Система защиты от короны для электрической машины и электрическая машина

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в повышении надежности. Изоляция для защиты от короны для электрической машины включает полимерную матрицу и расположенные в ней частицы с сердцевиной, образованной из слюды, и расположенным на сердцевине слоем, образованным оксидом металла. Частицы имеют поверхностную функционализацию, в частности, для связывания с матрицей. 2 н. и 6 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к системе защиты от короны (тлеющего разряда), особенно внешней системе защиты от короны, для электрической машины, например, машины высокого напряжения, такой как генератор для выработки электрической энергии, электродвигатель или другое электрооборудование с высоким номинальным напряжением, в частности, трансформатор, проходной изолятор или кабель.

Разрабатываются все более мощные машины, такие как, например, генераторы, так как передовая технология требует все более высокой плотности мощности. Мощный генератор, такой как турбогенератор, в частности, содержит статор со (статорным) листовым пакетом и множеством генераторных пазов, в которых находятся генераторные обмотки.

Основная изоляция этой генераторной обмотки по отношению к листовому пакету представляет собой электрически сильно нагруженную систему. В процессе работы возникают высокие напряжения, которые должны снижаться в объеме изоляции между проводящим стержневым сердечником, находящимся на высоком напряжении, и листовым пакетом, находящимся под потенциалом заземления. При этом на кромках листов листового пакета возникают превышения напряженности поля, которые, со своей стороны, вызывают возникновение частичных разрядов. Эти частичные разряды при попадании на систему изоляции приводят к локально очень сильным перегревам. При этом органические материалы системы изоляции, включая эту внешнюю защиту от короны, последовательно разлагаются на низкомолекулярные летучие продукты, например, на диоксид углерода.

Важной составной частью системы изоляции является так называемая внешняя защита от короны (AGS). В случае больших генераторов и электромоторов, она находится непосредственно на поверхности изоляции генераторной обмотки. Внешняя защита от короны в настоящее время часто состоит из полос или лаков, содержащих углеродную сажу и графит. По системным причинам, в такой системе изоляции, прежде всего поверхность раздела между внешней защитой от короны и основной изоляцией невозможно выполнить полностью без пор. Поэтому, достаточно высокая напряженность электрического поля в системе изоляции приводит к соответственно высокой электрической активности частичного разряда, которая полностью сжигает внешнюю защиту от короны в процессе эксплуатации с течением времени. Таким образом, это приводит к преждевременному старению изоляции и в наихудшем случае к короткому замыканию на землю электрической машины. Это означает, как правило, не подлежащий восстановлению полный выход из строя машины.

Внешняя защита от короны должна иметь определенное сопротивление на квадрат, которое находится в определенном диапазоне. Если оно слишком низкое, то это может привести к короткому замыканию листовых пакетов, что может привести к высоким индуцированным контурным токам, которые замыкаются через концы листового пакета и внешнюю защиту от короны и приводят к возникновению сильноточных электрических дуг. Слишком высокое сопротивление, напротив, может привести к высоковольтной электроискровой эрозии. Идеальным было бы, если бы сопротивление во внешней системе защиты от короны могло устанавливаться так, что создавалась бы анизотропия, которая демонстрирует повышенную проводимость в радиальном направлении, то есть от проводника с током к листовому пакету, и повышенное сопротивление, т.е. низкую проводимость, в направлении стержневого сердечника.

В свете вышеописанного предшествующего уровня техники, задачей настоящего изобретения является преодолеть недостатки обычной системы защиты от короны и предпочтительно предоставить более стабильную систему защиты от короны. Кроме того, задачей настоящего изобретения является создание улучшенной, в частности, более отказобезопасной машины.

Эта задача решается системой защиты от короны с признаками, указанными в пункте 1 формулы изобретения, и электрической машиной с признаками, указанными в пункте 8 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения следуют из зависимых пунктов формулы изобретения и последующего описания.

Соответствующая изобретению система защиты от короны представляет собой систему защиты от короны для электрической машины, особенно машины высокого напряжения, целесообразно для генератора для выработки электрической энергии, электродвигателя или другого электрического оборудования с повышенным номинальным напряжением, предпочтительно трансформатора, проходного изолятора или кабеля. Соответственно, система защиты от короны в соответствии с изобретением представляет собой внешнюю систему защиты от короны. Соответствующая изобретению система защиты от короны содержит полимерную матрицу и расположенные в ней частицы, имеющие сердцевину, образованную из слюды, и расположенный на сердцевине слой, образованный оксидом металла, причем частицы имеют функционализированную поверхность для связывания с матрицей.

Предпочтительно, оксид металла представляет собой оксид олова, особенно диоксид олова. Рациональным образом, матрица образована пластиком и/или смолой, в частности, реакционно-активной смолой.

Посредством предусмотренной согласно изобретению функционализированной поверхности для связывания с матрицей, пустоты на поверхности раздела между поверхностью частиц и матрицей могут быть уменьшены или даже совсем устранены. В частности, устранение пустот обеспечивается не одними только силами адгезии между поверхностью частиц и матрицей, но также усиливается связь за счет функционализации поверхности. Тем самым обеспечивается противодействие отслоению системы защиты от короны на поверхности раздела между поверхностью частиц и матрицей. Именно такие пустоты, ввиду прохождения силовых линий напряженности поля, из-за различных проницаемостей частиц и матрицы, особенно с учетом ожидаемого электрического срока службы системы защиты от короны и, таким образом, электрической машины, особенно критичны. Рациональным образом, в соответствии с изобретением, в противном случае преобладающие адгезионные силы между поверхностью частиц и матрицей, по меньшей мере частично, заменяются ковалентными химическими связями между поверхностью частиц и матрицей.

Соответственно, частицы имеют размеры, по меньшей мере в (особенно арифметическом) среднем, не более одного миллиметра и предпочтительно, по меньшей мере в (особенно арифметическом) среднем, не более 100 микрон.

Рациональным образом, функционализированная поверхность включает в себя молекулы, которые, с одной стороны, легко связываются с поверхностью частиц из оксида олова, с другой стороны, однако, легко связываются с матрицей. Например, функционализированная поверхность включает в себя органосилан.

Соответственно, в соответствующей изобретению системе защиты от короны, функционализированная поверхность включает в себя молекулу, ковалентно связываемую с оксидом металла и/или матрицей.

Рациональным образом, в соответствующей изобретению системе защиты от короны, функционализированная поверхность включает в себя олигомерную структуру. В предпочтительном варианте осуществления соответствующей изобретению системы защиты от короны, функционализированная поверхность включает в себя полимерную структуру.

Идеальным образом, в соответствующей изобретению системе защиты от короны, функционализированная поверхность дальше от сердцевины выполнена с более низкой электрической полярностью, чем вблизи сердцевины и/или у самой сердцевины. Соответственно, функционализированная поверхность включает в себя меркаптопропилтриметоксисилан.

За счет функционализации с матричными оптимизированными структурами и/или молекулами улучшено поведение седиментации, то есть плотность уменьшена, и сопротивление потоку увеличено. Таким образом, частицы в матрице распределяются более однородно.

Кроме того, за счет функционализации, гомогенизируется переход между проницаемостями частиц и матрицы. Смачивание частиц с жидкой матрицей значительно улучшено за счет согласования поверхностной энергии частиц с флюидной матрицей.

Соответствующая изобретению электрическая машина представляет собой, в частности, машину высокого напряжения, особенно генератор для выработки электрической энергии или электродвигатель или другое электрооборудование с повышенным номинальным напряжением, в частности, трансформатор, проходной изолятор или кабель.

Соответствующая изобретению электрическая машина имеет систему защиты от короны, как описано выше.

1. Изоляция для защиты от короны для электрической машины, включающая в себя:

полимерную матрицу,

расположенные в полимерной матрице частицы, имеющие сердцевину из слюды и расположенный на сердцевине слой из оксида металла,

причем частицы имеют функционализированную поверхность, в частности, для связывания с матрицей.

2. Изоляция для защиты от короны по п.1, в которой оксид металла представляет собой оксид олова.

3. Изоляция для защиты от короны по любому из предыдущих пунктов, в которой матрица образована пластиком и/или смолой, в частности реакционно-активной смолой.

4. Изоляция для защиты от короны по любому из предыдущих пунктов, в которой функционализированная поверхность включает в себя молекулу, ковалентно связываемую с оксидом олова и/или матрицей.

5. Изоляция для защиты от короны по любому из предыдущих пунктов, в которой функционализированная поверхность включает в себя олигомерную структуру.

6. Изоляция для защиты от короны по любому из предыдущих пунктов, в которой функционализированная поверхность включает в себя полимерную структуру.

7. Изоляция для защиты от короны по любому из предыдущих пунктов, в которой функционализированная поверхность дальше от сердцевины выполнена с более низкой электрической полярностью, чем вблизи сердцевины и/или у самой сердцевины.

8. Электрическая машина, в частности машина высокого напряжения, содержащая изоляцию для защиты от короны по любому из предыдущих пунктов.