DE3045462C2 - Verfahren zur Herstellung einer Glimmschutzschicht am Nutaustritt eines Ständerwicklungsleiters einer elektrischen Maschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorausgesetzten Art, wie es aus der DE-OS 15 38 711 t-.-kannt ist

Eine elektrische Maschine besteht in der Hauptsache aus einem Ständer, der mit Eisea drnen und Wicklungen versehen ist, und einem Läufer, der drehbar im Ständer angeordnet ist und Eisenkerne und Wicklungen aufweist. Nach F i g. 1 ist bei dem Ständer eine vorbestimmte Anzahl Eisenbleche oder -platten in Axialrichtung aneinandergestapelt und bildet ein Ständerpaket 10, und in diesem ist eine Nut ausgebildet. In die Nut ist eine Ständenvicklung 11 eingesetzt, die mit einem bestimmten Isolierstoff beschichtet ist Bei einer üblichen Anordnung springt die Ständenvicklung 11 in Axialrichtung aus dem Endabschnitt des Ständerpakets vor und ist an einer Stelle, die vom Ständerpaket 10 um einen bestimmten Betrag beabstandet ist, rückwärts umgebogen.

In einer so aufgebauten Ständenvicklung treten Glimmentladungen zwischen dem geerdeten Ständerpaket 10 und demjenigen Teil der Ständenvicklung U auf. der in die Nut des Ständerpaketes 10 eingesetzt ist, wenn die elektrische Maschine läuft oder wenn ein Stehspannungstest durchgeführt wird. Normalerweise weisen sowohl die Nut des Ständerpakets 10, in die die Ständerwicklung 11 eingesetzt ist, als auch derjenige Endabschnitt der Ständerwicklung U am Nutaustritt eine Abschirmung auf, die die Erzeugung von Glimmentladungen verhindern soll. Abschirmungen gegen die Erzeugung von Glimmentladungen sind z. B. in der JP-Patentveröffentlichung Nr. 43 482/72 angegeben.

Fig.2 zeigt einen Endabschnitt einer Ständerwick- μ lung, der gemäß einem herkömmlichen Verfahren zur Vermeidung der Erzeugung von Glimmentladungen hergestellt ist. Dabei ist eine Ständerwicklung 1 vorgesehen, um die eine Hauptisolierschicht angeordnet ist, die durch Umwickeln der Ständerwicklung mit Glimmerband und anschließendes Lackieren des Bands hergestellt ist; eine leitende Widerstandsschicht 3 ist auf der Oberfläche der Nut eines StänderDakets. in der die Ständerwicklung 1 angeordnet ist, vorgesehen, um die Erzeugung von Glimmentladungen zu verhindern, und eine Glimmschutzschicht 4 ist um die Hauptisolierschicht 2 an der Außenseite der Nut angeordnet und mit der leitenden Widerstandsschicht 3 verbunden. Die Glimmschutzschicht 4 ist so hergestellt daß ein halbleitendes Gewebe oder ein Vliesstoff (nachstehend als Band bezeichnet) Aa um die Hauptisolierschicht 2 gewickelt und anschließend mit einem Fixiermittel Ab getränkt oder beschichtet wird. Das Band Aa ist z. B. ein durch Zwirnen diskontinuierlicher Asbestfasern od. dgl. gebildeter Faden.

Gemäß dem vorgenannten herkömmlichen Verfahren zur Verhinderung von Glimmentladungen am Nutaustritt der Ständerwicklung 1 wird die Glimmschutzschicht 4 um die Hauptisolierschicht 2 herum, die um die Ständerwicklung 1 gewickelt und dann gehärtet ist angeordnet und haftet daher nicht gut an der Hauptisolierschicht 7 Somit bilden sich an der Grenzfläche zwischen der Glimmschutzschicht 4 und der Hauptisolierschicht 2, besonders «uf der Seite der Glimmschutzschicht 4, Hohlräume 5 (vgl. F i g. 3).

Fig.4 ist eine größere Ansicht die einen Ausschnitt A des Aufbaus von F i g. 3 zeigt Wenn an der Grenzfläche zwischen der Hajiptisolierschicht 2 und der Glimmschutzschicht 4 ein Hohlraum 5 entsteht wird zwischen einem Punkt P auf der dem Hohlraum 5 zugewandten Oberfläche der Glimmschutzschicht und einem Punkt P\ auf der dem Hohlraum 5 zugewandten Oberfläche der Hauptisolierschicht 2 eine Spannungsdifferenz erzeugt Die Erzeugung der Spannungsdifferenz e wird unter Bezugnahme auf F i g. 4 näher erläutert

In F i g. 4 ist /ein elektrischer Strom, der bei Anlegen einer Spannung an die Ständerwicklung 1 durch die Hauptisolierschicht 2 fließt //ist eine Stromkomponente des Stroms /, die in der Oberfläche der Hauptisolierschicht 2 fließt. Ic ist eine weitere Stromkomponente des Stroms /, die durch die Glimmschinzschicht 4 fließt. R, ist ein Widerstand zwischen Punkten O und P\ auf der Oberfläche der Hauptisolierschicht 2. und R_c ist ein Widerstand zwischen Punkten O und P auf der Oberfläche der Glimmschutzschicht 4.

Es ist bekannt, daß die Spannungsdifferenz e zwischen den Punkten P und P\ durch die folgende Gleichung gegeben ist^

e- IcRc- IiRi- (1)

Normalerweise ist der Oberflächenwiderstand der Schicht 4 auf einen Bereich zwischen 10⁷ und 10^s Ω eingestellt und ist um einen Faktor von 10^J - 10⁵ kleiner als derjenige der Hauptisolierschicht 2. Somit fließt der größere Teil des Stroms / durch die Schicht 4 und erreicht dann die leitende Widerstandsschicht 3. die auf der Oberfläche der Nut vorgesehen ist. Das heißt, im Vergleich zu der Stromkomponente /_c ist die Stromkomponente /,■ sehr klein. Der Hohlraum 5 ist, wie bereits erwähnt, in der Grenzfläche Schicht 4 gebildet, und die Wandung des Hohlraums 5 auf der Seite der Schicht 4 ist als mit Lack beschichtet anzusehen. Infolgedessen ist der Widerstand R₁ nahezu gleich dem Widerstand R.^ Das heißt, /,/?,■> /,/?„Somit kann das Produkt 1,R₁ unbeachtet bleiben, und daher ist die Spannungsdifferenz «.· ungefähr gleich dem Produkt A-A₁S Aufgrund der Spannungsdifferenz e wird in dem Hohlraum 5 eine Glimmentladung erzeugt. Die so erzeugte Glimmentladung nimmt über einen Zeitraum zu, wenn die elektrische Maschine läuft, und damit wird die Schicht 4 unwirksam.

Ferner wird, wenn innerhalb des Hohlraums 5 Glimmentladungen erzeugt werden, die Hauptisolierschicht 2 örtlich erwärmt, so daß die Verminderung der Isoliereigenschaften der Schicht 2 beschleunigt wird.

Bei den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorausgesetzten, aus der DE-OS 15 38 711 bekannten Verfahren wird nicht nur die Hauptisolierschicht, sondern auch das Abschirmungsband, falls es imprägnierbar ist, völlig mit dem Lack getränkt, so daß sich der Widerstandswert des Abschirmungsbandes unerwünscht verändern kann.

Andererseits ist aus der DE-OS 19 19 422 ein Außenglimmschutz für Hochspannungswicklungen elektrischer Maschinen bekannt, der aus einem halbleitenden Asbestgewebeband mit Kunstharzbindemittel als mechanisch fester, schwach leitender Zwischenschicht und einem stärker leitenden Belag üblicher Art besteht, wobei die Hauptisolierschicht und die Zwischenschicht gemeinsam ausgehärtet oder gemeinsam vakuumimprägniert und ausgehärtet sein können. Auch in diesem Fall kann sich der Widerstandswert des Abschirmungsbandes durch das Kunstharzbindemittel unerwünscht verhindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs vorausgesetzte Verfahren so zu verbessern, daß bei Verwendung eines aus einem Faden hergestellten, imprägnierbaren Abschirmungsbandes eine einfache und genaue Einstellung des Widerstandswertes des Abschirmungsbandes auf einen erwünschten Wert ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Eine Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 gekennzeichnet.

Durch das Tränken des aus einem durch Verzwirnen diskontinuierlicher Fasern gebildeten Fadens hergestellten Abschirmungsbandes mit einem Faserverklebemittel zur Beschichtung der Fadenoberfläche ohne Durchtränkung des Fadens vor der Lacktränkung wird erreicht, daß der Lack die Verbindungen zwischen den Fasern im Abschirmungsband nicht löst und nicht in den es bildenden Faden einbringt, so daß der Widerstandswert des Abschirmungsbandes durch die Lacktränkung praktisch nicht geändert wird, sondern leicht auf einen gewünschten Wert einstellbar ist Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert Es zeigt

F i g. I eine Schnittansicht eines Endabschnitts einer Ständerwicklung, die in einer elektrischen Maschine vorgesehen ist:

F i g. 2 und 3 Schnittansichten, die jeweils einen Endabschnitt einer Ständerwicklung zeigen, der gemäß dem Stand der Technik abgeschirmt ist;

Fig.4 eine größere Schnittansicht, die einen Ausschnitt A des Aufbaus nach F i g. 3 im Detail zeigt;

F i g. 5 eine Schnittansicht eines Endabschnitts einer Ständerwicklung, der gemäß dem Verfahren nach der Erfindung abgeschirmt ist;

F ig. 6 eine größere Ansicht, die im Detail einen Ausschnitt S des Aufbaus nach Fig. 5 zeigt;

Fig. 7 eine Grafik, die Spannungsverteilungskennlinien von Ausführungsbeispielen einer Abschirmschicht nach der Erfindung zeigt;

F i g. 8 eine Schnittansicht eines Endabschnitts einer Ständerwicklung, der gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel des Verfahrens nach der Erfindung abgeschirmt ist; und

Fig.9 eine Grafik, die eine Spannungsverteilung in der Glimmschutzschicht nach F i g. 8 zeigt.

Fi g. 5 zeigt den Endabschnitt einer Ständerwicklung, die gemäß einem Ausführungsbeispiel des Glimmschutzverfahrens abgeschirmt ist Der Aufbau entspricht zum größten Teil demjenigen nach Fig.2 und wird daher nicht im einzelnen erläutert Eine Glimmschutzschicht 4 ist so ausgebildet, daß ein Abschirmungsband 4a, das halbleitend ist. um eine Hauptisolierschicht 2, die um eine Ständerwicklung gewickelt ist nur an einem Endabschnitt der Hauptisolierschicht 2 gewikkelt ist Um einen Anstieg des Widerstandes des Abschirmungsbandes 4a infolge des Eindringens des Lacks 4c zwischen die Fasern des Abschirmungsbandes 4a und der Verhinderung eines unmittelbaren Kontakts zwisehen Fasern durch den Lack 4c bei der späteren Lacktränkung zu vermeiden, wird das Absekirmungsband 4a vor der Lacktränkung mit einem Faserverklebemittel bei Atmospbärendruck getränkt, das einen Katalysator, ein Harz od. dgl. aufweisen kann, um ,S; Fadenoberfläehe des Bandes 4a zu beschichten, den Faden jedoch nicht zu durchtränken. Das Faserverklebemittel kann auf das Abschirmungsband Aa entweder vor oder nach dem Umwickeln der Hauptisolierschicht 2 mit dem Abschirmurisband 4a aufgebracht werden. Da das Abschirmungsband 4a mit dem Faserverklebemittel bei Atmosphärendruck getränkt wird, dringt das Faserverklebemittel nicht in den aus verzwirnten Fasern gebildeten Faden ein, sondern die Fadenoberfläche wird mit dem Faserverklebemittel beschichtet

Bei der anschließenden Tränkung des Abschirmungsbandes 4a und der Hauptisolierschicht 2 unter Unterdruckbedingungen mit dem Lack 4c verhindert das Faserverklebemittel dss Eindringen des Lacks 4c in den Faden. Somit wird der Widerstandswert des Abschirmungsbandes 4a nicht durch das Tränken des Bandes 4a mit dem Lack 4c unter Vakuum beeinflußt, und daher kann der Widerstandswert der Glimmschuizschiiiit 4 einfach und genau auf einen erwünschten Wert eingestellt werden.

Der zum Tränken verwendete Lack 4c ist z. B. der gieiche Lack, der für die Bildung der Hauptisolierschicht 2 verwendet wurde. Anschließend wird das 1 larz 4c fixiert oder ausgehärtet. Bei diesem Verfahren werden die Hauptisolierschicht 2 und die Glimmschutzschicht 4

/f5 zu einer Einheit verbunden, so daß an der Grenzfläche zwischen den Schichten 2 und 4 keine Hohlräume entstehen. Infolgedessen kann die vorher erwähnte Spannungsdifferenz e nicht erzeugt werden, und es besteht keine Gefahr der Erzeugung von Glimmentladungen an der Grenzfläche zwischen den Schichten 2 und 4. Damit wird die Erzeugung von Glimmentladungen am Endabschnitt d(;r Ständerwicklung 1 zuverlässig verhindert, und die Hauptisolierschicht 2 erfährt keine Verschlechterung ihrer Eigenschaften.

Der Lack 4c wird zweckmäßig so gewählt, daß das Abschirmungsband 4a, das einen spezifischen Widerstand von 10⁸—10" Ω cm hat, einen Oberflächen widerstand von 10⁷ —10⁹U nach dem Aufbringen des Lacks hat Dann hat die Glimmschutzschicht 4 einen Widerstand von 10⁸—10" Ω. Wenn der Widerstandswert der Glimmschutzschicht 4 wesentlich über den vorstehenden Werten liegt, kann die Glimmschutzschicht 4 als nicht vorhanden angesehen werden. Wenn dagegen der Widerstandswert der Glimmschutzschicht 4 so klein ist, daß er nahezu gleich dem Widerstandswert (10³-10⁵Ω) der leitenden Widerstaniisschicht 3 ist. ist die Glimmschutzschicht 4 als Fortsetzung der leitenden Widerstandsschicht 3 und daher als unwirksam anzuse-

hen. Es ist somit sehr wichtig, daß die Glimmschutzschicht 4 den richtigen Widerstandswert hat.

Ferner wird bei diesem Ausführungsbeispiel um das Abschirmungsband 4a ein isolierendes Gewebe oder ein isolierender Vliesstoff gewickelt, um den Austritt des Lacks 4c, mit dem das Abschirmungsband 4a getränkt wird, zu verhindern.

Die Auswirkung des Verfahrens nach der Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 7 erläutert. Dabei bezeichnet die Abszisse χ einen Abstand zwischen einem to Ende der leitenden Widerstandsschicht 3 und einem Punkt in der Glimmschutzschicht 4 in Richtung vom Ende der Schicht 3 zum Ende der Schicht 4, also in Axialrichtung, und x=\o bezeichnet das Ende der Glimmschutzschicht 4. Die Kurve Czeigt zum Vergleich eine Spannungsverteilung in der Glimmschutzschicht 4, wenn das Abschirmungsband 4a mit dem Lack 4c unter Vakuum ohne Vorbehandlung getränkt ist, und die Kurve D zeigt die Spannungsverteilung, wenn das Abschirmungsband 4a mit dem Lack 4c unter Vakuum getränkt wurde, nachdem es vorher mit dem Faserverklebemittel behandelt wurde. Im ersten Fall wird der Widerstand der Glimmschutzschicht 4 dadurch erhöht, daß der Lack 4c in den aus Fasern gebildeten Faden eindringt, und daher wird der Spannungsgradient in der Glimmschutzschicht 4 auf der Seite der leitenden Widerstandsschicht 3 hoch, wie aus der Kurve C ersichtlich ist. Im letzteren Fall dagegen kann der Widerstandswert der Glimmschutzschicht 4 nicht ansteigen, und damit ist der Spannungsgradient in der Schicht 4 niedrig, wie durch die Kurve Dangegeben ist. Wie bereits erwähnt, basiert der Unterschied zwischen den Kurven C und D auf einer Differenz im Widerstandswert zwischen dem Abschirmungsband 4a ohne Vorbehandlung einerseits und dem Abschirmungsband mit der vorgenannten Vorbehandlung andererseits. Das heißt, durch Anwenden oder Nichianwenden der Vorbehandlung ist der Spannungsgradient in der Glimmschutzschicht 4 änderbar.

F i g. 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Glimmschutzschicht. die mit dem Verfahren hergestellt wird. Dabei sind eine Hauptisolierschicht 2 und eine Glimmschutzschicht 4 ebenso wie bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 zu einer Einheit verbunden, aber nur ein Abschnitt £der Glimmschutzschicht 4 nahe der leitenden Widerstandsschicht 3 ist mit einem Faserklebemittel behandelt Mit diesem AusfOhrungsbeispiel sind die gleichen Auswirkungen wie mit demjenigen nach F i g. 5 zu erzielen. In diesem Fall ist es allerdings möglich, in der Glimmschutzschicht 4 eine nichtlineare Spannungsverteilung entsprechend F i g. 9 auszubilden, und außerdem sind die Kosten für die Bildung der Glimmschutzschicht 4 niedrig.

Wenn das oben erwähnte Faserverklebemittel !0-50% Epoxidharz und 5-40% eines Füllstoffs mit hoher Dielektrizitätskonstante wie Titanoxid enthält, so daß das F2serverklebemittel nach dem Härten eine relative Dielektrizitätskonstante von 10—40 hat, sind die Fasern auch dann, wenn das Faserverklebemittel in einen aus Fasern gebildeten Faden eindringt, miteinander durch das Faserverklebemittel mit hoher relativer Die- 6C lektrizitätskonstante verbunden. In diesem Fall ist der kapazitive Blindwiderstand eines Abschirmungsbandes 4a relativ klein. Daher wird unabhängig davon, wie das Faserverkiebemittei in den Faden eindringt, der 'widerstandswert des Abschirmungsbandes 4a auf einem Wert im Bereich von 10⁷—ΙΟ'Ω gehalten, und daher wird eine Glimmschutzschicht 4 mit stabilem Widerstand erhalten.

Wie vorstehend erläutert, werden bei dem Verfahren zur Herstellung einer Glimmschutzschicht am Nutaustritt eines Ständerwicklungsleiters nach dem Umwikkeln eines Endabschnitts einer um eine Ständerwicklung vorgesehenen Hauptisolierschicht mit einem mit einem Faserverklebemittel getränkten Abschirmungsband dieses und die Hauptisolierschicht als eine Einheit unter Vakuum mit Harz getränkt, und dann wird das Harz ausgehärtet. Dadurch werden das Abschirmungsband und die Hauptisolierschicht zu einer Einheit verbunden, so daß an der Grenzfläche zwischen beiden weder ein Hohlraum noch eine Spannungsdifferenz entstehen kann und der Widerstandswert des Abschirmungsbandes genau einstellbar ist. Somit werden die Eigenschaften der Hauptisolierschicht nicht verschlechtert. Das bedeutet, daß das angegebene Verfahren eine sehr günstige Auswirkung auf elektrische Maschinen, z. B. turbinengetriebene Generatoren oder Induktionsmaschinen, hat.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer Glimmschutzschicht am Nutaustritt eines Ständerwicklungsleiters einer elektrischen Maschine, bei dem ein halbleitendes Abschirmungsband anschließend an den Nutteil auf die Hauptisolierschicht des Leiters gewickelt wird und dann die Hauptisolierschicht und das Abschirmungsband gemeinsam unter Vakuum mit einem Lack getränkt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschirmungsband aus einem durch Verzwirnen diskontinuierlicher Fasern gebildeten Faden hergestellt und vor dem Tränken mit Lack mit einem Faserverklebemittel bei Atmosphä- t5 rendruck getränkt wird, derart, daß die Fadenoberfläche zwar beschichtet, der Faden jedoch nicht durchtränkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Faserverklebemittel 10-50 Gew.-% Epoxidharz und 15-40 Gew.-% Füllstoff mit hoher Dielektrizitätskonstante enthält, so daß es nach dem Härten eine relative Dielektrizitätskonstante von 10-40 hat

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