СТАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Техническое решение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам большой мощности, в частности статорам высоковольтных турбогенераторов и гидрогенераторов с полупроводящими упругими элементами между изоляцией обмотки и стенкой паза.
Статоры мощных высоковольтных турбо- и гидрогенераторов, как правило, содержат обмотку, состоящую из секций в виде стержней или катушек, имеющих изоляцию, сформованную и отвержденную до установки секции в паз статора, и элементы тангенциального закрепления секций, размещенные в воздушном промежутке (зазоре) между боковыми поверхностями секции и боковыми стенками паза.
Выбор конструкции тангенциального закрепления - уплотнения шаблонных секций в пазах сердечника статора электрической машины высокого напряжения, устанавливаемой в зазор между боковыми поверхностями секции и боковыми стенками паза, играет большую роль в достижении наилучших технических характеристик и обеспечении долговечности электрических машин. В реальных конструкциях величина этого зазора определяется размером свободного промежутка, необходимого для установки секции в паз, и допусками на размер секции и паза, и достигает соизмеримого с толщиной изоляции значения около 1,5 мм. К конструкции и материалам, которыми заполняется зазор, предъявляются следующие требования:
1) обеспечение электрической проводимости, необходимой для предотвращения разрушительных поверхностных электроэрозионных процессов, вызываемых рабочей электрической нагрузкой и вибрацией;
2) обеспечение удельной теплопроводности, не меньшей, чем у изоляции;
3) демпфирование вибраций, создаваемых электродинамическими усилиями;
4) максимально простая и предохраняющая изоляцию от повреждений технология установки секций обмотки в пазы статора.
Большое количество патентов, направленных на решение этих задач, подтверждает актуальность проблемы совершенствования конструкции тангенциального закрепления секций обмотки в пазах сердечника статора.
Известен статор электрической машины, в котором зазоры между боковыми поверхностями секции обмотки и боковыми стенками паза заполнены пружинами, выполненными из полупроводящего стеклотекстолита волнообразной формы. (Creg С. Stone, Electrical insulation for rotating machines, 2004, page 27). Такое решение позволяет эффективно решить первую и третью задачи, однако при этом в зазоре остается большой объем воздушных прослоек, которые существенно ухудшают теплопередачу от изоляции к сердечнику, и, кроме того, выполнение этого способа весьма трудоемко.
Известен статор электрической машины, в котором в зазорах между обмоткой и сердечником установлены прокладки, состоящие из двух тонких листов полупроводящего материала (один из которых прилегает к поверхности обмотки, а другой - к стенке паза). Между двух тонких листов введена полупроводящая масса. (Авторское свидетельство СССР №710092, H02K 15/12, опубл. 25.01.1980 г.). Однако это решение не обеспечивает заполнение всех неровностей на поверхности секции и сердечника, что не позволяет решить задачу улучшения теплопередачи.
Имеется ряд решений, направленных на более полное заполнение промежутка путем использования пасты холодного отверждения, затвердевающей после ее введения в паз. Например, известно решение, в котором паста вводится в промежуток частично до установки секции в паз и частично, после установки секции в паз. (патент DE 3510943, H02K 3/40, опубл. 31.10.1985 г.). Такое решение не обеспечивает достаточно полного заполнения зазора, что снижает теплопроводность и электрическую проводимость и в исполнении трудоемко.
Известен статор электрической машины высокого напряжения, включающий сердечник, в пазы которого уложены секции обмотки и зазоры между боковыми стенками паза и боковыми поверхностями (гранями) секции обмотки заполнены полупроводящей пастой, состоящей из силиконовой смолы и углеродного наполнителя, вулканизирующейся при комнатной температуре, (патент США 4001616, H02K 3/40, опубл. 04.01.1977 г.). В этом случае полупроводящая паста наносится на боковые, прилегающие к стенкам паза, поверхности (грани) секции различными способами, после чего секция устанавливается в паз сердечника статора. Недостатками этого технического решения являются неравномерность распределения полупроводящей пасты в зазорах между боковыми стенками паза и боковыми поверхностями (гранями) секции вследствие смещения пасты с боковых граней секции при установке секции в паз; возможность ухудшения охлаждения секций обмотки статора при попадании пасты в вентиляционные каналы. Кроме того, необходимы дополнительные меры для предотвращения попадания полупроводящей пасты на лобовые части обмотки и другие участки электрической машины, что повышает трудоемкость выполнения установки секции в паз сердечника.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является статор электрической машины высокого напряжения, включающий сердечник, в пазы которого уложены секции обмотки, в котором между боковыми и нижней гранями (поверхностями) секции обмотки и стенками паза размещен упругий элемент - наложенная на поверхность секции полупроводящая оболочка, выполненные из отвержденного эластомера, армированного сеткой, ячейки которой заполнены эластомером. Сетка выполнена из изоляционного материала. (Авторское свидетельство СССР №1372491, H02K 3/30, 15/06, опубл. 07.02.1988 г.). Такое решение позволяет обеспечить хорошую электропроводность уплотнения и демпфирование вибраций, создаваемых электродинамическими усилиями. Однако для обеспечения хорошей теплопроводности требуется более эффективное заполнение промежутка за счет сжатия полупроводящей оболочки, что трудно обеспечить из-за малой упругости применяемого материала -проводящей силиконовой резины.
Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое решение, является повышение эксплуатационной надежности и улучшение теплопроводности изоляции обмотки за счет достижения равномерности и полного заполнения воздушного зазора между боковыми стенками паза сердечника статора и боковыми гранями секции обмотки при одновременном упрощении технологии установки секций обмотки в пазы сердечника.
Указанный технический результат достигается тем, что в статоре электрической машины высокого напряжения, содержащем сердечник, в пазы которого уложены секции обмотки, причем зазоры между боковыми и нижней гранями секции обмотки и стенками пазов заполнены полупроводящим упругим элементом, выполненным из отвержденного эластомера, армированного сеткой, ячейки которой заполнены эластомером, дополнительно между боковыми гранями секции обмотки и упругим элементом расположен слой полупроводящей пасты из эластомера, вулканизирующейся при комнатной температуре.
Сетка может быть выполнена как из изоляционного, так и полупроводящего материала.
Новым в усовершенствовании тангенциального крепления секций обмотки статора электрической машины является то, что в конструкцию статора между боковыми гранями секции и упругим элементом, выполненным из отвержденного эластомера, армированного сеткой, ячейки которой заполнены эластомером, вводится дополнительный материал - полупроводящая паста из эластомера, вулканизирующаяся при комнатной температуре.
Преимущество такого технического решения состоит в том, что закрытие обладающей тексотропностью легко деформируемой полупроводящей пасты полотном из отвержденного эластомера, армированного сеткой из изоляционного или полупроводящего материала, ячейки которой заполнены эластомером, позволяет вводить секцию обмотки в паз со значительным усилием. При этом полупроводящая паста распределяется равномерно в промежутке между боковыми гранями секции обмотки и стенками паза, заполняя промежуток и поры в полотне. Благодаря этому происходит прижатие полотна к стенкам паза, в результате чего достигаются хорошие электрическая проводимость и теплопроводность, причем сохраняются демпфирующие свойства уплотнения. Кроме того, закрытие пасты полотном существенно упрощает установку секции в паз.
На фиг. представлен статор высоковольтной электрической машины.
Статор электрической машины содержит сердечник 1, в пазы 2 которого уложены изолированные секции 3 обмотки статора. Между боковыми стенками паза 2 и боковыми гранями секции 3 имеются технологический воздушный промежуток. Промежуток заполнен полупроводящей пастой 4 и полотном 5. Для закрепления стержней в радиальном направлении устанавливаются прокладки 6 и клин 7.
Полупроводящая паста 4 состоит из силиконовой смолы и углеродного наполнителя и вулканизируется при комнатной температуре. В технологический промежуток паза 2 сердечника 1 статора вводится такой объем полупроводящей пасты 4, который вместе с полотном 5 при установке секции 3 обмотки в паз 2 полностью заполняет объем воздушной полости в промежутке.
В качестве материала для полотна 5 может быть использована полупроводящая теплостойкая силиконовая резина, армированная стеклотканью, например, материал марки РЭТСАР-П (ТУ 38.103667-88 «Резиностеклоткань электропроводящая РЭТСАР-П») или материал марки ПАРСТ-П, изготавливаемый Филиалом ОАО «Силовые машины» «Электросила» (ОБС.503.050 ТУ).
Секция 3 обмотки, обернутая полотном 5, с размещенной между полотном 5 и боковыми гранями секции 3 полупроводящей пастой 4 запрессовывается в паз 2 с помощью струбцин. Избыток полупроводящей пасты 4 выдавливается на верхнюю, свободную от полотна 5 грань секции 3, и удаляется. Этим предотвращается попадание полупроводящей пасты 4 в вентиляционные каналы статора. Секция 3 закрепляется в пазу 2 временными клиньями. Дальнейшие сборочные работы проводятся после полного отверждения полу проводящей пасты 4.
При работе электрической машины повышается температура статора материалы полотна и вулканизированной пасты расширяются, что приводит к плотному заполнению зазоров между боковыми стенками паза сердечника статора и боковыми гранями секции обмотки.
В результате применения предложенного технического решения достигается равномерность и увеличивается плотность заполнения зазоров между боковыми стенками паза сердечника статора и боковыми гранями секции обмотки при одновременном упрощении технологии установки секций в пазы сердечника статора.