elektrotechnischer Materialien durch Wegfall von Aufwärtstransformatoren.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Nachstehend soll die Erfindung durch ein konkretes Ausführungsbeispiel mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Einheit zur Verbindung zweier Schichtkabel der Ständerwicklung eines Hochspannungsgenerators im Längsschnitt, gemäss der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1, gemäss der Erfindung.

Bester Weg zur A usführung

Die Einheit zur Verbindung zweier Schichtkabel der Ständerwicklung eines Hochspannungsgenerators, die in dem Kopfteil derselben angeordnet ist, enthält Endzonen 1 (Fig. 1) der miteinander zu verbindenden Schichtkabel.

Die Endzone hat eine leitende Schicht 2, gebildet durch einen mittleren zylindrischen Leiter 3 und ein diesen umgebendes Rohr 4, zwischen welchen ein Kühlungskanal 5 entsteht. Der mittlere zylindrische Leiter 3 kann als Rohr ausgeführt werden.

Die nächstfolgende leitende Schicht ist als Rohr 8 ausgeführt und von der vorangehenden leitenden Schicht durch eine Isolierschicht 9 getrennt.

Eine leitende Schicht 10 ist in Form von zwei Rohren 11 und 12 ausgeführt, zwischen welchen ein Kühlungskanal 13 gebildet wird. Dieser ist von der leitenden Schicht 8 durch eine Isolierschicht 14 getrennt und oben durch eine Isolierschicht 15 verdeckt.

Die konzentrisch angeordneten Isolierschichten 7, 9, 14, 15 und die leitenden Schichten 2, 10, die Rohre 6, 8 bilden eine Endzone 1. Jede Isolierschicht 7, 9, 14, 15 endet mit einer Fläche, die einen abgestumpften Endisolierkegel 16 bildet. Der mittlere zylindrische Leiter 3 und die Rohre 4, 6, 8, 11, 12 sind derart ausgeführt, dass jedes nächstfolgende Rohr 11, 8, 6, 4 um eine grössere Länge gegenüber dem vorangehenden Rohr 12, 11, 8, 6, begonnen mit dem Aussenrohr 12 der äusseren Isolierschicht 10, hervorsteht. Die Abemssungen der abgestumpften Endisolierkegel 16 und der hervorstehenden Enden 17 der Rohre 4, 6, 8, 11, 12 und des mittleren zylindrischen Leiters 3 werden durch die konkreten Parameter der Ständerwicklung des Hochspannungsgenerators (Kabeldurchmesser, Zahn der leitenden Schichten, Grösse der Nennspannung, Qualität des Kühlmittels usw.) bestimmt.

Die leitenden Schichten 2 der zu verbindenden Schichtkabel sind elektrisch miteinander über den Verbindungssteg 18 verbunden. Auf dem Verbindungssteg 18 ist die Isolierbuchse 19 angeordnet.

Die Rohre 6 der nächstfolgenden leitenden Schichten der zu verbindenden Schichtkabel sind miteinander über den Verbindungssteg 20 elektrisch verbunden, auf dem die Isolierbuchse 21 angeordnet ist.

Die Rohre 8 der zu verbindenden Schichtkabel sind miteinander über den Verbindungssteg 22 elektrisch verbunden, auf dem die Isolierbuchse 23 angeordnet ist. Die leitenden Schichten 10 der zu verbindenden Schichtkabel sind über den Verbindungssteg 24 elektrisch verbunden, auf dem die Buchse 25 angeordnet ist.

Hierbei ist auf jedem Verbindungssteg 18, 20, 22, 24 eine entsprechende Isolierbuchse 19, 21, 23 bzw. 25 derart angeordnet, dass deren Teile symmetrisch zur Ebene, die den entsprechenden Verbindungssteg 18, 29, 22, 24 in zwei gleiche Teile teilt und parallel zu dessen Stirnflächen verläuft, liegen.

Die Abmessungen der Buchsen 19, 21, 23, 25 nehmen nacheinander von der Mitte der Verbindungseinheit zweier Schichtkabel der Ständerwicklung des Hochspannungsgenerators zur Peripherie derselben zu.

Die den Verbindungsstegen 18, 20, 22, 24 zugewandten abgestumpften Endisolierkegel 16 sind zueinander derart versetzt, dass jeder folgende abgestumpfte Endisolierkegel 16, begonnen mit dem Isolierkegel 16 der äusseren Isolierschicht 15, gegenüber den entsprechenden Verbindungsstegen 18, 22, 24 näher liegt, d.h. um einen grösseren Betrag von der Endzone an hervorsteht.

Sämtliche Buchsen 19, 21, 23, 25 sind als Zylinder und abgestumpfte Kegel 26, in welchen konzentrisch zu den Verbindungsstegen 18, 20, 22, 24 angeordnete dünnwandige Isolierzylinder 27 befestigt sind, zu einem Ganzen ausgeführt.

Ähnliche dünnwandige Isolierzylinder 28 sind in jedem abgestumpften Endisolierkegel 16 der Endzonen 1 befestigt.

Sämtliche Verbindungsstege 18, 20, 22, 24 sind elektrisch mit der entsprechenden leitenden Schicht 2, den Rohren 6, 8 und der leitenden Schicht 10 beider Endzonen 1 durch Löten verbunden. Die mittleren zylindrischen Leiter 3 sind untereinander durch Löten verbunden.

Im Innern der Rohre 6, 8 sind an den Lötstellen konzentrisch mit diesen Isolierringe 29 zur Sicherung einer grösseren Starrheit der Stossstelle beim Löten und zur Erhöhung der elektrischen Festigkeit der Lötstelle an der Innenseite der Rohre 6, 8 angeordnet.

Die Fläche des abgestumpften Isolierkegels 26 der Isolierbuchse 19 und die Fläche des abgestumpften Endisolierkegels 16 sowie die zylindrische Fläche des Verbindungssteges 18, der elektrisch mit dem Rohr 4 der leitenden Schicht 2 verbunden ist, und die des Verbindungssteges 20, der elektrisch mit dem Rohr 6 verbunden ist, bilden eine Isolierkammer 30. In der Isolierkammer 30 sind dünnwandige Isolierzylinder 27, 28, die zu den Verbindungsstegen 18, 20, 22, 24 konzentrisch angeordnet sind, untergebracht, wobei ein Teil des einen von diesen in das Innere des anderen mit einem Abstand zum Durchmessen des Kühlmittels ragt.

Die Zahl von Isolierkammern 30 jeder Endzone 1 ist um Eins kleiner als die Zahl der Isolierschichten 7, 9, 14, 15.

Darüber hinaus bilden die Fläche des Verbindungssteges 24 und des mit diesem verbundenen Rohres 13 der äusseren leitenden Schicht 10, die Fläche des abgestumpften Endisolierkegels 16 und des abgestumpften Kegels 26 der Isolierbuchse 25 sowie die Flächen der dünnwandigen Isolierzylinder 27, 28 einen Isolierraum 31, über welchen die Kühlungskanäle 5, 13 ein Kühlmittel (nicht mitgezeichnet), welches Isoliereigenschaften aufweist, gelangt.

Es ist zweckmässig, die Isolierbuchsen 19, 21, 23, 25 durch Aufwickelung eines Isolierschichtmaterials (Isolierbandes) mit Zurichtung desselben auf den abgestumpften Kegeln 26 auszuführen, wobei es bei der Aufwickelung bequem ist, in den Isolierbuchsen 19, 21, 23, 25 die dünnwandigen Isolierzylinder 27 zu befestigen.

Die Verbindungsstege 18 (Fig. 2), 20, 22, 24 sind jeweils aus Elementen 32, 33, 34, 35 ausgeführt. Die Zahl der Elemente 32, 33, 34, 35 hängt bei den Verbindungsstegen 18, 20, 22, 24 von den konkreten Parametern des Schichtkabels ab. In diesem Beispiel sind die Verbindungsstege 18, 20, 22 jeweils aus zwei gleichen Elementen 32, 33, 34 und der Verbindungssteg 24 — aus vier gleichen Elementen 35 ausgeführt.

Jedes Element 32, 33, 34, 35 ist als Teil eines durch zwei Mantellinien begrenzten Zylinders ausgeführt.

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Die Elemente 32 des Verbindungssteges 18, die die leitenden Schichten 2 verbinden, sind zueinander derart angeordnet, dass der Verbindungssteg 18 die Form einer zylindrischen Fläche mit zu seiner Achse parallelen Nuten 36 zwischen den Elementen 32 hat.

Die Elemente 33, 34, 35 der jeweiligen Verbindungsstege 20, 22, 24 sind analog angeordnet.

Die Elemente 32 des Verbindungssteges 18 sind gegenüber den Elementen 33 des Verbindungssteges 20 mit einer Versetzung angeordnet, bei der die Nuten 36 des Verbindungssteges 18 unter den Elementen 33 des Verbindungssteges 20 liegen.

Die Elemente 33,34, 35 der Verbindungsstege 20, 22, 24 sind zueinander mit analoger Versetzung angeordnet.

Drei Isolierkammern 30 (Fig. 1) stehen untereinander und mit dem Isolierraum 31 und den Kühlungskanälen 5, 13 einer der Endzonen 1 in Verbindung, während drei weitere Isolierräume 30, die von den vorangehenden durch die Isolierbuchsen 19, 21, 23 getrennt sind, miteinander und mit dem Isolierraum 31 sowie mit den analogen Kühlungskanälen 5, 13 der anderen Endzone 1 kommunizieren.

Bei der gegebenen Einheit zur Verbindung zweier Schichtkabel der Ständerwicklung eines Hochspannungsgenerators erfolgt die Zuführung des Kühlmittels zu den Kühlungskanälen 5, 13 über den Isolierraum 31, die Nuten 36 des Verbindungssteges 24 und die nachfolgenden Isolierkammern 30 und die Verbindungsstege 22, 20, 18, wobei das Kühlmittel (z.B. Kabelöl) Isoliereigenschaften aufweist. Die Zuführung des Kühlmittels zu dem Kühlungskanal 13 erfolgt über den Isolierraum 31 und die Nuten 36 des Verbindungssteges 24.

Die Konstruktion der gegebenen Einheit zur Verbindung zweier Schichtkabel der Ständerwicklung eines Hochspannungsgenerators gestattet die direkte Kühlung der Ständerwicklung, da die Zuführung des Kühlmittels der Ständerwicklung direkt über die Verbindungseinheit erfolgt.

Bei der erfindungsgemässen Einheit zur Verbindung zweier Schichtkabel der Ständerwicklung eines Hochspannungsgenerators haben die abgestumpften Isolierkegel 16 der Endzonen 1 eine geringe Länge wegen der vorhandenen dünnwandigen Isolierzylinder 28, die die Rolle von Isolierbarrieren erfüllen und die Möglichkeit eines elektrischen Überschlages über die Fläche der abgestumpften Isolierkegel 16 verhindern. Analog werden vor einem elektrischen Überschlag die Flächen der abgestumpften Isolierkegel 26 der Isolierbuchsen 19, 21, 23, 25 durch die dünnwandigen Isolierzylinder 27 geschützt.

Die dünnwandigen Isolierzylinder 27 und 28 sind in der Isolierkammer 30 derart angeordnet, dass ein Teil des einen von diesen im Innern des anderen sitzt, so dass ein elektrischer Durchschlag des Isoliermittels (Kühlmittels) zwischen zwei Nachbarverbindungsstegen 18, 20, 22, 24 unmöglich ist. 5 Die Ausführung der Verbindungsstege 18, 20, 22, 24 aus konzentrischen Elementen 32, 33, 34, 35, die derart angeordnet sind, dass die Nuten 36 jedes vorangehenden Verbindungssteges 18, 20, 22, 24 unter den Elementen 33, 34, 35 des nächstfolgenden Verbindungssteges 20, 22, 24 angeordnet sind, gestattet es, io in dem Bereich zwischen den Endzonen 1 die gesamte Konfiguration des elektrischen Feldes, die für die Schichtkabel kennzeichnend ist, beizubehalten, d.h. die konzentrische Anordnung der leitendenSchichten 2, 10 der Rohre 6, 8, die durch die Isolierschichten 7, 9, 14, 15 getrennt sind, was zur Erzeugung in ls diesem Bereich eines schwach inhomogenen elektrischen Feldes führt. Dies bietet die Möglichkeit, einen verhältnismässig geringen radialen Abstand zwischen den Nachbarverbindungsstegen 18, 20, 22, 24 zu wählen, verbessert die Arbeitsbedingungen für die Isolation der abgestumpften Isolierkegel 16 und 26 und ver-20 mindert folglich deren Abmessungen. Aus den vorstehend gesagten ergibt sich eine Konstruktion, bei der die Einheit zur Verbindung zweier Schichtkabel der Ständerwicklung eines Hochspannungsgenerators eine Gesamtheit von untereinander und mit dem Isolierraum 31 und den Kühlungskanälen 5, 13 25 kommunizierenden kompakten durch die Flächen der zur Verbindungseinheit gehörenden Elemente gebildeten Isolierkammern 30, mit dünnwandigen Isolierzylindern 27, 28, die gleichzeitig über hohe elektrische Festigkeit verfügen und die Zuführung des Kühlmittels zu den Kühlungskanälen 5, 13 der 30 Schichtkabel der Ständerwicklurig sichern, darstellt.

Somit gestattet diese Erfindung die direkte Kühlung der Schichtkabel der Ständerwicklung eines Hochspannungsgenerators und bietet die Möglichkeit, die Abmessungen der Verbindungseinheit für Schichtkabel zu vermindern. Dies macht die 35 Aufgabe real, eine Ständerwicklung mit gedrängten Verbindungseinheiten in den Stirnteilen von Hochspannungsgeneratoren zu schaffen, und die Anwendung dieser Einheiten führt zu einer wesentlichen Einsparung von elektrotechnischen Materialien durch Wegfall von Aufwärtstransformatoren.

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Gewerbliche Verwertbarkeit

Die Erfindung kann bei der Herstellung von leistungsstarken Generatoren, darunter Turbogeneratoren, für Wärme- und Kernkraftwerke sowie bei der Verbindung von Hochspannungs-45 kabeln benutzt werden.

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1 Blatt Zeichnungen