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DE60108583T2 - Stromerzeugungssystem mit Statorspulen zur Spannungsverteilung zwischen inneren Kühlrohren und Wicklungssträngen sowie dazugehörige Verfahren - Google Patents

Stromerzeugungssystem mit Statorspulen zur Spannungsverteilung zwischen inneren Kühlrohren und Wicklungssträngen sowie dazugehörige Verfahren Download PDF

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DE60108583T2
DE60108583T2 DE60108583T DE60108583T DE60108583T2 DE 60108583 T2 DE60108583 T2 DE 60108583T2 DE 60108583 T DE60108583 T DE 60108583T DE 60108583 T DE60108583 T DE 60108583T DE 60108583 T2 DE60108583 T2 DE 60108583T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
conductive
cooling
cooling elements
layer
strands
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE60108583T
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English (en)
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DE60108583D1 (de
Inventor
Franklin T. Emery
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Energy Inc
Original Assignee
Siemens Westinghouse Power Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Siemens Westinghouse Power Corp filed Critical Siemens Westinghouse Power Corp
Publication of DE60108583D1 publication Critical patent/DE60108583D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE60108583T2 publication Critical patent/DE60108583T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00Details of windings
    • H02K3/32Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation
    • H02K3/40Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation for high voltage, e.g. affording protection against corona discharges
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00Details of windings
    • H02K3/04Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/24Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors with channels or ducts for cooling medium between the conductors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)
  • Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Stromerzeugungsindustrie und spezieller das Gebiet der Stromgeneratoren.
  • Hintergrund
  • In der Stromerzeugungsindustrie werden in einem Stator von Stromgeneratoren oft Hochspannungsspulen verwendet. In Hochspannungs-Statorspulen mit Innenkühlung werden oft Kühlelemente verwendet, die eine rohrförmige Gestalt oder Konfiguration besitzen, als Kühlrohre oder Entlüftungsrohre bezeichnet werden und in die Spulenkonstruktion integriert oder innerhalb der äußeren Begrenzungen derselben angeordnet sind. Die Kühlrohre sind aus einem leitenden Material gefertigt, z. B. einem Metall, und dienen dazu, dass Kühlmittel, z. B. Luft oder Wasserstoff, durch sie hindurchgeleitet wird, um die Wärme von Leitern aus Kupfer (oder einem anderen leitenden Material) abzuführen. Die Rohre sind gewöhnlich von Kupfersträngen der Spule umgeben und erstrecken sich über die gesamte Länge der Spule. Zum Beispiel enthalten viele Konstruktionen oder Bauformen von Spulen fünf (5) oder mehr Kühlrohre in einem einzigen Paket.
  • Sämtliche Kühlrohre in einem Spulenpaket sind voneinander isoliert und von den Kupfersträngen isoliert, z. B. um zu verhindern, dass Maschinen- oder Generatorstrom in den Rohren fließt. Es ist nicht zulässig, dass Strom vom Generator in den Kühlrohren fließt, und die Rohre sind normalerweise nicht dafür ausgelegt, dass sie von Generatorstrom durchflossen werden; z. B. weisen die Rohre oft eine dünnwandige Konstruktion auf. Beispiele einiger Gestaltungen von Kühlrohren sind im US-Patent Nr. 5.323.079 von Nieves et al. mit dem Titel "Half-Coil Configuration For Stator" (Halbspulen-Konfiguration für einen Stator) und im US-Patent Nr. 5.723.920 von Markovitz et al. mit dem Titel "Stator Bars Internally Graded With Conductive Binder Tape" (Statorstäbe, die innen mit leitendem Wicklungsband isoliert sind) zu finden.
  • In diesen Systemen erscheint jedoch, wenn an der Statorspule Spannung anliegt, oft ein hoher Anteil der Spannung zwischen den Metall-Kühlrohren und den Kupfersträngen der Wicklung. Um das Fließen von Maschinen- oder Generatorstrom in den Kühlrohren zu verhindern, sind sowohl die Kupferstränge als auch die Kühlrohre isoliert. Dieses Spannungspotential kann, wenn zugelassen wird, dass es hohe Werte erreicht, die Kupferstrang-Isolation und die Kühlrohr-Isolation, welche wie oben beschrieben die Stränge bzw. die Rohre umgibt, zerstören. Deshalb ist eine Spannungsverteilung (Spannungsstaffelung) der Kühlrohre erforderlich, um den Aufbau von Spannungen zwischen den Kühlrohren und den Kupfersträngen zu verhindern.
  • Das Verfahren der Konstruktion von Statorspulen, das gewöhnlich angewendet wird, um diesem Erfordernis einer Spannungsverteilung Rechnung zu tragen, besteht im Anschluss externer Widerstände zwischen den Kupfersträngen und den Kühlrohren. Bei manchen Spulenkonstruktionen ist jedoch kein Platz vorhanden, um die Widerstände außen an die Spule anzuschließen. Außerdem ist es unmöglich, oder es kann sehr schwierig sein, Verbindungen zu dem inneren Paket oder der inneren Anordnung von Kühlrohren herzustellen, und dementsprechend kann eine Spannungsverteilung nicht ohne weiteres erreicht werden. Auch wenn in einer gestapelten Anordnung die Spannung an den inneren Kühlrohren wesentlich niedriger ist als an dem oberen und unteren Kühlrohr, ist trotzdem auch für diese Kühlrohre ein gewisser Grad an Schutz erforderlich.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Hochspannungs-Statorspule für einen Stator eines Stromerzeugungssystems bereitgestellt, wobei die Statorspule umfasst: eine Vielzahl von Metallsträngen; eine Vielzahl von Kühlelementen, die neben der Vielzahl von Metallsträngen angeordnet sind; ein kompaktes Spannungsverteilungsmittel mit niedriger Impedanz, welches sich mit jedem Kühlelement aus der Vielzahl von Kühlelementen und jedem Metallstrang aus der Vielzahl von Metallsträngen in Kontakt befindet, zur Verteilung der Spannung zwischen den Kühlelementen und den Metallsträngen, um dadurch einen Überspannungszustand zu verhindern, dadurch gekennzeichnet, dass das kompakte Spannungsverteilungsmittel wenigstens ein erstes leitendes Streifenelement, das sich mit einem leitenden Teil jedes Kühlelements aus der Vielzahl von Kühlelementen in Kontakt befindet, eine Spannungsverteilungs-Materialschicht, die so angeordnet ist, dass sie sich mit dem ersten leitenden Streifenelement in Kontakt befindet, und wenigstens ein zweites leitendes Streifenelement, das so angeordnet ist, dass es mit der Vielzahl von Metallsträngen und der Spannungsverteilungsschicht verbunden ist, um dadurch einen Strompfad zwischen den Kühlelementen und den Metallsträngen zur Verfügung zu stellen, umfasst.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird außerdem ein Verfahren zur Spannungsverteilung zwischen inneren Kühlelementen und leitenden Strängen einer Hochspannungsspule eines Stromerzeugungssystems bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst:
    Anschließen eines kompakten Spannungsverteilungsmittels mit niedriger Impedanz zwischen leitenden Teilen der einzelnen Kühlelemente aus einer Vielzahl von inneren Kühlelementen und einer Vielzahl von leitenden Strängen einer Hochspannungsspule, wobei der Schritt des Anschließens für jedes Kühlelement umfasst: Herstellen einer Öffnung in der die Kühlelemente umgebenden Isolation;
    Positionieren eines ersten leitenden Streifenelements, so dass es sich mit leitenden Teilen des Kühlelements in Kontakt befindet;
    Positionieren einer Spannungsverteilungs-Materialschicht, so dass sie sich mit dem ersten leitenden Streifenelement in Kontakt befindet und dieses überlagert; und Positionieren eines zweiten leitenden Streifenelements, so dass es mit der Spannungsverteilungsschicht und wenigstens einem Strang aus der Vielzahl von leitenden Strängen verbunden ist.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Einige der Merkmale, Vorteile und Nutzeffekte der vorliegenden Erfindung wurden angegeben, während andere aus der weiteren Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich werden, wobei:
  • 1 eine Teil-Perspektivansicht eines Stromgenerators ist, welche eine Vielzahl von Statorspulen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2 eine Teil-Perspektivansicht einer Statorspule ist, welche eine Spannungsverteilung zwischen inneren Kühlrohren und den Strängen der Wicklung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist;
  • 3 eine Teil-Perspektivansicht der Konstruktion einer Überspannungsschutzvorrichtung einer Statorspule ist, welche eine Spannungsverteilung zwischen inneren Kühlrohren und den Strängen der Wicklung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist;
  • 4 eine Perspektivansicht in Explosionsdarstellung einer Statorspule gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
  • 5 eine andere Teil-Perspektivansicht der Konstruktion einer Überspannungsschutzvorrichtung einer Statorspule gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
  • 6 eine Teil-Perspektivansicht einer Statorspule gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
  • 7 eine schematische Ansicht eines Systems zur Verteilung der Spannung einer Statorspule zwischen inneren Kühlrohren und der Spule gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
  • 8 ein Schaltplan einer äquivalenten Schaltung der verteilten Kapazität einer inneren Wicklung einer Statorspule ist; und
  • 9 ein Diagramm des Zusammenhangs zwischen der angelegten Spannung und der Spannung zwischen Rohr und Kupfer mit und ohne Kühlrohr-Verteilung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
  • Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsform
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind, ausführlicher beschrieben. Diese Erfindung kann jedoch in vielen unterschiedlichen Formen ausgeführt werden und darf nur als auf die Ansprüche beschränkt ausgelegt werden. Die dargestellten Ausführungsformen werden so beschrieben, dass diese Offenbarung umfassend und vollständig ist, und sie werden den Fachleuten den Schutzbereich der Erfindung in vollem Umfang vermitteln. Gleiche Bezugszahlen bezeichnen durchgehend gleiche Elemente, und sofern Bezeichnungen mit einem Strich und mit zwei Strichen verwendet werden, bezeichnen sie ähnliche Elemente in zur Wahl stehenden Ausführungsformen.
  • Eine äquivalente Schaltung, welche die Eigenkapazität einer Statorspule 20 zeigt, ist in 7 dargestellt. Zum Beispiel wird bei einer Spannung von 60 Hz oder 50 Hz (Spulenspannung), die an die Statorspule 20 zwischen den Metall-Wicklungssträngen 22, d. h. Kupfer, und der leitenden Außenelektrode der Spule 20 angelegt wird, die angelegte Wechselspannung über die Erdungswand-Isolation und die Isolation zwischen Rohr und Kupfer verteilt. Ein Teil der angelegten Spannung ist über die Kapazität C3 mit den Kühlrohren 30 gekoppelt. Die Isolation zwischen Kühlrohr 30 und Kupferstrang ist dann einem Grad der Beanspruchung durch Hochspannung ausgesetzt, welcher, wenn er hoch genug ist, zu einem Versagen der Isolation führen kann. Ein Versagen der Isolation infolge von Überspannung kann einen Kurzschluss zwischen Kupfer und Kühlrohr zur Folge haben. Nachdem zwei oder mehr Kurzschlüsse aufgetreten sind, kann ein zu starker Strom in den Kühlrohren 30 fließen. Ein zu starker Strom in den Kühlrohren 30 kann dazu führen, dass die Kühlrohre 30 schmelzen und die Wirksamkeit der Kühlung verringert wird. Dann kann es infolge einer Überhitzung der Spule 20 zu einem vollständigen Ausfall der Spule kommen. Um die Möglichkeit eines Kurzschlusses zwischen Kupfer und Rohr auf ein Minimum zu begrenzen, ist es vorteilhaft, den Potentialunterschied zwischen den Kühlrohren 30 und den Kupfersträngen 22 zu verringern.
  • Eine äquivalente Schaltung des Querschnitts einer innen gekühlten Spule ist in 8 dargestellt. Bei einer an die Spule 20 zwischen den Kupfersträngen 22 und der Erdelektrode angelegten Wechselspannung ist ein Teil der Wechselspannung über die Kapazität (C2) gekoppelt, welche zwischen dem oberen und unteren Kühlrohr und der Kupferwicklung vorhanden ist. Diese gekoppelte Spannung hat einen großen Potentialunterschied zwischen den Kühlrohren und den Kupferwicklungen der Spule zur Folge. Der Spannungsabfall an einer Kapazität (C2) ist die Spannungsbeanspruchung zwischen dem Rohr und den Kupfersträngen (quer durch die Isolation). Der Betrag der Spannung (VC2) hängt von den relativen Werten der verteilten Kapazität (C3 und C2) ab. Der Betrag der Spannung (VC2) ist gleich (V1(XC2/(XC2 + XC3)). Der Betrag des Potentials (VC2) kann mehrere Hundert Volt erreichen, bei einer Bemessungsspannung der Spule von V1. Die Isolation zwischen dem Kupfer und den Kühlrohren versagt, wenn VC2 die dielektrische Festigkeit der Isolation übersteigt. Nachdem ein Spannungsdurchbruch aufgetreten ist, ist es möglich, dass es zu einem Kurzschluss zwischen dem Kupfer und dem Kühlrohr kommt.
  • Eine Verringerung des gekoppelten Wertes von C2 kann durch Verringerung des Wertes der mit XC2 verknüpften Impedanz erreicht werden, und diese Impedanz kann verringert werden, indem der Kopplungskondensator C2 mit einer niedrigen Impedanz (Widerstand) überbrückt wird. Eine niedrige Impedanz, die zwischen die Kupferwicklung und die einzelnen Kühlrohre geschaltet ist, wird den Betrag der Spannung (VC2) verringern, die zwischen den Kühlrohren und dem Kupfer verteilt ist.
  • 1 zeigt Statorspulen 20 eines Stromerzeugungssystems 10, welches einen Rotor 12 und einen Stator 15 umfasst, der so angeordnet ist, dass er an den Rotor 12 angrenzt, z. B. diesen umgibt, wie für Fachleute klar ist. Der Stator 15 enthält vorzugsweise eine Vielzahl von Hochspannungs-Statorspulen 20, wie in der Zeichnung dargestellt. Jede Statorspule aus der Vielzahl von Statorspulen 20 umfasst eine Vielzahl von Metall-Wicklungssträngen 22, die vorzugsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt sind, eine Vielzahl von Kühlelementen 30, bei denen es sich z. B. vorzugsweise um Entlüftungs- oder Kühlelemente mit einer rohrförmigen Gestalt handelt und die so angeordnet sind, dass sie an die Vielzahl von Wicklungssträngen 22 angrenzen, und ein kompaktes Spannungsverteilungsmittel 40, das sich auf kompakte Weise mit jedem Kühlelement aus der Vielzahl von Kühlelementen 30 in Kontakt befindet, um die Spannung zwischen der Vielzahl von Metall-Kühlelementen 30 und der Vielzahl von Metallsträngen 22 zu verteilen und dadurch einen Überspannungszustand zu verhindern.
  • Wie vielleicht aus den 24 am besten ersichtlich ist, wird das Spannungsverteilungsmittel 40 vorzugsweise in Form einer kompakten Überspannungsschutzvorrichtung vorgesehen, welche vorzugsweise wenigstens ein erstes leitendes Streifenelement 42, das sich mit einem leitenden Teil jedes Kühlrohrs aus der Vielzahl von Kühlrohren 30 in Kontakt befindet, eine Spannungsverteilungs- Materialschicht 44, die so angeordnet ist, dass sie sich mit dem ersten leitenden Streifenelement 42 in Kontakt befindet, und wenigstens ein zweites leitendes Streifenelement 48, das so angeordnet ist, dass es sich mit der Vielzahl von Metallsträngen 22 und der Spannungsverteilungsschicht 44 in Kontakt befindet, umfasst, um dadurch einen Strompfad zwischen den Kühlrohren 30 und den Metallsträngen 22 zur Verfügung zu stellen. Aus Gründen der Kompaktheit und des Zugangs zu den inneren Kühlrohren 30 umfasst die Spannungsverteilungsschicht 44 vorzugsweise eine Vielzahl von Schichten 45 aus leitendem Band. Wie vielleicht aus den 34 am besten ersichtlich ist, umfasst die Vielzahl von Bandschichten eine erste Schicht 46 aus leitendem Band, die so angebracht ist, dass sie an jedem Kühlrohr aus der Vielzahl von Kühlrohren 30 und an dem ersten leitenden Streifenelement 42 haftet, und eine zweite Schicht 47 aus leitendem Band, die so angebracht ist, dass sie an der Vielzahl von Kühlrohren 30 und dem zweiten leitenden Streifenelement 48 haftet. Das kompakte Spannungsverteilungsmittel 40 kann ferner einen leitenden Füllstoff 25 enthalten, z. B. einen leitenden Roebel-Füllstoff wie etwa ein mit Kunstharz angereichertes Vliesmaterial, der so angebracht ist, dass er sich mit den Oberflächen der Vielzahl von Wicklungssträngen 22, dem ersten und dem zweiten Streifenelement 42, 48 und der Spannungsverteilungsschicht 44 in Kontakt befindet, um zu einer stärkeren Verringerung des Spannungspotentials zwischen der Vielzahl von Metallsträngen 22 und der Vielzahl von Kühlrohren 30 beizutragen.
  • Die Statorspulen 20 enthalten außerdem vorzugsweise einen haftenden Füllstoff, der so angebracht ist, dass er sich mit dem leitenden Füllstoff des kompakten Spannungsverteilungsmittels 40 in Kontakt befindet, um das kompakte Spannungsverteilungsmittel 40 mit der Vielzahl von Statorspulen 20 zu verkleben. Die einzelnen Kühlrohre aus der Vielzahl von Kühlrohren 30 weisen vorzugsweise eine rohrförmige Gestalt auf und sind in einer gestapelten Anordnung positioniert, wie die 2 und 56 zeigen. Die Vielzahl von Metallsträngen 22 sind beiderseits des Stapels der rohrförmigen Kühlelemente 30 angeordnet.
  • Die 56 zeigen eine Statorspule gemäß der vorliegenden Erfindung, welche kompakt ist und die Überspannungs-Probleme wirksam lösen kann. In der Isolation des Kühlrohrs ist ein Schlitz angebracht, und ein Stück einer dünnen Kupferfolie ist unter die Isolation des Kühlrohrs geschoben. Die Abmessungen des Stückes Kupferfolie können zum Beispiel sein: Dicke ca. 0,003 Zoll (0,076 mm), Breite ca. 0,250 Zoll (6,35 mm), Länge ca. 1,5 Zoll (3,81 cm). Die Kupferfolie ist sehr biegsam. Alle Kühlrohre 30 weisen den Schlitz in der Rohrisolation an den Seiten der Kühlrohre 30 auf, wie 5 zeigt. Nach der Anbringung der Kupferfolie unter der Isolation des Kühlrohrs wird, um einen guten elektrischen Kontakt mit dem Metallrohr herzustellen, eine Schicht eines leitenden Bandes mit einem Widerstand von ca. 1000 Ohm pro Quadrat um den Kühlrohrstapel gewickelt, wobei sichergestellt wird, dass das leitende Band einen guten elektrischen Kontakt mit den Kupferfoliestreifen hat. Die Kupferfoliestreifen werden über die Außenfläche der ersten Schicht 46 des leitenden Bandes gelegt. Eine zweite Schicht 47 aus leitendem Band wird um den Kühlrohrstapel gewickelt und bedeckt alle freiliegenden Kupferfolien an den Seiten der Kühlrohre. Ein dünner Kupferstreifen mit einer Dicke von ca. 0,003 Zoll (0,076 mm), einer Breite von ca. 0,250 Zoll (6,35 mm) und einer Länge, die etwa gleich der Länge der Spule ist, wird an einem Ende an einen Kupferstrang gelötet und im Wesentlichen über die gesamte Länge der Statorspule 20 verlegt, und zwar sowohl auf der Oberseite als auch an der Unterseite der Spule. Der Kupferfoliestreifen liegt an der Oberseite des isolierten oberen und unteren Kühlrohrs an und ist sowohl von den Kupfersträngen 22 als auch von den Kühlrohren 30 isoliert. Um zu verhindern, dass Spulenstrom im Kupferstreifen fließt, ist dieser nur an einem Ende der Spule mit den Kupfersträngen 22 verbunden. Anschließend wird ein leitender Roebel-Füllstoff sowohl auf die Oberseite als auch auf die Unterseite der Spule aufgebracht. Der leitende Roebel-Füllstoff hat einen guten elektrischen Kontakt mit dem Kupferstreifen und sorgt dafür, dass das Potential auf der gesamten Länge der Spule dieselbe Größe hat. Das um den Kühlrohrstapel gewickelte leitende Band hat ebenfalls einen elektrischen Kontakt mit dem oberen und unteren Roebel-Füllstoff und stellt die einen hohen Widerstand aufweisende Verbindung zwischen dem Kupfer der Spule und den Kühlrohren her. Dieser Widerstand sorgt dafür, dass die Spannung zwischen den Kühlrohren 30 und den Kupfersträngen 22 einen niedrigen, sicheren Wert hat, so dass die Isolation zwischen den Kühlrohren und dem Kupfer vor einem Überspannungszustand geschützt wird. Der mit Kunstharz angereicherte seitliche Füllstoff, der verwendet wird, um der Spule Festigkeit zu verleihen, hält zusammen mit dem mit Kunstharz angereichertem oberen und unteren Roebel-Füllstoff das gesamte Verteilungssystem während der Bearbeitung der Spule zusammen.
  • Wie in 9 dargestellt ist, wurde an einer innen gekühlten Statorspule 20 gemäß der vorliegenden Erfindung eine Prüfung der Spannungsverteilung an den Kühlrohren durchgeführt. Der Zweck der Prüfung bestand darin, ein Maß des Spannungspegels zu erhalten, der mit den Kühlrohren 30 während des normalen Betriebs der Spule gekoppelt ist. Aus den Ergebnissen geht hervor, dass bei einer Statorspule 20, die mit einem Spannungseffektivwert von ca. 8 kV betrieben wird, ein Spannungsabfall von ca. 504 Volt (Effektivwert) zwischen den Kühlrohren 30 und den Kupfersträngen 22 vorliegt. Die Ausfallspannung für die Isolation zwischen den Kühlrohren und den Kupfersträngen liegt in der Größenordnung von ca. 700 bis 1000 Volt (Effektivwert). Daher kann die Kühlrohr-Spannungsverteilung bei dieser Spulenkonstruktion vorteilhaft angewendet werden. Bei Anwendung der Erfindung auf die Kühlrohre 30 lag die gemessene Spannung zwischen den Kühlrohren 30 und den Kupfersträngen 22 in der Größenordnung von ca. 5 Volt (Effektivwert) bei ca. 8 kV (Effektivwert) an der Spule. 9 zeigt die graphische Darstellung der Spannung zwischen den Kühlrohren 30 und den Kupfersträngen 22.
  • Wie die 19 zeigen, beinhaltet die vorliegende Erfindung außerdem ein Verfahren zur Spannungsverteilung zwischen inneren oder innen angeordneten Kühlelementen 30 und leitenden Strängen 22 einer Hochspannungsspule 20 eines Stromerzeugungssystems 10. Ein Verfahren umfasst vorzugsweise das Verbinden leitender Teile der einzelnen Kühlelemente aus einer Vielzahl von inneren Kühlelementen 30 mit einer Vielzahl von leitenden Strängen 22 einer Hochspannungsspule 10. Der Schritt des Verbindens umfasst für jedes Kühlelement 30 vorzugsweise das Herstellen einer Öffnung in der die Kühlelemente 30 umgebenden Isolation 24, z. B. der Isolation zwischen Rohr und Strang, das Positionieren eines ersten leitenden Streifenelements 42, so dass es sich mit leitenden Teilen des Kühlelements 30 in Kontakt befindet, das Positionieren einer Spannungsverteilungs-Materialschicht 44, so dass sie sich mit dem ersten leitenden Streifenelement 42 in Kontakt befindet und dieses überlagert, und das Positionieren eines zweiten leitenden Streifenelements 48, so dass es sich mit der Spannungsverteilungsschicht 44 und wenigstens einem Strang aus der Vielzahl von leitenden Strängen 22 in Kontakt befindet.
  • Außerdem umfasst die Spannungsverteilungsschicht 44 vorzugsweise eine Vielzahl von Schichten 45 aus leitendem Band, und der Schritt des Positionierens der Spannungsverteilungsschicht 44 umfasst vorzugsweise das Ankleben einer ersten Schicht 46 aus leitendem Band an das erste Metall-Streifenelement 42 und die das Kühlelement 30 umgebende Isolation 24 und das Ankleben einer zweiten Schicht 47 aus leitendem Band an die Isolation 24 und das zweite leitende Streifenelement 48. Das Verfahren kann außerdem das Anbringen von leitendem Füllstoff 25 umfassen, so dass dieser sich in Kontakt mit der Vielzahl von leitenden Strängen 22, dem ersten und dem zweiten leitenden Streifenelement 42, 48 und der ersten und zweiten Schicht 46, 47 der Spannungsverteilungsschicht 45 befindet.
  • Für einen Fachmann, der von den in den oben stehenden Beschreibungen und den zugehörigen Zeichnungen enthaltenen Informationen profitiert, sind zahlreiche Modifikationen und andere Ausführungsformen der Erfindung denkbar. Deshalb ist die Erfindung selbstverständlich nicht auf die offenbarten speziellen Ausführungsformen beschränkt, und Modifikationen sowie andere Ausführungsformen sind mit im Schutzbereich der beigefügten Ansprüche enthalten.

Claims (12)

  1. Hochspannungs-Statorspule (20) für einen Stator (15) eines Stromerzeugungssystems, wobei die Statorspule (20) umfasst: eine Vielzahl von Metallsträngen (22); eine Vielzahl von Kühlelementen (30), die neben der Vielzahl von Metallsträngen (22) angeordnet sind; ein kompaktes Spannungsverteilungsmittel (40) mit niedriger Impedanz, welches sich mit jedem Kühlelement aus der Vielzahl von Kühlelementen (30) und jedem Metallstrang aus der Vielzahl von Metallsträngen (22) in Kontakt befindet, zur Verteilung der Spannung zwischen den Kühlelementen (30) und den Metallsträngen (22), um dadurch einen Überspannungszustand zu verhindern, dadurch gekennzeichnet, dass das kompakte Spannungsverteilungsmittel (40) wenigstens ein erstes leitendes Streifenelement (42), das sich mit einem leitenden Teil jedes Kühlelements aus der Vielzahl von Kühlelementen (30) in Kontakt befindet, eine Spannungsverteilungs-Materialschicht (44), die so angeordnet ist, dass sie sich mit dem ersten leitenden Streifenelement (42) in Kontakt befindet, und wenigstens ein zweites leitendes Streifenelement (48), dass so angeordnet ist, dass es mit der Vielzahl von Metallsträngen (22) und der Spannungsverteilungsschicht (44) verbunden ist, um dadurch einen Strompfad zwischen den Kühlelementen (30) und den Metallsträngen (22) zur Verfügung zu stellen, umfasst.
  2. Statorspule nach Anspruch 1, wobei die Spannungsverteilungsschicht (44) eine Vielzahl von Schichten (45) aus leitendem Band umfasst, wobei die Vielzahl von Schichten (45) eine erste Schicht (46) aus leitendem Band, die so angebracht ist, dass sie an jedem Kühlelement aus der Vielzahl von Kühlelementen (30) und an dem ersten leitenden Streifenelement (42) haftet, und eine zweite Schicht (47) aus leitendem Band, die so angebracht ist, dass sie an der Vielzahl von Kühlelementen (30) und an dem zweiten leitenden Streifenelement (48) haftet, umfasst.
  3. Statorspule nach Anspruch 2, wobei das kompakte Spannungsverteilungsmittel (40) ferner einen leitenden Füllstoff (25) enthält, der so angebracht ist, dass er sich mit Oberflächen der Vielzahl von Metallsträngen (22), dem ersten (42) und dem zweiten (48) Streifenelement und der Spannungsverteilungsschicht (44) in Kontakt befindet, um zur Verringerung eines Spannungspotentials zwischen der Vielzahl von Metallsträngen (22) und der Vielzahl von Kühlelementen (30) beizutragen.
  4. Statorspule nach Anspruch 2, welche ferner einen haftenden Füllstoff umfasst, der so angebracht ist, dass er sich mit dem leitenden Füllstoff (25) des kompakten Spannungsverteilungsmittels (40) in Kontakt befindet, um das kompakte Spannungsverteilungsmittel (40) festzukleben.
  5. Statorspule nach Anspruch 4, wobei die einzelnen Kühlelemente aus der Vielzahl von Kühlelementen (30) eine rohrförmige Gestalt aufweisen und in einer gestapelten Anordnung positioniert sind, und wobei die Metallstränge (22) beiderseits des Stapels der rohrförmigen Kühlelemente (30) angeordnet sind.
  6. Stromerzeugungssystem, welches umfasst: einen Rotor; und einen Stator, der so angeordnet ist, dass er an den Rotor angrenzt, wobei der Stator eine Vielzahl von Hochspannungs-Statorspulen nach einem der Ansprüche 1 bis 6 enthält.
  7. Verfahren zur Spannungsverteilung zwischen inneren Kühlelementen (30) und leitenden Strängen (22) einer Hochspannungsspule (20) eines Stromerzeugungssystems, wobei das Verfahren umfasst: Anschließen eines kompakten Spannungsverteilungsmittels (40) mit niedriger Impedanz zwischen leitenden Teilen der einzelnen Kühlelemente aus einer Vielzahl von inneren Kühlelementen (30) und einer Vielzahl von leitenden Strängen (22) einer Hochspannungsspule (20). dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Anschließens für jedes Kühlelement (30) umfasst: Herstellen einer Öffnung in der die Kühlelemente umgebenden Isolation; Positionieren eines ersten leitenden Streifenelements (42), so dass es sich mit leitenden Teilen des Kühlelements (30) in Kontakt befindet; Positionieren einer Spannungsverteilungs-Materialschicht, so dass sie sich mit dem ersten leitenden Streifenelement (42) in Kontakt befindet und dieses überlagert; und Positionieren eines zweiten leitenden Streifenelements (48), so dass es mit der Spannungsverteilungsschicht und wenigstens einem Strang aus der Vielzahl von leitenden Strängen (22) verbunden ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Spannungsverteilungsschicht eine Vielzahl von Schichten aus leitendem Band umfasst und wobei der Schritt des Positionierens der Spannungsverteilungsschicht das Ankleben einer ersten Schicht (46) aus leitendem Band an das erste leitende Streifenelement (42) und die das Kühlelement (30) umgebende Isolation und das Ankleben einer zweiten Schicht (47) aus leitendem Band an die Isolation und das zweite leitende Streifenelement (48) umfasst.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, welches ferner den Schritt des Anbringens von leitendem Füllstoff (25) umfasst, so dass dieser sich mit der Vielzahl von leitenden Strängen (22), dem ersten (42) und dem zweiten (48) leitenden Streifenelement und der ersten (46) und zweiten (47) Schicht der Spannungsverteilungsschicht in Kontakt befindet.
  10. Kompaktes Spannungsverteilungsmittel zur Verwendung in einer Statorspule nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Spannungsverteilungsmittel umfasst: wenigstens ein erstes leitendes Streifenelement (42), das so angeordnet ist, dass es sich mit einem Kühlelement aus der Vielzahl von Kühlelementen (30) in Kontakt befindet; eine Spannungsverteilungs-Materialschicht (44), die so angeordnet ist, dass sie sich mit dem ersten leitenden Streifenelement (42) in Kontakt befindet, und wenigstens ein zweites leitendes Streifenelement (48), das so angeordnet ist, dass es mit der Spannungsverteilungsschicht (44) und wenigstens einem Wicklungsstrang aus einer Vielzahl von leitenden Wicklungssträngen (22) verbunden ist.
  11. Kompaktes Spannungsverteilungsmittel nach Anspruch 10, wobei die Spannungsverteilungsschicht (44) eine Vielzahl von Schichten aus leitendem Band umfasst, wobei die Vielzahl von Schichten eine erste Schicht (46) aus leitendem Band, die so angebracht ist, dass sie an jedem Kühlelement aus der Vielzahl von Kühlelementen (30) und an dem ersten leitenden Streifenelement (42) haftet, und eine zweite Schicht (47) aus leitendem Band, die so angebracht ist, dass sie an der Vielzahl von Kühlelementen (30) und an dem zweiten leitenden Streifenelement (48) haftet, umfasst.
  12. Kompaktes Spannungsverteilungsmittel nach Anspruch 11, welches ferner einen leitenden Füllstoff (25) umfasst, der so angebracht ist, dass er sich mit Oberflächen der Vielzahl von Wicklungssträngen (22), dem ersten (42) und dem zweiten (48) Streifenelement und der Spannungsverteilungsschicht (44) in Kontakt befindet, um zur stärkeren Verringerung eines Spannungspotentials zwischen der Vielzahl von Wicklungssträngen (22) und der Vielzahl von Kühlelementen (30) beizutragen.
DE60108583T 2000-09-27 2001-09-10 Stromerzeugungssystem mit Statorspulen zur Spannungsverteilung zwischen inneren Kühlrohren und Wicklungssträngen sowie dazugehörige Verfahren Expired - Lifetime DE60108583T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/670,626 US6624547B1 (en) 2000-09-27 2000-09-27 Power system having stator coils for grading voltage between inner vent tubes and coil strands and associated methods
US670626 2000-09-27

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60108583D1 DE60108583D1 (de) 2005-03-03
DE60108583T2 true DE60108583T2 (de) 2005-08-25

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ID=24691158

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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7088020B2 (en) * 2003-03-26 2006-08-08 Siemens Power Generation, Inc. Apparatus and method for consolidating conductive strands of a stator coil
US7183678B2 (en) * 2004-01-27 2007-02-27 General Electric Company AC winding with integrated cooling system and method for making the same
US8030818B2 (en) * 2004-06-15 2011-10-04 Siemens Energy, Inc. Stator coil with improved heat dissipation
US7391141B2 (en) * 2005-03-22 2008-06-24 Siemens Power Generation, Inc. Electrical-discharge-inhibiting conformable layer for use in inner-cooler coils
US7969049B2 (en) * 2006-12-14 2011-06-28 General Electric Company High power density cooling of electrical machines using ceramic tubes of high thermal conductivity
US8395296B2 (en) * 2009-09-16 2013-03-12 Siemens Energy, Inc. Tape structure with conductive outer side and electrically insulating inner side
US8278795B2 (en) * 2009-09-18 2012-10-02 Siemens Energy, Inc. Voltage grading structure in a high-voltage stator coil of an electromotive machine
US8872405B2 (en) 2012-02-01 2014-10-28 Siemens Energy, Inc. High voltage stator coil with reduced power tip-up
CN103578624A (zh) * 2013-11-07 2014-02-12 天津经纬电材股份有限公司 带冷却通道的扁形换位铝导线
EP3267562A1 (de) 2016-07-04 2018-01-10 Siemens Aktiengesellschaft Wassergekühlte generatorleiste mit kühlkanal-abstandsraum

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2415652A (en) 1942-06-03 1947-02-11 Kerite Company High-voltage cable
US2788456A (en) * 1954-09-28 1957-04-09 Westinghouse Electric Corp Conductor-ventilated generators
SE326758B (de) 1969-10-29 1970-08-03 Asea Ab
DE3031866A1 (de) * 1980-08-23 1982-04-01 Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim Leiterstab fuer elektrische maschine
DE3102886A1 (de) 1981-01-29 1982-08-26 Kraftwerk Union AG, 4330 Mülheim "anordnung zur innenpotentialsteuerung bei generatorstaeben"
JPS60102831A (ja) 1983-11-07 1985-06-07 Mitsubishi Electric Corp 発電機固定子コイル
US5066881A (en) 1984-08-23 1991-11-19 General Electric Company Semi-conducting layer for insulated electrical conductors
US5067046A (en) 1984-08-23 1991-11-19 General Electric Company Electric charge bleed-off structure using pyrolyzed glass fiber
US4853565A (en) * 1984-08-23 1989-08-01 General Electric Company Semi-conducting layer for insulated electrical conductors
JPH0744798B2 (ja) 1989-07-10 1995-05-15 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト 大形回転電機のための導体巻線装置
UA27828C2 (uk) 1991-09-13 2000-10-16 Сіменс Аг Пристрій із феромагнітного та електрично провідного каркаса та елементів обмотки
US5323079A (en) * 1992-04-15 1994-06-21 Westinghouse Electric Corp. Half-coil configuration for stator
US5723920A (en) 1994-10-12 1998-03-03 General Electric Company Stator bars internally graded with conductive binder tape
US5623174A (en) 1995-12-08 1997-04-22 General Electric Co. Internal grading of generator stator bars with electrically conducting thermoplastic paints
US5925944A (en) * 1997-11-24 1999-07-20 Siemens Westinghouse Power Corporation Tapered electrode and voltage grading method for high voltage stator coils
GB2332559A (en) 1997-11-28 1999-06-23 Asea Brown Boveri An insulated conductor
GB2331860A (en) * 1997-11-28 1999-06-02 Asea Brown Boveri High voltage rotating electric machine
US6043582A (en) * 1998-08-19 2000-03-28 General Electric Co. Stable conductive material for high voltage armature bars

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