[发明专利]具有更高雷电冲击耐受性的电机

说明书

技术领域

本发明涉及电机，特别涉及对于瞬变具有更高电耐受性的电机。

背景技术

在电机中，由于绕组的配置，在局部会出现具有冲击电压的强电场。在这样的区域内，在与所述绕组相接触的冷却介质(比如变压器油)中发生电击穿的风险增高。

一个关键区域是电力变压器的绕组中的两匝相邻绕组之间的槽楔(wedge)形成区域，其是常常暴露于局部强电场的区域。由于在传统上分别被用在电力变压器中作为冷却介质和绝缘体的油与纸绝缘之间的介电常数的差异，这种区域内的油发生电击穿的风险增高。

当所述绕组受到冲击电压时(例如由于雷击电涌或测试)，此槽楔内的电场应力很高，从而可能引发所述油的部分击穿，进而可能导致闪流(streamer)(火花)通过所述油传播到表面(即屏障)并且继续传播到地。如果出现这样的闪流，其将会对变压器造成严重损坏。为了防止出现闪流，比如电力变压器的电机的规格需要被定为能够应对在如上所述区域内局部出现的高电应力。结果，电力变压器的规格被定为耐受比正常工作负荷强几倍的电场强度，从而导致昂贵、巨大并且笨重的机器。

US 5,969,456涉及类似的放电问题，即冲击电压被感应式电机中的各绕组部分不均等地分担的问题，这趋向于在分担过高电压的绕组部分中导致电介质击穿。为了克服这一问题，描述了一种具有更高电晕放电电阻和电介质强度的电磁装备。在已知的装备中，通过卷绕包括线缆的绝缘线形成电磁绕组，所述线缆具有由绝缘涂覆的内层和涂覆的外部低电阻导电层所覆盖的导体，其中外层涂覆的电阻率低于内层涂覆。通过这样的设置，可以通过形成在所述导体上的外层涂覆来限制由于电晕放电而释放的电荷。从而每一个单元绕组的导电涂覆会改善每一个绕组单元到地的电晕放电电阻。此外，所述外层涂覆会增大绕组导体之间的串联电容。因此，电压由所述电磁绕组的各绕组均等地分担，并且会减少局部强电场的出现。其结果是提高了所述电磁装备对于冲击电压的绝缘强度。

虽然提供了具有更高电耐受性的绕组，但是所述已知装备的一个缺点在于，配备有几层绝缘材料的绕组将很笨重，并且在所述机器的绕组卷绕期间难以操纵。其结果是配备这种绕组的机器将较为庞大。此外，当把所述绕组卷绕成匝时，在相邻两层之间的槽楔内仍然有较大电场，正如前面所描述的那样。

对于经受快速瞬变(比如来自雷电的电压浪涌)的更少间隔物绕组来说，一种常见的故障模式是开始于所述绕组、桥接第一部分管道(duct)并且朝向接地继续的闪络(flashover)，其通常循着所述绕组的表面或者通过电介质液体到地。

对应于这种故障的先决条件是击穿的发起，其后是传播，最后是闪流模式(streamer mode)改变到快速事件(fast event)。

在电击穿过程中，电机中的电介质液体的电击穿是最后的阶段，其中所述过程开始于电闪流的形成。击穿由电弧的形成表征；即穿过所述液体的电短路。电闪流是在电弧形成之前在电介质液体中形成的高度导电的结构，其中所述电弧允许大破坏性电流在否则应由所述液体绝缘的两个端子之间流动。

如果电闪流桥接例如绕组与地之间的间隙，则其将形成导电短路，从而可能允许形成电弧。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种电机，其能够克服前面提到的闪流在暴露于强电场的局部区域内传播的问题。

根据本发明，所述目的特别可以通过由所附权利要求书限定的一种电机来实现。

本发明的想法是停止已经处于发起时的闪流和闪络的生成。闪流引燃的可能位置是处在所述绕组中的导体间的槽楔之内。在所述槽楔内，由于被用来隔离导体的油与纸之间的介电常数的差异，在所述油中有非常高的局部应力。所述槽楔内的电应力可能会达到100kV/mm或更高。

根据本发明，提供一种具有更高雷电冲击耐受性的电机。所述机器包括一个轴以及被设置成围绕该轴卷绕的基本上呈环状的多匝的绕组。在所述绕组的相邻两匝之间形成槽楔形成区域。至少一个绝缘材料构件被设置成覆盖至少一个所述槽楔形成区域。

根据本发明的一个实施例，所述绕组包括实质上被设置在第一平面内的至少相继两匝，其后是实质上被设置在第二平面内的至少相继两匝。所述第一和第二平面与所述轴垂直。所述至少一个槽楔形成区域被形成在所述两个平面之间的绕组的周围。

根据本发明的另一个实施例，所述至少一个槽楔形成区域位于所述绕组的外周。

根据本发明的另一个实施例，所述至少一个槽楔形成区域位于所述绕组的内周。