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Dokumentenidentifikation DE69828650T2 29.12.2005
EP-Veröffentlichungsnummer 0001042852
Titel ABGESCHRÄGTE ELEKTRODE UND VERFAHREN ZUR SPANNUNGSVERTEILUNG AUF HOCHSPANNUNGSWINDUNGEN
Anmelder Siemens Westinghouse Power Corp., Orlando, Fla., US
Erfinder EMERY, T., Franklin, Orlando, US;
LANKFORD, Neal, Jeffrey, Fort Payne, US
Vertreter Berg, P., Dipl.-Ing., Pat.-Ass., 80339 München
DE-Aktenzeichen 69828650
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 16.11.1998
EP-Aktenzeichen 989602248
WO-Anmeldetag 16.11.1998
PCT-Aktenzeichen PCT/US98/24383
WO-Veröffentlichungsnummer 0099027632
WO-Veröffentlichungsdatum 03.06.1999
EP-Offenlegungsdatum 11.10.2000
EP date of grant 12.01.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.12.2005
IPC-Hauptklasse H02K 1/00

Beschreibung[de]
GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein elektrische Generatoren. Spezieller betrifft die vorliegende Erfindung eine verbesserte abgeschrägte Elektrode und ein verbessertes Verfahren zur Spannungsverteilung (grading) zur Anwendung bei Ständerwicklungen mit Hochspannung.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Bei Hochleistungsgeneratoren ist es üblich, Nuten in der Oberfläche des Ständerkerns herzustellen, in denen elektrische Wicklungen angebracht werden. Normalerweise sind in jeder Ständernut zwei Ständerwicklungen angeordnet. Die Wicklungen werden während des Betriebs des Generators erregt.

Der Ständerkern wird im Allgemeinen auf Erdpotential gehalten, während die Spulen oder Wicklungen in den Ständernuten ein relativ hohes Potential aufweisen. Zum Schutz vor einer Lichtbogenbildung zwischen den zwei in ein und derselben Ständernut befindlichen Wicklungen sowie zwischen dem Ständerkern und den Wicklungen ist es üblich, jede der Wicklungen mit einer leitenden Oberfläche zu bedecken, die als eine Außenelektrode bezeichnet wird. Die Außenelektrode verhindert durch den Luftspalt hindurch erfolgende Entladungen zwischen der oberen und der unteren Wicklung sowie zwischen den Wicklungen und dem Ständerkern. Die Außenelektrode schützt die Wicklungen vor einer physischen Abnutzung, welche andernfalls infolge der Lichtbogenbildung stattfinden würde. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht der oberen 102 und der unteren 104 Wicklung am Austritt aus der Nut 106 eines Ständerkerns 100. Eine Außenelektrode 108 ist auf jeder Wicklung 102, 104 auf der gesamten Länge des Nut-Abschnitts 106 des Ständerkerns 100 angebracht und endet an einer Stelle auf der Wicklung 102, 104, die sich außerhalb der Ständernut 106 befindet. Die Außenelektrode 108 ist über einer Schicht aus Isolationsmaterial 131 angebracht, die normalerweise auf den Wicklungen 102, 104 angebracht ist.

Wie in 1 dargestellt ist, liegt gewöhnlich die Situation vor, dass eine der beiden Ständerwicklungen 102, 104 oder beide an einer bestimmten Stelle nach dem Austritt aus dem Ständerkern 100 gekrümmt sind. Dadurch entsteht das Problem, dass ein Abschnitt einer der Wicklungen, entweder die obere 102 oder die untere 104, je nachdem, welche Wicklung gekrümmt ist, selbst nicht von einer Außenelektrode 108 bedeckt ist und sich in unmittelbarer Nähe eines Abschnitts der gegenüberliegenden Wicklung befindet, welcher von einer Außenelektrode bedeckt ist, die eine sehr hohe Spannung aufweist. Dasselbe Problem kann auftreten, wenn zwei Ständerwicklungen nach ihrem Austritt aus zwei verschiedenen Ständernuten sich in sehr geringem Abstand voneinander überkreuzen. Bei Ständerwicklungen mit einer sehr hohen Nennspannung, zum Beispiel von mehr als 18 kVrms (Spannungseffektivwert), kann die Differenz der Spannungspotentiale zwischen der Außenelektrode 108 der einen Ständerwicklung und den Wicklungsenden der gegenüberliegenden Ständerwicklung so groß werden, dass eine Lichtbogenbildung zwischen den zwei Wicklungen auftreten könnte.

Diese problematischen Situationen sind in den 2A und 2B dargestellt. 2A ist eine Draufsicht der oberen 102 und unteren 104 Wicklung, die aus ein und derselben Ständernut austreten. Wie dargestellt, sind die obere 102 und die untere 104 Wicklung in der Nähe des Endes der Außenelektrode 108 in entgegengesetzten Richtungen gekrümmt. Der Abschnitt der unteren Wicklung 104, welcher der schraffiert dargestellten Fläche 110 entspricht, befindet sich nahe an der Außenelektrode 108 der oberen Wicklung 102, ist jedoch selbst nicht mit einer Außenelektrode bedeckt. Dasselbe gilt für die Unterseite der oberen Wicklung 102. Wie oben erwähnt, besteht bei einer relativ großen Nähe von zwei Punkten mit relativ hohen Potentialdifferenzen die Möglichkeit einer Lichtbogenbildung. 2B ist eine Ansicht von zwei Wicklungen 111, welche sich nach dem Austritt aus zwei verschiedenen Ständernuten in großer Nähe überkreuzen. Ähnlich wie in der oben beschriebenen Situation befindet sich ein Abschnitt 110 jeder Wicklung 111 sehr nahe bei einem Abschnitt der anderen Wicklung, welcher unter einer sehr hohen Spannung steht. Im Allgemeinen wird in beiden oben beschriebenen Situationen eine abgeschrägt zulaufende Elektrode an den Wicklungen angebracht. Eine abgeschrägte Elektrode wird an den schraffiert dargestellten Bereichen 110 angebracht, um den nicht abgeschirmten Abschnitt der jeweiligen Wicklung, der sich in der Nähe eines abgeschirmten Abschnitts der gegenüberliegenden Wicklung befindet, abzuschirmen.

2C ist eine perspektivische Ansicht einer unteren Wicklung 104, welche mit einer nach dem bisherigen Stand der Technik ausgeführten abgeschrägten Elektrode 112 ausgestattet worden ist. Obwohl die abgeschrägte Elektrode unter Bezugnahme auf die untere Wicklung 104 dargestellt und beschrieben ist, ist anzumerken, dass es erforderlich ist, eine abgeschrägte Elektrode an beiden Wicklungen anzubringen, die sich in sehr geringem Abstand voneinander überkreuzen können. Die abgeschrägte Elektrode 112 umschließt die Wicklung 104 und überlappt das Ende der leitenden Außenelektrode 108, so dass die elektrische Leitfähigkeit zwischen den beiden Elektroden sichergestellt ist. Die abgeschrägte Elektrode 112 weist an einem Krümmungsrand 114 der Wicklung 104 eine geringere Breite auf als am gegenüberliegenden Krümmungsrand 116 der Wicklung 104. Die Elektrode 112 kann als "abgeschrägt" zwischen den zwei Krümmungsrändern 114, 116 unterschiedlicher Länge bezeichnet werden. Es ist anzumerken, dass die Form der abgeschrägten Elektrode 112 an der Oberseite der Wicklung im Großen und Ganzen mit der Form der in 2A schraffiert dargestellten Fläche 110 übereinstimmt. Folglich ist die abgeschrägte Elektrode 112 geometrisch so geformt, dass die Abschnitte einer oberen 102 und einer unteren 104 Ständerwicklung, welche sich in einem geringen Abstand voneinander befinden, elektrisch abgeschirmt sind. Die abgeschrägte Gestaltung stellt sicher, dass kein Abschnitt irgendeiner Ständerwicklung, der von der potenziell eine hohe Spannung aufweisenden Außenelektrode 108 bedeckt ist, sich nahe bei einer Ständerwicklung befindet, welche nicht ebenfalls abgeschirmt ist.

3 ist eine detaillierte Ansicht der Geometrie einer nach dem bisherigen Stand der Technik ausgeführten abgeschrägten Elektrode 112. Um eine nützlichere Ansicht zur Verfügung zu haben, ist die abgeschrägte Elektrode 112 "aufgetrennt und flachgedrückt" dargestellt. Die abgeschrägte Elektrode 112 weist einen Basisteil 118 mit einem sich von diesem weg erstreckenden Vorsprungsteil 120 auf. Der Vorsprungsteil 120 endet an einer geraden Linie 122 zwischen zwei Eckpunkten 128, 130. Mit zunehmendem Abstand vom Basisteil 118 der Elektrode nimmt die Breite des Vorsprungsteils 120 allmählich ab. Die zwei abgeschrägt zulaufenden Seiten 124, 126 verlaufen zwischen dem Basisteil 118 der Elektrode und der abschließenden geraden Linie 122.

In 4A ist eine früher verwendete abgeschrägte Elektrode 112 von 3 in einer an einer Ständerwicklung 104 angebrachten Position dargestellt. Es ist eine abgeschrägt zulaufende Seite 124 dargestellt, die entlang der Seite der Wicklung 104 verläuft und an einem Eckpunkt 128 auf der Schnittlinie der Oberseite und der Seitenflächen endet. 4B ist eine Ansicht der Unterseite derselben Wicklung 104, die mit einer abgeschrägten Elektrode 112 ausgestattet ist. Ähnlich wie in der vorhergehenden Abbildung verläuft eine abgeschrägt zulaufende Seite 126 entlang der Unterseite der Wicklung 104 und endet an einem Eckpunkt 130 auf der Schnittlinie von zwei Seiten der Wicklung.

5 zeigt den Stromfluss in die früher verwendete abgeschrägte Elektrode 112. Auch hier ist die abgeschrägte Elektrode 112 für die Zwecke der Veranschaulichung in einer "aufgetrennten und flachgedrückten" Form dargestellt. Die Pfeile bezeichnen die Richtung des Stromflusses in die abgeschrägte Elektrode 112 hinein. Wie dargestellt bewirkt die Geometrie der abgeschrägten Elektrode 112 den Stromfluss in die Elektrode 112 hinein. Insbesondere konzentriert sich der Stromfluss an den zwei Eckpunkten 128, 130, die am Schnittpunkt der geraden Linie 122 und der abgeschrägt zulaufenden Seiten 124, 126 gebildet werden. Der I2R-Verlust (Leistungsverlust) ist an diesen Punkten 128, 130 infolge der hohen Konzentration des Stroms besonders hoch. Derartige Punkte 128, 130 werden gewöhnlich als "Hot Spots" (heiße Stellen) bezeichnet.

Wie in 6 dargestellt ist, ist eine Spannungsverteilungs-Elektrode (voltage grading electrode) 132 auf den Wicklungen 102, 104 über der Außenelektrode, der abgeschrägten Elektrode (nicht dargestellt) und der Isolation 131 angebracht. Die Spannungsverteilungs-Elektrode 132 besteht aus einem nichtlinearen widerstandsbehafteten Überzug aus Lack oder Band, welcher eine Spannungs-Strom-Kennlinie liefert, die nichtlinear ist und eine schlagartige Änderung der Spannung im Bereich des Austritts aus der Ständernut verhindert. Die Spannungsverteilungs-Elektrode 132 verringert dadurch das Niveau der Spannungsbeanspruchung an den Wicklungen am Austritt aus der Ständernut. Beispiele von Spannungsverteilungs-Elektroden nach dem Stand der Technik sind im US-Patent Nr. 4.207.482 beschrieben.

In denjenigen Bereichen der Spannungsverteilungs-Elektrode, welche die "Hot Spots" der abgeschrägten Elektrode umhüllen, ist die Spannungsverteilungs-Elektrode sehr hohen Temperaturen ausgesetzt. Die Temperaturen können so hoch werden, dass das Material der Spannungsverteilungs-Elektrode verbrennen und eine Verschlechterung der Spannungsverteilungs-Eigenschaften der Spannungsverteilungs-Elektrode verursachen kann. Folglich beeinflusst die Konzentration des Stromflusses zu den Eckpunkten der abgeschrägten Elektrode die Struktur und das Verhalten der Wicklungen nachteilig.

Daher ist es wünschenswert, eine abgeschrägte Elektrode und ein Verfahren zur Spannungsverteilung bei unter Hochspannung stehenden Ständerwicklungen, welches die Konzentration des Stromflusses zu isolierten Punkten an der abgeschrägten Elektrode minimiert, bereitzustellen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Dementsprechend ist es die allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine abgeschrägte Elektrode bereitzustellen, welche die Konzentration des Stroms an isolierten Punkten auf der abgeschrägten Elektrode auf ein Minimum begrenzt.

Kurz gesagt, wird diese Aufgabe durch eine abgeschrägte Elektrode gelöst, welche einen Basis-Elektrodenteil und einen sich vom Basis-Elektrodenteil weg erstreckenden Vorsprung umfasst, wobei sich die Breite des Vorsprungs mit zunehmendem Abstand vom Basis-Elektrodenteil verringert und der Vorsprung ein im Wesentlichen abgerundetes Ende aufweist. Die abgeschrägte Elektrode ist aus einem leitenden Material hergestellt, vorzugsweise einem leitenden Band mit einem Widerstand von weniger als 400 Ohm.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die obige Zusammenfassung sowie die nachfolgende ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform werden beim Studium in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser verständlich. Zum Zwecke der Veranschaulichung der Erfindung ist in den Zeichnungen eine derzeit bevorzugte Ausführungsform dargestellt, wobei die Erfindung jedoch selbstverständlich nicht auf die offenbarten spezifischen Verfahren und Mittel beschränkt ist.

In den Zeichnungen zeigt:

1 eine perspektivische Ansicht einer oberen und einer unteren Ständerwicklung mit einer Außenelektrode am Austritt einer Ständernut aus dem Ständerkern;

2A eine Draufsicht einer oberen und einer unteren Ständerwicklung;

2B eine Ansicht von zwei Ständerwicklungen, die einander nach ihrem Austritt aus verschiedenen Ständernuten in geringem Anstand voneinander überkreuzen;

2C eine perspektivische Ansicht einer Ständerwicklung, die mit einer abgeschrägten Elektrode nach dem Stand der Technik ausgestattet ist;

3 eine Detailansicht einer abgeschrägten Elektrode nach dem Stand der Technik;

4A eine Draufsicht einer Ständerwicklung, die mit einer abgeschrägten Elektrode nach dem Stand der Technik ausgestattet ist;

4B eine Unteransicht einer Ständerwicklung, die mit einer abgeschrägten Elektrode nach dem Stand der Technik ausgestattet ist;

5 eine Ansicht des Stromflusses in eine abgeschrägte Elektrode nach dem Stand der Technik hinein;

6 eine perspektivische Ansicht einer oberen und einer unteren Ständerwicklung mit einer Spannungsverteilungs-Elektrode am Austritt einer Ständernut aus dem Ständerkern;

7A eine Detailansicht der erfindungsgemäßen abgeschrägten Elektrode;

7B eine perspektivische Ansicht der an einer Ständerwicklung angebrachten erfindungsgemäßen abgeschrägten Elektrode;

8A eine Veranschaulichung des Verfahrens zur Anbringung der Spannungsverteilungs-Elektrode an einer Ständerwicklung;

8B eine Seitenansicht der in 8A dargestellten Ständerwicklung;

9 eine Detailansicht einer an einer erfindungsgemäßen abgeschrägten Elektrode angebrachten Spannungsverteilungs-Elektrode im "flachgedrückten" (aufgeklappten) Zustand.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Durch die vorliegende Erfindung wird eine abgerundete abgeschrägte Elektrode bereitgestellt, bei welcher es nicht mehr zu einer Konzentration des Stromflusses an isolierten Punkten auf der abgeschrägten Elektrode kommt und dadurch verhindert wird, dass sich "heiße Stellen" herausbilden. Die erfindungsgemäße abgeschrägte Elektrode kann von einer Spannungsverteilungs-Elektrode bedeckt sein, die mittels eines Verfahrens angebracht wird, welches auf ähnliche Weise bewirkt, dass der in die abgeschrägte Elektrode fließende Strom gleichmäßig verteilt wird.

7A zeigt eine Ansicht einer abgeschrägten Elektrode 134 gemäß der vorliegenden Erfindung. Anders als bei Ausführungen abgeschrägter Elektroden nach dem bisherigen Stand der Technik endet der Vorsprungsteil 136 der erfindungsgemäßen abgeschrägten Elektrode nicht an einer geraden Linie. Vielmehr weist die abgeschrägte Elektrode wie dargestellt einen abgerundeten Vorsprungsteil auf und besitzt nicht die Eckpunkte, die für Elektroden nach dem Stand der Technik charakteristisch sind. 7B zeigt eine perspektivische Ansicht der an einer Ständerwicklung angebrachten erfindungsgemäßen abgeschrägten Elektrode 134. Die erfindungsgemäße abgeschrägte Elektrode weist nach wie vor die abgeschrägt zulaufenden Seiten 140, 142 auf, so dass die spezielle Abschirmungsfunktion weiterhin erfüllt wird. Jedoch dadurch, dass die Eckpunkte am Vorsprung 136 nicht mehr vorhanden sind, wird bei der erfindungsgemäßen abgeschrägten Elektrode die Konzentration des Stromflusses verringert, und die dadurch verursachten "Hot Spots" werden beseitigt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht die leitende Außenelektrode aus einer spiralförmig mit halber Überlappung gewickelten Schicht aus einem leitenden Band, welches um die isolierende Erdungswandung der Ständerwicklung gewickelt ist. Der Widerstand des leitenden Bandes beträgt weniger als 400 Ohm. Das leitende Band wird mit einer Spannung angebracht, die gleich der bei der Anbringung des Erdungswandungs-Bandes angewendeten Spannung oder kleiner als diese ist.

Die abgeschrägte Elektrode ist ebenfalls aus einem leitenden Band hergestellt. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird die abgeschrägte Elektrode aus einem Stück Band ausgeschnitten, welches ca. 15,24 cm breit ist. Der abgeschrägten Elektrode wird eine Form verliehen, wie sie oben unter Bezugnahme auf 7A beschrieben wurde. Die abgeschrägte Elektrode überlappt die leitende Außenelektrode auf einer Breite von ca. 2,54 cm, so dass die elektrische Leitfähigkeit zwischen den beiden Elektroden sichergestellt ist. Am Rand der abgeschrägten Elektrode ist eine Schicht aus Doppelklebeband angebracht, um die abgeschrägte Elektrode in ihrer Position über der leitenden Außenelektrode zu halten.

Die Spannungsverteilungs-Elektrode ist auf ähnliche Weise gestaltet, um den Stromfluss zu Konzentrationspunkten auf der abgeschrägten Elektrode zu begrenzen. Die Spannungsverteilungs-Elektrode wird auf der Ständerwicklung angebracht, indem Schichten aus widerstandsbehaftetem Band auf die Ständerwicklung aufgewickelt werden. Die Anzahl der Schichten des Bandes, die auf bestimmten Teilen der Ständerwicklung angebracht werden, wird strategisch variiert, so dass dadurch der Widerstand für den Stromfluss in die abgeschrägte Elektrode gesteuert wird. Insbesondere wird der Widerstand entlang der Ständerwicklung von den Enden der Ständerwicklung zur äußeren abgeschrägten Elektrode hin allmählich erhöht, so dass die Spannungsdifferenz zwischen der abgeschrägten Elektrode und den Enden der Ständerwicklung abgestuft wird. Durch Steuerung des Widerstandes an verschiedenen Punkten entlang der Elektrode bewirkt die Spannungsverteilungs-Elektrode, dass der in die verschiedenen Teile der abgeschrägten Elektrode hineinfließende Strom gleichmäßig verteilt wird.

Allgemein kann der Widerstand eines Objekts aus einem bestimmten Material aus der Länge des Objekts, der Querschnittsfläche des Objekts und dem spezifischen elektrischen widerstand des Materials ermittelt werden. Speziell wird der Zusammenhang durch die Gleichung R = &rgr;&igr;/A quantitativ beschrieben, wobei p der spezifische Widerstand des Materials, &igr; die Länge des Objekts und A die Querschnittsfläche des Objekts aus dem widerstandsbehafteten Material ist. Eine Vergrößerung der Querschnittsfläche des Objekts bewirkt eine Verringerung des Widerstands des Objekts. Bezogen auf den Widerstand der Spannungsverteilungs-Elektrode bedeutet das, dass der Widerstand an einer bestimmten Stelle der Elektrode umso geringer ist, je mehr Schichten des Bandes dort angebracht werden.

Die 8A und 8B zeigen das Verfahren der Bandbewicklung, das zur Herstellung der erfindungsgemäßen Spannungsverteilungs-Elektrode angewendet wird. 8A zeigt eine Ansicht, bei der es sich entweder um die Unterseite der oberen Ständerwicklung oder um die Oberseite der unteren Ständerwicklung handeln könnte. Die Begrenzung des abgeschrägten Abschnitts der abgeschrägten Elektrode 134 ist durch eine gestrichelte Linie dargestellt. 8B zeigt eine Seitenansicht der in 8A dargestellten Ständerwicklung entlang der Linie A. Der abgerundete Vorsprungsteil 136 der Elektrode ist als durchgehende Linie entlang der Seite der Ständerwicklung dargestellt. Allgemein wird die Spannungsverteilungs-Elektrode hergestellt, indem die Ständerwicklung spiralförmig mit einer sich zur Hälfte überlappenden Schicht aus widerstandsbehaftetem Band umwickelt wird. Die Pfeile in der 8A bezeichnen die allgemeine Richtung entlang der Ständerwicklung, in welcher die spiralförmige Umwicklung erfolgt.

Eine erste Schicht des Bandes wird über der abgeschrägten Elektrode 134 um die Ständerwicklung gewickelt, beginnend an einer Stelle 144 an der Seitenwand, wo der abgeschrägt zulaufende Abschnitt der abgeschrägten Elektrode zur Seitenwand der Ständerwicklung hin umgeschlagen ist. Wie durch die Pfeile bezeichnet ist, umgibt die erste Schicht der Bandbewicklung spiralförmig die Ständerwicklung und erstreckt sich zur leitenden Elektrode 108 hin. In ihrem Ende 146 überlappt die erste Schicht der Bandbewicklung das Ende der leitenden Elektrode 108 auf ca. 2,54 cm. Bei der derzeit bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die erste Schicht der Bandbewicklung von ihrem Anfangspunkt 144 aus spiralförmig ungefähr 11,43 cm weit, doch in jedem Falle sollte sie sich von dem Punkt, wo der abgeschrägt zulaufende Abschnitt der Elektrode 134 zur Seitenwand der Ständerwicklung hin umgeschlagen ist, bis zu einem Punkt 146 erstrecken, wo sie die leitende Außenelektrode 108 überlappt.

Eine zweite Schicht der Bandbewicklung beginnt an der Stelle 146 an der Ständerwicklung, wo die erste Schicht der Bandbewicklung endet, d. h. an der Stelle, wo die erste Schicht die leitende Außenelektrode 108 überlappt. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird dasselbe zusammenhängende Stück Band, das zur Herstellung der ersten Schicht verwendet wurde, auch zur Herstellung der zweiten Bandschicht verwendet. Dies wird realisiert, indem einfach die Richtung der Bandbewicklung umgekehrt wird, wenn das Ende der ersten Schicht erreicht worden ist. Die zweite Bandschicht erstreckt sich spiralförmig um die Ständerwicklung herum von der Außenelektrode weg, und sie erstreckt sich über den Anfangspunkt 144 der ersten Bandschicht hinaus bis zu ihrem eigenen Endpunkt 148. Die Patentanmelder haben festgestellt, dass die Länge der zweiten Bandschicht ungefähr das 1,67-fache der Länge der ersten Bandschicht betragen sollte. Bei der bevorzugten Ausführungsform beträgt die Länge der zweiten Bandschicht ca. 19,05 cm. Das Ende der zweiten Schicht wird unter Verwendung eines Bandes mit selbstklebender Rückseite an der Ständerwicklung befestigt.

Eine dritte Bandschicht beginnt an demselben Punkt 146 an der Ständerwicklung, wo die erste Schicht geendet und die zweite Schicht begonnen hat. Wie durch die Pfeile bezeichnet ist, erstreckt sich die dritte Schicht spiralförmig von der leitenden Außenelektrode weg, und sie erstreckt sich über den Endpunkt 148 der zweiten Bandschicht hinaus bis zu ihrem eigenen Endpunkt 150. Die Patentanmelder haben festgestellt, dass die Länge der dritten Bandschicht ungefähr das 2,56-fache der Länge der ersten Schicht betragen sollte. Bei der bevorzugten Ausführungsform beträgt die Länge der dritten Bandschicht ca. 29,21 cm. Das Ende der dritten Schicht wird unter Verwendung eines Bandes mit selbstklebender Rückseite befestigt.

Bei der derzeit bevorzugten Ausführungsform wird die Spannungsverteilungs-Elektrode unter Verwendung von einen hohen Anteil an Harz der B-Stufe (B staged resin) enthaltendem Band mit Siliziumkarbid hergestellt. Das Band ist 2,54 cm breit und ist ausreichend mit Harz versehen, so dass das Harz die Überlappungen zwischen den Bandschichten abdichtet und dadurch verhindert, dass das Tränkharz zwischen die Schichten dringt und den elektrischen Widerstand des Bands beeinflusst.

Wie oben erwähnt, wird der Widerstand eines bestimmten Abschnitts der Spannungsverteilungs-Elektrode in hohem Maße durch die Dicke oder die Querschnittsfläche des Bandes beeinflusst. Je größer die Querschnittsfläche ist, desto kleiner ist der Widerstand. Was die Spannungsverteilungs-Elektrode anbelangt, so weisen die Bereiche, welche drei Schichten Bandbewicklung umfassen, den kleinsten Widerstand auf; die mit zwei Wicklungen des Bandes bedeckten Bereiche weisen den zweitkleinsten Widerstand auf; und der Bereich der Spannungsverteilungs-Elektrode, der nur eine einzige Schicht Band aufweist, besitzt vergleichsweise den höchsten Widerstand.

9 zeigt eine Ansicht der mit der erfindungsgemäßen Spannungsverteilungs-Elektrode 152 bedeckten abgeschrägten Elektrode 134 im "flachgedrückten" (aufgeklappten) Zustand. Die Spannungsverteilungs-Elektrode 152 ist als in drei Teile A, B, C unterteilt dargestellt, welche Bereichen entsprechen, die eine unterschiedliche Anzahl von Bandschichten aufweisen, aus denen die Spannungsverteilungs-Elektrode 152 besteht. Der Bereich A, oder der dem Basisteil der abgeschrägten Elektrode 134 nächstgelegene Bereich, stellt denjenigen Abschnitt der Spannungsverteilungs-Elektrode 152 dar, welcher aus drei Schichten Band besteht. Wie oben erwähnt, weist der Bereich mit drei Schichten infolge der relativ großen Dicke des Spannungsverteilungs-Bandes den niedrigsten Widerstand in der Spannungsverteilungs-Elektrode auf. Aufgrund des relativ niedrigen Widerstandes in diesem Bereich der Spannungsverteilungs-Elektrode kann der Strom am leichtesten zu den in diesem Bereich der Spannungsverteilungs-Elektrode umwickelten Abschnitten der abgeschrägten Elektrode fließen, d. h. zu den abgeschrägt zulaufenden Seiten der Elektrode.

Der zweite Bereich B, der dem Abschnitt der Spannungsverteilungs-Elektrode mit zwei Bandschichten entspricht, weist einen höheren Widerstand auf als der Bereich mit der dreischichtigen Bewicklung. Wie man sich anhand von 8 nochmals verdeutlichen kann, beginnt der Bereich der zweischichtigen Bewicklung B an dem Abschnitt der abgeschrägten Elektrode 134, wo die abgeschrägte Elektrode 134 zur Seitenwand der Ständerwicklung hin umgeschlagen ist. Die zweifache Bewicklung umhüllt auch den abgerundeten Abschnitt der abgeschrägten Elektrode 134. Der im Vergleich zu dem Bereich mit drei Schichten höhere Widerstand der Spannungsverteilungs-Elektrode über diesem Abschnitt der abgeschrägten Elektrode bewirkt eine Staffelung des Stroms, so dass dieser in die abgeschrägt zulaufenden Seiten der abgeschrägten Elektrode fließt und sich nicht an dem abgerundeten Spitzenabschnitt der Elektrode konzentriert.

Der dritte Abschnitt C, der dem Bereich mit nur einer Schicht des Bandes entspricht, weist vergleichsweise den höchsten Widerstand auf. Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, umhüllt die einschichtige Bewicklung keinen Abschnitt der abgeschrägten Elektrode. Jedoch wie im Falle des Bereichs mit zwei Schichten bewirkt der relativ hohe Widerstand des einschichtigen Abschnitts der Spannungsverteilungs-Elektrode, dass der in die abgeschrägte Elektrode fließende Strom gestaffelt wird. Die einzelne Schicht aus einem Band mit hohem Widerstand sorgt für einen Übergang des Widerstands von dem hohen Oberflächenwiderstand der Ständerwicklungs-Oberfläche zu dem wesentlich niedrigeren Widerstand der abgeschrägten Elektrode.

Die Anmelder haben eine Ständerwicklung hergestellt und geprüft, die mit einer abgeschrägten Elektrode gemäß der Erfindung und mit einer Spannungsverteilungs-Elektrode ausgestattet war. Die Ständerwicklung wurde einer Spannungs-Erdungsprüfung bei 68,9 kVrms von 1 Minute Dauer unterzogen. Es trat kein Spannungsüberschlag auf, und es kam zu keiner übermäßigen Erwärmung des Spannungsverteilungs-Bandes. Unmittelbar nach der Spannungs-Erdungsprüfung wurde der Spannungsverteilungs-Bereich auf Anzeichen einer Überhitzung kontrolliert. Obwohl der Bereich sich bei Berührung warm anfühlte, was darauf hinwies, dass ein Stromfluss vorgelegen hatte, hatten keine Verbrennung und kein Durchschlag stattgefunden. Dies weist darauf hin, dass das Spannungsverteilungs-Band seine Funktion ordnungsgemäß erfüllt hatte.

Die vorliegende Erfindung kann auch in anderen spezifischen Formen ausgeführt werden. Zum Beispiel kann die abgeschrägte Elektrode mit anderen Mitteln als mit leitendem Band hergestellt werden, wie etwa mittels einer Metallfolie. Ebenso kann die Spannungsverteilungs-Elektrode aus anderen Spannungstaffelungs-Materialien als aus Band bestehen, wie etwa aus Lack. Ferner kann die Spannungsverteilungs-Elektrode aus mehr oder weniger als drei Schichten Spannungstaffelungs-Material bestehen. Dementsprechend wird der Schutzbereich der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und nicht durch die obige Beschreibung angegeben.


Anspruch[de]
  1. Abgeschrägte Elektrode (134) zur Sicherstellung einer asymmetrischen Spannungsverteilung zwischen einer Ständerwicklung (102, 104) und einem Ständerkern (100), welche umfasst:

    einen Basis-Elektrodenteil (138); und

    einen Vorsprung (136), der sich von dem besagten Basis-Elektrodenteil (138) aus erstreckt, wobei sich die Breite des besagten Vorsprungs (136) mit zunehmendem Abstand von dem besagten Basis-Elektrodenteil (138) verringert, und

    dadurch gekennzeichnet, dass der besagte Vorsprung (136) ein im Wesentlichen abgerundetes Ende aufweist.
  2. Abgeschrägte Elektrode (134) nach Anspruch 1, wobei die besagte abgeschrägte Elektrode (134) aus einem leitenden Material mit einem Widerstand von weniger als 400 Ohm hergestellt ist.
  3. Abgeschrägte Elektrode (134) nach Anspruch 2, wobei das besagte leitende Material ein leitendes Band ist.
Es folgen 7 Blatt Zeichnungen






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