Статор высоковольтной электрической машины

 

1. СТАТОР ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ, содержащий обмотку, выполненную в виде плоских спиральных катумек, разделенных на секции, отделенных одна от другой слоями изоляций н размещенных между двумя изоляционными цилиндрами, о тли чающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности обмотки и улучшения технологичности изготовления, каждая фазная катушка снабжена по меньшей мере одним экраном тороидальной Формы, соединенным с ней электрически и обхватывающим ее по всему периметру. 2. Статор по п. 1, отлича ющ и и с я тем, что по меньшей мере а одна секция фазной катушки вьтолне л на из.четырех частей, а остальные из двух. с:

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) )(51) Н 0 2 К 3/40

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3250596/24-07 (22) 12.03.81 (46) 07,, ).1.84. Бюл. 9 41 (72) Г.A.Áåç÷àñòíîâ, И.A.Ãëåáîâ, Я.Б,Данилевич, Л.A ° Золотов, A.М.Kapпов, A.К.Лоханин, T.H.Ìoðîçîâà, Т.М.Нэмени, A,È.Éèêoëüñêèé и A.Ì.Øàрашкин (71) Научно-исследовательский сектор

Всесоюзного .ордена Ленина проектно.— изыскательского и научно-исследовательского института "Гидропроект" им. С.Я.Жука и Всесоюзный научноисследовательский институт электромашиностроения (53) 621.313.713 (,088.8) (56) 1. Archiv fur Elektrotechnik

В. 57, М б, R. 129,G. Aichholzer

neue Mege zum Sam. Die grosse Turbogenerntoren.

2. 1(атент Ct )A М 4164672, кл. 316-54, 1979. (54) (57) 1. CTATOP ВЫСОКОВО)1ЬТНОЙ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ, содержащий обмотку, выполненную в виде плоских спиральных катушек, разделенных на секции, отделенных одна от другой слоями изоляции и размещенных между двумя изоляционными цилиндрами, о тл и,ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности обмотки и улучшения технологичности изготовления, каждая фазная катушка снабжена по меньшей мере одним экраном тороидальной формы, соединенным с ней электрически и обхватывающим ее по всему периметру.

2. Статор по п. 1, о т л и ч а ю-, ш и и с я тем, что по меньшей мере Е одна секция фазной катушки выполне- на из .четырех частей, а остальные— из двух.

11230.79

Изобретение отйосится к .электромашиностроению, а более конкретно. к конструированию турбогенераторов.

Известна конструкция мощного беспазового турбогенератора, в которой статор выполнен с плоскими спиральными катушками, разделенными слоями изоляции (1), Недостатком данной конструкции является большой градиент.напряже- . ния по виткам катушек и плохая Форма электрического оля у краев катушек, что затрудняет выполнение обмоток статора на напряжение 30-60.кВ.

Наиболее близкой к изобретению . по технической сущности является конструкция статора электрической машины, в которой каждая фаза состоит из нескольких плоских спиральных катушек, разделенных на секции с транспозицией, отделенных друг от друга слоями изоляцин и размещенных между двумя изоляционными цилиндрами j2) .

Недостатками: известной конструкции являются неблагоприятная форма электрического поля краев катушек, особенно у краев катушек соседних фаз, разделенных весьма тонким слоем изоляции, что может привести к пробою, а,также необходимость изготовления плоских спиральных катушек с переменным поперечным сечением в тангенннальном направлении меди и изоляции, что весьма затрудняет реализацию такой конструкции, т.е. снижает ее технологичность, Цель изобретения — повьааение надежности обмотки н улучшение технологичности изготовления.

Указанная цель достигается тем, что в статоре высоковольтной электрической машины, содержащем обмотку, выполненную в виде плоских спиральных фазных катушек, разделенных на секции, отделенных одна от другой слоями изоляции.и размещенных между собой двумя изоляционными цилиндра ми, каждая фазная катушха снабжена по меньшей мере одним экраном торои. дальной форьы, соединенным с.ней электрически и обхватывающим ее по всему периметру, при этом по меньшей мере одна секция Фазной катушки выполнена из четырех частей, а остальные — из двух.

На фиг.1 изображено поперечное сечение статора, на Фиг..2 - Фазная обмотка, общий вид, на фиг.3 - разрез А-А на фиг.2, на фиг.4 -.электрическое соединение частей секций и экраны, обхватывающие их, иа фиг.5 — электрическая схема соединений секций катушек, на фиг.б. — вариант выполнения катушек без деления их на секции.

Экран 25 обхватывает фазную обмот ку 1 по всему ее периметру. Возможна также установка экранов 26 по торцам секции 5 и вспомогательных формирующих Экранов 27. Экраны 21

25 имеют тороидальную форму и облегают торцы соответствунщих секций (на фиг.2 экраны не показаны, на фнг.1 схематично изображен только контур .внешнего экрана 25 фазной обмотки).,Статор содержит три Фазные обмотки 1, размещенные между изоляционными цилиндрами 2 и 3, соответственно цилиндр 2 сочленяется с кольцом активной стали статора {не показана), а цилиндр 3 отделяет зону размещения обмотки статора от ротора генерато. ра (не показан) . Иежду Фазными обмотками 1 помещен диэлектрический заполнитель 4, при этом вся конструкция.как бы зажимается между цилиндрамн:2 и 3, обеспечивая тем самым механическое крепление Фазных обмоток. Все Фазные обмотки выполнены-одинаково. Фаэная обмотка 1

15 состоит из плоских спиральных катушек. Каждая из них состоит из трех соединенных секций 5 - 7, (фиг:.3 и 4). Центральная секция 5 состоит из двух частей 8

2О и 9, соединенных последовательно.

Ближайшая к центральной секции б состоит из четырех частей.10 — 13 (фиг,5}, образующих замкнутую цепь.

Следующая за.шестой секция 7 выполнена аналогично. Она состоит из четырех частей 14 - 17, соединенных аналогично (Фиг.5). Перекрестное соединение частей секций б и 7 вы полнено так, чтобы избежать уравнительных токов в параллельно еоединениых частях, т,е. является транс-; позицией..

В поперечном сечении проводящие слои каждой секции несколько изогнуты, однако иа Фиг.3 для упрощения слои меди 18 показаны плоскими . Между слоями имеются каналы для хладагента 19..Все секции, из которых составлены катушки, представляют со.бой одинаковые плоские спиральные

40 элементарные катушки, выполненные по типу, показанных на фиг.2, размещены одна над другой,(фиг.3 ) и отделены слоями 20 изоляции. Начала и концы частей секции б и 7 электри45 чески соединены между собой с помощью электростатических экранов 21—

24. Так, начало части 10 секции б

:соединено с началом части 12 той же секции с помощью экрана 21. Аналогично конец части 13 секции б соединен с конном части 11 той же секции с помощью экрана 23. Аналогичным образом соединены начала и концы секции 7 экранами 23 и 24 (фиг.3 и 4).

1123079

Создание благоприятного спабо неоднородного электрического поля в пространстве, занятом фазной катушкой 1, может быть обеспечено и без разделения каждой секции на две параллельно соединенные части (Фиг.б). Здесь три секции фазной катушки 28 — 30 соединены последовательно и окружены электростатическими экранами 31 — 33 (фиг.6) . пути электрических соединений между началами н концами секций совпадают

В известных конструкциях вблизи .острых углов, образуемых медными про, водниками торцов (краев) катушек, образуется крайне неблагоприятное распределение электрического поля, особенно, если учесть, что между краями катушек соседних фаз, отделенных весьма небольшим изоляционным промежутком, возникает разность потенциалов, близкая к междуфазному напряжению, Это существенно снижает 10 электрическую прочность изоляции и не позволяет существечно повысить напряжение статора генератора. Так, при конкретных параметрах, характерных -для криотурбогенераторов (ра- 35. диальнснв расстояние между изоляционными цилиндрами 2 и 3 порядка 40 см) выполнение известной конструкции на напряжение 220-500 кВ практически невозможно. Разделение части катушек лъ на параллельно соединенные части и применение электростатических Экранов позволяет не только облагОродить картину электрического поля в области между катушками и вокруг них, но и принудительно задать потенциал поля, разделив всю область действия поля на ряд областей задания поля, ограниченных плавными поверхностями с большими радиусами закругления, что гарантирует наличие всюду в этих областях облагороженного слабо неоднородного электрического поля, при котором изоляция обладает повышенной электрической прочностью. Так, при фавном напряжении 300 кВ (что соответствует линейному 500 кВ), при разделении фазной обмотки на 3 секции и при последовательном соединении секций 5 — 7, на каждую из них приходится разность потенциалов 100 кВ. 40 а, на каждую часть секции 50 кВ..Таким образом, в начале части 8 (на которую подается напряжение) будет потенциал 300 кВ, в конце ее (на ее последнем витке) — 250 кВ, на час- 45 ти 9 напряжение падает с 250 до 200 (фиг.3), потенциалы указаны цифрами в начале н конце каждой части и т.д. Таким образоМ,на экране 21 потенциал 200 кВ, на экРанах 22 и 23

100 кВ, на экранах 24 и 25 — О. В результате между экранами 23 и 21 разность потенциалов 100 кВ, между экранами 24 и 22 разнесть потенциалов 100 кВ, также как между. экранами 24 и 22 и между экранами 25 и 23.

Так как перечисленные экраны имеют относительно большие радиусы закругления, то всюду в пространстве между ними получается слабо неоднородное электрическое поле, что гаранти- 60 рует высокую электрическую прочность и надежную работу изоляции фазной обмотки вплоть до фазных напряжений

300-400 кВ. Следует особо обратить внимание на то, что в целом каждая 5 фазная обмотка окружена экранами 24 и 25 с нулевым потенциалом,. что исключает проблему формирования мощ-. ных изоляционных слоев, рассчитанных на то, чтобы выдержать междуфазное напряжение между медью катушек соседних фаз. Этот вопрос стоит особенно остро в известных конструкциях генераторов, так как катушки всех фаз необходимо разместить s весьма компактном объеме (в отличие от высоковольтных трансформаторов} . Проблема междуфазной изоляции является одной иэ главных при попытке поднять напряжение в известных конструкциях обмотки статора.

В отличие от известной конструк" ции медь катушек и изоляция между ними имеют. фасонное сечение, в данном случае все части секции выполнены с медью и изоляцией одинакового размера в тангенциальном направлении, что существенно упрощает технологию их изготовления. Разделение фазной катушки на 3 последовательно соединенных секций необязательно, возможно ее разделение и на другое число секций, что диктуется конкретными данными машины. Части секций не обязательно должы быть расположены по одной оси друг над другом (фиг.З) .

Они могут быть несколько сдвинуты одна относительно другой наподобие лесенки, например, для улучшения обмоточного коэффициента. Экраны не обязательно должны обхватывать все части секций. Можно ограничиться только наружными экранами 24-25.

Электростатические экраны могут быть выполнены различным образом,,например, в виде напыления проводящего или полупроводящего слоя на некоторый каркас, сплошного перфорированного слоя или нескольких слоев, фольги, в виде сеток из проводящего материала или в виде наложенных или ,намотанных проводящих или полупрово-, цящих лент. Во всех случаях экраны должны быть перфорированы или их материал должен быть проницаем для хладагента, делая возможным охлаждение витков катушек. В торцовых частях экраны имеют электрические разрывы для избежания образования короткозамкнутых витков.

1123079 ъ . с проекциями экранов (фиг. 6) . При предлагаемой схеме выполнения и сое динения секций и экранов достигается тот же эффект, что и в известном варианте.

Предлагаемая конструкция статора высоковольтной электрической машины по сравнению с известными имеет более высокую надежность в работе и более технологична при изготовлении.

1123079

ВНИИПИ Закаэ 8153/42 Тирам 666 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная, 4