DE1030921B - Stabfoermiger, durch ein hindurchgeleitetes Kuehlmittel innengekuehlter Leiter fuer die Staenderwicklungen elektrischer Maschinen - Google Patents

Description

• Stabförmiger, durch ein hindurchgeleitetes Kühlmittel innengekühlter Leiterfür die Ständerwicklungen elektrischer Maschinen Zur Erzielung einer guten Abführung der Wärme aus den Wicklungen großer elektrischer Maschinen, insbesondere Turbogeneratoren, ist man bestrebt, das Kühlmittel möglichst in direkte Berührung mit den Kupferleitern der Wicklungen zu bringen. Während eine solche Kühlung bei den mit Gleichstrom gespeisten Läuferwicklungen verhältnismäßig einfach durchzuführen ist und daher insbesondere bei Maschinen mit Wasserstoffkühlung bereits in erheblichem Umfang in der Praxis angewendet wird, ist die Anwendung dieser Kühlung bei den Ständerwicklungen wegen der hohen Spannung derselben und wegen der erforderlichem Kurzschlußfestigkeit erheblich schwieriger.
• Es ist bereits bekannt, die Teilleiter der üblicherweise als Gitterstäbe (Roebelstäbe) ausgebildeten Leiter als Hohlleiter herzustellen und das Kühlmittel durch die Hohlräume bzw. Kanäle der Teilleiter zu leiten.
• Wegen der kleinen Kanalquerschnitte sind dabei jedoch die Strömungswiderstände sehr hoch, so daß bei Verwendung eines gasförmigen Kühlmittels ein hoher Druck bei entsprechend hoher Förderleistung notwendig ist. Bei Verwendung eines flüssigen Kühlmittels ist zwar die Förderleistung bzw. Pumpenleistung nicht erheblich, jedoch bedingt der erforderliche hohe Druck gewisse Schwierigkeiten bezüglich der Konstruktion der Zu- und Ableitungskanäle.
• Weiter sind verseilte Rundleiter bekannt, in deren Mitte sich ein Kühlkanal befindet. Die in den Teilleitern am Umfang des Seiles entstehende Wärme muß dabei durch mehrere Isolationsschichten gehen, ehe sie vom Kühlmittel aufgenommen werden kann. Mit einer solchen Anordnung wird daher noch keine optimale Wärmeabfuhr erzielt, abgesehen davon, daß die Verwendung verseilter Leiter auch in verschiedener anderer Hinsicht ungünstig ist.
• Bei weiter bekannten Ausführungen befinden sich mehrere Kühlrohre von rechteckigem Querschnitt aus elektrisch schlecht leitendem Material zwischen den beiden Teilleiterbündeln eines Gitterstabes. Auch bei dieser Anordnung wird der Wärmeübergang von Kupfer auf das Kühlmittel durch die zwischen beiden liegenden Rohrwände und deren Isolation beeinträchtigt.
• Es sind auch Leiteranordnungen bekannt, bei denen zwischen den Teilleiterschichten eines Gitterstabes Kühlkanäle in der Weise gebildet werden, daß die Zwischenräume zwischen den Teilleiterschichten zum Teil mit Zwischenstücken, die aus einer mit Kunstharz versetzten Füllmasse bestehen, ausgefüllt werden. Um hierbei eine genügende Festigkeit der Leiter insbesondere gegen die bei Kurzschlüssen auftretenden elektrodynamischen Kraftwirkungen zu erzielen, hat man die Kanäle mit kreisförmigem Querschnitt ausgeführt. Dadurch wird aber die Breite der Leiterstäbe in Umfangsrichtung des Ständers erheblich vergrößert, so daß sich eine schlechte Ausnutzung des Wickelraumes ergibt.
• Die Erfindung bezieht sich auf stabförmige, durch ein hindurchgeleitetes Kühlmittel innengekühlte Leiter für die Ständerwicklüngen elektrischer Maschinen hoher Stromstärke mit in einer gemeinsamen Isolierhülle angeordneten flachen, schraubenförmig um die Leiterachse herumgeführten Teilleitern, die jeweils zwei einander gegenüberliegende Schichten bilden, vornehmlich auf Roebelstäbe. Erfindungsgemäß befinden sieh je zwischen mehreren Teilleitern feste Isolationsstreifen mit nach der gegenüberliegenden Teilleiterschicht zu gerichteten Vorsprüngen; welche die beiden Teilleiterschichten in einem durch die Breite der Vorsprünge bestimmten Abstand voneinander halten, so däß zwischen den Teilleiterschichten ein längs des Leiters verlaufender Kühlkanal gebildet ist.
• Der Querschnitt des Kühlkanals kann dabei so groß gewählt werden, daß der Strömungswiderstand für ein gasförmiges Kühlmittel und damit der Leistungsaufwand zur Förderring des Kühlmittels in mäßigen Grenzen bleibt. Bei der Verwendung von flüssigem Kühlmittel, insbesondere Öl, können Zu-und Ableitungen für das Kühlmittel verwendet werden, die nicht für besonders hohe Drücke bemessen sind. Die Abstützung der Teilleiter durch die Vorsprünge der Isolationsstreifen kann ohne Schwierigkeit so kräftig gemacht werden, daß sie die bei Kurzschlüssen auftretenden Kraftwirkungen aushält.
• Die den Kanal durchsetzenden Vorsprünge der Isolationsstreifen ergeben eine gute Durchwirbelung des strömenden Kühlmittels und damit einen guten Wärmeübergang. Dabei beanspruchen sie nur einen verhältnismäßig geringen Teil des gesamten zwischen den beiden Teilleiterschichten liegenden Raumes.
• In den Zeichnungen sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
• Fig. 1 zeigt einen stabförmigen Leiter nach der Erfindung in Seitenansicht und Fig. 2 in Draufsicht.
• In den Fig. 3 und 4 ist je ein Querschnitt nach der Linie A-B bzw. C-D der Fig. 1 dargestellt. Insbesondere in den Fig. 3 und 4 sind die in den einander gegenüberliegenden Schichten liegenden Teilleiter 1 zu erkennen. Mit 2 und 3 sind die zwischen die Teilleiter der beiden Schichten eingelegten Isolationsstreifen bezeichnet. In diesem Beispiel sind alle Isolationsstreifen mit Vorsprüngen 2' und 3' versehen, so daß die in die eine Teilleiterschicht eingelegten Streifen mit ihren Vorsprüngen an den Teilleitern der anderen Schicht anliegen und umgekehrt. Wie in den Fig. 5 und 6 dargestellt ist, sind die Vorsprünge der Isolationsstreifen der beiden Teilleiterschichten gegeneinander versetzt und haben abgesehen von den Stellen an den Übergängen der Teilleiter von der einen Schicht zur anderen gleiche Abstände untereinander. In Fig. 1 ist die Lage der Vorsprünge der Isolationsstreifen angedeutet, obwohl sie dort an sich nicht zu sehen sind.
• Durch die infolge der schraubenförmigen Führung der Teilleiter bedingte Schräglage derselben und der Isolationsstreifen liegt jeder Vorsprung an mehreren Teilleitern der gegenüberliegenden Schicht an. Zweckmäßig wird man die Anzahl der Isolationsstreifen, die axiale Länge der Vorsprünge und die Schrägung der beiden Teilleiterschichten so wählen, daß sämtliche Teilleiter der einen Schicht durch die Vorsprünge der Isolationsstreifen der anderen Schicht abgestützt sind und umgekehrt.
• Während bei der üblichen Ausführung von Gitterstäben jeder Teilleiter innerhalb der Stablänge nur einmal schraubenförmig um die Stabachse herumgeführt ist, so daß die Teilleiter unter einer sehr geringen Schrägung zur Stabachse verlaufen, wird es bei Stäben nach der Erfindung vielfach zweckmäßig sein, eine etwas größere Schrägung der Teilleiter zu wählen, was dadurch geschehen kann, daß die Teilleiter innerhalb einer Stablänge mehrmals schraubenförmig um die Stabachse herumgeführt werden.
• In den Fig. 7 und 8 ist eine andere Ausführung der Erfindung dargestellt. Hier sind nur in die eine der beiden Teilleiterschichten Isolationsstreifen 3 mit Vorsprüngen 3', in die andere dagegen Isolationsstreifen 2 ohne Vorsprünge eingelegt. In diesem Fall ergibt sich ein noch etwas freierer Querschnitt des Kühlkanals. Dagegen ist die gegenseitige Abstützung der beiden Teilleiterschichten nicht so vollkommen wie bei der erstbeschriebenen Anordnung.
• Zur Erzielung einer genügenden Festigkeit des Stabes können die Teilleiter und Isolationsstreifen mindestens derjenigen Teilleiterschicht, in der sich die Isolationsstreifen mit Vorsprüngen befinden, fest miteinander verbunden, beispielsweise verklebt oder verkittet sein. Natürlich kann ein solches Verkleben oder Verkitten auch in der anderen Teilleiterschicht und ebenso auch bei der zuerst beschriebenen Ausführungsform der Erfindung als eine zusätzliche Maßnahme zur Erhöhung der Festigkeit angewendet werden.
• Auch bei Anordnungen nach den Fig. 7 und 8 kann es zweckmäßig sein, die Teilleiter mehrmals schraubenförmig um die Stabachse herumzuführen, da sich dadurch in jedem Fall eine die Stabfestigkeit erhöhende Verringerung der Abstände der Abstützpunkte der Teilleiter erreichen läßt.
• Um die Anschlüsse für die Zu- und Ableitung des Kühlmittels günstig anordnen zu können, wird man den erfindungsgemäßen Aufbau des Leiterstabes nicht an seinen Austrittsstellen aus den Ständernuten enden lassen, sondern mindestens noch ein Stück weit bis in die Stirnverbindungen hinein fortsetzen.
• Besonders vorteilhaft ist es, die Leiter der Stirnverbindungen vollständig oder nahezu vollständig in der gleichen Weise aufzubauen wie die Leiterstäbe in den Nuten. Das Kühlmittel wird dann zweckmäßig etwa in der Mitte der Stirnverbindungen zu-und abgeführt.
• Für die Herstellung der Stirnverbindungen können die Kupferleiter entsprechend gebogen werden, während die Isolierstreifen entsprechend der endgültigen Form der Stirnverbindungen angefertigt bzw. zugeschnitten werden.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Stabförmiger, durch ein hindurchgeleitetes Kühlmittel innengekühlter Leiter für die Ständerwicklungen elektrischer Maschinen hoher Stromstärke mit in einer gemeinsamen Isolierhülle angeordneten flachen, schraubenförmig um die Leiterachse herumgeführten Teilleitern, die jeweils zwei einander gegenüberliegende Schichten bilden, gekennzeichnet durch feste, je zwischen mehreren Teilleitern eingelegten Isolationsstreifen, mit nach der gegenüberliegenden Teilleiterschicht zu gerichteten Vorsprüngen, welche die beiden Teilleiterschichten in einem durch die Breite der Vorsprünge bestimmten Abstand voneinander halten, so daß zwischen den Teilleiterschichten ein längs des Leiters verlaufender Kühlkanal gebildet ist.
2. 2. Stabförmiger Leiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jede der beiden Teil-Leiterschichten feste Isolationsstreifen mit gegeneinander versetzten Vorsprüngen eingelegt sind.
3. 3. Stabförmiger Leiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Isolationsstreifen, die axiale Länge der Vorsprünge und die Schrägung in den beiden Teilleiterschichten so gewählt sind, däß sämtliche Teilleiter der einen Schicht durch die Vorsprünge der Isolationsstreifen der anderen Schicht abgestützt sind und umgekehrt.
4. 4. Stabförmiger Leiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur in eine Teilleiterschicht Isolationsstreifen mit Vorsprüngen, in die andere Teilleiterschicht aber Isolationsstreifen ohne Vorsprünge eingelegt sind.
5. 5. Stabförmiger Leiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilleiter über die Länge des Leiters mehrmals schraubenförmig um die Leiterachse herumgeführt sind.
6. 6. Stabförmiger Leiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilleiter und die festen Isolationsstreifen wenigstens zum Teil fest miteinander verbunden, beispielsweise verklebt sind.
7. 7. Wicklung aus stabförmigen Leitern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnverbindungen zwischen den in den Nuten liegenden Leitern wenigstens zum Teil in gleicher Weise aufgebaut sind, wie die stabförmigen Leiter in den Nuten des Ständereisens.