專(zhuān)利名稱(chēng)：高壓電機(jī)繞組用的絕緣導(dǎo)線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明在第一方面涉及旋轉(zhuǎn)電機(jī)中以及也可能是變壓器中的高壓繞組用的絕緣導(dǎo)線。
本發(fā)明的第二方面涉及包括上述形式絕緣導(dǎo)線的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。
本發(fā)明的一個(gè)特別實(shí)用的用途是應(yīng)用于發(fā)電站的發(fā)電機(jī)中用于發(fā)電。
本發(fā)明可應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)電機(jī)如同步電機(jī)中。如果它們的繞組由本發(fā)明的絕緣導(dǎo)線組成，并且最好處于高壓，本發(fā)明就還可應(yīng)用于其它電機(jī)如雙端饋電的電機(jī)中，以及應(yīng)用于異步靜態(tài)電流格柵(cascade)、外部電極電機(jī)和同步流電機(jī)中?！案邏骸痹谶@里指超過(guò)10千伏的電壓，特別是超過(guò)36千伏的電壓，最好是超過(guò)72．5千伏一直到非常高的電壓如400千伏到800千伏或更高的電壓。
背景技術(shù)：
為能夠解釋和描述該電機(jī)，首先以同步電機(jī)為例簡(jiǎn)要描述旋轉(zhuǎn)電機(jī)。描述的第一部分主要涉及這種電機(jī)的磁路以及根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)電機(jī)是如何構(gòu)造的。由于所提及的磁路在大多數(shù)情況下位于定子中，所以在下面磁路通常被描述為帶有疊片鐵心的定子，其繞組被稱(chēng)為定子繞組，在疊片鐵心中供繞組使用的槽被稱(chēng)為定子槽或簡(jiǎn)稱(chēng)為槽。
定子繞組位于薄板鐵心內(nèi)的槽中，槽通常具有矩形或梯形橫截面。每個(gè)繞組相包括許多串聯(lián)的線圈組，每個(gè)線圈組包括許多串聯(lián)的線圈。位于定子內(nèi)的線圈部分稱(chēng)為線圈邊，位于定子外的線圈部分稱(chēng)為繞組端部。線圈包括在高度和／或?qū)挾壬霞显谝黄鸬囊桓蚨喔鶎?dǎo)線。
每根導(dǎo)線之間具有薄的絕緣材料，例如環(huán)氧／玻璃纖維。
通過(guò)線圈絕緣材料，即用于承受電機(jī)對(duì)地額定電壓的絕緣材料使線圈與槽絕緣。作為絕緣材料，可以使用各種塑料、清漆和玻璃纖維材料。通常，使用所謂的云母帶，云母帶是云母與硬塑料的混合物，特別制造以提供抗局部放電作用，局部放電可迅速破壞絕緣材料。通過(guò)圍繞線圈纏繞幾層云母帶來(lái)將絕緣材料施加在線圈上。絕緣材料被浸漬，然后用石墨基油漆涂抹線圈邊以改善與周?chē)ㄗ拥慕佑|，定子與地電勢(shì)相連。
繞組的導(dǎo)線面積由被考慮的電流強(qiáng)度和使用的冷卻方法決定。導(dǎo)線和線圈通常形成為矩形，以使槽內(nèi)的導(dǎo)線材料量最大。典型的線圈是由所謂的Roebel桿構(gòu)成，其中某些桿可做成中空的以供冷卻劑用。Roebel桿包括許多矩形的、平行連接的銅導(dǎo)線，這些導(dǎo)線沿槽交叉360°。也可使用交叉540°或其它交叉的Ringland桿。從磁場(chǎng)觀點(diǎn)來(lái)看，進(jìn)行交叉以避免出現(xiàn)環(huán)行電流，環(huán)行電流產(chǎn)生于導(dǎo)線材料的橫截面中。
由于機(jī)械和電氣方面的原因，電機(jī)不能隨便做成任何尺寸。電機(jī)動(dòng)力主要由三個(gè)因素決定—繞組的導(dǎo)線面積。在正常操作溫度下，例如銅具有的最大值為3－3．5安／平方毫米。
－定子和轉(zhuǎn)子材料中的最大磁通密度(磁通)。
－絕緣材料中的最大電場(chǎng)強(qiáng)度，所謂的絕緣強(qiáng)度。
多相交流繞組設(shè)計(jì)成單層或雙層繞組。在單層繞組情況下，每個(gè)槽只有一個(gè)線圈邊，在雙層繞組情況下，每個(gè)槽有兩個(gè)線圈邊。雙層繞組通常設(shè)計(jì)成菱形繞組，而在該連接中有關(guān)的單層繞組可設(shè)計(jì)為菱形繞組或同心繞組。在菱形繞組情況下，只有一個(gè)線圈跨距(或者也可能出現(xiàn)兩個(gè)線圈跨距)，而平面繞組設(shè)計(jì)為同心繞組，即帶有變化很大的線圈跨距。線圈跨距的意思是屬于同一線圈的兩個(gè)線圈邊之間的圓周距離，或者表示為與有關(guān)極距的關(guān)系或者表示為中間槽距的倍數(shù)。通常，使用不同的調(diào)諧變量(variants of chording)，例如短節(jié)距節(jié)距，以給予繞組理想的特性。
繞組的形式主要決定槽內(nèi)的線圈，即線圈邊在定子外部，即在繞組端部是如何連接在一起的。
在定子的疊放薄板外部，線圈不帶有涂抹的半導(dǎo)體地電勢(shì)層。末端的繞組端部通常備有所謂的防電暈清漆形式的電場(chǎng)控制，用于將徑向場(chǎng)轉(zhuǎn)換成軸向場(chǎng)，這意味著在末端的繞組端部的絕緣發(fā)生在相對(duì)地面的高電勢(shì)。這有時(shí)會(huì)在繞組端部區(qū)域產(chǎn)生電暈，這可能是具有破壞性的。對(duì)于旋轉(zhuǎn)電機(jī)，位于繞組端部的所謂的場(chǎng)控制點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。
通常，所有的大型電機(jī)都設(shè)計(jì)為帶有雙層繞組和同樣大的線圈。每個(gè)線圈的一個(gè)邊位于一個(gè)層內(nèi)，另一個(gè)邊位于另一個(gè)層內(nèi)。這意味著所有的線圈在繞組端部相互交叉。如果使用了兩個(gè)以上的層，則這些交叉就會(huì)給纏繞工作造成困難并且損壞繞組端部。
公知的是，同步電機(jī)／發(fā)電機(jī)與電力網(wǎng)的連接必須通過(guò)AE／YD連接的所謂的升壓變壓器實(shí)現(xiàn)，因?yàn)殡娏W(wǎng)的電壓通常處于比旋轉(zhuǎn)電機(jī)的電壓高的水平。從而該變壓器與同步電機(jī)一起構(gòu)成電站的組成部分。變壓器構(gòu)成了額外的成本并且具有這樣的缺點(diǎn)，即系統(tǒng)的整體效率下降。如果能夠制造電壓相當(dāng)高的電機(jī)，則可省去升壓變壓器。
在過(guò)去的幾十年中，對(duì)具有比以前可設(shè)計(jì)的高的額定電壓的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的需要逐漸增加。根據(jù)技術(shù)現(xiàn)狀，對(duì)于在線圈生產(chǎn)中產(chǎn)量較好的同步電機(jī)可獲得的最大電壓水平約為25－30千伏。
對(duì)于有關(guān)同步電機(jī)設(shè)計(jì)的新方法的某些嘗試尤其描述在J．Elektrotechnika，No．1，1970，pp．6－8中的題目為“Water－and－oil－cooled Turbogenerator TVM－300”文章中，在US4，429，244“Statorof Generator”中和在蘇聯(lián)專(zhuān)利No．955369中。
在J．Elektrotechnika中描述的水和油冷卻的同步電機(jī)用于一直到20千伏的電壓。該文章描述了由油／紙絕緣材料組成的新型絕緣系統(tǒng)，其使得能夠?qū)⒍ㄗ油耆朐谟椭?。然后油同時(shí)可用作冷卻劑和絕緣體。為防止定子中的油向轉(zhuǎn)子泄漏，在鐵心的內(nèi)表面?zhèn)溆薪^緣的油分離環(huán)。定子繞組用備有油和紙絕緣材料的橢圓中空形導(dǎo)線制造。通過(guò)楔塊將線圈邊及其絕緣材料固定在矩形橫截面的槽內(nèi)。作為冷卻劑的油應(yīng)用在中空導(dǎo)線中和定子壁內(nèi)的孔中。但是，這種冷卻系統(tǒng)在線圈端部需要大量的油和電連接。厚絕緣材料需要增大導(dǎo)線的曲率半徑，這又導(dǎo)致繞組伸出部的尺寸增加。
上述美國(guó)專(zhuān)利涉及同步電機(jī)的定子部分，該定子部分包括層疊薄板組成的磁心，磁心帶有供定子繞組用的梯形槽。槽逐漸減小，因?yàn)樵诳拷D(zhuǎn)子內(nèi)部的地方對(duì)定子繞組絕緣材料的需要較少，最靠近中性點(diǎn)的繞組部分位于該處。此外，在最靠近磁心內(nèi)表面的地方，定子部分包括絕緣的油分離圓柱體。與不具有該環(huán)的電機(jī)相比，該部分可增加磁化要求。定子繞組用油浸的電纜制造，每個(gè)線圈層具有相同的直徑。這些層通過(guò)槽內(nèi)的間隔物相互分開(kāi)并通過(guò)楔塊固定。該繞組的特殊之處是其包括串聯(lián)的兩個(gè)所謂半繞組。兩個(gè)半繞組之一位于絕緣套管內(nèi)部的中心位置。定子繞組的導(dǎo)線通過(guò)周?chē)挠屠鋮s。系統(tǒng)中具有如此多油的缺點(diǎn)是會(huì)有泄漏的危險(xiǎn)以及可能由故障狀態(tài)導(dǎo)致的相當(dāng)多的清洗工作。位于槽外部的絕緣套管部分具有圓柱形件和用載流層增強(qiáng)的圓錐形終端，其目的是控制在電纜進(jìn)入端部繞組的區(qū)域內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度。
從蘇聯(lián)955369中清楚地看到，在另一個(gè)提高同步電機(jī)額定電壓的嘗試中，油冷卻的定子繞組包括傳統(tǒng)的高壓電纜，所有的層具有相同的尺寸。電纜位于定子槽內(nèi)，定子槽構(gòu)成與電線橫截面面積對(duì)應(yīng)的圓形徑向定位的開(kāi)口和供目定和冷卻劑用的必要空間。繞組的不同徑向定位層由絕緣管包圍并固定在絕緣管內(nèi)。絕緣間隔物將絕緣管固定在定子槽內(nèi)。因?yàn)橛屠鋮s，所以這里還需要內(nèi)絕緣環(huán)以密封油冷卻劑，防止其進(jìn)入內(nèi)部氣隙。上述系統(tǒng)中油的缺點(diǎn)也適用這種設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)在不同定子槽之間的徑向腰部非常窄，這意味著大的槽泄漏通量，這會(huì)顯著影響電機(jī)的磁化要求。
1984年的E1ectric Power Research Institute，EPRI，EL－3391的報(bào)告描述了對(duì)用于獲得較高電壓旋轉(zhuǎn)電機(jī)的電機(jī)概念的回顧，其目的是能夠?qū)㈦姍C(jī)連接到電力網(wǎng)上，而不使用中間的變壓器。該研究認(rèn)為這種解決方案能夠提供良好的效率增加和巨大的經(jīng)濟(jì)優(yōu)點(diǎn)。在1984年的報(bào)告中認(rèn)為可以開(kāi)始開(kāi)發(fā)用于直接連接在電力網(wǎng)上的發(fā)電機(jī)的主要原因是當(dāng)時(shí)已經(jīng)生產(chǎn)出了超導(dǎo)轉(zhuǎn)子。超導(dǎo)場(chǎng)的大磁化能力使得能夠使用具有足夠絕緣厚度的氣隙繞組以承受電應(yīng)力。根據(jù)該計(jì)劃，通過(guò)組合設(shè)計(jì)帶繞組磁路的最有前途的概念，即所謂的單塊鼓形電樞，也就是這樣一個(gè)概念，其中繞組包括同心封閉在三個(gè)圓柱形絕緣殼體內(nèi)的兩個(gè)導(dǎo)線圓柱體，并且整個(gè)結(jié)構(gòu)固定在無(wú)齒的鐵芯上，認(rèn)為用于高壓的旋轉(zhuǎn)電機(jī)可以直接連接到電力網(wǎng)上。該解決方案意味著，主絕緣體必須做得足夠厚以克服網(wǎng)到網(wǎng)和網(wǎng)到地的電勢(shì)。在回顧了當(dāng)時(shí)已知的所有技術(shù)后，被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)增加到較高電壓所必需的絕緣系統(tǒng)是通常用于電力變壓器的并且由絕緣流體浸漬的纖維素壓制板組成。對(duì)于提出的解決方案，除需要超導(dǎo)轉(zhuǎn)子外，明顯的缺點(diǎn)是其需要非常厚的絕緣材料，這會(huì)增加電機(jī)的尺寸。端部繞組必須絕緣并用油或氟利昂冷卻以控制端部中的大電場(chǎng)。整體電機(jī)必須密封以防止液態(tài)絕緣體從大氣中吸收潮氣。
JP－A－8－195129描述了一種高壓電纜，特別是長(zhǎng)超高壓CV電纜，其具有兩個(gè)外部半導(dǎo)體層，其中內(nèi)層的電阻率比外層的高。但是，由于該電線的外金屬屏，其根本不合適應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)電機(jī)或變壓器中并且是危險(xiǎn)的。
更通常地說(shuō)，公知的是用于傳輸電能的高壓電纜由導(dǎo)線組成，導(dǎo)線帶有固體擠壓的絕緣體，絕緣體帶有內(nèi)外半導(dǎo)體部分。在傳輸電能的過(guò)程中，需要絕緣體沒(méi)有缺陷。在電能的傳輸過(guò)程中，開(kāi)始點(diǎn)很早就要求絕緣體沒(méi)有缺陷。當(dāng)利用高壓電纜傳輸電能時(shí)，目的不是要使穿過(guò)電纜的電流最大，因?yàn)閷?duì)于傳輸電纜來(lái)說(shuō)，在空間上不存在限制。
當(dāng)制造根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)時(shí)，繞組是用導(dǎo)線和絕緣系統(tǒng)經(jīng)過(guò)幾個(gè)步驟制造的，其中繞組必須在安裝到磁路上之前完成。在將繞組安裝到磁路上之后，進(jìn)行浸漬以制備絕緣系統(tǒng)。
為提高旋轉(zhuǎn)電機(jī)的動(dòng)力，公知的是增加交流線圈中的電流。這是通過(guò)使導(dǎo)電材料數(shù)量最佳化，即通過(guò)在矩形轉(zhuǎn)子槽內(nèi)緊密塞裝導(dǎo)線來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其目的是通過(guò)增加絕緣材料的數(shù)量和使用更耐高溫從而更昂貴的絕緣材料來(lái)應(yīng)會(huì)由此產(chǎn)生的溫度上升。高溫和對(duì)絕緣體的場(chǎng)載荷還對(duì)絕緣體的壽命產(chǎn)生影響。在用于高壓設(shè)備的壁較厚的絕緣層中，例如浸漬的云母帶層，局部放電，PD，構(gòu)造嚴(yán)重的問(wèn)題。當(dāng)制造這些絕緣層時(shí)，很容易出現(xiàn)空穴、孔及類(lèi)似物，其中當(dāng)絕緣全受到高電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)就會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部電暈放電。這些電暈放電使材料逐漸退化，并可導(dǎo)致穿過(guò)絕緣體的電擊穿。
發(fā)明綜述本發(fā)明的一個(gè)目的是能夠制造用于高壓的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，而不用對(duì)繞組進(jìn)行任何的復(fù)雜操作并且在安裝完繞組后無(wú)需浸漬絕緣系統(tǒng)。
本發(fā)明是基于這樣的認(rèn)識(shí)的，即為能夠以技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上可行的方式增加旋轉(zhuǎn)電機(jī)的動(dòng)力，必須保證絕緣體不會(huì)被上述現(xiàn)象破壞。這可通過(guò)利用以使產(chǎn)生空穴和孔的危險(xiǎn)最小的方法制造的層作為絕緣體來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如適當(dāng)固體絕緣材料的擠壓層，如熱塑樹(shù)脂、交聯(lián)熱塑樹(shù)脂、橡膠如硅橡膠，等等。此外，重要的是絕緣層包括具有半導(dǎo)體特性的包圍導(dǎo)線的內(nèi)層，而且絕緣體還備有至少一個(gè)具有半導(dǎo)體特性的包圍絕緣體的附加外層。在該上下文中“有半導(dǎo)體特性”是指這樣的材料，即其所具有的導(dǎo)電性比電導(dǎo)體低得多，但其導(dǎo)電性沒(méi)有低到使其成為絕緣體。通過(guò)只使用可能制造得只有最小缺陷的絕緣層并且還為絕緣體提供內(nèi)外半導(dǎo)體層，可以保證熱和電負(fù)荷降低。帶有至少一個(gè)鄰接半導(dǎo)體層的絕緣部分應(yīng)具有基本相同的熱膨脹系數(shù)。在溫度梯度上，不應(yīng)產(chǎn)生由絕緣體和包圍層內(nèi)的不同溫度膨脹造成的缺陷。由于絕緣體周?chē)陌雽?dǎo)體層構(gòu)成等電勢(shì)表面并且絕緣部分內(nèi)的電場(chǎng)在絕緣體厚度上比較均勻地分布，所以作用在材料上的電負(fù)荷下降。外半導(dǎo)體層可連接在選定的電勢(shì)上，例如地電勢(shì)。對(duì)于這種電纜，這意味著繞組的外殼在其整個(gè)長(zhǎng)度上可保持在例如地電勢(shì)。還可沿導(dǎo)線長(zhǎng)度在適當(dāng)位置切斷外層，并且每個(gè)被切斷的局部長(zhǎng)度可直接連接到選定的電勢(shì)上。
本發(fā)明提供了如權(quán)利要求1中限定的供旋轉(zhuǎn)電機(jī)高壓繞組用的絕緣導(dǎo)線和包括這種絕緣導(dǎo)線的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。根據(jù)本發(fā)明的高壓電線由被第一半導(dǎo)體層包圍的一股或多股組成。該第一半導(dǎo)體層又被第一絕緣層包圍，該第一絕緣層被第二和第三半導(dǎo)體層包圍。第二半導(dǎo)體層的電阻率比第三半導(dǎo)體層高，第三半導(dǎo)體層沿高壓電纜在至少兩個(gè)不同點(diǎn)接地。位于定子槽內(nèi)的電纜部分應(yīng)與定子的鋼電絕緣。在沿高壓電纜的每對(duì)接地點(diǎn)之間，第三半導(dǎo)體層內(nèi)的電接觸連續(xù)性中斷。在第三半導(dǎo)體層內(nèi)的每個(gè)這種中斷處可以布置裝置以減少在所述中斷處的電場(chǎng)強(qiáng)度放大。
由于根據(jù)本發(fā)明的高壓電纜，外半導(dǎo)體層內(nèi)的感應(yīng)電壓不會(huì)造成任何熱損失。獲得了其中的電擊穿危險(xiǎn)最小的高壓電纜。當(dāng)在第三半導(dǎo)體層中形成中斷處時(shí)，避免了任何切割至絕緣層的危險(xiǎn)，第二半導(dǎo)體層保持基本完整。
關(guān)于本發(fā)明獲得的其它知識(shí)是增加的電流負(fù)荷會(huì)在線圈橫截面的轉(zhuǎn)角處導(dǎo)致與電場(chǎng)集中有關(guān)的問(wèn)題，并且這會(huì)使該處的導(dǎo)線承受大的局部負(fù)荷。同樣，在定子齒內(nèi)的磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)角處也會(huì)集中。此外，由于導(dǎo)線相對(duì)磁場(chǎng)的幾何結(jié)構(gòu)，導(dǎo)線內(nèi)的感應(yīng)渦流會(huì)造成感應(yīng)渦流損失，這會(huì)產(chǎn)生增加電流密度的額外缺點(diǎn)。對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)是通過(guò)將線圈和其中布置有線圈的槽做成基本圓形，而不是矩形。通過(guò)將線圈的橫截面做成圓形，它們將被沒(méi)有磁場(chǎng)集中的恒定磁場(chǎng)包圍，在磁場(chǎng)集中處會(huì)出現(xiàn)磁飽和。而且線圈中的電場(chǎng)在橫截面上也將均勻分布，并且作用在絕緣體上的局部負(fù)荷也大大減小。此外，更容易以這樣的方式將圓形線圈放置到槽內(nèi)，即使得可增加每個(gè)線圈組的線圈邊數(shù)量，并且在不必增加導(dǎo)線內(nèi)電流的情況下可提高電壓。其原因是一方面通過(guò)較低的電流密度和因而橫穿絕緣體的較低溫度梯度促進(jìn)了導(dǎo)線的冷卻，另一方面通過(guò)在橫截面上產(chǎn)生更均勻的溫度分布的槽的圓形形狀促進(jìn)了導(dǎo)線的冷卻。其它的改進(jìn)還可通過(guò)用許多較小的部分，所謂的股來(lái)組成導(dǎo)線來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些股可相互絕緣，并且只保留少數(shù)股不絕緣并與內(nèi)半導(dǎo)體層接觸，以保證內(nèi)半導(dǎo)體層與導(dǎo)線處于相同的電勢(shì)。
使用根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，與這種電機(jī)中承受的通常情況相比，本發(fā)明電機(jī)可以過(guò)載操作更長(zhǎng)的時(shí)間而不會(huì)損壞。這是由于電機(jī)的組成和絕緣體的有限熱負(fù)荷。例如，可使電機(jī)過(guò)載達(dá)100％地運(yùn)行15分鐘以上和一直到兩個(gè)小時(shí)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是，旋轉(zhuǎn)電機(jī)的磁路包括帶有一個(gè)或多個(gè)擠壓絕緣導(dǎo)線的螺紋電纜繞組，電纜具有固體絕緣體，導(dǎo)線和殼體上都有半導(dǎo)體層。外半導(dǎo)體層可連接在地電勢(shì)上。為能夠應(yīng)付在旋轉(zhuǎn)電機(jī)直接連接到所有形式的高壓電力網(wǎng)上時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的電機(jī)具有使其與現(xiàn)有技術(shù)區(qū)別開(kāi)的許多特征。
如上所述，用于旋轉(zhuǎn)電機(jī)的繞組可用帶有一個(gè)或多個(gè)擠壓絕緣導(dǎo)線的電纜制造，電纜帶有固體絕緣體，導(dǎo)線和殼體上都有半導(dǎo)體層。固體絕緣體的某些實(shí)例包括交聯(lián)聚乙烯(XLPE)和乙烯丙烯橡膠。由許多股組成的導(dǎo)線的進(jìn)一步發(fā)展可能在于，可以使這些股彼此絕緣以減少導(dǎo)線販的渦流損失量?？梢员Ａ粢还苫驇坠刹唤^緣以保證包圍導(dǎo)線的半導(dǎo)體層與導(dǎo)線處于相同的電勢(shì)。
可以通過(guò)除擠壓以外的其它方式施加旋轉(zhuǎn)電機(jī)用導(dǎo)線的絕緣體，例如通過(guò)噴射等。但是重要的是，在整個(gè)橫截面上絕緣體應(yīng)沒(méi)有缺陷并具有類(lèi)似的熱特性?？上虬雽?dǎo)體層提供與施加給導(dǎo)線的絕緣體相連的絕緣體。
有利的是，使用具有圓形橫截面的電纜。尤其是，為獲得較好的塞裝密度，使用具有不同橫截面的電纜。為在旋轉(zhuǎn)電機(jī)內(nèi)增大電壓，電纜在磁心的槽內(nèi)布置成幾個(gè)連續(xù)的圈。繞組可設(shè)計(jì)為多層同心電纜繞組以減少端部—繞組—端部交叉?？梢杂弥饾u減小的絕緣體制造電線以更好地利用磁心，在這種情況下可以根據(jù)繞組的逐漸減小的絕緣體來(lái)改變槽的形狀。
根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的一個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)在于，在外半導(dǎo)體外部的繞組端部區(qū)域電場(chǎng)接近零，并且由于外殼體處于地電勢(shì)而無(wú)需控制電場(chǎng)。這意味著無(wú)論是在薄板內(nèi)、在繞組端部區(qū)域還是在其間的過(guò)渡區(qū)域，都沒(méi)有場(chǎng)集中。
通過(guò)將電纜穿入到磁心槽內(nèi)的開(kāi)口中來(lái)將根據(jù)本發(fā)明的繞組放置到槽內(nèi)。由于電纜是彈性的，所以其可被彎曲，而且這允許將電纜長(zhǎng)度放置到線圈內(nèi)的幾個(gè)圈中。因而繞組端部將由電纜內(nèi)的彎曲區(qū)域組成。電纜還可以這種方式連接，即使其特性在整個(gè)電線長(zhǎng)度上保持不變。與現(xiàn)有技術(shù)相比，這種方法實(shí)現(xiàn)了重大簡(jiǎn)化。所謂的Roebel桿不能彎曲，而是必須做成理想的形狀。目前在制造旋轉(zhuǎn)電機(jī)時(shí)，線圈的浸漬也是極其復(fù)雜和昂貴的技術(shù)。
通過(guò)參考附圖，在下面對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的描述中更詳細(xì)地解釋本發(fā)明。
附圖簡(jiǎn)要描述

圖1所示為高壓電纜的橫截面；圖2為第三半導(dǎo)體層內(nèi)具有中斷處的高壓電纜的側(cè)視圖。
本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)描述圖1所示為高壓電纜10的橫截面視圖，電纜10與傳統(tǒng)上用于傳輸電力的電纜類(lèi)似。所述高壓電纜10可與JP－A－8－195129(145千伏)中所示的類(lèi)似，但不帶護(hù)套或屏。高壓電纜10由導(dǎo)電體組成，導(dǎo)電體由例如圓形橫截面的一股或多股銅(Cu)線12組成。這些股12布置在高壓電纜10的中間。包圍股12的是第一半導(dǎo)體層14，包圍第一半導(dǎo)體層14的是第一絕緣層16，例如XLPE絕緣體。包圍第一絕緣層16的是第二半導(dǎo)體層18，第二半導(dǎo)體層18的外面是第三半導(dǎo)體層19，第三半導(dǎo)體層19的電阻率比第二半導(dǎo)體層低。半導(dǎo)體層14、18、19都是用填充碳黑的基礎(chǔ)聚合體形成的，如乙烯醋酸乙烯酯共聚物／乙烯醋酸乙烯酯丁腈橡膠，丁基接枝聚乙烯，乙烯丙烯酸乙酯共聚物，乙烯丙烯橡膠和高密度或低密度的聚乙烯。
圖2所示為在第三半導(dǎo)體層19中帶有中斷處的高壓電纜一部分的側(cè)視圖。如圖2中所示，圍繞高壓電纜10以細(xì)長(zhǎng)環(huán)去除了第三半導(dǎo)體層19以形成中斷處20。因此在中斷處20中暴露出第二半導(dǎo)體層18。中斷處20的軸向長(zhǎng)度1為5到30厘米。在兩個(gè)接地點(diǎn)之間的第三半導(dǎo)體層19內(nèi)電接觸連續(xù)性的中斷保證只流過(guò)有限的電流，從而感應(yīng)電壓基本上不會(huì)產(chǎn)生熱損失。
我們的國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)No．WO97／45918描述了這樣一種電纜，其中只是不存在第三半導(dǎo)體層19并且中斷處形成在第二半導(dǎo)體層18上。在該先前發(fā)明中，第二半導(dǎo)體層18內(nèi)的所有中斷都會(huì)在中斷處邊緣造成電場(chǎng)強(qiáng)度增加。電場(chǎng)強(qiáng)度在凹槽的邊緣急劇增加，這令人遺憾地增加了電擊穿的危險(xiǎn)。所示的本發(fā)明實(shí)施例減輕了該缺點(diǎn)，因?yàn)樵谥袛嗵?0下面的區(qū)域某些電流仍可流過(guò)第二半導(dǎo)體層18。
根據(jù)圖1的高壓電纜10包括由一股或多股12組成的導(dǎo)電體、第一半導(dǎo)體層14、第一絕緣層16、第二半導(dǎo)體層18和第三半導(dǎo)體層19，該電纜10可通過(guò)用適當(dāng)?shù)哪＞哌M(jìn)行擠壓加工來(lái)生產(chǎn)。第三半導(dǎo)體層19沿高壓電纜至少在兩個(gè)不同點(diǎn)接地。下一步是在每個(gè)接地點(diǎn)之間在第三半導(dǎo)體層19的電接觸連續(xù)性中形成中斷處20。如果沿高壓電纜有N個(gè)接地點(diǎn)，則在半導(dǎo)體層19中將會(huì)有N－1個(gè)中斷處20。
根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)電體的電絕緣體是為了能夠處理非常高的電壓，例如800千伏或更高的電壓，以及在這些電壓可能產(chǎn)生的電負(fù)荷和熱負(fù)荷。例如，根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)電體可以構(gòu)成額定功率從幾百千伏安到大于1000千伏安、額定電壓從3－4千伏到400－800千伏或更高的非常高的傳輸電壓的電力變壓器的繞組。在高操作電壓，局部放電，或PD，對(duì)已知的絕緣系統(tǒng)會(huì)造成嚴(yán)重的問(wèn)題。如果絕緣體中存在空穴或孔，則可能出現(xiàn)內(nèi)部電暈放電，從而絕緣材料會(huì)逐漸退化，最終導(dǎo)致絕緣體被擊穿。在根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)電體的使用中，通過(guò)保證絕緣系統(tǒng)半導(dǎo)體材料的內(nèi)層和其所包圍的中心導(dǎo)電裝置的導(dǎo)線處于基本相同的電勢(shì)并且半導(dǎo)體外層處于受控電勢(shì)例如地電勢(shì)來(lái)減少作用在電絕緣體上的電負(fù)荷。因此，內(nèi)外層之間的電絕緣層內(nèi)的電場(chǎng)在中間層厚度上基本均勻地分布。通過(guò)使用具有類(lèi)似熱特性并且在絕緣系統(tǒng)的這些層內(nèi)只有少數(shù)缺陷的材料，減少了在一定的操作電壓下發(fā)生局部放電的可能性。因此，該導(dǎo)電體可設(shè)計(jì)為承受非常高的操作電壓，通?？蛇_(dá)800千伏或更高。
本發(fā)明不局限于所示的實(shí)施例。在后附權(quán)利要求范圍內(nèi)可以進(jìn)行各種變化。
權(quán)利要求
1.電機(jī)中高壓繞組用的絕緣導(dǎo)線(10)，其特征在于，絕緣導(dǎo)線包括一股或多股(12)；包圍股(12)的內(nèi)部第一半導(dǎo)體層(14)；包圍內(nèi)部第一半導(dǎo)體層(14)的第一絕緣層(16)；包圍第一絕緣層(16)的第二半導(dǎo)體層(18)；包圍第二半導(dǎo)體層(18)的外部第三半導(dǎo)體層(19)，其中第三半導(dǎo)體層(19)沿絕緣導(dǎo)線在至少兩個(gè)不同點(diǎn)接地，在兩個(gè)連續(xù)的接地點(diǎn)之間第三半導(dǎo)體層(19)中的電接觸連續(xù)性被中斷(20)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的絕緣導(dǎo)線(10)，其特征在于，第三半導(dǎo)體層(19)中的電接觸連續(xù)性是這樣中斷的，即圍繞絕緣導(dǎo)線(30)的周邊去除第三半導(dǎo)體層(19)，一直達(dá)到第二半導(dǎo)體層(18)，使得第三半導(dǎo)體層(19)的側(cè)面形成中斷(20)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的絕緣導(dǎo)線，其特征在于，每個(gè)中斷(20)的軸向長(zhǎng)度為5到30厘米。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的導(dǎo)線，其特征在于，絕緣層和半導(dǎo)體層是為高壓設(shè)計(jì)的，適宜的是超過(guò)10千伏，特別是超過(guò)36千伏，更可取的是超過(guò)72．5千伏一直到非常高的傳輸電壓，如400千伏到800千伏或更高。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的導(dǎo)線，其特征在于，絕緣層和半導(dǎo)體層是為超過(guò)0．5兆伏安，更可取的是超過(guò)30兆伏安一直到1000兆伏安的功率范圍設(shè)計(jì)的。
6.包括根據(jù)權(quán)利要求1至5的任一項(xiàng)所述的絕緣導(dǎo)線(10)的電機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6中所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6中所述的大型發(fā)電機(jī)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8中所述的電機(jī)，其特征在于，在定子槽內(nèi)第三半導(dǎo)體層(19)與定子電絕緣，對(duì)于電纜穿過(guò)的每個(gè)定子槽，第三半導(dǎo)體層(19)在伸出部都具有至少一個(gè)中斷和一個(gè)接地點(diǎn)。
全文摘要
電機(jī)高壓繞組用的絕緣導(dǎo)線(10)包括許多股(12),包圍股(12)的第一半導(dǎo)體層(14),包圍第一半導(dǎo)體層(14)的第一絕緣層(16),包圍第一絕緣層(16)的第二半導(dǎo)體層(18)和包圍第二半導(dǎo)體層(18)的第三半導(dǎo)體層(19)。第二半導(dǎo)體層(18)沿絕緣導(dǎo)線(30)在至少兩個(gè)不同點(diǎn)接地。在第對(duì)接地點(diǎn)之間第三半導(dǎo)體層(19)的導(dǎo)電性中斷(20)。
文檔編號(hào)H01F5/06GK1279838SQ98811498
公開(kāi)日2001年1月10日 申請(qǐng)日期1998年11月30日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月28日
發(fā)明者P·卡斯滕森, G·基蘭德 申請(qǐng)人:Abb股份有限公司